Waiting
Traitement de la connexion…

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Cerenkov Luminiscens avbildning av interscapular Brun fettvävnad

Published: October 7, 2014 doi: 10.3791/51790
Automatic Translation
1,2, 3, 1, 1
1Molecular Imaging Laboratory, MGH/MIT/HMS Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital/Harvard Medical School, 2Center for Drug Discovery, School of Pharmacy, China Pharmaceutical University, 3Perkin Elmer

Introduction

Brun fettvävnad (BAT) är en speciell vävnad för termogenes hos däggdjur, och en av dess viktigaste funktioner är att upprätthålla energibalansen i hela kroppen genom att avleda stora mängder kemisk / livsmedel energi som värme 1. BAT: s mest unika egenskaper är riklig koppling protein-1 (UCP-1) uttryck, rikligt små oljedroppar, ett stort antal mitokondrier i en enda cell, och betydande vaskularisering i vävnaden 2-5. Dessa unika egenskaper förknippar starkt med vävnaden viktiga roll i ämnesomsättningen och energiutgifter. BAT har tidigare ansetts vara inte längre föreligger som har några betydande fysiologiska funktioner hos vuxna människor en, har dock nyligen PET / CT undersökningar visade tydligt att BAT fortfarande presenterar i vuxna människor 2,3,6-9. En omvänd korrelation mellan BAT massa och kroppsmasseindex (BMI) inrättades från flera studier, och återcent studier indikerade att fysiska övningar kan öka massan av BAT. Dessa resultat tyder starkt på att dysfunktion av BAT är tätt förknippad med sjukdomar i fetma och diabetes 2,6,10,11. Dessutom montera bevis tyder på att funktionen av BAT är starkt kopplad till flera andra sjukdomar såsom neurodegenerativa sjukdomar och cancer 3,7,12,13.

BAT aktivering, en process för att öka thermogenesis, kan uppnås under olika förhållanden såsom kyla exponering, motion och behandling och genmanipulation 1,14,15. Kall exponering och noradrenalin behandling är de mest använda metoderna för att aktivera BAT. Kalla, som kan avkännas av olika mekanismer som thermoreceptors i huden, stimulerar sympatiska nerver och leder till frisättning av noradrenalin (NE) till BAT. Det frisatta NO utlöser UCP-1 för att initiera termogenes för att upprätthålla normal kroppstemperatur. Enligt detta conditiden ökar upptaget av glukos också att ge fler kolkällor för ökad metabolism i BAT 1,16,17. PET avbildning med 18F-FDG har bekräftat att upptaget av märkt glukos ökade under kalla förhållanden i humanstudier 6.

När det gäller optisk avbildning, är BAT ett perfekt mål. Den interscapular BAT har ett unikt läge i möss, på säkert avstånd från större organ såsom lever, hjärta och mage. Därför är störningar från dessa stora organ obetydlig (Figur 1a). Under tiden den grunda placering interscapular BAT ger fler signaler att fångas upp av detekteringskameran. Dessutom är BAT en koncentrerad massa organ, som begränsar ljussignalen i vissa områden. Dessutom den unika triangel fysisk form av BAT gör det lätt att skilja från andra vävnader (Figur 1a).

Cerenkov luminiscens imaging (CLI), ett nyligen framkommit molecular bildteknik 18-26, utnyttjar luminiscens genereras från + och - sönderfallet av radionuklider såsom 18 F och 131 jag i mediet. Den laddade partiklar (som + och -) polariserar molekyler medan den färdas på medellång 18-20, och luminiscens / ljus betyder de polariserade molekyler koppla tillbaka till jämvikt. Den emitterade luminiscens heter Cerenkov Luminescence (CL). De unika spektrala egenskaperna för CL innefattar dess breda spektrum över hela det ultravioletta (UV) och synliga spektrat 18-20, och dess invers korrelation mellan intensiteten och kvadraten på våglängden (λ 2). Både UV och synliga områden av det emitterade ljuset kan användas för olika tillämpningar. UV delen av Cerenkov luminiscens har begärts in vivo foto av bur luciferin 21, medan det utsända ljuset på längre våglängd kan varaanvänds för in vivo optisk avbildning 18,27-31.

För små djurstudier, är CLI avbildning med ett optiskt bildsystem snabbare och mer kostnadseffektivt än PET. Dessutom kan CLI sökas högkapacitetsscreening med ett avbildningssystem utrustade med hög genomströmningskapacitet. Fördelarna och nackdelarna med denna teknik har diskuterats i flera recensioner 25,32,33. 3D tomografi av CLI har intensivt studerats i flera grupper 28,34-37, samt tillämpningar av CLI för endoskopisk imaging och intraoperativ avbildning har framgångsrikt visat på möss samt 30,38. Dessutom har Spinelli och Thorek et al. Visat att CLI avbildning skulle kunna tillämpas på mänskliga försökspersoner, vilket tekniken har även potential för kliniska tillämpningar 39, 40.

Under återupptäckten av BAT hos människor, PET-bilderna visade tydligt att enbetydande mängd av 18 F-FDG ackumulerades i BAT under vissa förutsättningar 2,3,6. Dessutom PET avbildning med möss också otvivelaktigt visade att BAT kan markeras med 18 F-FDG 41 42. I den här rapporten visar vi hur Cerenkov luminiscens avges från 18 F-FDG kan utnyttjas för avbildning BAT i små djur med hjälp av ett optiskt avbildningssystem. Vår metod ger en snabb, billig och bekväm metod för BAT avbildning för smådjur. Denna teknik kan användas som en alternativ metod för PET avbildning med 18 F-FDG, särskilt för laboratorier utan PET anläggningar.

Protocol

OBS: Alla djurförsök bör utföras under godkända institutionella protokoll och riktlinjer djurvårds.

1 In Vivo CLI avbildning BAT med 18 F-FDG

1.1 Bakgrund Imaging:

  1. Före 18 F-FDG injektion, placera fyra nakna möss i en induktionskammare som har anslutits med isofluran balanserad med syre under 5 min för att inducera anestesi. Placera sedan fyra sövda möss i bildalstringsapparaten.
  2. Skaffa bakgrundsbild med följande parametrar: Öppet filter, f = 1, bin = 8, FOV = D, och exponeringstid = 120 sek, etapp temperatur = 37 ° C.

1,2 BAT Imaging med 18 F-FGD:

  1. Injicera sövda möss med 280 ^ Ci 18 F-FDG i PBS intravenöst i svansvenen. Efter injektionen återgå mössen till en bur utrustad med mat och vatten.
    OBS: Det är nödvändigt att intravenöst injicera 18 F-FDG att uppnå en anständig kontrast runt BAT område. Endast en mycket svag kontrast kan ses med samma mängd av 18 F-FDG om en intraperitoneal injektion används.
  2. Förvärva CLI bilder vid 30, 60 och 120 min efter 18 F-FDG injektion med samma parametrar som bakgrunds imaging (steg 1.1.2). För varje bildsession, tillåter 5 min för anestesi reinduction.
  3. För att kvantifiera signalbrusförhållande (S / N), använda bildbehandlingsprogram gränssnitt för att rita två lika stora ellips ROI över interscapular BAT och ett område i anslutning till BAT (referensområde) (Figur 1b).

1.3 Validering av CLI Källa:

  1. Söva fyra möss och injicera möss med 280 ^ Ci 18 F-FDG intravenöst.
  2. Offer mössen 60 minuter efter injektionen av 18 F-FDG efter injektion av natriumpentobarbital (200 mg / kg, IP). Ta försiktigt bort skin från interscapular området. Bild alla möss med samma parametrar som ovan (1.1.2), samtidigt (Figur 2a).
  3. Ta försiktigt bort interscapular vita fettvävnaden (WAT) och BAT, och sedan bild de dissekerade möss med samma parametrar (Figur 2b).
  4. Från CLI bilder, beräkna bidraget från BAT med användning två ROI med följande ekvation: R (BAT) = (CLI en -CLI b) (BAT) / (CLI en -CLI b) (BAT-avlägsnad), där ROI a är för interscapular området och ROI b är för referensområdet (figur 2b).

2. BAT Imaging Application

2.1 Övervakning Aktivering med NE

  1. Dela nakna möss i två grupper (n = 4 vardera).
  2. Injicera en grupp med noradrenalin (NE) (50 ^, 10 mM) intraperitonealt. Använd den andra gruppen som en icke-aktiverad control. Efter 30 min, söva båda grupperna med isofluran under 5 minuter, och sedan intravenöst injicera varje mus med 18 F-FDG (220 ^ Ci).
    Obs! Intraperitoneal injektion av NE bör vara 30 min innan 18 F-FDG injektion för att undvika dramatiskt omskakning mössen.
  3. Bild mössen 60 min efter 18 F-FDG injektion med samma parametrar som de ovan nämnda protokoll.

2.2 Övervakning Aktivering Under Cold exponering

  1. Mät kroppstemperaturer hos mössen i kylrummet med en rektal termometer. Temperaturer bör vara ca 30 ° C.
  2. Bild mössen 60 min efter 18 F-FDG injektion genom att använda samma avbildning parametrar som de ovannämnda protokollen. Använd möss som hålls vid rumstemperatur (25 ° C) som kontrollerna, och bild dem med samma.
  3. För ett kallt exponeringsstudie, placera mössen i ett kallt rum (4 ° C) i 4 timmar innan 18 F-FDG injektion och returnera mis till kylrummet efter varje bildsession och efter att återhämta sig från anestesi.
  4. parametrar som ovan.

2.3 Övervakning Deaktivering av BAT Under Long Anesthesia

  1. För långa anestesi (60-70 min), injicera möss intraperitonealt med ketamin / xylazin och hålla dem under narkos för 60-70 minuter i rumstemperatur.
  2. När mössen bedövas, injicera 18 F-FDG (220 pCi) intravenöst via svansvenen.
  3. Bild mössen 60 min efter 18 F-FDG injektion med samma parametrar som de ovan nämnda protokoll.

3. Spectral unmixing och Multispectral Cerenkov Luminescence Tomography Studier

  1. Söva en mus i 5 minuter, och sedan injicera 300 ^ Ci 18 F-FDG intravenöst. Förvärvar multispektrala bilder 60 min efter 18 F-FDG injektion från djurets ryggsidan med följande parametrar: f = 1, bin = 16, förvärvtid = 300 sek per filter, emissionsfilter = 580, 600, 620, 640, 660 och 680 nm.
  2. Genomföra spektral unmixing med Living Imaging 4.3.1 programvara och välj två komponenter (BAT och ospecifika signaler) och automatisk unmixing (Figur 4).
  3. Genomför 3D-rekonstruktion enligt den metod som rapporterats av Kuo et al. 28,43. Införliva Cerenkov emissionsspektrum i den diffusa ljusutbredningsmodell, tillämpa Tikhonov regularisering i NNLS (icke-negativa minsta kvadrat) optimering av residualerna, och generera ytan tomografi (som används för 3D-bild coregistration) från strukturen ljus imaging (Figur 5 ).
    Obs: För multispektrala CLI spektral unmixing och tomografi, är minst 5 bilder med olika filter som behövs.

Representative Results

I figur 1, var interscapular BAT (Figur 1a) markeras vid alla tidpunkter (30, 60, 120 min), och kontrasten mellan BAT och referensområdet lätt kan observeras (Figur 1b). Notably konturen av BAT bilden reflekteras nära dess fysiska utseende, som har en triangulär kontur. Signal förhållanden mellan BAT och referensområdet var 2,37, 2,49 och 2,53 gånger vid 30, 60 och 120 minuter efter injektion (Figur 1a).

Från stegvis dissektion experiment hade 85% av signalen vid interscapular platsen härstammar från BAT (Figur 2). Men det fanns fortfarande en del restsignal som ligger nära den övre kanten av BAT, som troligen härstammar från BAT restvävnad och andra angränsande vävnader som innehåller blodkärl och muskler.

Det har rapporterats att BAT-aktivering kan åstadkommas genomNoradrenalin (NE) behandling och kall exponering 3,6. Först observerade vi BAT aktivering med NO i samma grupp möss med och utan NE behandlingen under korta (5 min) isoflurananestesi. Data visade signifikant högre CLI-signal under NE behandlade tillstånd (1,23 gånger) än utan NE behandling (figur 3a).

I humanstudier, PET imaging visade att dokument under kalla exponering hade mycket högre 18 F-FDG upptag i BAT än de vid rumstemperatur 6. I denna mus studie en ökning av 18 F-FDG upptag 39% observerades i BAT av djuren som behandlades med kall exponering (figur 3b).

Hos möss, kan BAT aktivitet påverkas av olika anestesiregimer 3,41. Till exempel kan 18 F-FDG upptag i BAT minskas avsevärt efter en timme av anestesi med ketamin 41. Vid jämförelse av 18 F-FDG uptake i samma grupp av möss under korta (5 min med isofluran) och lång anestesi (70 min med ketamin / xylazin) regimer, en 54% minskning i 18 F-FDG BAT upptag observerades i gruppen bedövas med ketamin / xylazin ( Figur 3c).

Det är välkänt att heme-innehållande proteiner (såsom hemoglobin i blodet och cytokrom c i mitokondrier) kan leda till signifikant Ijusabsorption, och det förväntas att den rikliga blodkärl i BAT 1 kommer att ändra spektrumet för CLI, och den spektrala form från BAT, kommer att vara annorlunda än andra områden. Möjligen spektrala unmixing tekniker ger oss möjlighet att separera de två CLI spektra. Från figur 4a, ingen särskilt område markeras från oblandade bilden av komponent # 1 (Unmix # 1), och motsvarande spektrum (blå linje i figur 4d) liknade emissionsspektrum för 18 F i rena medier, där CLI intensity är omvänt korrelerad med kvadraten på våglängden 18,20. Dessa data tyder på att Unmix # 1 representerade en ospecifik CLI-signal, vilket förmodligen från mycket grunt djup, såsom 18 F-FDG ackumulering i huden. Toppen av oblandad # 2 spektrum (röd linje) var ca 640 nm, vilket tyder på att signalen var från BAT. Intressant, i motsats till den betydande dämpning av intensiteten i CLI kortare än 640 nm, ingen dramatisk minskning av intensitet observerades när det var som störst (röd linje i figur 4), vilket indikerar en bättre vävnadspenetration i det utsända ljuset vid längre våglängder.

Multispectral Cerenkov luminiscens tomografi (msCLT) användes för 3D-rekonstruktion. msCLT har tidigare rapporterats av et al. Kuo 28,43, och är tillverkad av en uppsättning 2D plana bilder som förvärvats med ett antal smala bandpassfilter (> 5 filter). De rekonstruerade 3D-bilder är coregistställda med ytan tomografi som genereras från strukturen ljuset, och bilderna visar att en betydande del av CLI-signalen kom från interscapular BAT (Figur 5). Anmärkningsvärt, den koronala bilden (figur 5a) beskriver tydligt de två lober av BAT, som nära liknar triangeln kontur BAT visas i figur 5e.

Figur 1
Figur 1: (a) Triangulär kontur interskapulära BAT (blå pil) i en mus; (Vänster) BAT är täckt med vit fettvävnad, och (höger) BAT är utsatt. (b) CLI bilder av en mus vid 30 och 60 minuter efter 18 F-FDG (280 ^ Ci) intravenös injektion. Bilderna beskriva tydligt konturen av BAT. (C) Kvantitativ analys av CLI-signal från Interscapular BAT området och ett referensområde. Skriv ut igen från referens 42. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 2
Figur 2: (a) Representativa bilder av möss före (vänster) och efter (höger) BAT borttagning. (B) Kvantifiering visar att> 85% CLI härstammar från BAT. Skriv ut igen från referens 42. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3:(A) representant CLI bilder av BAT av möss med (vänster) och utan (höger) NE stimulering under kort isoflurananestesi. (B) Kvantitativ analys av CLI-signaler från de två grupperna i (a) (n = 4 för varje grupp). (C) Representant CLI bilder av BAT av möss med (vänster) och utan (höger) kall stimulans under kort isoflurananestesi. (D) Kvantitativ analys av CLI-signaler från de två grupperna som visas i (e) (n = 3-4 för varje grupp). (e) Representant CLI bilder av BAT vid 60 min efter 18 F-FDG injektion under korta isoflurananestesi (5 min) (vänster) och ketamin / xylazin anestesi (70 min) (höger). (F) Kvantitativ analys av CLI-signaler från de två grupperna som visas i (g) (n = 4 för varje grupp). Reprint från referens 42. Grundense klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 4
Figur 4:. Spectral unmixing för ospecifik CLI och BAT CLI (a) Unmix # 1 visar att ospecifik CLI-signal från 18 F-FDG fördelas över hela kroppen (den oblandade spektrumet för denna bild visas i (d) (blå linje )). (B) Unmix # 2 indikerar att majoriteten av CLI vid interscapular webbplatsen är från BAT (det oblandade spektrum visas i (d) (röd linje)). CLI toppen är omkring 640 nm. (C) Sammanslagen bild av Unmix # 1 och # 2. (D) CLI spektra för Unmix # 1 och # 2. Skriv ut igen från referens 42. Klicka här för att se en större version av denna siffra. </ P>

Figur 5
Figur 5: Multispectral Cerenkov luminiscens tomografi (a - d) 3D-rekonstruktion av bilderna.. Interskapulära BAT kan ses i koronal (a), sagittal (b) och tvärgående (c) vyer, såväl som i 3D-bilden (d); (E) Fysisk BAT form visas (blå pil), som korrelerar med rekonstruerade bilder. Reprint och anpassa från referens 42. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Discussion

Forskning om BAT har genomförts i flera decennier. Tidigare hade det ansetts ha någon signifikant fysiologisk betydelse under människans vuxenlivet 1. Emellertid har nyligen storskalig klinisk PET avbildning med 18 F-FDG och andra undersökningar bekräftade BAT är fortfarande närvarande i den övre bröstkorgen, halsen och andra platser i vuxna 2,3. Nya studier har starkt antydde att BAT spelar en viktig roll för fetma och diabetes 2,6. Annan forskning visar också att BAT spelar viktiga roller under processen för åldrande 12 och att dess verksamhet skulle kunna förbättras genom motion 10,44.

Både i kliniska humanstudier och preklinisk forskning, är PET avbildning med 18 F-FDG den mest använda metoden för att studera BAT. Men för prekliniska studier på djur, är PET i allmänhet mycket dyrare än optisk avbildning. I detta protokoll visar vi att CLI med 18 F-FDG kan sökas optiskt bild BAT i små djur. Liksom andra optiska avbildningstekniker, vävnadspenetrerande begränsning och låg känslighet för djupa målen är de inneboende begränsningarna i CLI 25,32. Trots nyligen Spinelli et al. Visade att anständiga CLI signal kunde observeras med 10 mm vävnadsdjup med 32p 28,43 och Thorek et al. visade att 16 mm penetration skulle kunna uppnås i lymfkörtlar av patienter efter 18 F-FDG injektion 39, 40. Jämfört med PET imaging, kan CLI utföras med en relativt låg kostnad bildsystem. Nyligen Thorek et al. Visade att signifikant hög känslighet kan uppnås med CLI så låga mängder av 18 F-FDG ackumulerade (om 2CI) i noderna i patienter 39, 40. In vitro tester indikerade att CLI-signal från 0,01 Ci 90Y var detekterbar i lösning 25,32,33

Under experiment, fann vi att CLI kontrast av BAT med 18 F-FDG är starkt relaterad till injektionsmetoder. Intravenös injektion av 18 F-FDG kan ge utmärkt kontrast för interscapular BAT, medan intraperitoneal injektion med samma mängd 18 F-FDG bara visade en svag kontrast i BAT området.

Spectral unmixing, en mycket praktisk teknik för att separera två uppsättningar av signaler, har i stor utsträckning använts i fluorescens avbildning. Det är väl känt att upptaget av 18 F-FDG inte är starkt inriktade specifika, och olika mål / vävnader har olika ljusdämpningsegenskaper. Vi hittade toppen av CLI spektrum av BAT är ca 640 nm, och dessa data återspeglade den verkliga sammanhang av BAT. 3D-rekonstruktion av denna protocol är mycket manövrerbar, eftersom den kan utföras med en kommersiellt tillgänglig optisk imaging system baserat på ljus diffusiva egenskaperna hos olika våglängder. Med denna metod kan vi undvika att använda ett specialiserat bildsystem som kräver flera vinkel visa bilder för 3D-rekonstruktion.

För både spektral unmixing och 3D-rekonstruktion, krävs en större minst 600 foton räknas från varje bild i BAT. För detta ändamål är stora binning (bin = 16), liten f stopp (f = 1) och en lång förvärvs tid (5 min) behövs för varje bild.

Sammanfattningsvis utnyttja det unika läget och formen av BAT och den betydligt högt upptag av 18 F-FDG i BAT, visar vi hur BAT i små djur kan optiskt avbildas med 18 F-FDG via CLI-tekniken. Denna metod tillförlitligt kan användas för avbildning BAT och för övervakning BAT aktivering. Dessutom visar vi också att spektral unmixing och 3D reconstruction är praktiskt möjligt och 3D-volym kvantifiering är möjligt för framtida studier.

Disclosures

Publicering av denna video-artikeln stöds av Perkin Elmer Company.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Optical Imaging system Perkin Elmer IVIS Spectrum is an optical imaging system that is equiped with very sensitive camera for Cerenkov Luminescence. Some instrumental information is listed below: CCD Sensor: Back thinned, back illuminated
CCD Size: 2.7 cm x 2.7 cm
Pixels: 2048 x 2048
Quantum Efficiency: 85%
Min detectable photons: 70 photons/s/sr/cm 2
Dark Current: <100 electrons/s/cm 2
Lens: f 0.95 50 mm
CCD Cooling: Cooled to 90 degree. 
18F-FDG IBA Molecular
norepinephrine Sigma N5785-250MG
Ketamine/Xylazine Sigma K113-10ML

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Cannon, B., Nedergaard, J. Brown adipose tissue: function and physiological significance. Physiol. Rev. 84, 277-359 (2004).
  2. Cypess, A. M., et al. Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. New Eng. J. Med. 360, 1509-1517 (2009).
  3. Nedergaard, J., Bengtsson, T., Cannon, B. Unexpected evidence for active brown adipose tissue in adult humans. Amer. J. Physiol. Endocrinol. Metabolism. 293, 444-452 (2007).
  4. Tseng, Y. H., et al. New role of bone morphogenetic protein 7 in brown adipogenesis and energy expenditure. Nature. 454, 1000-1004 (2008).
  5. Zhang, H., et al. Cross talk between insulin and bone morphogenetic protein signaling systems in brown adipogenesis. Mol. Cell. Biol. 30, 4224-4233 (2010).
  6. van Marken Lichtenbelt, W. D., et al. Cold-activated brown adipose tissue in healthy men. New Eng. J. Med. 360, 1500-1508 (2009).
  7. Zingaretti, M. C., et al. The presence of UCP1 demonstrates that metabolically active adipose tissue in the neck of adult humans truly represents brown adipose tissue. FASEB J. 23, 3113-3120 (2009).
  8. Chen, Y. I., et al. Anatomical and Functional Assessment of Brown Adipose Tissue by Magnetic Resonance Imaging. Obesity. 20, 1519-1526 (2012).
  9. Chen, Y. C., et al. Measurement of human brown adipose tissue volume and activity using anatomic MR imaging and functional MR imaging. J. Nucl. Med. 54, 1584-1587 (2013).
  10. Bostrom, P., et al. A PGC1-alpha-dependent myokine that drives brown-fat-like development of white fat and thermogenesis. Nature. 481, 463-468 (2012).
  11. Yoneshiro, T., et al. Age-related decrease in cold-activated brown adipose tissue and accumulation of body fat in healthy humans. Obesity. 19, 1755-1760 (2011).
  12. Mattson, M. P. Perspective: Does brown fat protect against diseases of aging. Ageing Res. Rev. 9, 69-76 (2010).
  13. Stephens, M., Ludgate, M., Rees, D. A. Brown fat and obesity: the next big thing. Clin. endocrinol. 74, 661-670 (2011).
  14. Harms, M., Seale, P. Brown and beige fat: development, function and therapeutic potential. Nat. Med. 19, 1252-1263 (2013).
  15. Farmer, S. R. Obesity: Be cool, lose weight. Nature. 458, 839-840 (2009).
  16. Inokuma, K., et al. Uncoupling protein 1 is necessary for norepinephrine-induced glucose utilization in brown adipose tissue. Diabetes. 54, 1385-1391 (2005).
  17. Isler, D., Hill, H. P., Meier, M. K. Glucose metabolism in isolated brown adipocytes under beta-adrenergic stimulation. Quantitative contribution of glucose to total thermogenesis. Biochem. J. 245, 789-793 (1987).
  18. Robertson, R., et al. Optical imaging of Cerenkov light generation from positron-emitting radiotracers. Phys. Med. Biol. 54, 355-365 (2009).
  19. Spinelli, A. E., et al. Cerenkov radiation allows in vivo optical imaging of positron emitting radiotracers. Phys. Med. Biol. 55, 483-495 (2010).
  20. Liu, H., et al. Molecular optical imaging with radioactive probes. PloS One. 5, e9470 (2010).
  21. Ran, C., Zhang, Z., Hooker, J., Moore, A. In vivo photoactivation without 'light': use of Cherenkov radiation to overcome the penetration limit of light. Mol. Imaging. Biol. 14, 156-162 (2012).
  22. Dothager, R. S., Goiffon, R. J., Jackson, E., Harpstrite, S., Piwnica-Worms, D. Cerenkov radiation energy transfer (CRET) imaging: a novel method for optical imaging of PET isotopes in biological systems. PloS One. 5, e13300 (2010).
  23. Ruggiero, A., Holland, J. P., Lewis, J. S., Grimm, J. Cerenkov luminescence imaging of medical isotopes. J. Nucl. Med. 51, 1123-1130 (2010).
  24. Lewis, M. A., Kodibagkar, V. D., Oz, O. K., Mason, R. P. On the potential for molecular imaging with Cerenkov luminescence. Optics Letters. 35, 3889-3891 (2010).
  25. Mitchell, G. S., Gill, R. K., Boucher, D. L., Li, C., Cherry, S. R. In vivo Cerenkov luminescence imaging: a new tool for molecular imaging. Philosophical transactions. Series A, Mathematical, physical, and engineering sciences. 369, 4605-4619 (2011).
  26. Thorek, D. L., Ogirala, A., Beattie, B. J., Grimm, J. Quantitative imaging of disease signatures through radioactive decay signal conversion. Nat. Med. 19, 1345-1350 (2013).
  27. Holland, J. P., Normand, G., Ruggiero, A., Lewis, J. S., Grimm, J. Intraoperative imaging of positron emission tomographic radiotracers using cerenkov luminescence emissions. Mol. Imaging. 11, 1-10 (2012).
  28. Spinelli, A. E., et al. Multispectral Cerenkov luminescence tomography for small animal optical imaging. Optics Express. 19, 12605-12618 (2011).
  29. Xu, Y., et al. Proof-of-concept study of monitoring cancer drug therapy with cerenkov luminescence imaging. J. Nucl. Med. 53, 312-317 (2012).
  30. Liu, H., et al. Intraoperative imaging of tumors using cerenkov luminescence endoscopy: a feasibility experimental study. J. Nucl. Med. 53, 1579-1584 (2012).
  31. Thorek, D. L., et al. Positron lymphography: multimodal, high-resolution, dynamic mapping and resection of lymph nodes after intradermal injection of 18F-FDG. J. Nucl. Med. 53, 1438-1445 (2012).
  32. Xu, Y., Liu, H., Cheng, Z. Harnessing the power of radionuclides for optical imaging: Cerenkov luminescence imaging. J. Nucl. Med. 52, 2009-2018 (2011).
  33. Spinelli, A. E., Marengo, M., Calandrino, R., Sbarbati, A., Boschi, F. Optical imaging of radioisotopes: a novel multimodal approach to molecular imaging. Quart. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 56, 280-290 (2012).
  34. Hu, Z., et al. Experimental Cerenkov luminescence tomography of the mouse model with SPECT imaging validation. Optics Express. 18, 24441-24450 (2010).
  35. Hu, Z., et al. Cerenkov luminescence tomography of aminopeptidase N (APN/CD13) expression in mice bearing HT1080 tumors. Mol. Imag. 12, 173-181 (2013).
  36. Zhong, J., et al. Cerenkov luminescence tomography for in vivo radiopharmaceutical imaging. Internatl. J. Biomed. Imaging. 2011, 641618 (2011).
  37. Zhong, J., Qin, C., Yang, X., Chen, Z., Tian, J. Fast-specific tomography imaging via Cerenkov emission. Mol. Imaging. Biol. 14, 286-292 (2012).
  38. Kothapalli, S. R., Liu, H., Liao, J. C., Cheng, Z., Gambhir, S. S. Endoscopic imaging of Cerenkov luminescence. Biomed. Optics Express. 3, 1215-1225 (2012).
  39. Spinelli, A. E., et al. First human Cerenkography. J. Biomed. optics. 18, 20502 (2013).
  40. Thorek, D. L., Riedl, C., Grimm, J. Clinical Cerenkov Luminescence Imaging of 18F-FDG. J. Nucl. Med. 55, 1345-1350 (2014).
  41. Fueger, B. J., et al. Impact of animal handling on the results of 18F-FDG PET studies in mice. J. Nucl. Med. 47, 999-1006 (2006).
  42. Zhang, X., Kuo, C., Moore, A., Ran, C. In vivo optical imaging of interscapular brown adipose tissue with (18)F-FDG via Cerenkov luminescence imaging. PloS One. 8, e62007 (2013).
  43. Kuo, C., Coquoz, O., Troy, T. L., Xu, H., Rice, B. W. Three-dimensional reconstruction of in vivo bioluminescent sources based on multispectral imaging. J. Biomed. Optics. 12, 024007 (2007).
  44. Xu, X., et al. Exercise ameliorates high-fat diet-induced metabolic and vascular dysfunction, and increases adipocyte progenitor cell population in brown adipose tissue. Amer. J. Physiol. Regulatory, integrative and comparative physiology. 300, 1115-1125 (2011).

Tags

Medicin Cerenkov luminiscens bildbehandling brun fettvävnad 18F-FDG optisk avbildning, spektral unmixing
Cerenkov Luminiscens avbildning av interscapular Brun fettvävnad
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zhang, X., Kuo, C., Moore, A., Ran,… More

Zhang, X., Kuo, C., Moore, A., Ran, C. Cerenkov Luminescence Imaging of Interscapular Brown Adipose Tissue. J. Vis. Exp. (92), e51790, doi:10.3791/51790 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter