Waiting
Processando Login

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

Medicine

Cerenkov Luminescence Imaging af interscapular brunt fedtvæv

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

Brunt fedtvæv (BAT) er en speciel væv for termogenese i pattedyr, og en af sine vigtigste opgaver er at opretholde energibalancen af hele kroppen gennem sprede store mængder af kemisk / mad energi som varme 1. BAT mest unikke egenskaber omfatter rigelige frakobling protein-1 (UCP-1) ekspression, rigelige små oliedråber, et stort antal af mitokondrier i en enkelt celle, og betydelig vaskularisering i vævet 2-5. Disse unikke funktioner stærkt associere med vævet vigtige rolle i stofskiftet og energi udgifter. BAT blev tidligere anset for at være ikke længere til stede, og besidder ingen væsentlige fysiologiske funktioner hos voksne mennesker 1, har dog de ​​seneste PET / CT imaging undersøgelser viste klart, at BAT stadig præsenterer i voksne mennesker 2,3,6-9. En omvendt korrelation mellem BAT masse og body mass index (BMI) blev etableret fra flere undersøgelser, og recent undersøgelser indikerede, at fysiske øvelser kan øge massen af ​​BAT. Disse resultater tyder på, at dysfunktion af BAT stramt er forbundet med patologier i fedme og diabetes 2,6,10,11. Hertil kommer, at stærke beviser indikerer, at funktionen af BAT er stærkt relateret til forskellige andre sygdomme såsom neurodegenerative sygdomme og kræft 3,7,12,13.

BAT-aktivering, en proces at øge termogenese, der kan opnås under forskellige betingelser såsom kulde eksponering, motion og medicinsk behandling og genmanipulation 1,14,15. Kolde eksponering og noradrenalin behandling er de mest anvendte metoder til at aktivere BAT. Kold, som kan afføles ved hjælp af forskellige mekanismer som thermoreceptors i huden, stimulerer sympatiske nerver og fører til frigivelse af noradrenalin (NE) BAT. Den frigivne NE udløser UCP-1 at initialisere termogenese at opretholde den normale kropstemperatur. Under denne conditipå, at optagelsen af glukose øger også at give mere kulstof kilder til øget metabolisme i BAT 1,16,17. PET-billeddannelse med 18F-FDG har bekræftet, at optagelsen af mærket glukose steg under kolde forhold i humane studier 6.

Med hensyn til optisk billeddannelse, BAT er et ideelt mål. Den interscapular BAT har en unik beliggenhed i mus, der ligger væk fra større organer såsom lever, hjerte og mave. Derfor signalforstyrrelser fra disse store organer er ubetydelig (figur 1a). I mellemtiden, den lavvandede placering interscapular BAT giver flere signaler for at blive taget til fange af påvisning kamera. Endvidere er BAT en koncentreret masse orgel, der begrænser lyssignalet på visse områder. Derudover unikke trekantede fysisk form af BAT gør det let at skelne fra andre væv (figur 1a).

Cerenkov luminescens billeddannelse (CLI), en nyopstået molecular imaging-teknologi 18-26, udnytter luminescens genereres fra + og - henfald af radionuklider såsom 18 F og 131 I i mediet. Den ladet partikel (som + og -) polariserer molekyler, mens det bevæger sig på mellemlang 18-20, og luminescens / lys der udsendes, når polariserede molekyler slappe tilbage til ligevægt. Den udsendte luminescens kaldes Cerenkov Luminescence (CL). De unikke spektrale egenskaber for CL omfatter dets brede spektrum hele ultraviolet (UV) og synligt spektrum 18-20, og dens inverse korrelation mellem intensiteten og kvadratet af bølgelængden (λ 2). Begge UV og synlige områder af det udsendte lys kan anvendes til forskellige anvendelser. UV del af Cerenkov luminescens er blevet anvendt til in vivo fotoaktivering af bur luciferin 21, mens det udsendte lys i længere bølgelængde kan væreanvendes til in vivo optisk billeddannelse 18,27-31.

For små dyreforsøg CLI billeddannelse med et optisk billeddannelse system er hurtigere og mere omkostningseffektive end PET. Desuden kan CLI anvendes til high throughput screening med et billedbehandlingssystem udstyret med high throughput kapacitet. De fordele og ulemper ved denne teknologi er blevet drøftet i flere anmeldelser 25,32,33. 3D tomografi af CLI er blevet intensivt undersøgt i flere grupper 28,34-37, og anvendelser af CLI for endoskopisk billeddannelse og intraoperativ billeddannelse med succes er blevet påvist i mus, samt 30,38. Desuden har Spinelli og Thorek et al. Påvist, at CLI billeddannelse kan anvendes til mennesker, således teknologien har også potentiale til kliniske applikationer 39, 40.

I løbet af genopdagelsen af ​​BAT i mennesker, PET billeder klart tilkendegivet, at enbetydelig mængde af 18 F-FDG akkumuleret i BAT under visse betingelser 2,3,6. Desuden PET-billeddannelse med mus uden tvivl også vist, at BAT kan fremhæves med 18 F-FDG 41 42. I denne rapport, viser vi, hvordan Cerenkov luminescens udsendes fra 18 F-FDG kan udnyttes til billeddannelse BAT i små dyr ved hjælp af et optisk billeddannelse system. Vores tilgang giver en hurtig, billig og bekvem metode til BAT billeddannelse til smådyr. Denne teknik kan anvendes som en alternativ metode til PET-billeddannelse med 18F-FDG, især for laboratorier uden PET faciliteter.

Protocol

Bemærk: Alle dyreundersøgelser bør udføres under godkendte institutionelle protokoller og retningslinjer dyreplejepraksis.

1. In vivo CLI billeddannelse BAT med 18 F-FDG

1.1 Baggrund Imaging:

  1. Inden 18 F-FDG injektion, skal du placere fire nøgne mus i en induktion kammer, der har været forbundet med isofluran balanceret med ilt i 5 minutter for at inducere anæstesi. Derefter placerer de fire bedøvede mus i afbildningsapparatet.
  2. Anskaf baggrundsbilledet med følgende parametre: Åben filter, f = 1, bin = 8, FOV = D og eksponeringstid = 120 sek, scene temperatur = 37 ° C.

1.2 BAT Imaging med 18 F-FGD:

  1. Injicer bedøvede mus med 280 uCi 18F-FDG i PBS intravenøst ​​i halevenen. Efter injektionen returnere mus til et bur forsynet med mad og vand.
    Bemærk: Det er nødvenvendigt at intravenøst ​​injicere 18 F-FDG at opnå en anstændig kontrast omkring BAT-området. Kun en meget svag kontrast kan ses med den samme mængde af 18F-FDG, hvis der anvendes en intraperitoneal injektion.
  2. Acquire CLI billeder ved 30, 60 og 120 min efter 18F-FDG injektion med de samme parametre som baggrund billedbehandling (trin 1.1.2). For hver billeddannelse session tillader 5 min til anæstesi Genoptagelse.
  3. At kvantificere signal til støjforhold (S / N) for at bruge imaging software interface til at trække to lige store ellipse ROI'er over interscapular bat og et område støder op til BAT (referenceområde) (figur 1b).

1.3 Validering af CLI Kilde:

  1. Bedøve fire mus og injicere mus med 280 uCi 18 F-FDG intravenøst.
  2. Sacrifice musene 60 minutter efter injektion af 18F-FDG ved injektion af natriumpentobarbital (200 mg / kg IP). Fjern forsigtigt skin fra interscapular område. Billede alle mus med de samme parametre som ovenfor (1.1.2), på samme tid (figur 2a).
  3. Fjern forsigtigt interscapular hvide fedtvæv (WAT) og BAT, og derefter billede dissekerede mus med de samme parametre (figur 2b).
  4. Fra CLI billeder, beregne bidraget fra BAT ved hjælp af to ROI'er med følgende ligning: R (BAT) = (CLI en -CLI b), (BAT) / (CLI a -CLI b), (BAT-fjernet), hvor ROI a er for interscapular område og ROI b er for referenceområdet (figur 2b).

2. BAT Imaging Application

2.1 Overvågning Aktivering med NE

  1. Opdel nøgne mus i to grupper (n = 4 hver).
  2. Der indsprøjtes en gruppe med noradrenalin (NA) (50 ul, 10 mM) intraperitonealt. Brug den anden gruppe som en ikke-aktiveret control. Efter 30 minutter bedøver begge grupper med isofluran i 5 minutter, og derefter intravenøst ​​injicere hver mus med 18F-FDG (220 uCi).
    Bemærk: En intraperitoneal injektion af NE bør være 30 minutter før 18 F-FDG injektion for at undgå dramatisk omrøring af mus.
  3. Billede musene 60 minutter efter 18F-FDG injektion under anvendelse af de samme parametre som ovenstående protokoller.

2.2 Overvågning Aktivering under koldt Eksponering

  1. Måle kropstemperatur musene i det kolde rum med en rektal termometer. Temperaturer bør være omkring 30 ° C.
  2. Billede musene 60 minutter efter 18F-FDG injektion ved anvendelse af de samme billeddannende parametre som ovenstående protokoller. Brug mus, der opbevares ved stuetemperatur (25 ° C), som kontrollerne, og image dem med det samme.
  3. Til en kold eksponering undersøgelse, placeres musene i et koldt rum (4 ° C) i 4 timer før 18F-FDG injektion og returnere mis til kolde rum efter hver billeddannelse session og efter gendannelse efter anæstesi.
  4. parametre som ovenfor.

2.3 Overvågning Deaktivering af BAT Under Long Anæstesi

  1. For lange anæstesi (60 - 70 min), injiceres mus intraperitonealt med ketamin / xylazin og holde dem under anæstesi i 60-70 minutter ved stuetemperatur.
  2. Når musene bedøvet, injiceres 18F-FDG (220 uCi) intravenøst ​​via halevenen.
  3. Billede musene 60 minutter efter 18F-FDG injektion ved anvendelse af de samme parametre som ovenstående protokoller.

3. Spectral Unmixing og Multispektrale Cerenkov Luminescence Tomography Studies

  1. Bedøver en mus i 5 min, og derefter injicere 300 pCi 18 F-FDG intravenøst. Anskaf multispektrale billeder 60 min efter 18 F-FDG injektion fra dyrets dorsale side med følgende parametre: f = 1, bin = 16, erhvervelsetid = 300 sek pr filter, emissionsfiltre = 580, 600, 620, 640, 660 og 680 nm.
  2. Gennemføre spektral unmixing med Living Imaging 4.3.1 software og vælge to komponenter (BAT og uspecifikke signaler) og automatisk unmixing (Figur 4).
  3. Lave 3D rekonstruktion ifølge fremgangsmåden rapporteret af Kuo et al. 28,43 metode. Inkorporering emissionsspektret Cerenkov i diffust lys formering model anvende Tikhonov regulering i NNLS (ikke-negative mindste kvadraters) optimering af residualer og generere overfladen tomografi (som anvendes til 3D-billede coregistration) fra strukturen lys billeddannelse (figur 5 ).
    Note: For multispektrale CLI spektrale unmixing og tomografi, der er behov for mindst 5 billeder med forskellige filtre.

Representative Results

I figur 1 blev interscapular BAT (figur 1a) fremhævet på alle tidspunkter (30, 60, 120 min), og kontrasten mellem BAT og referenceområdet kan let observeres (1b figur). Især konturen af ​​BAT billedet nøje afspejlede sin fysiske fremtoning, som har en trekantet kontur. Signal forholdet mellem BAT og referenceområdet var 2,37, 2,49 og 2,53 gange ved 30, 60 og 120 minutter efter injektion (figur 1a).

Fra den trinvise dissektion eksperiment, havde 85% af signalet på interscapular sted stammer fra BAT (figur 2). Der var imidlertid stadig nogle residuale signal ligger i nærheden af ​​den øvre rand af BAT, som sandsynligvis stammer fra BAT resterende væv og andre tilstødende væv, der omfatter blodkar og muskler.

Det er blevet rapporteret, at BAT-aktivering kan opnås gennemNoradrenalin (NA) behandling og kold eksponering 3,6. Først observerede vi BAT aktivering med NE i den samme gruppe af mus med og uden NE behandling under korte (5 min) isofluran anæstesi. Dataene viste signifikant højere CLI signal under NE-behandlede tilstand (1,23 gange) end uden NE behandling (figur 3a).

I humane studier viste PET-billeddannelse, at emner, der kold eksponering havde meget højere 18 F-FDG optagelse i BAT end ved stuetemperatur 6. I denne mus undersøgelse blev en stigning på 18 F-optagelsen af FDG 39% observeret i BAT af dyrene behandlet med kold eksponering (figur 3b).

Hos mus, kan BAT-aktivitet påvirkes af forskellige anæstesi regimer 3,41. For eksempel kan 18 F-FDG optagelse i BAT faldet betydeligt efter en times anæstesi med ketamin 41. Sammenligning af 18 F-FDG uptake i den samme gruppe af mus under kort (5 min med isofluran) og lang anæstesi (70 min med ketamin / xylazin) regimer, et fald i 18 F-FDG BAT optagelse 54% blev observeret i den gruppe bedøvet med ketamin / xylazin ( Figur 3c).

Det er velkendt, at hæm-holdige proteiner (såsom hæmoglobin i blod og cytochrom c i mitokondrier), kan føre til en betydelig lysabsorption, og det forventes, at de rigelige blodkar i BAT 1 vil ændre spektret af CLI og spektrale form fra BAT-området vil være forskellig fra andre områder. Tænkes, spektrale unmixing teknikker gør det muligt for os at adskille de to CLI spektre. Fra Figur 4a, blev der ikke bestemt område fremhæves fra ublandet billede af komponent # 1 (Unmix 1 #), og det tilsvarende spektrum (blå linie i figur 4d) lignede emissionsspektret af 18F i rene medier, hvor CLI intensiveretty er omvendt korreleret med kvadratet af bølgelængden 18,20. Disse data tyder på, at Unmix # 1 udgjorde en uspecifik CLI signal, som er sandsynligvis fra meget lavt vand, såsom 18 F-FDG ophobning i huden. Toppen af ​​ublandet # 2 spektrum (rød linje) var omkring 640 nm, hvilket tyder på signalet var fra BAT. Interessant, i modsætning til den betydelige dæmpning af intensiteten af CLI kortere end 640 nm, ikke dramatisk fald i intensitet blev observeret, når det nåede sit højdepunkt (rød linie i figur 4), hvilket indikerer en bedre vævsgennemtrængning af det udsendte lys ved længere bølgelængder.

Multispektral Cerenkov luminescens tomografi (msCLT) blev anvendt til 3D-rekonstruktion. msCLT er tidligere blevet beskrevet af Kuo et al. 28,43, og er opbygget af et sæt af 2D plane billeder optaget med et antal smalle båndpasfiltre (> 5 filtre). De rekonstruerede 3D-billeder er coregistdækkede med overflade tomografi, der genereres fra strukturen lys, og billederne viser, at en væsentlig del af CLI-signalet stammer fra interscapular BAT (figur 5). Bemærkelsesværdigt, koronale billede (figur 5a) klart skitserer de to kamre af BAT, der nøje ligner den trekant kontur af BAT vist i figur 5e.

Figur 1
Figur 1: (a) trekantet kontur interscapular BAT (blå pil) i en mus; (Venstre) BAT er dækket med hvide fedtvæv, og (til højre) BAT er udsat for. (b) at CLI billeder af en mus på 30 og 60 minutter efter 18F-FDG (280 uCi) intravenøs injektion. Billederne klart skitsere konturerne af BAT. (C) Kvantitativ analyse af CLI signal fra interscapular BAT-området og et referenceområde. Genudskrivning fra henvisningen. 42 Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2
Figur 2: (a) Repræsentative billeder af mus før (venstre) og efter (til højre) BAT-fjernelse. (B) Kvantificering indikerer, at> 85% CLI stammede fra BAT. Genudskrivning fra henvisningen. 42 Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3
Figur 3:(A) Repræsentant CLI billeder af BAT af mus med (til venstre) og uden (højre) NE stimulering under korte isofluran anæstesi. (B) at foretage kvantitativ analyse af CLI signaler fra de to grupper i (a) (n = 4 for hver gruppe). (C) Repræsentant CLI billeder af BAT af mus med (til venstre) og uden (højre) kold stimulation under korte isofluran anæstesi. (D) Kvantitativ analyse af CLI signaler fra de to grupper er vist i (e), (n = 3 - 4 for hver gruppe). (e) Repræsentant CLI billeder af BAT ved 60 min efter 18 F-FDG injektion under korte isofluran anæstesi (5 min) (venstre) og ketamin / xylazin anæstesi (70 min) (højre). (F) Kvantitativ analyse af CLI signaler fra de to grupper er vist i (g) (n = 4 for hver gruppe). Genudskrivning fra henvisning 42. PleaSE klik her for at se en større udgave af dette tal.

Figur 4
Figur 4:. Spectral unmixing for uspecifik CLI og BAT CLI (a) Unmix # 1 viser, at uspecifik CLI signal fra 18 F-FDG er fordelt over hele kroppen (den ublandet frekvenser til dette billede er vist i (d), (blå linje )). (B) Unmix # 2 viser, at størstedelen af CLI på interscapular websted er BAT (ublandede spektrum er vist i (d), (rød linje)). CLI top er omkring 640 nm. (C) Fusioneret billede af Unmix # 1 og # 2. (D) CLI spektre af Unmix # 1 og # 2. Genudskrivning fra henvisningen. 42 Klik her for at se en større version af dette tal. </ P>

Figur 5
Figur 5: Multispektral Cerenkov luminescens tomografi (a - d) 3D-rekonstruktion af billeder.. Interscapular BAT kan ses i koronale (a), sagittal (b), og tværgående (c) visninger samt i 3D-billedet (d); (E) Fysisk BAT form er vist (blå pil), som korrelerer med rekonstruerede billeder. Genoptrykke og tilpasse fra henvisningen. 42 Klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

Forskning vedrørende BAT er blevet gennemført i flere årtier. Tidligere havde det været anset for at have nogen væsentlig fysiologisk relevans under human voksenalderen 1. Imidlertid har de seneste storstilet klinisk PET-billeddannelse med 18 F-FDG og andre undersøgelser bekræftet BAT er stadig til stede i den øvre bryst, nakke og andre steder i voksne 2,3. Nylige undersøgelser har kraftigt antydet, at BAT spiller en vigtig rolle i fedme og diabetes 2,6. Anden forskning viser også, at BAT spiller vigtige roller i processen med aldrende 12, og at dets aktivitet kunne styrkes gennem motion 10,44.

Både i de kliniske forsøg med mennesker og prækliniske forskning, PET-billeddannelse med 18 F-FDG er den mest anvendte metode til at studere BAT. Men for prækliniske dyreforsøg PET er generelt meget dyrere end optisk billeddannelse. I denne protokol, viser vi, at CLJeg med 18 F-FDG kan anvendes til optisk billeddannelse BAT i små dyr. Ligesom andre optiske billeddannende teknikker, vævspenetrerende begrænsning og lav følsomhed til dybe mål er iboende begrænsninger CLI 25,32. Ikke desto mindre, for nylig vist, Spinelli m.fl.., At anstændigt CLI signal kunne observeres med 10 mm vævsdybde med 32p 28,43, og Thorek et al. viste, at 16 mm indtrængen kunne opnås i lymfeknuder af patienterne efter 18 F-FDG injektion 39, 40. I forhold til PET-billeddannelse, kan CLI udføres med en relativt lav pris imaging system. For nylig Thorek et al. Viste, at signifikant høj følsomhed kan opnås med CLI så lave mængder af 18F-FDG akkumulerede (ca. 2CI) i kirtler i patienten 39, 40. In vitro forsøg indikerede, at CLIP-signalet fra 0,01 Ci 90Y var detekteres i opløsning 25,32,33

I løbet af eksperimenter fandt vi, at CLI kontrast af BAT med 18F-FDG er stærkt relateret til injektion metoder. Intravenøs injektion af 18 F-FDG kan levere fremragende kontrast til interscapular BAT, mens intraperitoneal injektion med det samme beløb på 18 F-FDG viste kun en svag kontrast i BAT-området.

Spectral unmixing, en meget praktisk teknik til at adskille to sæt af signaler, har været meget anvendt i fluorescens billeddannelse. Det er velkendt, at optagelsen af 18 F-FDG ikke er stærkt målspecifikt, og forskellige mål / væv har forskellige lys dæmpning egenskaber. Vi fandt toppen af ​​CLI spektrum af BAT er omkring 640 nm, og disse data afspejlede de faktiske sammenhænge af BAT. 3D rekonstruktion af denne PRotocol er meget betjenes, fordi det kan udføres med et kommercielt tilgængeligt optisk billeddannelse baseret på de lette diffusionsprocesser egenskaber af forskellige bølgelængder. Med denne fremgangsmåde kan vi undgå at bruge et specialiseret imaging system, der kræver flere vinkel view billeder for 3D-rekonstruktion.

For både spektral unmixing og 3D-rekonstruktion, er en større mindst 600 fotontællinger fra hvert billede i BAT påkrævet. Til dette formål er stor Binning (bin = 16), lille f-stop (f = 1) og en lang tid erhvervelse (5 min) er nødvendig for hvert billede.

Sammenfattende udnytte den unikke beliggenhed og form af BAT og den markant høj optagelse af 18 F-FDG i BAT, vi viser, hvordan BAT i små dyr kan optisk filmede med 18 F-FDG via CLI teknik. Denne metode kan bruges som pålideligt til billeddannelse BAT og for overvågning af BAT-aktivering. Derudover har vi også vise, at spektrale unmixing og 3D reconstruction er praktisk muligt, og 3D volumen kvantificering er muligt for fremtidige undersøgelser.

Disclosures

Offentliggørelse af denne video-artikel er støttet af 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 luminescens billeddannelse brunt fedtvæv 18F-FDG optisk billeddannelse, spektral unmixing
Cerenkov Luminescence Imaging af interscapular brunt fedtvæv
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