Fare Serebral Hipoksi-iskemi sırasında Eşzamanlı PET / MR Görüntüleme
Summary
Burada sunulan yöntem, eşzamanlı pozitron emisyon tomografisi ve manyetik rezonans görüntüleme kullanır. Serebral hipoksi-iskemi modelinde, difüzyon ve glukoz metabolizması dinamik değişimler sırasında ve yaralanma sonrası ortaya çıkar. Anlamlı multi-modal görüntüleme verileri elde edilecek iseniz bu modelde gelişen ve 'tekrarı hasar eşzamanlı edinimi gerektirir.
Abstract
Doku su difüzyon ve glukoz metabolizması dinamik değişimler sırasında ve etkilenen hücrelerde bir biyoenerjetik bozukluğu yansıtan serebral hipoksi-iskemi hipoksi sonra ortaya çıkar. Difüzyon ağırlıklı manyetik rezonans görüntüleme (MRG) hipoksi-iskemi, potansiyel geri dönüşümsüz, hasarlı bölgeleri tanımlar. Etkilenen dokuda glükoz kullanımında değişiklikler pozitron emisyon tomografisi 2-deoksi-2- (18 F) 'floro-ᴅ-glükoz ([18F] FDG) alımı (PET) görüntüleme ile tespit edilebilir. Bu nedenle, hayvan modelinde yaralanma, hızlı ve değişken doğası, verilerin her iki mod elde edilmesi anlamlı PET ve MRI veri ilişkilendirmek için eş zamanlı olarak gerçekleştirilmesi gerekir. Buna ek olarak, damar farklılıklara hipoksik-iskemik hasar arası hayvan değişkenliği çok modlu verileri analiz ve veri bireysel konularda aynı anda kazanılmış değilse bir grup bilge bir yaklaşım değişiklikleri gözlemek yeteneğini sınırlar. Yöntem, pBurada reddetmiş sırasında bir öncekiyle aynı hayvanda difüzyon ağırlıklı MR ve [18F] FDG tutulumu verilerini hem kazanmasını sağlamaktadır ve hipoksik mücadeleden sonra hemen fizyolojik değişikliklerin sorgulamak için.
Introduction
Dünya çapında, inme ölüm ikinci önde gelen nedenidir ve sakatlık 1 önemli bir nedenidir. Sırasında meydana ve akut inme olayı izleyen biyokimyasal ve fizyolojik olayların çağlayan hızla ve doku canlılığı ve sonuçta sonuç 2 için etkileri ile oluşur. Hipoksik-iskemik ensefalopati (HİE) yol açar Serebral hipoksi-iskemi (HI),% 0.3 ve tam süreli ve preterm doğum, sırasıyla 3,4% 4'üne etkilediği tahmin edilmektedir. HİE bebeklerde ölüm oranı yaklaşık% 15% 20 olduğunu. HİE kurtulanların% 25 olarak kalıcı komplikasyonlar mental retardasyon, motorlu açıkları, serebral palsi, epilepsi ve 3,4 olmak üzere yaralanma, bir sonucu olarak ortaya çıkmaktadır. Geçmiş tedavi yaklaşımları bakım standardı olarak kabul layık kanıtlanmış değil ve hipotermi dayalı en gelişmiş yöntemler, etkili bir morbidite 3,5 azaltarak olduğu konsensüs henüz ulaşılacak gelmiştir. Diğer konular of çekişme hipotermi ve hasta seçimi 6 uygulama şekli bulunmaktadır. Böylece, nöro ve neurorestoration stratejileri hala araştırma 7 için verimli bir alan vardır.
Serebral HI Sıçan modelleri farelere 8,9 adapte edilmiş sonradan 1960'lardan beri mevcut olmuştur ve oylandı. Nedeniyle modeli ve ligasyon konumu doğası nedeniyle, hayvanlar 10 arasında tamamlayıcı akışında farka sonucu doğasında farklılıklar bulunmaktadır. Bunun bir sonucu olarak, bu modeller, orta serebral arter oklüzyonu (MCAO) benzer modelleri ile karşılaştırıldığında daha fazla değişken olma eğilimindedir. Fizyolojik değişiklikler gerçek zamanlı ölçüm lazer Doppler flowmetre yanı sıra difüzyon ağırlıklı MR 11 ile kanıtlanmıştır. Sırasında ve hemen hipoksi sonra, hem de böyle bir infarkt hacmi ve nörolojik akut sonuçlarda serebral kan akışı gözlenen içi hayvan değişkenliğiaçığı modlu verilerin eşzamanlı edinimi ve korelasyon yararlı olacağını düşündürmektedir.
Eşzamanlı pozitron emisyon tomografisi (PET) ve manyetik rezonans görüntüleme (MRG) son gelişmeler preklinik görüntüleme 12-14 yeni olasılıklar için izin vermiş. Klinik öncesi uygulamalar için bu melez birleştirildi sistemleri, potansiyel avantajlarına karşılık literatürde 15,16 tarif edilmiştir. Inme gibi bir olay her örneği benzersiz kendini zaman hızla patofizyoloji gelişen birlikte, örneğin, – – Birçok klinik öncesi soruları bireysel hayvan sırayla görüntüleme veya ayrı hayvan grupları, belirli durumları görüntüleme tarafından ele alınabilir iken arzu ve hatta gerekli hale ölçümünü kullanmak için. İşlevsel görüntüleme böyle bir örnek, aynı anda 2-deoksi-2- (18 F) 'floro-ᴅ-glükoz ([18F] FDG) PET ve Bloo sağlarbağımlı (BOLD) MRG geçenlerde sıçan bıyık uyarılması kanıtlanmıştır d-oksijen seviyesi 14 inceler.
Burada, beyin fizyolojisi kararlı durumda olmadığı bir hipoksik iskemik inme sırasında eşzamanlı PET / MR görüntüleme göstermek, ancak bunun yerine hızlı ve geri dönüşümsüz hipoksik meydan sırasında değişiyor. MRG ile ölçülen ve difüzyon ağırlıklı görüntüleme (DAG) türetilen görünür difüzyon katsayısı (ADC) tarafından sayısal olarak su difüzyon değişiklikler, iyi klinik ve klinik öncesi veriler 17,18 inme için karakterize edilmiştir. Örneğin MCAO gibi hayvan modellerinde, etkilenen beyin dokusunda su difüzyonu nedeniyle sitotoksik ödem 18 giden bioenergetic kaskad hızla düşer. ADC bu akut değişiklikler, serebral iskemi hipoksi-11,19 kemirgen modellerinde gözlenmiştir. [18 F] FDG PET görüntüleme yerel gl değişiklikleri değerlendirmek için inmeli hastalarda kullanılmaktadırucose metabolizması 20 ve in vivo hayvan çalışmaları, az sayıda, aynı zamanda serebral iskemi modelinde hipoksi-22 de dahil olmak üzere, [18F] FDG 21 kullandık. Reperfüzyon bir model kullanarak bir çalışma daha sonra enfarktüs gelişimi 23 ile bu metabolik değişikliklere hiçbir korelasyon olmasına rağmen genel olarak bu çalışmalar, iskemik bölgelerde glukoz kullanımını azalma göstermektedir. Bu geri dönüşsüz hasar iç kısım 21 ile ilişkili olan difüzyon değişikliklere zıttır. Bu yaralanma ilerlemesi ve etkisi hakkında anlamlı bilgiler elde etmek olasıdır Böylece, bu inme evrimi sırasında eşzamanlı bir şekilde [18F] FDG PET ve DAG türetilen tamamlayıcı bilgi elde edebilmek için önemlidir Terapötik müdahaleler. Biz burada açıklamak yöntemi PET tracer ve MRG sekansları çeşitli kullanmak kolayca müsait. Örneğin, [15 O] H2O PETMRI DAG ve perfüzyon ağırlıklı görüntülerde (PWI) ile birlikte görüntüleme ayrıca inme görüntüleme alanındaki güncel teknikleri penumbra gelişimini keşfetmek ve doğrulamak için kullanılan olabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Eşzamanlı anatomik MR ve dinamik DAG-MR ve [18F] FDG PET verileri başarıyla karotis arter ligasyonu aşağıdaki hipoksi meydan sırasında deney hayvanları elde edilmiştir. Bu beyinde iskemik hakaret ile ilişkili hızla gelişen patofizyoloji multimodal görüntüleme için güçlü bir deneysel paradigma temsil eder ve kolayca diğer PET ve MR dizilerinin (nöro örnek belirteçleri için) radyo-yanı sıra girişimsel stratejilerin etkisini incelemek için uzun olabilir sırasında veya hemen iskemi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar UC Davis Moleküler ve Genomik Görüntüleme Merkezi ve Genentech Biyomedikal Görüntüleme Bölümü kabul etmek istiyorum. Bu çalışma Sağlık Biyomühendislik Araştırma Ortaklığı hibe sayısı R01 EB00993 bir Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından desteklenmiştir.
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) |
References
- 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).
