Gelijktijdige PET / MRI beeldvorming Tijdens Mouse Cerebral hypoxie-ischemie

Summary

De hier gepresenteerde methode gebruikt simultane positron emissie tomografie en magnetische resonantie beeldvorming. In de cerebrale hypoxie-ischemie model, dynamische veranderingen in diffusie en glucosemetabolisme optreden tijdens en na beschadiging. De evoluerende en reproduceerbare schade in dit model vereist gelijktijdige aankoop als zinvolle multimodale beeldvorming gegevens moeten worden verworven.

Abstract

Dynamische veranderingen in de verspreiding weefsel water en glucosemetabolisme optreden tijdens en na de hypoxie in cerebrale hypoxie-ischemie als gevolg van een bio-energetica verstoring in aangetaste cellen. Diffusie gewogen magnetische resonantie imaging (MRI) gebieden identificeert die beschadigd, mogelijk irreversibel door hypoxie-ischemie. Veranderingen in glucose gebruik in het aangetaste weefsel kan detecteerbaar positron emissie tomografie (PET) beeldvorming van 2-deoxy-2- ⁽¹⁸ F) fluor-ᴅ-glucose ^([18F] FDG) opname zijn. Door de snelle en variabele aard van de verwonding in het diermodel dienen ontwikkeling van beide wijzen van gegevens tegelijkertijd worden uitgevoerd om zinvolle correleren PET en MRI gegevens. Daarnaast, inter-dier variabiliteit in de hypoxische-ischemische letsel door vasculaire verschillen beperkt de mogelijkheid om te analyseren multimodale gegevens en veranderingen waarnemen om een ​​groep verstandige aanpak als de gegevens niet tegelijkertijd wordt verkregen in afzonderlijke vakken. Werkwijze pwoordigd Hier maakt het mogelijk om zowel diffusie-gewogen MRI en ^[18F] FDG opnamegegevens te verkrijgen in hetzelfde dier voor, tijdens en na de hypoxische challenge om directe fysiologische veranderingen ondervragen.

Introduction

Wereldwijd is beroerte de tweede belangrijkste doodsoorzaak en de belangrijkste oorzaak van invaliditeit ^1. De cascade van biochemische en fysiologische gebeurtenissen die zich voordoen tijdens en acuut na een beroerte gebeurtenis plaatsvindt snel en met gevolgen voor de levensvatbaarheid van het weefsel en uiteindelijk uitkomst ^2. Cerebrale hypoxie-ischemie (HI), wat leidt tot hypoxische-ischemische encefalopathie (HIE), is naar schatting tot 0,3% en 4% van de voldragen en premature geboortes, respectievelijk ^3,4. Het sterftecijfer bij kinderen met HIE ongeveer 15% tot 20%. In 25% van de HIE overlevenden, blijvende complicaties ontstaan ​​als gevolg van het letsel, waaronder mentale retardatie, motorische stoornissen, hersenverlamming en epilepsie ^3,4. Verleden therapeutische interventies hebben niet bewezen waardig goedkeuring standaard van zorg, en consensus moet nog worden bereikt dat de meest geavanceerde methoden, gebaseerd op hypothermie, effectief morbiditeit ^3,5 verminderen. O andere kwestiesf stelling omvatten wijze van toediening van onderkoeling en selectie van patiënten ^6. Zo strategieën voor neuroprotectie en herstel van zenuwen zijn nog steeds een vruchtbaar gebied voor onderzoek ^7.

Ratmodellen van cerebrale HI zijn beschikbaar sinds 1960, en vervolgens aangepast aan muizen ^8,9. Vanwege de aard van het model en de locatie van de ligatie er inherente variabiliteit van de resultaten als gevolg van verschil in collaterale stroom tussen dieren ^10. Als gevolg van deze modellen neiging variabeler in vergelijking met soortgelijke modellen zoals middelste cerebrale arterie occlusie (MCAo). Real time meting van fysiologische veranderingen aangetoond laser Doppler flowmetrie en diffusie-gewogen MRI ^11. De waargenomen intra-dieren variabiliteit in cerebrale bloedstroom tijdens en onmiddellijk na hypoxie, en bij acute resultaten zoals infarct volume en neurologischetekort, suggereren dat gelijktijdige aankoop en correlatie van multimodale gegevens gunstig zou zijn.

Recente ontwikkelingen in gelijktijdige positron emissie tomografie (PET) en magnetische resonantie imaging (MRI) hebben geleid tot nieuwe mogelijkheden in preklinische beeldvorming ^12-14. De potentiële voordelen van deze hybride gecombineerde systemen voor preklinische toepassingen zijn beschreven in de literatuur ^15,16. Wanneer bijvoorbeeld elke instantie van een gebeurtenis zoals beroerte manifesteert uniek, snel veranderende pathofysiologie – – Terwijl vele preklinische vragen van het afbeelden van een individueel dier achtereenvolgens of door beeldvorming afzonderlijke diergroepen bepaalde situaties kan worden aangepakt, wenselijk en zelfs noodzakelijk gelijktijdige metingen gebruiken. Functionele neuroimaging biedt een voorbeeld, waarbij gelijktijdig 2-deoxy-2- ⁽¹⁸ F) fluor-ᴅ-glucose ^([18 F] FDG) PET en Blood zuurstof niveau afhankelijk (BOLD) MRI is onlangs aangetoond in de rat snorhaar stimulatie bestudeert ^14.

Hier tonen we simultane PET / MRI beeldvorming tijdens begin van een hypoxisch-ischemische beroerte waarin hersenfysiologie niet bij steady state, maar in plaats daarvan wordt snel en onomkeerbaar veranderen tijdens hypoxie uitdaging. Veranderingen in water diffusie, zoals gemeten met MRI en gekwantificeerd door de schijnbare diffusiecoëfficiënt (ADC) afkomstig van diffusie-gewogen beeldvorming (DWI), is goed gekarakteriseerd voor beroerte in klinische en preklinische gegevens ^17,18. In diermodellen, zoals MCAo, diffusie van water in de getroffen hersenweefsel daalt snel als gevolg van de bio-energetische cascade die leidt tot cytotoxisch oedeem ^18. Deze acute veranderingen in de ADC zijn ook waargenomen in knaagdiermodellen van cerebrale hypoxie-ischemie ^{11,19. [18F]} FDG PET imaging is gebruikt in patiënten met een beroerte wijzigingen in de lokale gl beoordelenucose metabolisme ^20, en een klein aantal van de in vivo onderzoek bij dieren hebben ook gebruikt ^[18 F] FDG ^21, ook in de cerebrale hypoxie-ischemie model ^22. In het algemeen tonen deze studies verminderde glucose gebruik in ischemische regio's, hoewel een studie met behulp van een model met reperfusie vonden geen correlatie van deze metabole veranderingen met latere infarct ontwikkeling ^23. Dit in tegenstelling tot diffusie veranderingen die zijn geassocieerd met het onherstelbaar beschadigd kern ^21. Het is dus belangrijk om de aanvullende informatie in de ontwikkeling van een beroerte afgeleid van ^[18F] FDG PET en DWI op een gelijktijdige wijze verkrijgen dat dit waarschijnlijk zinvolle informatie opleveren over de progressie van schade en het effect van therapeutische interventies. De hier beschreven werkwijze gemakkelijk vatbaar is voor gebruik met verschillende PET tracers en MRI-sequenties. Bijvoorbeeld, ^[15 O] H ₂ O PETbeeldvorming met DWI en perfusie-gewogen beelden (PWI) van MRI kan worden gebruikt voor het verder onderzoeken van de ontwikkeling van de ischemische penumbra en bevestig de huidige technieken op het gebied beroerte imaging.

Protocol

Alle dierlijke behandeling en procedures hierin beschreven, en volgens de Animal Research: Rapportage in vivo experimenten (KOM) richtlijnen, werden uitgevoerd in overeenstemming met de protocollen door de Vereniging voor de Evaluatie van de Accreditatie van Laboratory Animal Care goedgekeurd (AAALAC) Internationaal geaccrediteerd Institutional Animal Care en gebruik Comite aan de Universiteit van California, Davis. Juiste operatie mag niet leiden tot tekenen van pijn of ongemak in het dier, maar de juiste stappen moete…

Representative Results

Figuur 1 toont het resultaat van een correcte ligatie van de halsslagader voorafgaand aan het sluiten van de wond met 6-0 zijden hechtdraad. In deze methode, gegevens van beeldvorming sterk afhankelijk van de tijdelijke ordening van het experiment, dat op zijn beurt bepaalt en wordt eveneens geboden experimentele beperkingen waaronder beeldacquisitie's en apparatuur setup. Deze en andere overwegingen worden verder onderzocht in het hoofdstuk discussie. Met de hierin besc…

Discussion

Gelijktijdige anatomische MRI, en dynamische DWI-MRI en ^[18 F] FDG-PET-gegevens werden met succes overgenomen van proefdieren tijdens hypoxie uitdaging volgende gemeenschappelijke halsslagader ligatie. Dit is een krachtige experimentele paradigma voor multimodale beeldvorming van de snel ontwikkelende pathofysiologie geassocieerd met ischemische beledigingen in de hersenen en kan gemakkelijk worden uitgebreid naar andere PET radiotracers (bijvoorbeeld merkers van neuroinflammation) en MRI-sequenties, alsmede …

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)