マウス脳低酸素性虚血の間に同時PET / MRIイメージング
Summary
ここに提示された方法は、同時陽電子放出断層撮影法および磁気共鳴イメージングを使用します。脳低酸素虚血モデルでは、拡散およびグルコース代謝の動的変化は、負傷中および後に発生します。意味のあるマルチモーダルイメージングデータを取得する場合は、このモデルにおける進化と再生不可能な損傷が同時取得を必要とします。
Abstract
組織の水の拡散およびグルコース代謝の動的変化は、影響を受けた細胞内の生体エネルギーの乱れを反映して、脳低酸素虚血に低酸素症の間と後に発生します。拡散強調磁気共鳴画像法（MRI）は、低酸素性虚血によって、潜在的に不可逆的に、破損している領域を特定します。影響を受けた組織は、2-デオキシ-2-（18 F）フルオロᴅグルコース（[18 F] FDG）取り込みの陽電子放射断層撮影（PET）画像化によって検出可能でグルコース利用の変化。これによって動物モデルにおける傷害の迅速かつ可変性のために、データの両方のモードの取得は意味のあるPETやMRIのデータを相関させるために、同時に実行する必要があります。また、血管の違いによる低酸素性虚血性損傷における動物間変動は、マルチモーダルデータを分析し、データが個々の被験者に同時に取得されていない場合に、グループごとのアプローチの変化を観察する能力を制限します。メソッドのPここに憤慨中、1は前に同じ動物で拡散強調MRI及び[18 F] FDGの取り込みデータの両方を取得することを可能にし、低酸素チャレンジ後即時生理学的変化を調べるためです。
Introduction
世界的に、脳卒中は、死亡原因の第2位と障害1の主要な原因です。中に発生し、急性脳卒中イベントを以下の生化学的および生理学的事象のカスケードを迅速かつ組織の生存率と最終的な結果2への影響で発生します。低酸素性虚血性脳症（HIE）につながる脳低酸素虚血は、（HI）、最大0.3％、フル用語や早産出生、それぞれ3,4の4％に影響を与えると推定されます。 HIEを有する乳幼児の死亡率は20％、約15％です。 HIE生存者の25％は、恒久的な合併症は、精神遅滞、運動障害、脳性麻痺、てんかん3,4を含む傷害の結果として生じます。過去の治療的介入は、ケアの標準として採用の価値が証明されていないと、低体温に基づいて、最も高度な方法は、効果的に罹患率3,5を削減していることをコンセンサスがまだ到達しなければなりません。その他の問題OFの競合は、低体温と患者の選択6の投与方法が含まれます。したがって、神経保護および神経修復のための戦略は、まだ研究のために7肥沃な地域です。
脳HIのラットモデルは、1960年代から利用されてきたし、その後マウス8,9に適応させました。これにより、モデルの性質および連結の場所に、固有の変動が原因の動物10の間の側副流の違いの結果であります。結果として、これらのモデルは、中大脳動脈閉塞（MCAO）と同様のモデルに比べて、より可変である傾向があります。生理学的変化のリアルタイム測定は、レーザードップラー流量計ならびに拡散強調MRI 11で実証されています。中に、すぐに低酸素症の後、ならびに梗塞体積および神経などの急性転帰における脳の流れ、血液中の観察イントラ動物変動赤字は、マルチモーダルデータの同時取得と相関が有益であろうことを示唆しています。
同時陽電子放出断層撮影（PET）及び磁気共鳴イメージング（MRI）における最近の進歩は、前臨床イメージング12-14に新しい可能性を可能にしました。これらのハイブリッドの潜在的な利点は、前臨床用途のための組み合わせたシステムは、文献15,16に記載されています。多くの臨床前の質問は個々の動物を順次撮像することにより、または別個の動物群を画像化することによって対処することができますが、特定の状況 – 例えば、このようなイベントの各インスタンスは、ストロークが急激に病態生理を進化させると、独自に現れとして – それが望ましいとしても必要な作ります同時測定を使用しています。脳機能イメージングこのような一例を提供し、同時に2-デオキシ-2-（18 F）フルオロᴅグルコース（[18 F] FDG）PETとblooD-酸素レベル依存（BOLD）MRIは、最近、ラットウィスカ刺激試験14において示されています。
ここでは、低酸素性虚血性脳卒中における脳生理学の発症時に同時PET / MRI画像を立証することは定常状態ではありませんが、代わりに、迅速かつ不可逆的に低酸素チャレンジの間に変化しています。水拡散の変化は、MRIによって測定され、拡散強調画像（DWI）に由来する見かけの拡散係数（ADC）によって定量化として、臨床および前臨床データ17,18に脳卒中のためによく特徴づけられています。このようにMCAoなどの動物モデルでは、影響を受けた脳組織中の水の拡散が原因で、細胞傷害性浮腫18につながる生体エネルギーカスケードに急速に低下します。 ADCにおけるこれらの変化はまた、急性脳低酸素虚血11,19の齧歯類モデルにおいて観察されます。 [18 F] FDG PET画像化は、ローカルGLの変化を評価するために、脳卒中患者において使用されていますucose代謝20、及びインビボでの動物試験の小さい数は、脳低酸素虚血モデル22を含む、[18 F] FDG 21を使用しています 。再灌流でモデルを用いた研究では、後に梗塞開発23これらの代謝変化の相関は認められなかったが、一般的に、これらの研究は、虚血性の地域で減少したグルコース利用を示しています。これは不可逆的に損傷を受けたコア21と関連している拡散変化とは対照的です。これは、損傷の進行とのインパクトについて意味のある情報をもたらす可能性があるようにこのように、ストロークの進化中に同時の様式で、[18 F] FDG PETおよびDWIに由来する相補的な情報を得ることができることが重要です治療的介入。私たちはここで説明する方法は、PETトレーサーおよびMRIシーケンスの様々な使用することが容易に適しています。たとえば、[15 O] H 2 O PETDWIおよびMRIから灌流強調画像（PWI）と一緒にイメージングはさらに、虚血性半影の開発を模索し、ストロークイメージングフィールド内の現在の技術を検証するために使用することができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
同時解剖学的MRI、ダイナミックDWI-MRIおよび[18 F] FDG PETデータが正常に総頸動脈結紮後低酸素チャレンジの間に実験動物から取得しました。これは、脳内の虚血発作に関連する急速に進化する病態生理のマルチモーダルイメージングのための強力な実験パラダイムを表し、容易に他のPETやMRIシーケンス（神経炎症の例マーカー用）の放射性トレーサー、ならびに介入戦略の影響を研究?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、カリフォルニア大学デービス校とジェネンテックで医学科での分子とゲノムイメージングセンターを承認したいと思います。この作品は、国立衛生研究所のバイオエンジニアリング研究パートナーシップ助成金番号R01 EB00993によってサポートされていました。
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) |
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