Simultânea de imagem PET / MRI Durante Rato isquemia-hipoxia cerebral

Summary

O método aqui apresentado utiliza a tomografia por emissão de pósitrons simultânea e ressonância magnética. No modelo de hipoxia-isquemia cerebral, alterações dinâmicas no metabolismo de glicose e de difusão ocorrem durante e após a lesão. O dano em evolução e irreproduzível neste modelo exige aquisição simultânea, se dados de imagens multi-modais significativas devem ser adquiridos.

Abstract

Mudanças dinâmicas na difusão de água dos tecidos e metabolismo da glicose ocorrem durante e após hipóxia em isquemia-hipoxia cerebral refletindo uma perturbação bioenergética em células afetadas. Difusão ponderada ressonância magnética (MRI) identifica regiões que estão danificados, potencialmente irreversível, por hipóxia-isquemia. Alterações na utilização da glucose no tecido afectado podem ser detectados por tomografia de emissão de positrões (PET) de 2-desoxi-2- ⁽¹⁸ F) fluoro-ᴅ-glucose ^([18F] FDG) absorção. Devido à natureza variável e rápida de lesões neste modelo animal, a aquisição de ambos os modos de dados devem ser realizadas simultaneamente, a fim de correlacionar dados significativamente PET e MRI. Além disso, a variabilidade inter-animal na lesão hipóxico-isquêmica devido a diferenças vasculares limita a capacidade de analisar dados multi-modais e observar as mudanças para uma abordagem de grupo sábio se os dados não são adquiridos em simultâneo em sujeitos individuais. O método pressentido aqui permite adquirir tanto DIFUSÃO e ^[18F] FDG dados no mesmo animal, antes, durante e após a provocação hipóxica, de modo a interrogar alterações fisiológicas imediatas.

Introduction

Em todo o mundo, acidente vascular cerebral é a segunda principal causa de morte e a principal causa de incapacidade ^1. A cascata de eventos bioquímicos e fisiológicos que ocorrem durante e agudamente após um evento derrame ocorre rapidamente e com implicações para a viabilidade do tecido e, finalmente, ² resultado. Hipoxia-isquemia cerebral (HI), o que leva a EHI (HIE), estima-se que afecta até 0,3% e 4% do total prazo e nascimentos prematuros ^3,4, respectivamente. A taxa de mortalidade em lactentes com EHI é de aproximadamente 15% a 20%. Em 25% dos sobreviventes de HIE, complicações permanentes surgem como um resultado da lesão, incluindo o atraso mental, os défices motores, paralisia cerebral, epilepsia e ^3,4. Intervenções terapêuticas passadas não têm provado digna de adoção como padrão de atendimento, e consenso ainda tem de ser alcançado que os métodos mais avançados, com base em hipotermia, são efetivamente reduzir a morbidade ^3,5. Outras questões Of contenção incluem método de administração de hipotermia e paciente selecção ^6. Assim, as estratégias de neuroproteção e neurorestoration ainda são uma área fértil para a investigação ^7.

Modelos de rato de HI cerebral têm estado disponíveis desde os anos 1960, e, subsequentemente, foram adaptados aos ratos ^8,9. Devido à natureza do modelo e a localização da ligação, existe uma variabilidade inerente no resultado devido à diferença em fluxo colateral entre ¹⁰ animais. Como resultado, estes modelos tendem a ser mais variável em relação aos modelos similares, tais como a oclusão da artéria cerebral média (MCAo). Medição de tempo real de alterações fisiológicas tem sido demonstrada com fluxometria de Doppler por laser, bem como ressonância magnética ponderadas-difusão ^11. A variabilidade intra-arterial em animais observou fluxo cerebral durante e imediatamente após hipoxia, bem como em resultados agudos, tais como o volume de enfarte e neurológicadéfice, sugerem que a aquisição simultânea e correlação de dados multimodais seria benéfico.

Os recentes avanços na tomografia simultânea emissão de pósitrons (PET) e ressonância magnética (RM) têm permitido novas possibilidades em imagens pré-clínicas ^12-14. As vantagens potenciais de tais sistemas híbridos, combinados para aplicações pré-clínicos têm sido descritos na literatura ^15,16. Embora muitas perguntas pré-clínicos podem ser abordadas pela imagem de uma seqüência animal individual ou por imagem grupos de animais separadas, determinadas situações – por exemplo, quando cada instância de um evento como acidente vascular cerebral se manifesta de forma única, com rápida evolução fisiopatologia – torná-lo desejável e até necessário para usar a medição simultânea. Neuroimagens funcional proporciona um exemplo, onde simultânea 2-desoxi-2- ⁽¹⁸ F) fluoro-ᴅ-glucose ^([18F] FDG) PET e Blood-nível de oxigênio dependente (BOLD) MRI foi recentemente demonstrado na estimulação whisker rato estuda ^14.

Aqui, nós demonstramos simultânea de imagem PET / MRI durante o início de um acidente vascular cerebral hipóxico-isquêmica em que a fisiologia do cérebro não está em estado de equilíbrio, mas em vez disso é rapidamente e de forma irreversível a mudança durante desafio hipóxico. Mudanças na difusão da água, medida pela ressonância magnética e quantificados pelo coeficiente de difusão aparente (ADC) derivada de imagem ponderada em difusão (DWI), foi bem caracterizada de acidente vascular cerebral em dados clínicos e pré ^17,18. Em modelos animais, tais como MCAo, a difusão de água no tecido cerebral afectado cai rapidamente devido à bioenergética cascata que conduz ao edema citotóxico ^18. Estas alterações agudas na ADC também são observados em modelos de roedores de isquemia-hipoxia cerebral ^{11,19. [18F]} FDG PET de imagem foi usada em pacientes com AVC para avaliar mudanças na gl locaismetabolismo ucose ^{20, e} um pequeno número de estudos in vivo em animais também têm utilizado ^[18F] FDG ^21, incluindo no modelo de isquemia-hipoxia cerebral ^22. Em geral, estes estudos mostram diminuição da utilização da glucose nas regiões isquémicas, embora um estudo utilizando um modelo com reperfusão encontrada nenhuma correlação dessas alterações metabólicas com enfarte do desenvolvimento posterior ^23. Isto está em contraste com as alterações de difusão que têm sido associados com o núcleo ²¹ irreversivelmente danificadas. Assim, é importante ser capaz de obter a informação complementar derivada de ^[18F] FDG e DWI de uma forma simultânea ao longo da evolução de acidente vascular cerebral, como este é susceptível de produzir uma informação significativa sobre a progressão da lesão e o impacto de intervenções terapêuticas. O método aqui descrito é prontamente susceptível de utilizar com uma variedade de marcadores de PET e sequências de ressonância magnética. Por exemplo, ^[15O] _H2O PETimagem junto com DWI e imagens ponderadas em perfusão (PWI) de ressonância magnética pode ser usado para explorar ainda mais o desenvolvimento da penumbra isquêmica e validar técnicas atuais dentro do campo de imagem acidente vascular cerebral.

Protocol

Todo o manuseio e procedimentos de animais aqui descrito, e de acordo com a Pesquisa Animal: Relatórios experimentos in vivo (chegar) diretrizes, foram realizados de acordo com protocolos aprovados pela Associação de Avaliação de Acreditação do Laboratório Animal Care (AAALAC) Internacional credenciados Animal Care Institucional e Use Committee da Universidade da Califórnia, Davis. Cirurgia adequada não deve resultar em sinais de qualquer dor ou desconforto no animal, mas medidas adequadas devem ser tomadas se…

Representative Results

A Figura 1 mostra o resultado de uma ligação adequada da artéria carótida comum, antes de fechar a ferida com a sutura de seda 6-0. Neste método, os dados obtidos a partir de imagiologia é altamente dependente do arranjo temporal da experiência, que por sua vez determina e é também ditada pela limitações experimentais, incluindo sistemas de aquisição de imagem e a configuração do equipamento. Estas e outras considerações são ainda mais exploradas na seção…

Discussion

MRI anatômica simultânea, e dinâmica DWI-RM e ^[18F] FDG PET dados foram adquiridos com sucesso a partir de animais experimentais durante desafio hipóxico seguinte ligação artéria carótida comum. Isto representa uma poderosa paradigma experimental para imagiologia multimodal da fisiopatologia rápida evolução associada com insultos isquémicos no cérebro e pode ser prontamente alargado para estudar outros radiomarcadores de PET (por exemplo, marcadores de neuroinflama�o) e sequências de resson…

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)