ההדמיה PET / MRI בו זמנית בעכבר מוחין היפוקסיה-איסכמיה
Summary
השיטה המוצגת כאן משתמשת בטומוגרפיה פליטת פוזיטרונים בו זמנית והדמיה בתהודה מגנטית. במודל היפוקסיה-איסכמיה מוחית, שינויים דינמיים בחילוף חומרי דיפוזיה וגלוקוז להתרחש במהלך ולאחר פציעה. הנזק מתפתח וirreproducible במודל זה מחייב רכישה בו זמנית אם נתוני הדמיה רבי מודלי משמעותיים הם שיירכשו.
Abstract
שינויים דינמיים בדיפוזיה מים רקמות וחילוף חומרים של הגלוקוז להתרחש במהלך ולאחר היפוקסיה בהיפוקסיה-איסכמיה מוחית המשקפת הפרעת bioenergetics בתאים חולים. ההדמיה דיפוזיה משוקללת תהודה מגנטית (MRI) מזהה אזורים שניזוקו, שעלול להיות בלתי הפיך, על ידי היפוקסיה-איסכמיה. שינויים בניצול סוכר ברקמה הפגועה עשויים להיות לזיהוי על ידי פליטת פוזיטרונים טומוגרפיה הדמיה (PET) של 2-deoxy-2- ספיגה (18 F) fluoro-ᴅ-גלוקוז ([18 F] FDG). בשל האופי המהיר ומשתנה של פגיעה במודל חיה זו, רכישה של שני המצבים של נתונים חייבת להתבצע בו זמנית על מנת לתאם משמעותי נתונים PET ו- MRI. בנוסף, שונות הבין-חיה בפציעת חוסר חמצן-איסכמי בשל הבדלי כלי דם מגבילה את היכולת לנתח נתונים רבי מודלי ולבחון שינויים בגישת קבוצה-חכמה אם הנתונים לא רכשו בו זמנית בנושאים אישיים. עמ 'השיטההתרעם כאן מאפשר לרכוש שני MRI משוקלל דיפוזיה ו[ 18 F] נתוני ספיגת FDG באותו בעלי החיים לפני, במהלך, ואחרי אתגר חוסר חמצן כדי לחקור את השינויים פיסיולוגיים מיידיים.
Introduction
ברחבי העולם, שבץ הוא הגורם השני המוביל למוות ואחד גורמים עיקריים לנכות 1. המפל של אירועים ביוכימיים ופיסיולוגיים המתרחשים בזמן וחריפות בעקבות אירוע שבץ מתרחש במהירות ועם השלכות על כדאיות רקמות וסופו של דבר תוצאה 2. היפוקסיה-איסכמיה מוחית (HI), מה שמוביל לחוסר החמצן אנצפלופתיה-איסכמי (hie), הערכה היא להשפיע על עד 0.3% ו -4% מלידות בטווח מלא ופגים, בהתאמה 3,4. שיעור התמותה בתינוקות עם hie הוא כ 15% עד 20%. ב -25% מניצולי hie, סיבוכים קבועים להיווצר כתוצאה מהפגיעה, כולל פיגור שכלי, ליקויים מוטוריים, שיתוק מוחין, אפילפסיה ו3,4. התערבויות טיפוליות בעבר לא הוכיחו ראויות לאימוץ כטיפול סטנדרטי, וטרם הגיעה להסכמה כי השיטות המתקדמות ביותר, המבוססות על היפותרמיה, הם מפחיתות ביעילות תחלואה 3.5. נושאים אחרים oטענה ו כוללת שיטת הממשל של היפותרמיה ומטופל בחירת 6. לפיכך, אסטרטגיות לneuroprotection וneurorestoration עדיין אזור פורה למחקר 7.
מודלים של עכברים של HI המוחי היו זמינים מאז 1960, ולאחר מכן הותאמו לעכברי 8,9. בשל האופי של המודל והמיקום של קשירה, יש שונות הגלומות בתוצאה בשל הבדל בזרימה בטחונות בין בעלי החיים 10. כתוצאה מכך, מודלים אלה נוטים להיות משתנים יותר בהשוואה לדגמים דומים כגון עורקים התיכון ספיגה המוחין (MCAo). מדידה של שינויים פיסיולוגיים בזמן אמת הודגמה עם Flowmetry דופלר הלייזר, כמו גם 11 MRI המשוקלל דיפוזיה. שונות התוך-החיה נצפו בזרימת דם במוח במהלך ומייד לאחר היפוקסיה, כמו גם בתוצאות אקוטיות כגון אוטם נפח ונוירולוגיותגירעון, מצביע על כך שרכישה ומתאם בו זמנית של נתונים multimodal תהיה מועילות.
התקדמות שחלה באחרונה בטומוגרפיה בו זמנית פליטת פוזיטרונים (PET) והדמיה בתהודה מגנטית (MRI) אפשרה לאפשרויות חדשות בתחום ההדמיה פרה-קלינית 12-14. היתרונות הפוטנציאליים של מערכות אלה היברידיים, בשילוב יישומים פרה-קליניים שתוארו בספרות 15,16. בעוד שניתן התייחסו שאלות רבות פרה-קלינית על ידי הדמיה ברצף חיה בודדת או על ידי הדמיה קבוצות בעלי חיים נפרדות, מצבים מסוימים – למשל, כאשר כל מופע של אירוע כגון שבץ בא לידי ביטוי באופן ייחודי, המתפתח במהירות עם הפתופיזיולוגיה – לעשות את זה רצוי ואף הכרחי להשתמש מדידה בו זמנית. הדמיה תפקודית מספקת דוגמא אחת כזו, שבו 2-deoxy-2- (18 F) fluoro-ᴅ-גלוקוז ([18 F] FDG) PET בו זמנית וblooחמצן ברמה ד לאחרונה תלוי MRI (BOLD) הודגם בגירוי זיף חולדה לומדת 14.
הנה, אנחנו מדגימים הדמיה PET / MRI בו זמנית בתחילת שבץ איסכמי חוסר חמצן שבפיזיולוגיה של המוח היא לא במצב יציב, אך במקום זאת היא במהירות ובלתי הפיך שינוי במהלך אתגר חוסר חמצן. שינויים בדיפוזיה מים, כפי שנמדד על ידי בדיקת MRI ולכמת במקדם לכאורה דיפוזיה (ADC) נגזר מההדמיה משוקללת דיפוזיה (DWI), התאפיינו גם לשבץ בנתונים קליניים ופרה-קליניים 17,18. במודלים של בעלי חיים כגון MCAo, דיפוזיה של מים ברקמת המוח הפגוע טיפות במהירות בשל מפל bioenergetic המוביל לבצקת ציטוטוקסיות 18. שינויים חריפים אלה בADC גם הם נצפו במודלים של מכרסמים של היפוקסיה-איסכמיה מוחית 11,19. [18 F] הדמיה FDG PET נעשתה שימוש בחולי שבץ מוחי להעריך שינויים בGL המקומיגם חילוף חומרים ucose 20, ומספר קטן של מחקרים בבעלי החיים in vivo השתמשו [18 F] FDG 21, כוללים במודל היפוקסיה-איסכמיה המוחי 22. באופן כללי, מחקרים אלה מראים ירידת ניצול הגלוקוז באזורי איסכמי, למרות שמחקר תוך שימוש במודל עם reperfusion לא נמצא קשר של שינויים מטבוליים אלה עם התפתחות אוטם מאוחר יותר 23. זאת בניגוד לשינויי דיפוזיה שנקשרו עם הליבה הפגומה באופן בלתי הפיך 21. לכן, חשוב להיות מסוגל להשיג את המידע המשלים נובע מ[ 18 F] FDG PET וDWI באופן סימולטני במהלך האבולוציה של שבץ, כמו זה עשוי להניב מידע משמעותי על ההתקדמות של פגיעה ואת ההשפעה של התערבויות טיפוליות. השיטה שאנו מתארים כאן היא נוחה בקלות להשתמש במגוון של קליעים נותבים PET ורצפי ה- MRI. לדוגמא, PET 2 O H [15 O]הדמיה יחד עם DWI ותמונות משוקללים זלוף (PWI) מMRI יכול לשמש כדי לחקור את ההתפתחות של הצללים איסכמי ולאמת טכניקות הנוכחיות בתחום ההדמיה שבץ.
Protocol
Representative Results
Discussion
MRI סימולטני אנטומיים, והדינמי DWI-MRI ו[ 18 F] נתונים FDG PET נרכשו בהצלחה מחיות ניסוי באתגר חוסר חמצן הבא קשירת עורק תרדמה משותפת. זה מייצג פרדיגמה ניסויית רבת עוצמה להדמיה multimodal של הפתופיזיולוגיה המתפתחת במהירות קשורה לעלבונות איסכמי במוח ויכול בקלות להיות מורחב כדי ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מבקשים להודות למרכז מולקולרי וגנטית הדמיה באוניברסיטת קליפורניה בדיוויס ויו-הרפואית ההדמיה המחלקה בחברת ג'ננטק. עבודה זו נתמכה על ידי המכונים לאומי לבריאות מענק מספר ביו-הנדסת שותפות מחקר R01 EB00993.
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) |
Referências
- Donnan, G. A., et al. . The Lancet. 371, 1614-1623 (2008).
- Turner, R. C., et al. The science of cerebral ischemia and the quest for neuroprotection navigating past failure to future success A review. Journal of Neurosurgery. 118, 1072-1085 (2013).
- Vannucci, R. C., Perlman, J. M. Interventions for perinatal hypoxic ischemic encephalopathy. Pediatrics. 100, 1004-1014 (1997).
- Chicha, L., et al. Stem cells for brain repair in neonatal hypoxia–ischemia. Childs Nervous System. 30, 37-46 (2014).
- Barks, J. D. Current controversies in hypothermic neuroprotection. Seminars in Fetal and Neonatal. 13 (1), 30-34 (2008).
- Jantzie, L. L., et al. Neonatal ischemic stroke a hypoxic ischemic injury to the developing brain. Future Neurology. 3, 99-102 (2008).
- James, A., Patel, V. Hypoxic ischaemic encephalopathy. Paediatrics and Child Health. 24 (9), (2014).
- Levine, S. Anoxic ischemic encephalopathy in rats. The American Journal of Pathology. 36 (1), (1960).
- Vannucci, S. J., et al. Experimental stroke in the female diabetic db db mouse. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 21, 52-60 (2001).
- Sheldon, R., et al. Strain related brain injury in neonatal mice subjected to hypoxia ischemia. Brain Research. 810, 114-122 (1998).
- Adhami, F., et al. Cerebral ischemia hypoxia induces intravascular coagulation and autophagy. American Journal of Pathology. 169 (2), 566-583 (2006).
- Catana, C., et al. Simultaneous in vivo positron emission tomography and magnetic resonance imaging. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105, 3705-3710 (2008).
- Judenhofer, M. S., et al. Simultaneous PET MRI a new approach for functional and morphological imaging. Nature Medicine. 14, 459-465 (2008).
- Wehrl, H. F., et al. Simultaneous PET MRI reveals brain function in activated and resting state on metabolic hemodynamic and multiple temporal scales. Nature Medicine. 19, 1184-1189 (2013).
- Judenhofer, M. S., Cherry, S. R. Applications for preclinical PET MRI. Seminars in Nuclear Medicine. 43 (1), 19-29 (2013).
- Wehrl, H. F., et al. Preclinical and Translational PET/MR Imaging. Journal of Nuclear Medicine. 55, 11S-18S (2014).
- Heiland, S. Diffusion and Perfusion Weighted MR Imaging in Acute Stroke Principles Methods and Applications. Imaging Decisions MRI. 7, 4-12 (2003).
- Loubinoux, I., et al. Spreading of vasogenic edema and cytotoxic edema assessed by quantitative diffusion and T2 magnetic resonance imaging. Stroke. 28, 419-427 (1997).
- Ouyang, Y., et al. Evaluation of 2 [18F]fluoroacetate kinetics in rodent models of cerebral hypoxia–ischemia. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 34 (5), 836-844 (2014).
- Kuhl, D. E., et al. Effects of stroke on local cerebral metabolism and perfusion mapping by emission computed tomography of 18FDG and 13NH3. Annals of Neurology. 8, 47-60 (1980).
- Planas, A. M. Noninvasive Brain Imaging in Small Animal Stroke Models MRI and PET. Neuromethods. 47, 139-165 (2010).
- Marik, J., et al. PET of glial metabolism using 2-18F-fluoroacetate. Journal of Nuclear Medicine. 50 (6), 982-990 (2009).
- Martín, A., et al. Depressed glucose consumption at reperfusion following brain ischemia does not correlate with mitochondrial dysfunction and development of infarction: an in vivo positron emission tomography study. Current Neurovascular Research. 6, 82-88 (2009).
- Carson, R. E. PET physiological measurements using constant infusion. Nuclear Medicine and Biology. 27, 657-660 (2000).
- Greve, J. M. The BOLD effect. Methods in Molecular Biology. 771, 153-159 (2011).
- Flores, J. E., et al. The effects of anesthetic agent and carrier gas on blood glucose and tissue uptake in mice undergoing dynamic FDG-PET imaging sevoflurane and isoflurane compared in air and in oxygen. Molecular Imaging and Biology. 10, 192-200 (2008).
- Delso, G., Ziegler, S. PET MRI system design. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 36, 86-92 (2009).
