Method Article

Ein duales Tracer-PET-MRT-Protokoll zur quantitativen Messung der Aufnahme regionaler Energiesubstrate im Gehirn bei der Ratte

DOI:

10.3791/50761

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December 28th, 2013

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1Research Center on Aging and Department of Physiology and Biophysics, Université de Sherbrooke, 2Sherbrooke Molecular Imaging Center, Étienne-Le Bel Clinical Research Center, Université de Sherbrooke, 3Department of Computer Science, Université de Sherbrooke, 4Department of Nuclear Medicine and Radiobiology, Université de Sherbrooke

In This Article

Summary

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Die Positronen-Emissions-Tomographie für Kleintiere ermöglicht die Beurteilung der beiden Hauptenergiesubstrate des Gehirns: Glukose und Ketone. Bei dem vorliegenden Verfahren werden 11C-Acetoacetat und 18F-Fluordesoxyglukose nacheinander in jedes Tier injiziert, und ihre Aufnahme wird quantitativ in spezifischen Gehirnregionen gemessen, die aus den Magnetresonanzbildern bestimmt werden.

Abstract

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Wir stellen eine Methode vor, um die Aufnahme der beiden Schlüsselenergiesubstrate des Gehirns: Glukose und Ketone (in diesem Fall Acetoacetat [AcAc]) in der Ratte zu vergleichen. Bei der entwickelten Methode handelt es sich um eine Positronen-Emissions-Tomographie (PET)-Protokoll für Kleintiere, bei der jedem Tier nacheinander 11C-AcAc und 18F-Fluordesoxyglucose (18F-FDG) injiziert werden. Diese Dual-Tracer-PET-Erfassung ist aufgrund der kurzen Halbwertszeit von 11°C (20,4 min) möglich. Die Ratten werden sieben Tage vor dem PET-Protokoll auch einer Magnetresonanztomographie (MRT) unterzogen. Vor der Bildanalyse werden PET- und MRT-Bilder koregistriert, um die Messung der regionalen Hirnaufnahme (Kortex, Hippocampus, Striatum und Kleinhirn) zu ermöglichen. Ein quantitatives Maß für die Aufnahme von 11C-AcAc und 18F-FDG im Gehirn (zerebrale Stoffwechselrate; μmol/100 g/min) wird durch kinetische Modellierung unter Verwendung der IDIF-Methode (Image-Derived Input Function) bestimmt. Unser neues Dual-Tracer-PET-Protokoll ist robust und flexibel. Die beiden verwendeten Tracer können durch unterschiedliche Radiotracer ersetzt werden, um andere Prozesse im Gehirn auszuwerten. Darüber hinaus ist unser Protokoll auf die Untersuchung der Brennstoffversorgung des Gehirns bei verschiedenen Erkrankungen wie normalem Altern und neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson anwendbar.

Introduction

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Kontext und Begründung

Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ermöglicht die minimal-invasive Untersuchung von funktionellen Prozessen im Gehirn. Glukose ist das wichtigste Energiesubstrat des Gehirns, aber bei Glukosemangel sind Ketone (Acetoacetat [AcAc] und β-Hydroxybutyrat) die wichtigsten alternativen Energiesubstrate. Der Energiestoffwechsel des Gehirns wurde umfassend durch PET unter Verwendung des gebräuchlichsten PET-Tracers, 18F-Fluordesoxyglucose (18F-FDG), einem Glukoseanalogon, untersucht. Unsere Gruppe hat kürzlich einen neuartigen Radiotracer -11C-AcAc - entwickelt, um den Ketonstoffwechsel im Ge....

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Protocol

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Alle Versuche wurden in Übereinstimmung mit dem Animal Care and Use Committee an der Université de Sherbrooke und mit dem Canadian Council on Animal Care durchgeführt. Das Versuchsprotokoll wurde vom Institutional Animal Research Ethics Review Board genehmigt (Protokoll #011-09).

1. Anatomie des Gehirns mit MRT

  1. Lassen Sie die Ratten mindestens 7 Tage vor dem Protokoll in der Tieranlage akklimatisieren. Führen Sie 1-2 Wochen vor dem Dual-Tracer-PET-Protokoll MRT-Scans des Gehirns durch, um eine vollständige Genesung von der Anästhesie zu ermöglichen.
  2. Betäuben Sie die Ratte in einer Induktionskammer. Verwenden Sie 2 % Is....

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Results

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Wie in Abbildung 2,11 zu sehen ist, ist die C-AcAc-Aufnahme im Gehirn selbst gering. Wie bereits erwähnt, ist der Ketonverbrauch des Gehirns bei kurzfristigem Fasten sehr gering. Die Aufnahme von 11C-AcAc ist in der Zungen- und Wangenmuskulatur höher. In der Tat werden Ketone schnell von der Skelettmuskulatur der Ratte aufgenommen23. Im Gegensatz dazu findet die Aufnahme von 18F-FDG hauptsächlich im Gehirn und in den Wangenmuskeln statt. Abbildung 2

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Discussion

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Kritische Schritte

Ein entscheidender Schritt bei diesem dualen Tracer-PET-Protokoll besteht darin, gleichzeitig den linken Ventrikel des Herzens und das Gehirn scannen zu können. Dazu wird ein PET-Scanner mit einer ausreichenden axialen Länge, d.h. mindestens 7,5 cm, benötigt. Es sind einige Testscans erforderlich, um die genaue Position des Scannertisches (x-, y- und z-Werte) zu bestimmen, an dem das Gehirn und das Herz korrekt gescannt werden.

Auch die Trac.......

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Disclosures

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Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen haben.

Acknowledgements

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Diese Studie wurde finanziell unterstützt vom Fonds de la recherche en santé du Québec, den Canadian Institutes of Health Research, der Canadian Foundation for Innovation und dem Canada Research Chairs Secretariat (SCC). Das Sherbrooke Molecular Imaging Center ist Teil des FRQS-finanzierten Étienne-Le Bel Clinical Research Center. Die Autoren danken Mélanie Fortier, Jennifer Tremblay-Mercier, Alexandre Courchesne-Loyer, Dr. Fabien Pifferi, Dr. M'hamed Bentourkia, Dr. Otman Sarrhini, Dr. Jacques Rousseau, Caroline Mathieu und Mélanie Archambault für ihre großzügige Unterstützung und technische Hilfe. Die Autoren danken der Bildanalyse- und Visualisierungsplattform (htt....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
MRT-ScannerVarian7 Tesla
PET-Scanner für KleintiereGamma MedicaLab-PET/-Triumph
HeizmatteSunbeamPN 143937
HeizsystemSA Instruments761 100 Rev B
Atemwegs-GatingSA InstrumentsSAII's P-resp
Klinisch-chemischer AnalysatorSiemens Healthcare Diagnosis765000.931Dimension Xpand Plus
Polyethylen-Schlauch 50 Becton Dickinson427411
EinspritzpumpeKD ScientificModell 210
Gamma-ZählerGMIPackard Cobra II
ZentrifugeThermo Scientific75002416Heraeus Pico 21
PMOD SoftwarePMOD TechnologiesPMOD 3.2 Version
GeigerzählerFluke BiomedicalASM-990Fortschrittliches Untersuchungsmessgerät
Reagenz
IsofluranAbbott Laboratories, LtdB506
0,9 % NaCl-LösungHospira4888010
HeparinSandoz1004336
IsopropenylacetatAldrich1177899 %
MethyllithiumAldrich1973431,6 M
THFAldrich87371
Flex Reagenz Kartusche GlukoseSiemens Healthcare DiagnoseDF40
Trizma BaseSigmaT6066-500GPräparat Tris Puffer 100 mM pH 7,0
NatriumoxamatSigmaO275120 mM
NADHRoche101280150010,15 mM
b-Hydroxybutyrat DehydrogenaseToyoboHBD-3011 U/ml

References

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  1. Tremblay, S., et al. Automated synthesis of 11C-acetoacetic acid, a key alternate brain fuel to glucose. Appl. Radiat. Isot. 65, 934-940 (2007).
  2. Pifferi, F., et al. Mild....

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Dual Tracer PET MRIBrain Energy SubstratesGlucose UptakeKetone UptakeCarbon 11 AcetoacetateFluorodeoxyglucose PETRegional Cerebral UptakeImage CoregistrationKinetic ModelingCerebral Metabolic Rate

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