הדמיה וכימות של רקמות שומן חום ובז' בעכברים באמצעות [18F]FDG מיקרו-PET/MR הדמיה
Summary
הדמיה פונקציונלית וכמות של מחסני שומן תרמוגניים בעכברים באמצעות גישה מבוססת הדמיה מיקרו-PET /MR.
Abstract
אדיפוציטים חומים ובז ‘ מוכרים כיום כמטרות טיפוליות פוטנציאליות להשמנת יתר ותסמונות מטבוליות. שיטות הדמיה מולקולרית לא פולשניות חיוניות כדי לספק תובנות קריטיות על מחסני שומן תרמוגניים אלה. כאן, הפרוטוקול מציג שיטה מבוססת הדמיה PET / MR כדי להעריך את הפעילות של אדיפוציטים חומים בז ‘ברקמת שומן חום interscapular עכבר (iBAT) ורקמת שומן לבן תת עורית מפשעתית (iWAT). הדמיה וכימות של מחסני השומן התרמוגניים הושגו באמצעות [18F]FDG, אנלוגי הגלוקוז שאינו ניתן למטבוליזם, כמכשיר הרדיו, בשילוב עם המידע האנטומי המדויק שסופק על ידי הדמיית MR. הדמיית PET/MR נערכה 7 ימים לאחר התאקלמות קרה וכמות של [18F]FDG אות במחסני שומן שונים נערכה כדי להעריך את הגיוס היחסי של רקמות שומן תרמוגניות. הסרת iBAT הגדילה באופן משמעותי את ספיגת הקור [18F]FDG ב- iWAT של העכברים.
Introduction
בתגובה לצרכים תזונתיים משתנים, רקמת שומן משמשת מטמון אנרגיה לאמץ או אחסון שומנים בדם או מצב גיוס כדי לענות על הצרכים של הגוף1. יתר על כן, רקמת שומן גם משחק פונקציה מרכזית thermoregulation, באמצעות תהליך הנקרא thermogenesis לא רועד, המכונה גם thermogenesis הפקולטי. זה מושגת בדרך כלל על ידי רקמת השומן החומה (BAT), המבטאת רמה שופעת של חלבון ממברנת המיטוכונדריה uncoupling חלבון 1 (UCP1). כנשא פרוטונים, UCP1 מייצר חום על ידי ניתוק הובלת הפרוטונים וייצור ה- ATP2. עם גירוי קר, thermogenesis ב BAT מוגדר בתנועה על ידי הפעלה של מערכת העצבים הסימפתטית (SNS), ואחריו שחרור של נוראדרנלין (NE). NE נקשר לקולטנים β3 adrenergic ומוביל להעלאת AMP מחזורי תאי (המחנה). כתוצאה מכך, מעורבות תלויתamp/PKA של CREB (חלבון מחייב אלמנט תגובהamp) מגרה שעתוק Ucp1 באמצעות איגוד ישיר על רכיבי תגובת CREB (CRE)2. בנוסף BAT, adipocytes דמוי חום נמצאים גם בתוך רקמת שומן לבן ולכן נקראים בז ‘או ברית (חום-לבן) תאים1,3. בתגובה לגירויים ספציפיים (כגון קור), תאי בז’ שקטים אלה שופצו כדי להציג תכונות מרובות דמויי חום, כולל טיפות שומנים רב-לשוניות, מיטוכונדריה צפופה, וביטוי UCP1 מוגבר 3,4,5.
מחקרים שנעשו בבעלי חיים הראו כי אדיפוציטים חומים ובז’ יש יתרונות מטבוליים מרובים מעבר לאפקט הפחתת השומן שלה, כולל רגישות לאינסולין, להורדת שומנים בדם, אנטי דלקת, ואנטי טרשת עורקים6,7. אצל בני אדם, כמות השומן הבז’/חום מתואמת הפוך עם הגיל, מדד העמידות לאינסולין והפרעות לב-ריאה8. יתר על כן, הפעלה של adipocytes בז ‘/חום בבני אדם על ידי התאקלמות קרה או אגוניסט קולטן adrenergic β3 מעניק הגנה מפני סדרה של הפרעות מטבוליות4,9,10. פיסות אלה של ראיות באופן קולקטיבי מצביעות על כך אינדוקציה של רקמת שומן חום בז ‘היא אסטרטגיה טיפולית פוטנציאלית לניהול השמנת יתר וסיבוכים רפואיים הקשורים אליה8.
מעניין, למרות שהם חולקים פונקציה דומה, adipocytes בז ‘וחום קלאסי נגזרים מבשרים שונים ומופעלים על ידי מנגנונים חופפים אך ברורים1. לכן, בהדמיית vivo וכימות של אדיפוציטים חומים ובז ‘חיוניים כדי להשיג הבנה טובה יותר של השליטה המולקולרית של רקמות שומן אלה. נכון לעכשיו 18F-fluorodeoxyglucose ([18F]FDG) סריקת טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים (PET) בשילוב עם טומוגרפיה ממוחשבת (CT) נשאר תקן הזהב לאפיון של תאים חומים תרמוגניים בז ‘במחקרים קליניים8. הדמיית תהודה מגנטית (MRI) משתמשת בשדות מגנטיים רבי עוצמה ובפולסים בתדרי רדיו כדי לייצר מבנים אנטומיים מפורטים. בהשוואה לסריקת CT, MRI מייצר תמונות של איברים ורקמות רכות ברזולוציה גבוהה יותר. להלן פרוטוקול להדמיה וכימות של אדיפוסים חום ובז ‘ פונקציונליים במודלים של עכבר לאחר התאקלמות לחשיפה לקור, דרך נפוצה ואמינה ביותר לגרום להשחמה בשומן. שיטה זו יכולה להיות מיושמת כדי לאפיין את מחסני שומן thermogenic במודלים בעלי חיים קטנים עם דיוק גבוה.
Protocol
Representative Results
Discussion
במחקר זה תוארה הדמיה וכימות מבוססי PET/MR של רקמת שומן חום ובז’ תפקודית בבעלי חיים קטנים. שיטה זו משתמשת באנלוגי הגלוקוז שאינו ניתן למטבוליזם [18F]FDG כסמן ביולוגי הדמיה כדי לזהות את רקמות השומן עם ביקוש גבוה לגלוקוז באופן לא פולשני. MR מציע ניגודיות טובה לרקמות רכות ויכול להבדיל טוב יותר בי…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים לתמיכת הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (NSFC) – קרן מדענים צעירים מצוינים (הונג קונג ומקאו) (81922079), קרן המחקר של הונג קונג מעניקה קרן מחקר כללית של המועצה (GRF 17121520 17123419), וקרן המחקר של הונג קונג (CRF C7018-14E) לניסויי הדמיה לבעלי חיים קטנים.
Materials
| 0.9% sterile saline | BBraun | 0.9% sodium chloride intravenous infusion, 500 mL | |
| 5 mL syringe | Terumo | SS05L | 5 mL syringe Luer Lock |
| Dose Calibrator | Biodex | Atomlab 500 | |
| Eye lubricant | Alcon Duratears | Sterile ocular lubricant ointment, 3.5 g | |
| Insulin syringe | Terumo | 10ME2913 | 1 mL insulin syringe with needle |
| InterView Fusion software | Mediso | Version 3.03 | Post-processing and image analysis software |
| Isoflurane | Chanelle Pharma | Iso-Vet, inhalation anesthetic, 250 mL | |
| Ketamine | Alfasan International B.V. | HK-37715 | Ketamine 10% injection solution, 10 mL |
| Medical oxygen | Linde HKO | 101-HR | compressed gas, 99.5% purity |
| Metacam | Boehringer Ingelheim | 5 mg/mL Meloxicam solution for injection for dogs and cats, 10 mL | |
| nanoScan PET/MR Scanner | Mediso | 3 Tesla MR | |
| Nucline nanoScan software | Mediso | Version 3.0 | Scanner operating software |
| Wound clips | Reflex 7 | 203-100 | 7mm Stainless steel wound clips, 20 clips |
| Xylazine | Alfasan International B.V. | HK-56179 | Xylazine 2% injection solution, 30 mL |
References
- Rosen, E. D., Spiegelman, B. M. What we talk about when we talk about fat. Cell. 156 (1-2), 20-44 (2014).
- Cannon, B., Brown Nedergaard, J. adipose tissue: function and physiological significance. Physiological Review. 84 (1), 277-359 (2004).
- Jal Wu, ., et al. Beige adipocytes are a distinct type of thermogenic fat cell in mouse and. 150 (2), 366-376 (2012).
- Cypess, A. M., et al. Activation of human brown adipose tissue by a beta3-adrenergic receptor agonist. Cell Metabolism. 21 (1), 33-38 (2015).
- Ishibashi, J., Seale, P. Beige can be slimming. Science. 328 (5982), 1113-1114 (2010).
- Jal Schulz, T., et al. Brown-fat paucity due to impaired BMP signalling induces compensatory browning of white fat. Nature. 495 (7441), 379-383 (2013).
- Pal Cohen, ., et al. Ablation of PRDM16 and beige adipose causes metabolic dysfunction and a subcutaneous to visceral fat switch. Cell. 156 (1-2), 304-316 (2014).
- Mal Cypess, A., et al. Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. New England Journal of Medicine. 360 (15), 1509-1517 (2009).
- Aal vander Lans, A., et al. Cold acclimation recruits human brown fat and increases nonshivering thermogenesis. Journal of Clinical Investigation. 123 (8), 3395-3403 (2013).
- Jal Hanssen, M., et al. Short-term cold acclimation improves insulin sensitivity in patients with type 2 diabetes mellitus. Nature Medicine. 21 (8), 863-865 (2015).
- Wang, X., Minze, L. J., Shi, Z. Z. Functional imaging of brown fat in mice with 18F-FDG micro-PET/CT. Journal of Visualized Experiments: JoVE. 69, (2012).
- Greenwood, H. E., Nyitrai, Z., Mocsai, G., Hobor, S., Witney, T. H. High-throughput PET/CT imaging using a multiple-mouse imaging system. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Scoiety of Nuclear Medicine. 61 (2), 292-297 (2020).
- Carter, L. M., Henry, K. E., Platzman, A., Lewis, J. S. 3D-printable platform for high-throughput small-animal imaging. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Scoiety of Nuclear Medicine. 61 (11), 1691-1692 (2020).
- Jal Andersson, ., et al. Estimating the cold-induced brown adipose tissue glucose uptake rate measured by (18)F-FDG PET using infrared thermography and water-fat separated MRI. Scientific Reports. 9 (18), 12358 (2019).
- Eal Lundstrom, ., et al. Brown adipose tissue estimated with the magnetic resonance imaging fat fraction is associated with glucose metabolism in adolescents. Pediatric Obesity. 14 (9), (2019).
- Eal Lundstrom, ., et al. Magnetic resonance imaging cooling-reheating protocol indicates decreased fat fraction via lipid consumption in suspected brown adipose tissue. PLoS One. 10 (4), 0126705 (2015).
- Nakamura, Y., Yanagawa, Y., Morrison, S. F., Nakamura, K. Medullary reticular neurons mediate neuropeptide Y-induced metabolic inhibition and mastication. Cell Metabolism. 25 (2), 322-334 (2017).
- Jal Fueger, B., et al. Impact of animal handling on the results of 18F-FDG PET studies in mice. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Scoiety of Nuclear Medicine. 47 (6), 999-1006 (2006).
- Vines, D. C., Green, D. E., Kudo, G., Keller, H. Evaluation of mouse tail-vein injections both qualitatively and quantitatively on small-animal PET tail scans. Journal of Nuclear Medicine Technology. 39 (4), 264-270 (2011).
