Summary
마이크로 PET/MR 이미징 기반 접근법을 사용하여 마우스에서 열원성 지방 창고의 기능적 이미징 및 정량화.
Abstract
갈색과 베이지 색 지방세포는 이제 비만 및 대사 증후군의 잠재적 인 치료 대상으로 인식되고 있습니다. 비침습적 분자 이미징 방법은 이러한 열원성 지방 창고에 대한 중요한 통찰력을 제공하는 데 필수적입니다. 여기서, 프로토콜은 마우스 견갑골 간 갈색 지방 조직 (iBAT) 및 사타구니 피하 백색 지방 조직 (iWAT)에서 갈색 및 베이지 색 지방세포의 활성을 평가하기위한 PET / MR 이미징 기반 방법을 제시합니다. 열원성 지방 데포의 시각화 및 정량화는 MR 영상화에 의해 제공된 정확한 해부학적 정보와 결합될 때 방사선추적기로서 비대사성 글루코스 유사체인 [18F]FDG를 사용하여 달성되었다. PET/MR 영상은 냉간 순응 후 7일 후에 실시되었으며, 열원성 지방 조직의 상대적 동원을 평가하기 위해 다른 지방 창고에서 [18F]FDG 신호의 정량화가 수행되었다. iBAT의 제거는 마우스의 iWAT에서 감기유발[18F]FDG 흡수를 실질적으로 증가시켰다.
Introduction
변화하는 영양 요구에 대응하여 지방 조직은 신체의 요구를 충족시키기 위해 지질 저장 또는 동원 모드를 채택하는 에너지 캐시 역할을합니다1. 또한, 지방 조직은 또한 비 떨림 열 발생이라고도하는 과정을 통해 온도 조절의 핵심 기능을 수행합니다. 이것은 전형적으로 갈색 지방 조직 (BAT)에 의해 달성되며, 이는 단백질 1 (UCP1)의 결합 해제 단백질 미토콘드리아 막 단백질의 풍부한 수준을 발현한다. 양성자 운반체로서, UCP1은 양성자 수송과 ATP 생산2을 분리하여 열을 발생시킨다. 차가운 자극시, BAT의 열발생은 교감신경계(SNS)의 활성화에 의해 움직이고, 이어서 노르에피네프린(NE)의 방출에 의해 설정된다. NE는 β3 아드레날린 수용체에 결합하고 세포내 사이클릭 AMP(cAMP)의 상승을 유도한다. 결과적으로, CREB (cAMP 반응 요소-결합 단백질)의 cAMP/PKA 의존성 결합은 CREB 반응 요소 (CRE)2에 대한 직접 결합을 통해 Ucp1 전사를 자극한다. BAT 이외에, 갈색과 같은 지방세포는 또한 백색 지방 조직 내에서 발견되고, 따라서 베이지 색 또는 브리트 (갈색-인-화이트) 세포1,3로 명명된다. 특정 자극 (감기와 같은)에 반응하여, 이들 그렇지 않으면 정지된 베이지 색 세포는 다구상 지질 방울, 조밀하게 패킹된 미토콘드리아, 및 증강된 UCP1 발현 3,4,5를 포함하는 다수의 갈색 유사 특징을 나타내도록 리모델링된다.
동물 연구에 따르면 갈색과 베이지 색 지방세포는 인슐린 감작, 지질 저하, 항 염증 및 항 죽상 동맥 경화증6,7을 포함하여 지방 감소 효과 이상의 여러 대사 효과를 가지고 있습니다. 인간에서 베이지색/갈색 지방의 양은 나이, 인슐린 저항성 지수 및 심장 대사 장애8와 반비례합니다. 더욱이, 감기 순응 또는 β3 아드레날린 수용체 작용제에 의한 인간에서 베이지/갈색 지방세포의 활성화는 일련의 대사 장애에 대한 보호를 부여한다4,9,10. 이러한 증거들은 갈색 및 베이지 색 지방 조직의 유도가 비만 및 관련 의학적 합병증의 관리를위한 잠재적 인 치료 전략이라는 것을 총체적으로 나타냅니다8.
흥미롭게도, 그들은 유사한 기능을 공유하지만, 베이지 색과 고전적인 갈색 지방세포는 다른 전구체로부터 유래되고 겹치지만 뚜렷한 메커니즘에 의해 활성화됩니다1. 따라서, 갈색 및 베이지 색 지방세포의 생체내 이미징 및 정량화는 이들 지방 조직의 분자 조절에 대한 더 나은 이해를 달성하기 위해 필수적이다. 현재 18F-플루오로데옥시글루코오스([18F]FDG) 양전자 방출 단층촬영(PET) 스캔과 컴퓨터 단층촬영(CT)이 결합된 것은 임상 연구에서 열원성 갈색 및 베이지 색 세포의 특성화를 위한 황금 표준으로 남아 있습니다8. 자기 공명 영상 (MRI)은 강력한 자기장과 무선 주파수 펄스를 사용하여 상세한 해부학 적 구조를 생성합니다. CT 스캔과 비교하여 MRI는 더 높은 해상도로 장기 및 연조직 이미지를 생성합니다. 여기에 제공된 것은 감기 노출에 순응 한 후 마우스 모델에서 기능적 갈색 및 베이지 색 지방을 시각화하고 정량화하기위한 프로토콜이며, 지방 갈변을 유도하는 일반적이고 가장 신뢰할 수있는 방법입니다. 이 방법은 높은 정밀도로 작은 동물 모델에서 열 생성 지방 창고를 특성화하기 위해 적용될 수 있습니다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
아래에 설명 된 프로토콜은 홍콩 대학의 동물 관리 지침을 따릅니다. 연구에 사용된 동물은 8주령의 C57BL/6J 마우스였다.
1. 동물 수술 절차 및 감기 도전
- 견갑골 간 BAT (iBAT) 해부를 수행하십시오.
- 케타민 / 자일라진 (100 mg / kg 체중 케타민 및 10 mg / kg 체중 자일라진)의 복강 내 주사로 마우스를 마취하십시오. 마취 후 마우스의 머리카락을 목에서 견갑골 바로 아래로 면도하십시오.
- 소독 후 마우스를 가열 패드에 놓고 마우스의 등쪽 중간 선을 따라 2cm 절개를하십시오.
- iBAT 패드(양측)를 분리합니다. 가짜 작동 그룹에서는 동일한 절개를하되 iBAT 패드는 그대로 두십시오.
- 출혈이 멈춘 후 7mm 스테인레스 스틸 상처 클립을 사용하여 절개를 닫습니다.
- 수술 후 멜록시캄 (식수 5mg / kg)을 생쥐에게 6 일 동안 투여하고 14 일 동안 중환자 실 (ICU)에 보관하십시오. 상처가 치유 되 자마자 클립을 제거하십시오 (7-10 일).
- 마우스의 콜드 챌린지: 마우스를 14일 동안 열중성(30°C)에서 보관한다. 13일째에, 동물 케이지를 밤새 냉장(6°C)에서 미리 식힌다. 14일째에, 마우스를 6°C에서 7일 동안 환경 챔버에 넣는다. 각 새장에 두 마리의 마우스를 놓습니다.
2. 마이크로 PET/MR 교정 및 워크플로우 설정
참고: 마이크로 PET/MR 이미징은 순차적 PET/MR 시스템을 사용하여 수행됩니다( 재료 표 참조). 각각의 마우스는 이미징 베드 상에 배치되고; 먼저 정적 [18F]FDG PET 획득을 위해 PET 시야각(FOV)의 중심으로 진행하기 전에 해부학적 기준(스카우트 뷰)을 MR로 스캔한 다음, 해부학적 참조를 위한 MR 이미징을 수행합니다. 이미징 세션 전에 자동화된 순차적 PET/MR 스캔을 가능하게 하기 위해 스캐너 운영 소프트웨어( 자료 표 참조)에서 이미징 워크플로우가 생성됩니다.
- 운영 소프트웨어에서 정적 PET 획득, 감쇠 보정을 위한 MRI 획득, T1-계량 3D 이미징 및 T2 가중 2D 이미징을 사용한 해부학적 참조를 포함하는 이미징 워크플로우를 생성합니다.
- PET를 획득하려면 400-600keV 레벨 차별, F-18 연구 동위원소, 1-5 우연의 일치 모드 및 20 분 스캔을 설정하십시오.
- T1 가중 MR(감쇠 보정용)을 획득하려면 그라디언트 에코-3D(TE = 4.3ms, TR = 16ms, FOV = 90 x 60mm, 여기 수(NEX) = 3, 두께가 0.9mm인 슬라이스 28개, 복셀 크기 = 0.375 x 0.375 x 0.9mm)를 설정합니다.
- T2 가중치 MR(해부학적 참조)을 획득하려면 고속 스핀 에코 2D(TE = 71.8ms, TR = 3000ms, FOV = 90 x 60mm, NEX = 5, 두께가 0.9mm인 슬라이스 32개, 복셀 크기 = 0.265 x 0.268 x 0.9mm3)를 설정합니다.
- PET를 재구성하려면 1-3 일치 모드의 Tera-Tomo 3D(TT3D) 알고리즘(8회 반복, 6개 하위 집합)을 사용하고 감쇠, 데드 타임, 랜덤, 감쇠 및 산란 보정을 사용하여 전체 0.3mm3 복셀 크기의 이미지를 생성합니다.
- 이미징 연구가 시작되기 하루 전에 마이크로 PET/MR 스캐너의 PET 활성 테스트를 수행하여 PET 정량의 정확성을 확인합니다.
- 제조업체 지침(물 또는 식염수에 140-220 μCi/5-8 MBq)의 권고에 따라 [18F]FDG가 채워진 5mL 주사기를 준비합니다.
- 용량 교정기를 사용하여 주사기의 활동을 기록하고 ( 재료 표 참조) 측정 시간을 기록하십시오.
- 보간된 타원 ROI를 선택하여 재구성된 이미지에 VOI(관심 볼륨)를 그려 복구된 활동을 위에서 설명한 대로 측정된 값과 비교합니다. 잘 보정된 스캐너의 복구 활동은 ±5% 이내로 정확합니다.
3. [18F]FDG의 주입
- 첫 번째 예정된 주사 약 30 분 전에 이미징 실험실에 도착하기 위해 공급 업체로부터 [18F]FDG (10 mCi / 370 MBq)의 임상 용량을 주문하십시오. 방사성 물질이 들어있는 패키지를 수령 할 때 실험실 코트, 장갑, 개인 방사선 선량계 (예 : 손가락, 전신)와 같은 적절한 개인 보호 장비 (PPE)를 착용하십시오. 방사능의 교차 오염을 방지하고 방사능 소스와의 거리를 가능한 한 늘리기 위해 장갑을 정기적으로 교체하십시오.
- 포셉을 사용하여 [18F]FDG 스톡 바이알을 L 블록 테이블 상단 실드 뒤로 조심스럽게 옮깁니다.
- [18F]FDG의 분취량을 분주하고 멸균 식염수로 희석하여 100-150 μL의 200-250 μCi/7-9 MBq)에서 총 활성 농도를 수득한다.
- [18F]FDG 용액을 바늘이 있는 1 mL 주사기에 넣고( 표 자료 참조), F-18로 설정된 선량 교정기를 사용하여 방사능을 측정하고, 측정 시간을 기록한다.
- 주사 전에 마우스의 무게를 기록하십시오. 준비된 [18F]FDG 용액을 꼬리 정맥을 통해 주사하십시오. 주사기의 방사능의 주입 시간과 잔류 물을 기록하여 붕괴 교정을 가능하게하십시오.
- 마우스를 케이지에 다시 넣고 PET 스캔 전에 60 분 동안 [18F]FDG 흡수를 허용하십시오.
- 다음 화학식 11을 이용하여 주입된 [18F]FDG 활성을 계산한다:
주입된 활동(μCi/MBq)
= 주사 전 주사기에서의 활성
- 주사 후 주사기에서의 활성
4. 마이크로 애완 동물 / MR 취득
- 따뜻한 공기가 통과하도록 에어 히터를 마우스 침대에 켭니다.
- 5% 이소플루란(1L/min 의료용 O2)을 사용하여 마우스를 마취합니다. 일단 유도되면, 마우스를 따뜻한 마우스 침대로 옮기고 코 마스크 콘을 통해 2 % -3 % 이소플루란에서 마취를 유지하십시오. 물린 막대 위에 마우스를 놓고 마우스가 침대 직경 밖으로 튀어 나오지 않도록하십시오. 각막 궤양의 건조와 형성을 피하기 위해 눈 윤활제를 바르십시오.
- 열 프로브와 호흡 패드에 의해 체온과 호흡률을 각각 모니터링합니다. 체온을 36-37°C로 유지하고, 이소플루란 수준을 조절하여 분당 70-80회 호흡(bpm)으로 호흡률을 유지한다.
- 스카우트 보기를 수행하여 마우스 위치를 확인합니다. 마우스 베드 위치를 조정하여 마우스 몸 전체를 포함하고, MR의 중심 FOV가 마우스 몸의 중심에 있도록 한다.
- 연구 목록 창의 PET 획득에서 이전 획득 시 스캔 범위를 선택하여 위에서 설명한 대로 스카우트 보기 위치를 사용합니다. 동물 침대를 MR에서 PET로 옮기기 위해 준비를 클릭하십시오. 확인을 선택하여 PET 스캔을 시작합니다. [18F]FDG 투여 전후에 측정된 주사 용량 및 시간을 방사성의약품 편집기에 기록한다. 제목 정보 메뉴 아래에 마우스의 무게를 입력합니다.
- PET 스캔이 완료되면 MR로 이동하기 위해 준비를 선택하고 연구 목록 창에서 모든 MR 획득을 완료합니다. 확인을 선택하여 MR 스캔을 시작합니다.
- 전체 워크플로우가 완료된 후 후처리 소프트웨어를 사용하여 획득한 MR 이미지의 품질을 간략하게 평가 합니다(자료표 참조). 홈 버튼을 클릭하여 마우스 침대를 MR에서 원래 위치로 이동합니다.
- 스캐너에서 마우스를 조심스럽게 제거하고 따뜻한 환경에서 회복 할 수 있도록 아래에 가열 된 패드가있는 깨끗한 하우징 케이지로 되돌립니다. 마우스에 음식과 물을 공급하십시오. 이제 시스템이 큐에 있는 다음 마우스를 사용할 준비가 되었습니다.
- 데이터를 재구성하려면 원시 스캔 메뉴에서 PET 수집을 선택하여 완료된 PET 스캔을 로드합니다. 재료 맵 생성을 위해 T1 가중 MR 획득을 선택합니다. 위에서 설명한 대로 데이터를 재구성합니다(단계 2.5 참조).
- PET 후 이미징 마우스의 관리 및 취급에 관한 지역 및 연구소 규정을 따르십시오. 사용 된 모든 주사기 / 바늘, 장갑, 침구 및 분변 물질을 현지 규정에 따라 특별한 취급 / 폐기가 필요한 방사성 폐기물로 간주하십시오.
5. 이미징 후 분석
- 이미지 분석 소프트웨어(재료 표 참조)를 열고 DICOM 데이터 로드를 클릭하여 해당 MR 및 PET 이미지를 검색합니다.
- 이러한 이미지를 디스플레이 창으로 드래그하여 MR 및 PET 이미지의 공동 등록을 수행합니다. 자동 등록 기능을 클릭합니다.
- 등록 설정 드롭다운 메뉴에서 [고지드 변환]을 선택합니다. 리지드/어파인 메뉴에서 시프트와 회전을 확인합니다.
- T1 가중 MR 획득을 참조로 선택하고 PET 획득을 전역 역할 선택 메뉴에서 리슬라이스로 선택합니다.
- MR과 PET 이미지 간의 완벽한 정렬을 확인하기 위해 세 가지 차원 모두에서 등록을 검사합니다. 수동으로 조정하려면 수동 등록을 클릭하십시오.
- 보간된 타원 ROI를 사용하여 MR 이미지를 사용하여 관심 조직, 즉 iBAT 및 사타구니 백색 지방 조직(iWAT)에 VOI를 그립니다. 브러시 도구 및 지우개 도구를 사용하여 VOI 테두리를 정의하십시오. 따라서 조직의 해부학. PET 이미지를 사용하여 이웃 장기에서 유출되지 않도록 겹치는 흡수가 없는지 확인하십시오. 전체 VOI가 표시될 때까지 슬라이드별로 이 과정을 반복합니다. 필요한 경우 VOI를 편집하여 각 마우스 간에 일관된 VOI 볼륨을 유지합니다.
- 타원체 VOI를 사용하여 폐에 3mm3 VOI를 기준 기관으로 그립니다. 이웃 심장과 근육에서 유출을 피하십시오.
- 완료되면 ROI 테이블 표시 를 클릭하여 각 VOI의 이름을 바꿉니다. VOI 및 조직 부피로 평균 방사능을 스프레드시트에 기록합니다. VOI 도면 및 이미징 데이터를 데이터 저장 장치에 보관합니다.
- 다음 방정식 11을 사용하여 모든 VOI에 대한 표준화된 흡수 값(SUV)을 계산합니다.
SUVmean = kBq/(붕괴 - kBq/마우스 체중에서 보정된 주사 용량을 kg)에서의 VOI 방사능으로, 조직 밀도가 1 g/mL라고 가정한다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
3 그룹의 마우스 (그룹 당 n = 3)는이 연구에서 마이크로 PET / MR 이미징을 실시하여 7 일 동안 열중성 (30 ° C) 또는 저온 (6 ° C)에 보관했습니다. 한 그룹의 마우스(n=3)는 냉간 처리 전에 그들의 iBAT를 제거(iBATx)하였다(도 1A). 이 방법은 세 마리의 마우스 모두에서 백색 지방 조직 활성의 변화를 가져왔다. 특히, 마이크로 PET/MR 이미징을 사용한 iWAT에서 [18F]FDG 흡수의 현저한 증가가 관찰되었다(도 1B-C). 이 공동 등록된 이미징 데이터는 최대 강도 프로젝션(MIP)으로 입증되며, 여기서 iWAT는 [18F]FDG 흡수의 정량화를 허용하도록 명확하게 묘사되었다. 일관되게 베이지 색 지방세포에 대한 특징적인 형태학인 다구상 지방세포는 가짜 조작 그룹에 비해 iBATx 마우스로부터의 iWAT에서 더 뚜렷하게 나타났다(도 1D).
이 장기간의 냉간 유도에 따른 iBAT 및 iWAT 활성의 변화가 마이크로 PET/MR 이미징에 의해 모니터링될 수 있는지 여부를 확인하기 위해, 30°C 및 6°C에 노출된 마우스에 대해 이미징 연구를 수행하였고, 그룹 간 결과를 비교하였다. PET/MR 영상화는 또한 6°C를 받은 마우스가 가짜 조작 마우스에서 iBAT에 대한 FDG 흡수를 현저하게 상승시켰다는 것을 입증하였다(도 2A), 이는 이전에 보고된 문헌11과 일치한다. 냉장 처리 전에 그들의 iBAT 제거(iBATx)를 갖는 마우스는 30°C 및 6°C 군 중에서 iWAT에서 가장 높은 [18F]FDG 흡수를 보였다(도 2B). PET 이미지는 SUV 기반 접근법을 사용하여 추가로 정량화되었다. iBAT에서, 냉간 노출은 30°C 그룹과 비교했을 때 [18F]FDG 흡수의 7배 증가를 야기하였다. iWAT에서, [18F]FDG 흡수는 나머지 그룹보다 냉간 적응된 iBATx 마우스에서 더 높았다(도 2C). 감기 유발 마우스에서 iBAT의 제거는 열중성 마우스에 비해 iWAT 흡수의 8배 증가를 초래한 반면, iBAT가 마우스에 존재할 때 단지 완만한 증가(2배)만이 관찰되었다.
그림 1: 마우스의 사타구니 백색 지방 조직(iWAT)의 마이크로 PET/MR 이미징. 견갑골 간 갈색 지방 조직은 외과적으로 제거되었다(iBATx). 회수 후, 마우스를 분석 전에 7일 동안 6°C에서 수용하였다. (A) 수술 및 후속 절차에 대한 흐름도. (B) 마우스와 PET/MR 스캐너의 위치 그림. (C) 공동 등록된 PET/MR 이미지의 최대 강도 프로젝션(MIP). 흰색 화살표: iWAT의 위치. A: 전방 L: 왼쪽. (d) 헤마톡실린 및 에오신(HE) 염색은 냉간 노출 후 가짜 및 iBATx 마우스에서 iWAT를 염색한다. 배율 막대 = 100μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 2: 대표적인 생체내 [18F]견갑골 간 영역(iBAT) 및 사타구니 피하 백색 지방 조직(iWAT)에서 갈색 지방 조직에서의 FDG 흡수. 열중성(30°C), 냉온-적응(6°C) 및 냉-적응 + iBATx에 수용된 마우스를 [18F]FDG PET/MR 이미징을 실시하였다. (A) 마우스에서 iBAT를 보여주는 PET/MR 이미지의 궁수 섹션. (B) 양측 iWAT를 보여주는 PET/MR 이미지의 축방향 단면. (C) iBAT (왼쪽) 및 iWAT (오른쪽)에서의 [18F]FDG 흡수의 정량 분석. 노란색 화살표: iBAT의 위치. 흰색 화살표: iWAT의 위치. 각 그룹에 대해 n = 3입니다. SUVratio 의 값은 평균 ±SD로 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
이 연구에서, PET/MR 기반 영상화 및 작은 동물에서 기능성 갈색 및 베이지 색 지방 조직의 정량화가 기술되었다. 이 방법은 비대사성 글루코스 유사체 [18F]FDG를 이미징 바이오마커로서 사용하여 비침습적 방식으로 높은 글루코스 요구량을 갖는 지방 조직을 확인한다. MR은 좋은 연조직 대비를 제공하며 지방 지방 조직을 이웃 연조직 및 근육과 더 잘 구별 할 수 있습니다. PET와 결합할 때, 이것은 정확한 방식으로 높은 글루코스 이용의 결과로서 활성화된 지방세포의 이미징 및 정량화를 가능하게 한다. 여기에 설명 된 실험 조건은 생체 내에서 iBAT 및 iWAT의 상향 조절을 연구하기 위해 [18F]FDG PET를 사용하는 타당성을 강조하며 신약 후보의 열원성 영향을 평가하는 데 잠재적으로 유용합니다. 또한, 이 프로토콜은 특별히 설계된 동물 침대를 사용하여 여러 마우스를 동시에 이미징함으로써 높은 처리량 포맷으로 쉽게 변형될 수 있으며, 이로써 이미징 데이터에 대한 통계적 파워와 신뢰도를 감소된 비용 및 시간12,13으로 증가시킨다.
현재 [18F]FDG PET/CT 는 인간과 설치류의 BAT를 시각화하는 가장 일반적인 접근 방식으로 남아 있으며 표준 프로토콜은 잘 확립되어 있습니다8,11. 최근 몇 년 동안 [18F]FDG PET/MR 이미징을 사용하여 인간의 BAT를 평가하는 몇 가지 연구도 있습니다14,15,16. 대조적으로, 작은 동물에 대한 [18F]FDG PET/MRI 에 대한 자세한 설명은 제공되지 않습니다. 여기에 설명된 것은 마우스에서 결합된 PET 및 MR 이미징 시스템의 사용에 의존하는 상세한 프로토콜이다. 이 방법은 MRI의 더 높은 해상도, 특히 지방 조직의 검출을 활용하여 일반적으로 사용되는 CT 방법에 비해 쉽게 식별하고 절단 할 수 있습니다. 따라서 현재의 접근 방식은 PET / CT 방법에 비해 PET 정량화의 정확도를 향상시킬 수 있으며,보다 섬세한 지방 창고가있는 작은 동물에서의 연구에 큰 가치가 있습니다. 기준선 섭취량에서 관심있는 조직의 결과를 분석 할 때, MRI는 마우스 간의 부피의 일관성을 보장하고 이웃 장기의 포함을 피하기 위해 VOI를 정확하게 그리는 데 필수적인 도구가됩니다. 또한 이미지 정합 및 VOI 묘사와 같은 정확한 이미지 처리는 신뢰할 수 있는 정량화를 가능하게 하는 데 중요합니다. 글루코스-반응성 BAT의 해부학적 위치는 인간과 마우스 사이에서 구별된다. 기능적 BAT가 견갑골 간 영역에 위치 하는 동안, [18F]FDG PET/MR 이미징 기반 분석은 주로 인간14,15,16의 초인종적 영역에서 기능적 BAT를 식별한다.
마우스의 금식 또는 급식 상태는 또한 [18F]FDG 흡수 실험을 수행할 때 고려되어야 한다. 일부 연구에서, 마우스는 내인성 글루코스가 [18F]FDG와 경쟁 할 것으로 가정되기 때문에 흡수 실험 전에 몇 시간 또는 심지어 하룻밤 동안 금식된다. 프로토콜에서, 공급 상태에서의 [18F]FDG가 측정되었고, iBAT 및 iWAT에서 강한 흡수 신호가 여전히 관찰되었다. 따라서 이것은 생리 학적으로 덜 관련이있는 강력한 흡수 신호를 위해 마우스를 금식 상태로 둘 필요가 없다는 것을 보여줍니다. 사실, 금식 동물에서 BAT 및 베이지 색 지방세포를 검사 할 때는주의를 기울여야합니다 이전의 발견은 시상 하부 신경 펩티드 Y (NPY) 매개 굶주림 신호가 수질 운동 시스템에 작용하여 교감 신경 과민을 감소시킴으로써 BAT 열 발생을 억제한다는 것을보고했기 때문에17. 일관되게 인간에서는 높은 칼로리 생성 식단에서 열 생성 지방 세포가 에너지 균형을 유지하기 위해 여분의 칼로리를 태우는 것이 좋습니다. 대조적으로, 영양 부족시, 에너지 낭비를 억제하기 위해 반 규제 메커니즘이 활성화됩니다.
[18F]FDG PET 이미징에 대한 또 다른 고려 사항은 마우스로의 방사성 추적기 투여 경로를 포함한다. 복강내 및 정맥내 기술은 마우스에 [18F]FDG를 주입하는 두 가지 일반적인 방법이며, 두 방법 모두 주사 후 60분 후에 마우스에서 [18F]FDG의 비교적 유사한 생체분포를 초래한다18. 복강내 방법은 비교적 수행하기 쉽고 마우스에 가해지는 원치 않는 스트레스를 피하기 위해 주사를 신속하게 할 수 있지만, 실수로 창자에 직접 주사하는 것이 일반적이며 즉시 확인되지 않아 신뢰할 수없는 PET 결과19로 이어집니다. 정맥 내 방법이 선호되는 방법이며이 연구에 사용됩니다. 성공적인 꼬리 정맥 주입은 주입 전에 가시적 인 혈액 플래시백이 관찰 될 때 결정될 수 있으며, 이는 바늘이 주입을 위해 정맥 내부에 적절하게 위치한다는 것을 나타냅니다. 이 기술의 한 가지 한계는 저혈압과 꼬리에 검은 머리카락이 존재하기 때문에 눈에 보이는 혈액 플래시백을 알아 차리기가 어렵다는 것입니다. 이것은 혈류를 증가시키기 위해 따뜻한 수건으로 꼬리를 따뜻하게함으로써 극복 할 수 있으므로 바늘 삽입을위한 정맥의 가시성을 향상시킵니다.
정확한 스캐너와 관련 장비는 신뢰할 수 있는 PET 이미지 정량화를 위한 다른 중요한 요소입니다. 스캐너의 PET 및 MR 구성 요소에 대한 일상적인 품질 관리 검사를 수행하는 것이 필수적입니다. MR 품질 관리에는 다양한 T1 및 T2 가중 시퀀스에 대한 신호 대 잡음비 평가가 포함되며, 스캐너 제조업체의 권장 사항에 따라 매주 수행되어야 합니다. PET의 경우, 활동의 정확성은 매주 또는 중요한 연구가 시작되기 전에 알려진 방사능 농도가 포함 된 주사기를 사용하여 결정되어야합니다. 이 품질 관리 테스트는 또한 PET 및 MR 이미지의 공동 등록을 결정할 수 있습니다. 복구 된 활동이 권장 범위를 벗어나거나 PET와 MR 이미지 간의 잘못된 등록이 발견 된 경우 교정을 수행해야합니다. 또한, 선량 교정기는 PET 이미징을 위한 방사능 측정뿐만 아니라 스캐너의 품질 관리를 위한 중요한 도구이기 때문에 제조업체 지침에 따라 정기적으로 교정해야 합니다.
이 연구는 마우스에서 iBAT 및 iWAT 모두에서 지방 데포의 활성화가 저온에 노출되면 [18F]FDG PET/MR 이미징을 사용하여 시각화되고 정량화 될 수 있음을 보여줍니다. 그러나, 현재의 연구는 iBAT가 없는 한 iWAT에서의 [18F]FDG 흡수가 상대적으로 낮았다는 사실에 의해 제한된다. 이는 차가운 자극에 의해 쉽게 활성화되는 iBAT와 비교하여, 베이지색 지방세포가 상대적으로 동원되는 것을 꺼리고 마우스에서 iBAT의 백업 열생성 데포처럼 작용한다는 것을 나타낸다. 베이지 특이적 활성화제 또는 더 강한 콜드 챌린지 조건의 사용과 같은 정상 마우스에서 iWAT 및/또는 다른 지방 디포에서 [18F]FDG 신호를 유도하기 위한 보다 효율적인 방법이 확인되어야 하며, 이는 현재 연구의 범위를 벗어난다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
저자는 공개 할 이해 상충이 없습니다.
Acknowledgments
우리는 중국 국립 자연 과학 재단 (NSFC) - 우수 젊은 과학자 기금 (홍콩 및 마카오) (81922079), 홍콩 연구 보조금위원회 일반 연구 기금 (GRF 17121520 및 17123419), 작은 동물 이미징 실험을위한 홍콩 연구 보조금위원회 공동 연구 기금 (CRF C7018-14E)의 지원에 감사드립니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 0.9% sterile saline | BBraun | 0.9% sodium chloride intravenous infusion, 500 mL | |
| 5 mL syringe | Terumo | SS05L | 5 mL syringe Luer Lock |
| Dose Calibrator | Biodex | Atomlab 500 | |
| Eye lubricant | Alcon Duratears | Sterile ocular lubricant ointment, 3.5 g | |
| Insulin syringe | Terumo | 10ME2913 | 1 mL insulin syringe with needle |
| InterView Fusion software | Mediso | Version 3.03 | Post-processing and image analysis software |
| Isoflurane | Chanelle Pharma | Iso-Vet, inhalation anesthetic, 250 mL | |
| Ketamine | Alfasan International B.V. | HK-37715 | Ketamine 10% injection solution, 10 mL |
| Medical oxygen | Linde HKO | 101-HR | compressed gas, 99.5% purity |
| Metacam | Boehringer Ingelheim | 5 mg/mL Meloxicam solution for injection for dogs and cats, 10 mL | |
| nanoScan PET/MR Scanner | Mediso | 3 Tesla MR | |
| Nucline nanoScan software | Mediso | Version 3.0 | Scanner operating software |
| Wound clips | Reflex 7 | 203-100 | 7mm Stainless steel wound clips, 20 clips |
| Xylazine | Alfasan International B.V. | HK-56179 | Xylazine 2% injection solution, 30 mL |
References
- Rosen, E. D., Spiegelman, B. M. What we talk about when we talk about fat. Cell. 156 (1-2), 20-44 (2014).
- Cannon, B., Brown Nedergaard, J. adipose tissue: function and physiological significance. Physiological Review. 84 (1), 277-359 (2004).
- Jal Wu,, et al. Beige adipocytes are a distinct type of thermogenic fat cell in mouse and. 150 (2), 366-376 (2012).
- Cypess, A. M., et al. Activation of human brown adipose tissue by a beta3-adrenergic receptor agonist. Cell Metabolism. 21 (1), 33-38 (2015).
- Ishibashi, J., Seale, P.
- Jal Schulz, T., et al. Brown-fat paucity due to impaired BMP signalling induces compensatory browning of white fat. Nature. 495 (7441), 379-383 (2013).
- Pal Cohen,, et al. Ablation of PRDM16 and beige adipose causes metabolic dysfunction and a subcutaneous to visceral fat switch. Cell. 156 (1-2), 304-316 (2014).
- Mal Cypess, A., et al. Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. New England Journal of Medicine. 360 (15), 1509-1517 (2009).
- Aal vander Lans, A., et al. Cold acclimation recruits human brown fat and increases nonshivering thermogenesis. Journal of Clinical Investigation. 123 (8), 3395-3403 (2013).
- Jal Hanssen, M., et al. Short-term cold acclimation improves insulin sensitivity in patients with type 2 diabetes mellitus. Nature Medicine. 21 (8), 863-865 (2015).
- Wang, X., Minze, L. J., Shi, Z. Z. Functional imaging of brown fat in mice with 18F-FDG micro-PET/CT. Journal of Visualized Experiments: JoVE. 69, (2012).
- Greenwood, H. E., Nyitrai, Z., Mocsai, G., Hobor, S., Witney, T. H. High-throughput PET/CT imaging using a multiple-mouse imaging system. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Scoiety of Nuclear Medicine. 61 (2), 292-297 (2020).
- Carter, L. M., Henry, K. E., Platzman, A., Lewis, J. S. 3D-printable platform for high-throughput small-animal imaging. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Scoiety of Nuclear Medicine. 61 (11), 1691-1692 (2020).
- Jal Andersson,, et al. Estimating the cold-induced brown adipose tissue glucose uptake rate measured by (18)F-FDG PET using infrared thermography and water-fat separated MRI. Scientific Reports. 9 (18), 12358 (2019).
- Eal Lundstrom,, et al. Brown adipose tissue estimated with the magnetic resonance imaging fat fraction is associated with glucose metabolism in adolescents. Pediatric Obesity. 14 (9), (2019).
- Eal Lundstrom,, et al. Magnetic resonance imaging cooling-reheating protocol indicates decreased fat fraction via lipid consumption in suspected brown adipose tissue. PLoS One. 10 (4), 0126705 (2015).
- Nakamura, Y., Yanagawa, Y., Morrison, S. F., Nakamura, K. Medullary reticular neurons mediate neuropeptide Y-induced metabolic inhibition and mastication. Cell Metabolism. 25 (2), 322-334 (2017).
- Jal Fueger, B., et al. Impact of animal handling on the results of 18F-FDG PET studies in mice. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Scoiety of Nuclear Medicine. 47 (6), 999-1006 (2006).
- Vines, D. C., Green, D. E., Kudo, G., Keller, H. Evaluation of mouse tail-vein injections both qualitatively and quantitatively on small-animal PET tail scans. Journal of Nuclear Medicine Technology. 39 (4), 264-270 (2011).
![[<sup>18F</sup>]FDG 마이크로 PET/MR 이미징을 사용한 마우스의 갈색 및 베이지 지방 조직의 시각화 및 정량화](https://cloudfront.jove.com/CDNSource/teasers/62460.jpg)
