Funktionell avbildning av brunt fett hos möss med FDG micro-PET/CT
Summary
Ett förfarande för funktionell avbildning av mus brun fettvävnad (BAT) beskrivs där kall-stimulerad upptagning av 18F-fluordeoxiglukos (FDG) i BAT är icke-invasivt bedömas med ett standardiserat protokoll micro-PET/CT. Denna metod är robust och känsligt för att upptäcka skillnader i BAT aktiviteter i musmodeller.
Abstract
Brun fettvävnad (BAT) skiljer sig från vit fettvävnad (WAT) genom sin diskret läge och en brun-röd färg på grund rika vaskularisering och hög densitet av mitokondrier. BAT spelar en viktig roll i energiförbrukning och icke-frossa thermogenesis hos nyfödda däggdjur samt vuxna 1. BAT-medierad termogenes är hårt reglerad av det sympatiska nervsystemet, huvudsakligen via β adrenergisk receptor 2, 3. Nyligen genomförda studier har visat att BAT verksamhet i vuxna människor negativt korrelerade med body mass index (BMI) och andra parametrar diabetes 4-6. BAT har därför föreslagits som ett potentiellt mål för anti-obesity/anti-diabetes terapi med fokus på modulering av energibalansen 6-8. Medan flera kalla utmaning-baserade positronemissionstomografi (PET) metoder fastställs för att detektera mänsklig BAT 9-13, egentligen inte finns någon standardiserat protokoll för avbildning och quantifblue av BAT i små djurmodeller såsom möss. Här beskriver vi en robust PET / CT metod för funktionell bedömning av BAT i möss. Kortfattat var vuxna C57BL/6J-möss kall behandlas under fastande betingelser under en varaktighet av 4 timmar innan de fick en dos av 18 F-fluordeoxiglukos (FDG). Mössen förblev i kyla under ytterligare en timme efter FDG injektion och sedan skannas med en liten djur-dedikerad micro-PET/CT systemet. De förvärvade PET-bilderna var tillsammans registrerad hos CT-bilder för anatomiska referenser och analyseras för FDG upptag i interskapulära BAT området för att presentera BAT aktivitet. Denna standardiserade kalla behandling och bildbehandling protokoll har validerats genom testning BAT aktiviteter under farmakologiska interventioner, till exempel undertryckta BAT aktivering genom behandling av β-adrenoceptorantagonist propranolol 14, 15, eller den förbättrade BAT aktivering av β3 agonist BRL37344 16. Metoden described här kan tillämpas för att screena för läkemedel / föreningar som modulerar BAT aktivitet eller för att identifiera gener / vägar som är involverade i BAT utveckling och reglering i olika prekliniska och grundläggande studier.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denna studie en micro-PET/CT-based avbildningsmetod har utvecklats för att upptäcka BAT verksamhet i vuxna möss som helt enkelt kräver en kylbehandling och en injektion av kommersiellt tillgänglig 18 F-FDG. Hela proceduren kan göras på en dag efter en behandling och bildbehandling sekvens som startar varje 30 minuter tills alla djuren behandlas och avbildas. Under de beskrivna försöksbetingelserna, kan totalt 10 möss (eller 2 grupper av 5 möss) testas på samma dag med ett enda bildsystem. Begrä…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill tacka Laura Diaz, Kevin Phillips, Willa A. Hsueh, och kung C. Li för deras hjälp synpunkter och teknisk support för att utveckla denna metod.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Micro-PET/CT Imaging System | Siemens Medical Solutions USA, Inc. | Inveon Dedicated PET System and Inveon Multimodality CT/SPECT System (docked) | |
| Propranolol | Sigma | P0884 | |
| BRL 37344 | Sigma | B169 | |
| 18F-FDG | Cyclotope Inc. | ||
| C57BL/6J Male Mice | Jackson Laboratory | 000664 | 3-4 months old |
References
- Cypess, A. M., Kahn, C. R. The role and importance of brown adipose tissue in energy homeostasis. Curr. Opin. Pediatr. 22, 478-484 (2010).
- Cannon, B., Nedergaard, J. Brown adipose tissue: function and physiological significance. Physiol. Rev. 84, 277-359 (2004).
- Collins, S., Surwit, R. S. The beta-adrenergic receptors and the control of adipose tissue metabolism and thermogenesis. Recent Prog. Horm. Res. 56, 309-328 (2001).
- Ouellet, V., et al. Outdoor temperature, age, sex, body mass index, and diabetic status determine the prevalence, mass, and glucose-uptake activity of 18F-FDG-detected BAT in humans. J. Clin. Endocrinol. Metab. 96, 1115-1125 (2011).
- Cypess, A. M. Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. N. Engl. J. Med. 360, 1509-1517 (2009).
- Fruhbeck, G., Becerril, S., Sainz, N., Garrastachu, P., Garcia-Velloso, M. J. BAT: a new target for human obesity. Trends Pharmacol. Sci. 30, 387-396 (2009).
- Cypess, A. M., Kahn, C. R. Brown fat as a therapy for obesity and diabetes. Curr. Opin. Endocrinol. Diabetes Obes. 17, 143-149 (2010).
- Virtanen, K. A., et al. Functional brown adipose tissue in healthy adults. N. Engl. J. Med. 360, 1518-1525 (2009).
- van Marken Lichtenbelt, W. D., et al. Cold-activated brown adipose tissue in healthy men. N. Engl. J. Med. 360, 1500-1508 (2009).
- Cohade, C., Mourtzikos, K. A., Wahl, R. L. “USA-Fat”: prevalence is related to ambient outdoor temperature-evaluation with 18F-FDG PET/CT. J. Nucl. Med. 44, 1267-1270 (2003).
- Garcia, C. A. Reduction of brown fat 2-deoxy-2-[F-18]fluoro-D-glucose uptake by controlling environmental temperature prior to positron emission tomography scan. Mol. Imaging Biol. 8, 24-29 (2006).
- Saito, M. High incidence of metabolically active brown adipose tissue in healthy adult humans: effects of cold exposure and adiposity. Diabetes. 58, 1526-1531 (2009).
- Agrawal, A., Nair, N., Baghel, N. S. A novel approach for reduction of brown fat uptake on FDG PET. Br. J. Radiol. 82, 626-631 (2009).
- Soderlund, V., Larsson, S. A., Jacobsson, H. Reduction of FDG uptake in brown adipose tissue in clinical patients by a single dose of propranolol. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 34, 1018-1022 (2007).
- Zhao, J., Cannon, B., Nedergaard, J. Thermogenesis is beta3- but not beta1-adrenergically mediated in rat brown fat cells, even after cold acclimation. Am. J. Physiol. 275, 2002-2011 (1998).
- Rowland, D. J., Garbow, J. R., Laforest, R., Snyder, A. Z. Registration of [18F]FDG microPET and small-animal MRI. Nucl. Med. Biol. 32, 567-5672 (2005).
