Simultánea de imágenes PET / RM Durante cerebral del ratón hipoxia-isquemia

Summary

El método presentado aquí utiliza simultánea tomografía por emisión de positrones y la resonancia magnética. En el modelo de hipoxia-isquemia cerebral, cambios dinámicos en el metabolismo de la glucosa y de difusión se producen durante y después de la lesión. El daño en evolución e irreproducible en este modelo requiere la adquisición simultánea si los datos de imágenes multimodales significativas son a adquirir.

Abstract

Los cambios dinámicos en la difusión del agua tisular y metabolismo de la glucosa se producen durante y después de la hipoxia cerebral en la hipoxia-isquemia reflejando una perturbación bioenergética en las células afectadas. La resonancia magnética ponderada en difusión (RM) identifica las regiones que están dañados, potencialmente irreversible, por la hipoxia-isquemia. Las alteraciones en la utilización de glucosa en el tejido afectado pueden ser detectables mediante tomografía de emisión de positrones (TEP) de 2-desoxi-2- ⁽¹⁸ F) fluoro-ᴅ-glucosa ^([18 F] FDG) captación. Debido a la naturaleza rápida y variable de la lesión en este modelo animal, la adquisición de ambos modos de datos debe realizarse simultáneamente con el fin de correlacionar significativamente datos de PET y RM. Además, la variabilidad inter-animal en la lesión hipóxico-isquémica debido a las diferencias vasculares limita la capacidad de analizar los datos multimodales y observar cambios en un enfoque de grupo de sabios si los datos no se adquiere de forma simultánea en los sujetos individuales. El método presintieron aquí le permite a uno adquirir tanto difusión ponderada RM y ^[18 F] FDG captación de datos en el mismo animal antes, durante y después de la simulación hipóxica con el fin de interrogar a los cambios fisiológicos inmediatos.

Introduction

A nivel mundial, el accidente cerebrovascular es la segunda causa de muerte y una causa importante de discapacidad ^1. La cascada de acontecimientos bioquímicos y fisiológicos que se producen durante y después de un evento agudo accidente cerebrovascular se produce rápidamente y con implicaciones para la viabilidad del tejido y en última instancia resultado ^2. Cerebral por hipoxia-isquemia (HI), que conduce a la encefalopatía hipóxico-isquémica (EHI), se estima que afecta hasta el 0,3% y el 4% de los a término y prematuros nacidos, respectivamente ^3,4. La tasa de mortalidad en recién nacidos con EHI es de aproximadamente 15% a 20%. En el 25% de los sobrevivientes de HIE, complicaciones permanentes surgen como consecuencia de la lesión, incluyendo retraso mental, déficit motor, parálisis cerebral y epilepsia ^3,4. Intervenciones terapéuticas anteriores no han demostrado ser dignos de adopción como estándar de atención, y el consenso aún no se ha llegado a que los métodos más avanzados, basados ​​en la hipotermia, están reduciendo efectivamente la morbilidad ^3,5. Otras cuestiones of contención incluyen el método de administración de la hipotermia y paciente selección ^6. Por lo tanto, las estrategias de neuroprotección y neurorestoration siguen siendo un área fértil para la investigación ^7.

Modelos de rata de HI cerebral han estado disponibles desde la década de 1960, y posteriormente se adaptaron a los ratones ^8,9. Debido a la naturaleza del modelo y la ubicación de la ligadura, hay variabilidad inherente en el resultado debido a la diferencia en el flujo colateral entre los animales ^10. Como resultado, estos modelos tienden a ser más variable en comparación con modelos similares, tales como oclusión de la arteria cerebral media (MCAO). Medición en tiempo real de los cambios fisiológicos se ha demostrado con la flujometría láser Doppler, así como de difusión ponderada MRI ^11. La variabilidad intra-animal que se observó en el flujo sanguíneo cerebral durante e inmediatamente después de la hipoxia, así como en los resultados agudos tales como el volumen del infarto y neurológicodéficit, sugieren que la adquisición simultánea y correlación de datos multimodales sería beneficioso.

Los recientes avances en la tomografía por emisión de positrones simultánea (PET) y la resonancia magnética (MRI) han permitido nuevas posibilidades en la formación de imágenes preclínica ^12-14. Las ventajas potenciales de estos sistemas híbridos, combinados para aplicaciones preclínicos se han descrito en la literatura ^15,16. Mientras que muchas preguntas preclínicos pueden ser abordadas por imágenes de un secuencialmente animal individual o por imágenes de grupos de animales separados, ciertas situaciones – por ejemplo, cuando cada instancia de un evento como el derrame cerebral se manifiesta de forma única, con la rápida evolución fisiopatología – que sea conveniente e incluso necesario utilizar la medición simultánea. La neuroimagen funcional proporciona un ejemplo de ello, donde simultánea 2-desoxi-2- ⁽¹⁸ F) fluoro-ᴅ-glucosa ^([18 F] FDG) PET y Blood-nivel de oxígeno dependiente (BOLD) RM ha demostrado recientemente en la estimulación bigote rata estudia ^14.

Aquí, demostramos simultánea PET / RM de imagen durante el inicio de un derrame cerebral hipóxico-isquémica en la que la fisiología del cerebro no está en estado de equilibrio, pero en cambio, es rápida e irreversiblemente cambiando durante la simulación hipóxica. Los cambios en la difusión del agua, medida por resonancia magnética y cuantificados por el coeficiente de difusión aparente (ADC) derivado de imágenes de difusión ponderada (DWI), ha sido bien caracterizado para el accidente cerebrovascular en los datos clínicos y preclínicos ^17,18. En modelos animales, tales como MCAO, la difusión de agua en el tejido cerebral afectado cae rápidamente debido a la cascada de la bioenergética que conduce a edema citotóxico ^18. Estos cambios agudos en el ADC se observan también en modelos de roedores de isquemia cerebral por hipoxia ^{11,19. [18} F] FDG PET se ha utilizado en pacientes con ictus para evaluar los cambios en gl localesmetabolismo ucose ^20, y un pequeño número de estudios in vivo en animales también han utilizado ^[18 F] FDG ^21, incluido en el modelo de hipoxia-isquemia cerebral ^22. En general, estos estudios muestran una disminución de la utilización de glucosa en las regiones isquémicas, aunque un estudio usando un modelo con reperfusión encontró ninguna correlación de estos cambios metabólicos con el desarrollo de miocardio posterior ^23. Esto está en contraste a los cambios de difusión que se han asociado con el núcleo dañado irreversiblemente ^21. Por lo tanto, es importante ser capaz de obtener la información complementaria derivada de ^[18 F] FDG PET y DWI de manera simultánea durante la evolución del accidente cerebrovascular, ya que es probable que el rendimiento información significativa acerca de la progresión de la lesión y el impacto de intervenciones terapéuticas. El método que describimos aquí es fácilmente susceptible de usar con una variedad de trazadores de PET y secuencias de RM. Por ejemplo, ^[15 O] H ₂ O PETimágenes, junto con DWI y las imágenes de perfusión ponderada (PWI) de la RM puede ser utilizado para explorar aún más el desarrollo de la penumbra isquémica y validar las técnicas actuales en el campo de la imagen derrame cerebral.

Protocol

Todo el manejo y procedimientos de los animales descritos en este documento, y de acuerdo a la Investigación Animal: Reporte experimentos in vivo (llegar) directrices, se llevaron a cabo de acuerdo con los protocolos aprobados por la Asociación para la Evaluación de Acreditación de Laboratorio Animal Care (AAALAC) Internacional acreditado Institucional Cuidado de Animales y el empleo Comisión de la Universidad de California, Davis. Cirugía apropiada no debe dar lugar a signos de dolor o malestar en el animal, pero…

Representative Results

La Figura 1 muestra el resultado de una ligadura apropiada de la arteria carótida común, antes de cerrar la herida con sutura de seda 6-0. En este método, los datos obtenidos a partir de imágenes es altamente dependiente de la disposición temporal del experimento, que a su vez dicta y también está dictada por limitaciones experimentales incluidos los sistemas de adquisición de imágenes y la configuración del equipo. Estas y otras consideraciones se exploran más en…

Discussion

RM anatómica simultánea y dinámica ^[18 F] FDG PET datos DWI-RM y se adquirieron con éxito de los animales de experimentación durante la simulación hipóxica después de la ligadura de la arteria carótida común. Esto representa un poderoso paradigma experimental para formación de imágenes multimodal de la fisiopatología de rápida evolución asociado con lesiones isquémicas en el cerebro y fácilmente podría extenderse a estudiar otros radiotrazadores de PET (por ejemplo, marcadores de la neuroinf…

Materials

Surgery
Surgical scissors	Roboz	RS-5852
Forceps	Roboz	RS-5237
Hartman mosquito forceps	Miltex	7-26
2x McPherson suturing forceps, 8.5 cm	Accurate Surgical & Scientific Instruments	4473	It is useful to reduce the opening width with a band on the forceps used to hold the carotid artery
6-0 silicone coated braided silk suture with 3/8 C-1 needle	Covidien Sofsilk	S-1172
Homeothermic blanket system	Harvard Apparatus	507220F
Super glue	(Generic)
Hypoxia
Flowmeter for O2	Alicat Scientific	MC-500SCCM-D
Flometer for N2	Alicat Scientific	MC-5SLPM-D
O2 meter	MSA	Altair Pro
Imaging
7.05 Tesla MRI System	Bruker	BioSpec	20 cm inner bore diameter with gradient set. Paravision 5.1 software.
Volume Tx/Rx 1H Coil, 35mm ID	Bruker	T8100
PET system	(In-house)		4×24 LSO-PSAPD detectors, 10×10 LSO array per detector, 1.2mm crystal pitch and 14mm depth. 14 x 14 mm PSAPD. FOV: 60x35mm. 350-650 keV energy window. 16 ns timing window.
Vessel cannulation Dumont forceps	Roboz	RS-4991
PE-10 polyethylene tubing	BD Intramedic	427401
Infusion pump	Braintree Scientific	BS-300
Animal monitoring & gating equipment	Small Animal Instruments Inc.	Model 1025	Only respiration monitoring used
Animal bed with temperature regulation	(In-house)