In this video report, we show the application of Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) for interscapular brown adipose tissue in mice under activated and depressed conditions.
Brown adipose tissue (BAT), widely known as a “good fat” plays pivotal roles for thermogenesis in mammals. This special tissue is closely related to metabolism and energy expenditure, and its dysfunction is one important contributor for obesity and diabetes. Contrary to previous belief, recent PET/CT imaging studies indicated the BAT depots are still present in human adults. PET imaging clearly shows that BAT has considerably high uptake of 18F-FDG under certain conditions. In this video report, we demonstrate that Cerenkov luminescence imaging (CLI) with 18F-FDG can be used to optically image BAT in small animals. BAT activation is observed after intraperitoneal injection of norepinephrine (NE) and cold treatment, and depression of BAT is induced by long anesthesia. Using multiple-filter Cerenkov luminescence imaging, spectral unmixing and 3D imaging reconstruction are demonstrated. Our results suggest that CLI with 18F-FDG is a practical technique for imaging BAT in small animals, and this technique can be used as a cheap, fast, and alternative imaging tool for BAT research.
Kahverengi adipoz doku (BAT) memelilerde termojenezdeki için özel bir dokudur ve temel işlevlerinden biri ısı 1 gibi kimyasal / gıda büyük miktarda enerji dağıtma yoluyla tüm vücut enerji dengesini korumaktır. BAT en benzersiz özellikleri dokuda bol miktarda 2-5 eşleşmemiş protein-1 (UCP-1) ifadesi, bol miktarda küçük yağ damlacıkları, tek bir hücrede mitokondri çok sayıda ve önemli vaskülarizasyon içerir. Bu benzersiz özellikleri güçlü metabolizma ve enerji harcama dokusunun önemli rolü ile ilişkilendirmek. BAT önce artık mevcut ve yetişkin insanlar 1 önemli bir fizyolojik fonksiyonları sahip olduğu kabul edildi, ancak son zamanlarda PET / BT görüntüleme araştırmalar açık MET hala insan yetişkin 2,3,6-9 olarak sunulur olduğunu göstermiştir. BAT kitlesi ve vücut kitle indeksi arasında ters bir korelasyon (VKİ) çeşitli çalışmalarla belirlenen ve yeniden edildiYüzde çalışmalar fiziksel egzersizler BAT kütlesini artırabilir belirtti. Bu sonuçlar güçlü BAT disfonksiyon sıkıca obezite ve diyabet 2,6,10,11 patolojileri ile ilişkili olduğunu düşündürmektedir. Buna ek olarak, kanıtlarının BAT fonksiyonları kuvvetli biçimde gibi nörodejeneratif hastalıklar ve kanser gibi çeşitli başka 3,7,12,13 patolojileri ile ilişkili olduğunu gösterir.
BAT aktivasyonu, termogenez artırmak için bir işlem olup, bu soğuk maruz kalma, egzersiz ve ilaç tedavisi ve gen manipülasyonu 1,14,15 gibi çeşitli koşullar altında elde edilebilir. Soğuğa maruz kalma ve norepinefrin tedavi BAT etkinleştirmek için en çok kullanılan yöntemlerdir. Bu tür deride thermoreceptors gibi çeşitli mekanizmalarla hissedilen edilebilir, soğuk, sempatik sinirleri uyarır ve BAT norepinefrin (NE) salınımına yol açar. Serbest NE UCP-1 normal vücut ısısını korumak için termogenezi başlatmak için tetikler. Bu Conditi Altındaüzerinde, glukoz alımı de MET 1,16,17 artan metabolizma için daha fazla karbon kaynağı temin etmek üzere artar. 18F-FDG PET görüntüleme etiketlenmiş glukoz alımı insan çalışmalarında 6 soğuk koşullarda arttığını doğruladı.
Optik görüntüleme açısından, BAT, ideal bir hedeftir. Interskapular BAT gibi karaciğer, kalp ve mide gibi büyük organlardan uzakta yer alan farelerde eşsiz bir konuma sahiptir. Bu nedenle, bu büyük organlarından karıştırma sinyali önemsiz (Şekil 1a) 'dir. Bu arada, interskapular BAT sığ yeri daha sinyalleri algılama kamera tarafından yakalanmasını sağlar. Ayrıca, BAT belirli alanlarda ışık sinyali sınırlayan bir konsantre kitle organdır. Ayrıca, BAT benzersiz üçgen fiziksel şekli diğer dokularda (Şekil 1a) ayırt kolaylaştırır.
Çerenkov lüminesans görüntüleme (CLI), yeni ortaya çıkan bir molBu 18 F ve orta 131. ben Radyonüklidlerin çürüme – ecular görüntüleme teknolojisi 18-26, + ve üretilen lüminesans sürdürür. Yüklü parçacık (+ gibi ve -) bu orta 18-20 seyahatleri sırasında molekülleri polarizes ve polarize moleküller tekrar dengeye dinlenmek zaman parlaklık / ışık yayılır. Yayılan lüminesans Çerenkov Lüminesans (CL) denir. CL eşsiz spektral özellikleri onun ultraviyole (UV) boyunca geniş spektrumlu ve görünür spektrum 18-20 ve yoğunluğu ve dalga boyu (λ 2) karesine yılları arasındaki ters korelasyon vardır. Yayılan ışığın Hem UV ve görünür aralıkları farklı uygulamalar için kullanılabilir. Daha uzun dalga boyunda yayılan ışık olabilirken Çerenkov lüminesans UV kısmı, kafes luciferase 21 in vivo fotoaktivasyon için uygulanmıştırin vivo olarak optik görüntüleme 18,27-31 için de kullanılır.
Küçük hayvan çalışmaları için, bir optik görüntüleme sistemi ile CLI görüntüleme hızlı ve PET daha maliyetli olduğunu. Ayrıca, CLI yüksek verimlilik kapasitesine sahip bir görüntüleme sistemi ile yüksek verimli tarama teknikleri uygulanabilir. Bu teknolojinin avantajları ve dezavantajları çeşitli incelemelerde 25,32,33 tartışılmıştır. CLI 3D tomografi yoğun çeşitli gruplar 28,34-37 çalışılmıştır ve endoskopik görüntüleme ve intraoperatif görüntüleme için CLI uygulamaları da başarıyla 30,38 farelerde gösterilmiştir. Buna ek olarak, Spinelli ve Thorek ve ark. CLI görüntüleme klinik uygulamalar 39, 40 için bir potansiyele sahiptir ve böylece bu teknoloji, insan deneklere uygulanabilir olduğunu göstermiştir.
İnsanlarda BAT yeniden keşfetme sürecinde, PET görüntüleri açıkça belirtti18 F-FDG önemli miktarda belirli koşullar 2,3,6 altında BAT birikmiş. Ayrıca fareler ile PET görüntüleme da şüphesiz BAT 18 F-FDG 41 42 ile vurgulanır olabileceğini gösterdi. Bu yazıda, 18 F-FDG yayılan Çerenkov ışıldama bir optik görüntüleme sistemi kullanılarak küçük hayvanlarda görüntüleme BAT için kullanılabilir nasıl gösterilmektedir. Bizim yaklaşım, küçük hayvanlar için BAT görüntüleme, hızlı, ucuz ve kolay bir yöntem sağlar. Bu teknik, özellikle PET tesisleri olmadan laboratuvarlar için, 18 F-FDG PET görüntüleme için alternatif bir yöntem olarak kullanılabilir.
BAT ile ilgili araştırma yıllardır yapılmıştır. Daha önce, insan yetişkinlik 1 süresince anlamlı fizyolojik alaka olması kabul edilmişti. Ancak, 18 F-FDG ile yeni büyük ölçekli klinik PET görüntüleme ve diğer araştırmalar doğruladı BAT hala üst göğüs, boyun ve yetişkinlerde 2,3 diğer yerlerde mevcuttur. Son çalışmalar kuvvetle BAT obezite ve diyabet 2,6 önemli bir rol oynadığını düşündürmektedir. Diğer araştırmalar da, BAT 12 yaşlanma sürecinde ve faaliyet egzersiz 10,44 ile gelişmiş olabilir önemli rol oynadığını göstermektedir.
Hem klinik insan çalışmaları ve klinik öncesi araştırma, 18 F-FDG PET görüntüleme BAT incelemek için en çok kullanılan yöntemdir. Ancak, klinik öncesi hayvan çalışmaları için, PET genellikle çok daha pahalı optik görüntüleme fazladır. Bu protokol, biz olduğunu göstermek CL18 F-FDG ile ben küçük hayvanlarda optik görüntüleme BAT için uygulanabilir. Diğer optik görüntüleme teknikleri, doku nüfuz sınırlama ve derin hedefler için düşük duyarlılık gibi CLI 25,32 içsel sınırlamalar vardır. Bununla birlikte, son zamanlarda Spinelli ve arkadaşları. Iyi CLI sinyali 32 P 28,43 ile 10 mm doku derinliği ile gözlenebilir, ve gösterdi Thorek ve diğ. 16 mm penetrasyon 18 F-FDG enjeksiyonu 39, 40 sonrası hastaların lenf düğümlerinde elde edilebileceğini gösterdi. PET görüntülemesi ile karşılaştırıldığında, CLI nispeten düşük maliyetli bir görüntüleme sistemi ile gerçekleştirilebilir. Son zamanlarda, Thorek ve ark. Hastaların 39, düğümlerinde- (2ci yaklaşık) birikmiş 18 F-FDG gibi düşük miktarlarda 0.01 Ci 90Y oldu 40. In vitro test CLI sinyali gösterdiğini anlamlı derecede yüksek hassasiyet CLI ile elde edilebilir gösterdi Çözelti 25,32,33 saptanabilir </s> kadar. Ayrıca, CLI aynı zamanda yüksek uzaysal çözünürlüğü ve yüksek verimli tarama kapasitesi potansiyeline sahiptir. Buna ek olarak, CLI öğrenme ve kullanımı kolaydır.
Deneyler sırasında, biz 18 F-FDG ile BAT bu CLI kontrast yüksek enjeksiyon yöntemleri ile ilgili olduğunu buldu. 18F-FDG aynı miktarda intraperitonal enjeksiyon, BAT bölgesinde zayıf bir kontrast gösterirken 18F-FDG intravenöz enjeksiyonu, örneğin, interskapular BAT için mükemmel bir kontrast sağlayabilir.
Spektral karışmama, sinyaller iki set ayırmak için çok pratik bir teknik yaygın floresan görüntülemede kullanılmıştır. İyi 18F-FDG alımı yüksek hedef spesifik değildir bilinmektedir ve çeşitli hedefler / dokular farklı ışık alma özelliklerine sahiptir. Biz BAT CLI spektrumunun tepe etrafında 640 nm olduğu bulundu ve bu veri BAT gerçek bağlamları yansıtıyordu. Bu pr 3D rekonstrüksiyonfarklı dalga boylarında ışık dağılır özelliklerine göre bir ticari olarak temin edilebilir bir optik görüntüleme sistemi ile gerçekleştirilebilir, çünkü otocol çok işletilebilir. Bu yaklaşımla, 3D rekonstrüksiyon için çoklu açı görünümü görüntüler gerektirir özel bir görüntüleme sisteminin kullanılmasını önleyebilirsiniz.
Spektral unmixing ve 3D rekonstrüksiyon hem de, BAT her görüntünün 600 foton sayıları daha az gereklidir. Bu amaçla, geniş, gruplama (bölme = 16), küçük f stop (m = 1) ve uzun yükleme süresi (5 dakika) her bir görüntü için gereklidir.
Özetle, eşsiz konumu ve şeklini BAT ve BAT 18 F-FDG oldukça yüksek alımını yararlanarak, biz küçük hayvanlarda BAT optik CLI tekniği ile 18 F-FDG ile görüntülü nasıl göstermektedir. Bu yöntem güvenilir görüntüleme BAT ve BAT aktivasyonu izlenmesi için kullanılabilir. Ayrıca, biz de bu spektral karışmama ve 3D tavsiyem göstermeknstruction uygulanabilir ve 3D ses ölçümü gelecekteki çalışmalar için mümkündür.
The authors have nothing to disclose.
The authors thank Perkin Elmer Company for supporting this publication. We also thank Alana Ross, B.S. for proofreading this manuscript.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
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: 2.7cm x 2.7cm Pixels: 2048 x 2048 Quantum Efficiency: 85% Min detectable photons: 70 photons/s/sr/cm < sup > 2 < /sup > Dark Current: < 100 electrons/s/cm < sup > 2 < /sup > Lens: f 0.95 50mm CCD Cooling: Cooled to-90 degree. |
|
18F-FDG | IBA Molecular | ||
norepinephrine | Sigma | N5785-250MG | |
Ketamine/Xylazine | Sigma | K113-10ML |