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 av interscapular brunt fettvev

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 fettvev (BAT) er en spesiell vev for thermogenesis hos pattedyr, og en av sine viktigste funksjoner er å opprettholde energibalansen i hele kroppen gjennom spredendedesign store mengder kjemiske / mat energi som varme en. BAT mest unike egenskaper omfatter rikelig frakopling protein-1 (UCP-1) ekspresjon, rikelig små oljedråper, et stort antall mitokondria i en enkelt celle, og betydelig vaskularisering i vevet 2-5. Disse unike egenskapene sterkt forbinder med vevets viktig rolle i stoffskiftet og energiforbruk. BAT ble tidligere ansett for å være ikke lenger er tilstede og inneha ingen signifikante fysiologiske funksjoner hos voksne mennesker en, har imidlertid de senere PET / CT-radiologiske undersøkelser tydelig demonstrert at BAT presenterer fortsatt i menneskelige voksne 2,3,6-9. En invers korrelasjon mellom BAT masse og kroppsmasseindeks (BMI) ble etablert fra flere studier, og recent studier indikerte at fysiske øvelser kan øke massen av BAT. Disse resultatene antyder sterkt at dysfunksjon i BAT er tett forbundet med patologi av fedme og diabetes 2,6,10,11. I tillegg er monterings bevis indikerer at funksjonen til BAT er sterkt relatert til ulike andre patologier som for eksempel neurodegenerative sykdommer og kreft 3,7,12,13.

BAT aktivering, en prosess for å øke thermogenesis, kan oppnås under ulike forhold som kulde, mosjon, og medikamentell behandling og genmanipulering 1,14,15. Kulde og noradrenalin behandling er de mest brukte metodene for å aktivere BAT. Kulde, noe som kan sanses av ulike mekanismer som thermoreceptors i huden, stimulerer sympatiske nerver og fører til utgivelsen av noradrenalin (NE) til BAT. Den frigjorte NE utløser UCP-1 for å initialisere termotilblivelsen for å opprettholde den normale kroppstemperatur. Under denne conditipå, opptaket av glukose øker også å gi flere karbonkilder for økt metabolisme i BAT 1,16,17. PET billeddiagnostikk med 18F-FDG har bekreftet at opptaket av merket glukose økte under kalde forhold i humane studier seks.

I forhold til optisk avbildning, er BAT et ideelt mål. Den interscapular BAT har en unik beliggenhet i mus, ligger borte fra større organer som lever, hjerte og mage. Derfor er signalinterferens fra disse store organer ubetydelig (Figur 1a). I mellomtiden, den grunne plasseringen av interscapular BAT gjør at flere signaler for å bli fanget av kamera gjenkjenning. Videre er BAT en konsentrert masse organ, som begrenser lyssignalet i visse områder. I tillegg gjør det lett å skille fra andre vev (Figur 1a) den unike trekantet fysisk form av BAT.

Cerenkov luminescence imaging (CLI), en nylig dukket molecular bildeteknologi 18-26, utnytter luminescens generert fra + og - nedbrytning av radionuklider som 18 F og 131 jeg i mediet. Den ladet partikkel (for eksempel med + og -) polariserer molekyler mens det reiser i mediet 18-20, og luminescens / lys avgis når de polariserte molekyler slappe tilbake til likevekt. Det emitterte luminescens kalles Cerenkov Luminescence (CL). De unike spektrale egenskapene CL omfatter sitt brede spektrum i hele ultrafiolett (UV) og synlig spektrum 18-20, og dens invers korrelasjon mellom intensiteten og kvadratet av bølgelengden (λ 2). Både UV og synlige kjeder av lyset kan utnyttes til ulike bruksområder. Den UV-delen av Cerenkov luminescens har vært anvendt for in vivo fotoaktivering av bur luciferin 21, mens lyset som emitteres i lengre bølgelengde kan blibenyttes til in vivo optisk avbildning 18,27-31.

For små dyrestudier, er CLI bildebehandling med en optisk imaging system raskere og mer kostnadseffektivt enn PET. Videre kan CLI anvendes for high throughput screening med et avbildningssystem utstyrt med høy gjennomløpskapasitet. Fordelene og ulempene ved denne teknologien har vært diskutert i flere anmeldelser 25,32,33. 3D tomography av CLI har blitt nøye studert i flere grupper 28,34-37, og anvendelser av CLI for endoskopisk bildebehandling og intraoperativ avbildning har blitt påvist i mus samt 30,38. I tillegg Spinelli og Thorek et al. Har vist at CLI bildebehandling kan brukes til mennesker, og dermed teknologien har også potensial for kliniske applikasjoner 39, 40.

I løpet av gjenoppdagelsen av BAT hos mennesker, PET-bilder klart indikerte at enbetydelig mengde av 18 F-FDG akkumulert i BAT under visse forutsetninger 2,3,6. I tillegg PET billeddiagnostikk med mus også utvilsomt viste at BAT kan bli markert med 18 F-FDG 41 42. I denne rapporten viser vi hvordan Cerenkov luminescens slippes ut fra 18 F-FDG kan benyttes for bildebehandling BAT i små dyr ved hjelp av en optisk imaging system. Vår tilnærming gir en rask, billig og praktisk metode for BAT bildebehandling for små dyr. Denne teknikken kan brukes som en alternativ metode for PET-avbildning med 18 F-FDG, spesielt for laboratorier uten PET-anlegg.

Protocol

Merk: Alle dyrestudier bør utføres under godkjente institusjonelle protokoller og retningslinjer dyr omsorg.

1. I Vivo CLI bildebehandling BAT med 18 F-FDG

1.1 Bakgrunn Imaging:

  1. Før 18 F-FDG injeksjon plasseres fire nakne mus i en induksjonskammeret som er blitt forbundet med isofluran avbalansert med oksygen i 5 min for å indusere anestesi. Deretter plasserer de fire bedøvet mus inn i bildeapparat.
  2. Tilegne seg bakgrunnsbildet med følgende parametre: Open filter, f = 1, bin = 8, FOV = D, og ​​eksponeringstid = 120 sek, scene temperatur = 37 ° C.

1.2 BAT Imaging med 18 F-FGD:

  1. Injiser bedøves musene med 280 uCi av 18 F-FDG i PBS intravenøst ​​i halevenen. Etter injeksjonen returnere musene til et bur utstyrt med mat og vann.
    Merk: Det er nødvenvendig å intravenøst ​​injisere 18 F-FDG å oppnå en anstendig kontrast rundt BAT området. Bare en meget svak kontrast kan sees med samme mengde av 18 F-FDG hvis en intraperitoneal injeksjon benyttes.
  2. Erverve CLI bilder ved 30, 60 og 120 min etter 18 F-FDG injeksjon med de samme parametrene som bakgrunn imaging (trinn 1.1.2). For hver bildebehandling økten, la 5 min for anestesi reinduction.
  3. Å kvantifisere signal til støyforhold (S / N), bruker bildebehandlingsprogrammer grensesnitt for å trekke to like store ellipse ROI over interscapular BAT og et område som grenser til BAT (referanseområde) (Figur 1b).

1.3 Validering av CLI Kilde:

  1. Anesthetize fire mus og injisere mus med 280 uCi av 18 F-FDG intravenøst.
  2. Blot musene 60 minutter etter injeksjon av 18 F-FDG ved injeksjon av natrium-pentobarbital (200 mg / kg, IP). Fjern forsiktig skin fra interscapular området. Bilde alle musene med de samme parametere som ovenfor (1.1.2), på samme tid (figur 2a).
  3. Fjern forsiktig interscapular hvitt fettvev (WAT) og BAT, og deretter bilde dissekert mus med de samme parametrene (Figur 2b).
  4. Fra CLI bilder beregne bidraget fra BAT ved hjelp av to ROI med følgende ligning: R (BAT) = (CLI en -CLI b) (BAT) / (CLI en -CLI b) (BAT-fjernet), hvor ROI en er for den interscapular området og ROI b er for referanseområdet (figur 2b).

2. BAT Imaging Application

2.1 Overvåking Aktivisering med NE

  1. Fordel nakne mus inn i to grupper (n = 4 hver).
  2. Injisere en gruppe med noradrenalin (NE) (50 mL, 10mm) intraperitonealt. Bruk den andre gruppen som en-aktivert non control. Etter 30 min, bedøve begge grupper med isofluran i 5 min, og deretter injisere intravenøst ​​hver mus med 18 F-FDG (220 uCi).
    Merk: intraperitoneal injeksjon av NE skal være 30 min før 18 F-FDG injeksjon for å unngå dramatisk propaganderte musene.
  3. Bilde musene 60 min etter 18 F-FDG-injeksjon ved å bruke de samme parametrene som de ovennevnte protokoller.

2.2 Overvåking Aktivering Under Cold Exposure

  1. Mål kroppstemperaturer på musene i kjølerommet med en rektal termometer. Temperaturen bør være ca 30 ° C.
  2. Bilde musene 60 min etter 18 F-FDG-injeksjon ved å bruke de samme avbildningsparametre som de ovennevnte protokoller. Bruk mus som er holdt ved romtemperatur (25 ° C) som kontrollene, og bilde dem med samme.
  3. Til en kald eksponering studie, plassere musene i et kaldt rom (4 ° C) i 4 timer før 18 F-FDG-injeksjon og returnere mis til kjølerommet etter hver bildebehandling økten og etter å utvinne fra anestesi.
  4. parametere som ovenfor.

2.3 Overvåking Deaktivering av BAT Under Long Anesthesia

  1. For lange anestesi (60 - 70 min), injisere musene intraperitonealt med ketamin / xylazin og holde dem under anestesi etter 60 - 70 minutter ved romtemperatur.
  2. Når musene bedøvd, injisere 18 F-FDG (220 uCi) intravenøst ​​via halevenen.
  3. Bilde musene 60 min etter 18 F-FDG-injeksjon ved å bruke de samme parametrene som de ovennevnte protokoller.

3. Spectral Unmixing og Multispectral Cerenkov luminescens tomografi Studies

  1. Bedøve en mus i 5 min, og deretter injisere 300 uCi 18 F-FDG intravenøst. Erverve multispektrale bilder 60 min etter 18 F-FDG injeksjon fra dyrets ryggsiden med følgende parametre: f = 1, bin = 16, oppkjøptime = 300 sek per filter, emisjonsfiltre = 580, 600, 620, 640, 660 og 680 nm.
  2. Gjennomføre spektral unmixing med Levende Imaging 4.3.1 programvare og velger to komponenter (BAT og uspesifikke signaler) og automatisk unmixing (figur 4).
  3. Gjennomfør 3D rekonstruksjon i henhold til metoden rapportert av Kuo et al. 28,43. Innarbeide Cerenkov emisjonsspektrum i det diffuse lys forplantningsmodell, anvende Tikhonov regularisering i NNLS (negative minste kvadraters) optimalisering av restene, og generere overflaten tomografi (som benyttes for 3D bilde coregistration) fra strukturen lys imaging (Figur 5 ).
    Merk: For multispektrale CLI spektral unmixing og tomografi, er minst 5 bilder med forskjellige filtre som trengs.

Representative Results

I figur 1, ble interscapular BAT (figur 1a) fremhevet ved alle punkter (30, 60, 120 min), og kontrasten mellom BAT og referanseområdet kan lett observeres (Figur 1b). Spesielt, konturen av BAT bildet tett reflektert dens fysiske utseende, som har en trekantet kontur. Signal forholdstall mellom BAT og referanseområdet var 2,37, 2,49 og 2,53 ganger ved 30, 60 og 120 min etter injeksjon (Figur 1a).

Fra trinnvis disseksjon forsøket, hadde 85% av signalet på interscapular stedet stammer fra BAT (figur 2). Imidlertid, var det fortsatt noe restsignal som ligger i nærheten av den øvre kanten av BAT, som sannsynligvis stammer fra BAT rest vev og andre tilstøtende vev som omfatter blodkar og muskler.

Det har blitt rapportert at BAT aktivering kan oppnås gjennomNoradrenalin (NE) behandling og kulde eksponering 3,6. Først observerte vi BAT aktivering med NE i samme gruppe mus med og uten NE behandling etter kort (5 min) isoflurananestesi. Dataene viste signifikant høyere CLI signal under NE-behandlet tilstand (1,23 ganger) enn uten NE behandling (figur 3a).

I studier på mennesker, PET billeddiagnostikk viste at fag under kulde hadde mye høyere 18 F-FDG opptak i BAT enn ved romtemperatur seks. I denne studien mus, ble en 39% økning i 18 F-FDG opptak observert i BAT av dyrene som ble behandlet med kald-eksponering (figur 3b).

Hos mus, kan BAT aktivitet påvirkes av ulike anestesi regimer 3,41. For eksempel kan 18 F-FDG opptak i BAT bli betydelig redusert etter en times anestesi med ketamin 41. Sammenligning av 18 F-FDG uptake i samme gruppe mus på korte (5 min med isofluran) og lang anestesi (70 min med ketamin / xylazin) regimer, en 54% reduksjon i 18 F-FDG BAT opptak ble observert i gruppen bedøvet med ketamin / xylazin ( Figur 3c).

Det er velkjent at heme-inneholdende proteiner (slik som hemoglobin i blod og cytokrom c i mitokondriene) kan føre til betydelig lysabsorpsjon, og det er forventet at de rike blodårene i BAT-1 vil endre spekteret av CLI, og den spektrale form fra BAT området vil være forskjellig fra andre områder. Muligens spektrale unmixing teknikker tillate oss å skille de to CLI spektra. Fra figur 4a, ble det ikke bestemt område markert fra den ublandede bilde av komponent 1 (Unmix # 1), og tilsvarende spektret (blå linje på figur 4d) lignet på emisjonsspekteret av 18 C i rene medier, hvor CLI intensity er omvendt korrelert med kvadratet av bølgelengden 18,20. Disse dataene tyder på at Unmix # 1 representerte en uspesifikk CLI-signal, som sannsynligvis er av svært grunne dybder, som for eksempel 18 F-FDG akkumulering i huden. Toppen av ublandet # 2 spektrum (rød linje) var rundt 640 nm, noe som tyder signalet var fra BAT. Interessant, i motsetning til den vesentlige dempning av intensiteten av CLI kortere enn 640 nm, ble ingen dramatisk reduksjon av intensitet observert når den nådde sitt høydepunkt (rød linje i figur 4), noe som indikerer bedre vev penetrasjon av det avgitte lys med lengre bølgelengder.

Multispektrale Cerenkov luminescence tomografi (msCLT) ble brukt for 3D-rekonstruksjon. msCLT har tidligere blitt rapportert av Kuo et al. 28,43, og er konstruert fra et sett med 2D plane bilder er anskaffet med et antall smale båndpassfiltre (> 5 filtre). Den rekonstruerte 3D-bilder er coregistket med overflate tomografi som er generert fra strukturen lys, og bildene viser at en vesentlig del av CLI-signalet stammer fra interscapular BAT (figur 5). Bemerkelsesverdig, koronale bilde (figur 5a) tydelig skisserer de to fliker av BAT, som tett ligner trekanten konturen av BAT vist i figur 5e.

Figur 1
Figur 1: (a) Trekantet konturen av interscapular BAT (blå pil) i en mus; (Til venstre) BAT er dekket med hvitt fettvev, og (til høyre) BAT er utsatt. (b) CLI bilder av en mus på 30 og 60 min etter 18 F-FDG (280 uCi) intravenøs injeksjon. Bildene tydelig skissere konturene av BAT. (C) Kvantitativ analyse av CLI-signalet fra interscapular BAT område og et referanseområde. Opptrykk fra referanse 42. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
Figur 2: (a) Representative bilder av musene før (venstre) og etter (høyre) BAT fjerning. (B) Kvantifisering indikerer at> 85% CLI stammer fra BAT. Opptrykk fra referanse 42. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3:(A) representant CLI bilder av BAT av mus med (til venstre) og uten (høyre) NE stimulering på korte isoflurananestesi. (B) Kvantitativ analyse av CLI-signaler fra de to gruppene i (a) (n = 4 i hver gruppe). (C) Representant CLI bilder av BAT av mus med (til venstre) og uten (høyre) kaldt stimulering på korte isoflurananestesi. (D) Kvantitativ analyse av CLI-signaler fra de to gruppene som er vist i (e) (n = 3-4 i hver gruppe). (e) Representant CLI bilder av BAT ved 60 min etter 18 F-FDG injeksjon under kort isoflurananestesi (5 min) (tv) og ketamin / xylazin anestesi (70 min) (til høyre). (F) Kvantitativ analyse av CLI-signaler fra de to gruppene som er vist i (g) (n = 4 i hver gruppe). Opptrykk fra referanse 42. PleaSE klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4
Figur 4:. Spectral unmixing for uspesifikk CLI og BAT CLI (a) Unmix # 1 viser at uspesifikke CLI signal fra 18 F-FDG er fordelt over hele kroppen (den ublandet spekteret for dette bildet er vist i (d) (blå linje )). (B) Unmix # 2 indikerer at majoriteten av CLI ved interscapular området er fra BAT (ublandet spektrum er vist i (d) (rød linje)). CLI toppen er rundt 640 nm. (C) sammenslåtte bildet av Unmix # 1 og # 2. (D) CLIP spektra av Unmix # 1 og # 2. Opptrykk fra referanse 42. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet. </ P>

Figur 5
Figur 5: Multispectral Cerenkov luminescence tomografi (a - d) 3D rekonstruksjon av bildene.. Interscapular BAT kan sees i koronal (a), sagittal (b), og tverrgående (c) visninger, så vel som i 3D-bildet (d); (E) Fysisk BAT formen er vist (blå pil) som korrelerer med rekonstruerte bilder. Gjenbruk og tilpasse fra referanse 42. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Discussion

Forskning knyttet til BAT har vært gjennomført i flere tiår. Tidligere hadde det vært ansett å ha noen signifikant fysiologisk relevans under human voksen alder en. Imidlertid har nyere storskala klinisk PET billeddiagnostikk med 18 F-FDG og andre undersøkelser bekreftet BAT er fortsatt til stede i den øvre del av brystet, halsen og andre steder i voksne 2,3. Nyere studier har sterkt antydet at BAT spiller en viktig rolle i fedme og diabetes 2,6. Annen forskning viser også at BAT spiller viktige roller under prosessen med aldring 12 og at dens aktivitet kan styrkes gjennom trening 10,44.

Både i kliniske studier på mennesker og preklinisk forskning, er PET billeddiagnostikk med 18 F-FDG den mest brukte metoden for å studere BAT. Men for prekliniske dyrestudier, er PET generelt mye dyrere enn optisk avbildning. I denne protokollen, viser vi at CLJeg med 18 F-FDG kan brukes for optisk avbildning BAT i små dyr. Som andre optiske avbildningsteknikker, vev trengende begrensning og lav følsomhet for dype målene er de iboende begrensningene i CLI 25,32. Likevel, nylig Spinelli et al. Viste at anstendig CLI signal kunne observeres med 10 mm vev dybde med 32 P 28,43, og Thorek et al. viste at 16 mm penetrasjon kunne oppnås i lymfeknuter av pasienter etter 18 F-FDG-injeksjon 39, 40. Sammenlignet med PET avbildning kan CLI utføres med en relativt lav kostnad avbildningssystem. Nylig, Thorek et al. Demonstrert at vesentlig høy følsomhet kan oppnås med CLI så lave mengder av 18 F-FDG akkumulerte (omtrent 2Ci) i nodene i pasienter 39, 40. In vitro testing indikerte at CLI signal fra 0,01 Ci 90Y var påvises i løsningen 25,32,33

I løpet av eksperimenter, fant vi at CLI kontrast av BAT med 18 F-FDG er sterkt relatert til injeksjonsmetoder. Intravenøs injeksjon av 18 F-FDG kan gi utmerket kontrast for interscapular BAT, mens intraperitoneal injeksjon med samme mengde av 18 F-FDG bare viste en svak kontrast i BAT-området.

Spektral unmixing, en meget praktisk teknikk for å separere to sett av signaler, har vært mye brukt i fluorescens-avbildning. Det er vel kjent at opptak av 18 F-FDG ikke er sterkt target-spesifikke, og forskjellige mål / vev har forskjellige lette dempingsegenskaper. Vi fant toppen av CLI spekteret av BAT er rundt 640 nm, og disse dataene reflekterte de faktiske sammenhenger av BAT. 3D-rekonstruksjon av dette protocol er svært opererbar, fordi den kan utføres med et kommersielt tilgjengelig optisk avbildningssystem basert på lys diffusiv egenskaper av forskjellige bølgelengder. Med denne tilnærmingen, kan vi unngå bruk av en spesialisert imaging system som krever fler vinkel utsikt bilder for 3D rekonstruksjon.

For både spektral unmixing og 3D rekonstruksjon, er en større minimum 600 fotontellinger fra hvert bilde i BAT nødvendig. For dette formål, er stort binning (bin = 16), liten f stopper (f = 1) og en lang registreringstid (5 minutter) som er nødvendig for hvert bilde.

I sammendraget, utnytte den unike plasseringen og formen på BAT og betydelig høyt opptak av 18 F-FDG i BAT viser vi hvordan BAT i små dyr kan være optisk avbildes med 18 F-FDG via CLI teknikk. Denne metoden kan anvendes på en pålitelig måte for avbildning BAT og for overvåking av BAT-aktivering. I tillegg har vi også vise at spektral unmixing og 3D reconstruction er praktisk mulig og 3D-volum kvantifisering er mulig for fremtidige studier.

Disclosures

Offentliggjøring av denne video-artikkelen er støttet 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

Medisin Cerenkov luminescence bildebehandling brunt fettvev 18F-FDG optisk avbildning, spektral unmixing
Cerenkov Luminescence Imaging av interscapular brunt fettvev
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