Burada sürekli kan örnekleme için bir protokol içinde PET/CT görüntülemede farelerin arter giriş fonksiyonunu ölçmek için (AıF) açıklanmıştır. Kateterizasyon, sistemin kalibrasyon ve kurulumu ve kan radyoaktivitesinin veri analizi gösterilmiştir. Oluşturulan veriler, sonraki Bio-kinetik modelleme için giriş parametreleri sağlar.
Pozitron Emisyon Tomografi/Bilgisayarlı tomografi (PET/CT) verilerinin nicel Analizi ve biyo-kinetik modellemesi için, arter giriş fonksiyonu (AıF) olarak da bilinen temporal kan zaman aktivitesi konsantrasyonunun belirlenmesi önemli bir nokta, özellikle hayvan hastalığı modellerinin karakterizasyonu ve yeni geliştirilen radiotracers tanıtımı için. Kandaki radyotracer mevcudiyeti bilgisi, doku aktivitesinin PET/CT türevi verilerini yorumlamaya yardımcı olur. Bu amaçla, PET/CT görüntüleme sırasında çevrimiçi kan örnekleme AıF ölçmek için tavsiye edilir. Manuel kan örnekleme ve görüntü türetilmiş yaklaşımlar aksine, sürekli online kan örnekleme çeşitli avantajları vardır. En aza indirilmiş kan kaybına ek olarak, kan aktivitesi ölçümü için gelişmiş bir çözünürlük ve üstün bir doğruluk vardır. Ancak, çevrimiçi kan örneklemesinin büyük dezavantajı, hayvanın femoral damarlarını kateterize etmek için pahalı ve zaman alıcı bir hazırlıktır. Burada, küçük Hayvansal PET/CT görüntüleme sırasında kateterizasyon ve sürekli kan örnekleme için kolay ve komple bir iş akışı tarif ve manuel kan örnekleme ve görüntü türeyen bir yaklaşım ile karşılaştırıldığında. Bu yüksek standartlaştırılmış iş akışını kullanarak, fluorodeoxyglukoz ([18F] FDG) AIF belirlenmesi gösterilmiştir. Ayrıca, bu prosedür, izleyici kinetik ve model özellikleri temel bilgi oluşturmak için farklı hayvan modelleri ile birlikte herhangi bir radyotracer için uygulanabilir. Bu, onkolojik, nörodejeneratif ve miyokard hastalıklarının preklinik araştırmalarında teşhis ve terapötik yaklaşımlar için ilaç davranışlarının daha hassas bir şekilde değerlendirilmesi sağlar.
Pozitron Emisyon Tomografi/Bilgisayarlı tomografi (PET/CT) bir radyoaktif etiketli ligand enjeksiyon aşağıdaki vücutta metabolik süreçlerin görselleştirme sağlayan bir nükleer görüntüleme teknolojisi, ayrıca Tracer denir. Ligand metabolik bir yol veya hedef hücre yüzeyi proteinleri dahil bir molekül ise, radyoaktif etiket bir pozitron-yayan radiyonüklid olduğunu. Gama ışınları, pozitron çürüğü tarafından dolaylı olarak yayıldığı ve ekstrorporeal PET dedektörleri ile organizmada dağılımının algılanmasını sağlar. Bu şekilde, farklı hücresel moleküller hedeflenebilir: nörotransmitter reseptörleri ve taşıyıcılar, glikoliz veya mitokondriyal proteinler gibi metabolik süreçler Translocator protein 18 kDa (TSPO) aktif glia hücrelerini algılamak için.
Klinik öncesi araştırmalarda, PET/CT, biyokimyasal süreçleri non-invaziv bir şekilde incelemek için çekici bir yöntemdir, böylece uzunlamasına çalışmalar sağlar. PET/CT verileri, hastalık mekanizmalarının analizlerini, yeni ilaçların niteliklerini ve farmakokinetiği değerlendirmesini ve translasyonel araştırmalar için her iki, güncel ve yeni radiotracers doğrulamayı destekler.
PET/CT analizleri sırasında üç izleyici durumu tanımlanabilir (2-doku bölmesi modeli örneği): Ilk olarak, izleyici uygulamadan sonra kan içinde akar (devlet 1; CONC.[kan]). Ikinci, bu kılcal yatak yoluyla doku girer ve orada ya serbestçe ekstrellüler alan içinde hareket edebilir veya özel olarak farklı hücresel veya hücre dışı yapılara bağlı (devlet 2; CONC.[UNSPEC]). Üçüncü olarak, izleyici özellikle (metabolik bindirme ile veya olmadan) hedef molekülü (devlet 3, CONC.[spec]) bağlı olabilir. Bölmeler arasındaki tüm bu dinamik süreçler bir ölçüde çift yönlü ve difüzyon süreçleri oranı sabitleri (K1, K2, K3 ve K4) ile açıklanmıştır. Kandaki izleyicinin konsantrasyonu (yani, devlet 1) “giriş” olarak adlandırılır, spesifik olmayan ve özellikle bağlı izleyici (yani, devlet 2 ve devlet 3) konsantrasyonu “çıkış” olarak adlandırılır ve doğrudan PET Image elde edilebilir. Bu fizyolojik ilişki 2-doku bölme modelinde görüntülenebilir (Şekil 1).
Şekil 1 : İki doku bölme modeli. Üç farklı izleyici devletin fizyolojik koşulları ve aralarında dinamik süreçler görüntülenir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
İdeal durumda, CONC.[spec] hedef molekül konsantrasyonu ile orantılıdır. Ancak, PET/CT ölçümünün çıkışı CONC.[spec] ve CONC.[UNSPEC]toplamıdır. İlgi bölgesinde CONC.[spec] belirlemek için, paralel olarak CONC.[UNSPEC] hedef protein/Pathway yoksun bir referans bölgenin belirlenir. Uygun matematiksel denklemler kullanarak bir şimdi CONC.[spec], en sık bölme modeli (bir bio-kinetik modelleme yaklaşımı) kullanarak hesaplayabilirsiniz. Ancak, birçok durumda, böyle bir referans bölge hedef protein yoksun1,2kullanılabilir değil. Bu durumlarda, CONC.[kan] CONC.[spec]belirlemek için kullanılabilir. CONC.[kan] farklı karaciğer ve böbrek boşluğu, atılım, kan akışı, farklı beyin-kan bariyer penetrasyon ve hastalık ile ilgili faktörler3nedeniyle değişen, mevcut altın standart CONC ölçmek için.[ kan] sürekli kan örnekleme tarafından PET/CT tarama paralel olarak. Bu konc olarak tanımlanan arteriyel giriş fonksiyonu (AıF) verir.[kan] zamanla4. Not, sürekli kan örnekleme gerçekleştirmek Teknik olarak son derece zorlu, özellikle fareler veya fareler gibi küçük hayvanlar olarak kabul edilir5.
Burada, femoral ven ve arter arasında bir arteriovenöz (a-v) şant yoluyla fareler gelen kan sürekli numune için kolay ve pratik bir protokol sunuyoruz. Ticari olarak mevcut Dedektör-pompa sistemine bağlı olarak, dinamik [18f] fluorodeoxyglukoz ([18f] FDG) sırasında gerçek zamanlı, sürekli AıF üretebiliyoruz-PET/CT farelerde taramalar ve alternatif yaklaşımlar ile karşılaştırılmıştır. Bir multimodalite PET/CT tarayıcı kullanarak 462 g ± 33 g (ortalama ± standart sapma) ortalaması ile 4 aylık bir yaşta erkek Sprague Dawley fareler PET/CT görüntüleme yapıldı.
Ölçümler serisi (doz Kalibratörü, çevrimiçi kan örnekleyici, PET/CT ve iyi sayaç) sırasında çok çeşitli cihazların kullanıldığı için, tüm sistemlerin nicel doğruluğunu kontrol etmek farklılıkları telafi etmek. Çevrimiçi kan örnekleme bağlamında çapraz kalibrasyon, düzeltilmiş PET görüntülerde ölçülen belirli bir aktivite konsantrasyonu için sayım oranının, aynı konsantrasyon için Twilite sistemi ile ölçülen konsantrasyona dönüştürülebileceği anlamına gelir. Bu nedenle, PET/CT, kan örnekleme sistemi ve iyi sayaç arasında bir çapraz kalibrasyon prosedürü kurulmuştur.
Bu son derece standartlaştırılmış metodoloji, preklinik küçük hayvan araştırmalarında metabolik ve hücresel süreçleri ölçmek için güçlü bir yaklaşım sağlar ve AıF ‘in güvenilirliğini ve yeniden üretilebilirliğini iyileştirmek için zarif bir yoldur. AıF daha sonra biyolojik kinetik modelleme kullanarak preklinik PET/CT verilerinde dokuda özel olarak bağlı izleyici ölçmek için kullanılabilir.
Sunulan sonuçlar, wildtype fareler kıyasla Huntington hastalığının transgenik hayvan modelinde nöronal aktivite üzerinde daha büyük ölçekli bir projeden ayıklanır. Tamamen 30 transgenik ve wildtip fareler kateterize edildi ve [18F] FDG-PET/CT paralel olarak manuel ve çevrimiçi kan örnekleme yapıldı. Üç Aıfs wildtype fareler burada protokol olası sonuçlar aralığını göstermek için gösterilir. Huntington hastalığının bir hayvan modelinde nöronal aktivite değişiklikleri üzerinde komple projenin sonuçları başka bir yerde yayınlanacaktır.
Burada açıklanan yöntem büyük kohort hızlı ve doğru sürekli kan örnekleme sağlar ve küçük hayvanların dinamik PET/CT verilerinin kinetik modelleme için bir boşluksuz AıF sağlar. Hayvanların kanındaki gerçek zaman etkinliğini algılamak için harici bir kan dolaşımı oluşturulur; Dolayısıyla kan kaybı kaçınılmaktadır. Cerrahi prosedür Jespersen ve ark.8 ‘ e DAYANMAKTADıR ve PET/CT ölçümleri sırasında arteriyel kan örnekleme ihtiyaçlarını karşılamak üzere değiştirildi. Şant sistemi Weber ve al.9tarafından doğrulandı. Burada kullanılan kurulum ile, yaklaşık 1,1 mL dış kan hacmi Dedektör-pompa sistemi üzerinden çalışıyor. Bir sıçan yaşlı 4 ay yaklaşık 30 mL toplam kan hacmi vardır. Femoral ven ve arter çapı yaklaşık 0,45-0.6 mm10 ve kullanılan kateter eklemek için biraz kolalı olması gerekir.
AIF Ayrıca sporadik manuel kan toplama yoluyla ölçülebilir veya Evcil Hayvan görüntülerinin erken zaman noktalarıyla yeniden oluşturulabilir (görüntü türetilir). Her iki yaklaşım burada sunulan veriler ile yapılmıştır ve sürekli kan örnekleme ile karşılaştırıldığında.
Manuel kan örneklemesi ile karşılaştırıldığında, online kan ile belirgin bir yüksek temporal çözünürlük örnekleme (burada: 1800 30 dakika başına veri noktaları) mümkün olur. Manuel kan berabere (burada: 30 dakika başına 5 veri noktası) küçük hayvan mevcut kan hacmi ile sınırlıdır, bu örnekleri hayvan dolaşımı geri pompalanmaz gibi. Dahası, 10-15 s maksimum aralığı Teknik olarak uygulayabilecektir ve kinetik modelleme için önemli bilgiler cevapsız. Bu da sunulan verilerde görülebilir, sürekli ve manuel kan örnekleme algılanan maksimum bir fark olarak açıktır (Şekil 3a, C, E). Çevrimiçi kan örneklemesi ile algılanan zirve artan aort11 (Şekil 3B, D, F) görüntü türetilmiş giriş fonksiyonu ile daha yüksektir. Imaged türetilmiş giriş işlevi, kısmi birim efektleri12 ‘ ye neden olan ve yeniden oluşturulmuş zaman dilimlerinden etkilenen Pet tarayıcılarının uzamsal çözünürlüğüne sınırlıdır.
Bu sürekli kan örnekleme prosedürün genel bir avantajı, izleyici yan kuyruk ven yoluyla enjeksiyon daha az rahatsızlık eğilimli kateter aracılığıyla uygulanabilir olmasıdır. İzleyici, tüp sisteminin başında kalan izleme önlemek için ılımlı bir hacimde uygulanması gerektiğini aklınızda bulundurun. T parçasının ölü hacmine hiçbir aktivite kalmadığından emin olmak için daha sonra heparinize tuz çözeltisi ile temizlendi. Ayrıca, bir infüzyon pompası kullanımı tavsiye edilir olarak izleyici enjeksiyonu hızını ayarlama sağlar ve manuel kan örnekleme ile maksimum radyoaktivite zirve daha koordine edinme katkıda bulunabilir13.
Protokol işleme sırasında ortaya çıkabilecek birkaç olası zorluklar vardır ve aşağıdaki sorun giderme tarafından ele alınabilir. Kateterler bir alt optimum pozisyon protokolün tamamlanmamış bir yürütme yol açabilir, bu nedenle doğru proksimal sütür ile sabitlenir ve kateter 2-3 cm proksimal gemiye itilir emin olun. Buna ek olarak, fibrin yapıştırıcı kullanılabilir. Ayrıca Trombi oluşumu kateter tıkanabilir. Bu heparin konsantrasyonu ve kateterler veya tüp sistemi sonraki kızarıklık artırarak ele alınabilir. Bu tür bir alt-optimum sonuç kateter tıkanmasını nedeniyle sonuçlar gösterilir, maksimum zirve cevapsız (Şekil 3E). Hayvan koruma ve refah ile ilgili bir diğer kritik nokta ekstrorporeal kan akışının uzunluğudur. Bu nedenle en az tüp sisteminin uzunluğunu azaltmak için önerilir.
Kan örnekleme yapıldığında, elde edilen AıF ‘in üç düzeltmesi dikkate alınmalıdır. Önce plazma düzeltmesi. Izleyiciler plazma ve kan hücreleri arasında doğrultma, çoğunlukla eritrositler. Bu difüzyon süreçlerinin ne kadar hızlı olduğuna bağlı olarak, mevcut izleyici ağırlıklı olarak plazmada bulunur. Bazı izleyiciler için, plazma tam kan oranı dikkate alınmalıdır, daha lipophilik olanlar gibi. Bu durumlarda plazma aktivitesinin belirlenmesi gerekir. Eğer [18f] fdg kullanılırsa, plazma ve kırmızı kan hücreleri arasında çok hızlı sakinleştiği ve plazmada [18f] fdg ‘nin mevcudiyeti tüm kandaki benzer olduğu için, plazmanın etkinliğini belirlemek için kanı santrifüje gerek yoktur. İkincisi, metabolit düzeltmesi. Birçok izleyici tüm kanda metabolize edilir ve bu metabolitlerin bazıları hala radyoaktif olarak etiketli14. Bu kesir AıF mevcut ama doku alımı için mevcut değildir. Bazı izleyiciler için metabolitler tüm kan veya plazma tespit edilmelidir ve AıF düzeltilmesi gerekir. Üçüncüsü, dağılım düzeltmesi. Dağılım, (a) periferik örnekleme sitesine göre dokuda izleyici varış süreleri (gecikme düzeltmesi) ve (b) ve AıF şeklin bulaşması arasındaki sistematik zaman farkı da dahil olmak üzere çeşitli faktörlerden kaynaklanır, Tracer Transport tüp sistemi içinde ilk sipariş lag (PT1) kinetik etkilenir. Deconvolution dayalı çeşitli düzeltmeler, özellikle Iida ve al.15tarafından modele dayalı, önerilmiştir ama çoğu gürültü duyarlıdır. Bir düzeltme yöntemi, deconvolution circumvents ve bu nedenle daha az gürültüye eğilimli Munk ve ark.16tarafından önerilmiştir. Düzeltme parametrelerini tahmin etmek için gerekli ölçümler, kullanılan her boru ve izleyici kombinasyonu için yapılmalıdır. Dağılım düzeltmesi zaman gecikmesi düzeltmesi17‘ den önce yapılmalıdır. Ancak, ağırlıklı olarak hızlı doku perfüzyon süreçleri dispersiyondan etkilenir ve aynı zamanda gösterildi, bu modelleme için [18F] fdg çalışmalar bir dağılım düzeltme kesinlikle gerekli değildir18. Bu nedenle, sunulan örneklerde AıF dispersiyon düzeltmesi uygulanmadı.
Yerinde doz Kalibratörü ve düzenli kalite kontrolü uygun bir kalibrasyon burada sunulan çapraz kalibrasyon prosedürleri türü için bir ön koşuldur. Ancak, hayvan için uygulanan aktivite aynı doz Kalibratörü ile ölçüldüğünde, sapmanın sabit olması ve tam çapraz kalibrasyon prosedürü takip edildiği takdirde, doğruluğu herhangi bir sapma iptal edilecektir, dahil olmak üzere belirli düzeltmeler (örneğin, yarı yaşam veya farklı dallanma oranı değişen). İnsan sağlığı ve araştırmalarında kullanılan PET/CT sistemlerini uyumlu hale getirmek için böyle bir kalibrasyon prosedürü kullanarak en az% 5-10 oranında bir doğruluk elde edilebilir19,20.
Bu protokolün başarılı bir şekilde uygulanması ile üretilen kalibre edilmiş ve düzeltilmiş Aıfs, hayvan hastalığı modellerinin karakterize edilmesi, yeni terapi seçeneklerinin test edilmesi, yeni izleyicinin kurulması için PET/CT verilerinin ölçülmesini sağlar ve başka bir türe içine mevcut izleyiciler. Görünüşte, sürekli kan örnekleme [18] FDG-PET/CT sıçanlarda Bio-kinetik modelleme giriş hesaplanması için en güvenilir bilgileri sunar. Bireysel metabolizmayı dikkate alarak, özellikle karaciğer boşluğu, ilgili patolojik veya terapötik etkileri daha kesin bir değerlendirme mümkündür. Bu pratik protokolle, preklinik PET/CT veri analizinin daha yüksek bir verimliliği kolayca uygulayabilecektir.
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar minnetle Susann Lehmann kabul, IANA Klamfuß ve Petra Wolff hayvan konut ve bakım ve Matthias Wyss için destek online kan örnekleme sisteminin kurulması sırasında. Küçük hayvan PET/CT Deutsche Forschungsgemeinschaft tarafından finanse edildi (INST 2268/6-1 FUGG).
Sugery for arteriovenous shunt | |||
anesthesia station | Groppler | ||
aneurysm clips | Aesculap | FT190T | 5 mm, closing force 70 g |
bulldog clamp | Aesculap | 35 mm | |
dissectiong scissors BC165 | Aesculap | 490-866 | dull, for skin preparation |
heating mat | |||
insulin syringe | Braun | 30G | |
needle holder | medicon | 11.62.18 | micro surgical |
pliers for aneurysm clips | Aesculap | FT 470T | Yasargil |
portex fine bore polythene tubing | Smith Medical | 800/100/200 | ID 0.58 mm, OD 0.96 mm; PE50 equivalent tubing |
surgical microscope with camera | Leica | M50 + MC120 HD | |
suture filaments 6.0 | 6.0, polypropylene | ||
suture filaments 3.0 | 3.0, absorbable, braided | ||
two anatomical forceps | Hammacher Soling | HSC601-11 | micro surgery, 45° |
vascular or corneal scissors | Geuder | G19605 | micro surgery scissors |
PET/CT imaging | |||
dose calibrator ISOMED 2010 | nivia instruments GmbH | for tracer portioning | |
Inveon PET/CT | Siemens | ||
tracer (e.g. 18F-FDG) | |||
manuel bloodsampling | |||
capillary blood collection EDTA tube | KABE Labortechnik GmbH | GK 150 EDTA 200 µl | |
test tubes | SARSTEDT | 5 ml, 75 x 12 mm, PS | |
well counter CAPTUS 700t | Capintec | manuel measurement of blood activity | |
automatic blood sampling | |||
BD Venflon TM pro safety shielded IV catheter; 18 G (1.3 mm x 32 mm) | BD | 3932269 | luer connections (to fit in t-connections) |
bloodsampler twilite two | swisstrace GmbH | ||
combi stopper | Braun | 4495101 | |
heparin | 50U/ml for tube flushing before the experiment and aspiration during catheter surgery | ||
hypodermic needle | G23 x 1 1/4" / 0.6 x 30 mm | ||
microprocessor controlled tubing pump | Ismatec/Cole-Parmer | ISM596 | 12 rollers, 2 channels |
PSAMPLE modul of PMOD | PMOD | ||
reduction connectors | Ismatec/Cole-Parmer | ISM569A | from ID 2.5 mm to ID 1.5 mm |
silicone pump tubes | Ismatec/Cole-Parmer | 070535-17-ND /SC0065N | for roller pump (yellow/blue/yellow ID 1.52 mm, WT 0.84 mm, OD 3.2 mm) |
silicone pump tubes – adapter tubing | Ismatec/Cole-Parmer | SC 0107 | black/black/black ID 0.76 mm, WT 0.86 mm, OD: 2.48 mm |
t-piece or t-connections | Ismatec/Cole-Parmer | ISM 693A | ID 2.5 mm |