Positron Emission Tomography Imaging for In Vivo Måling af Myelin Indhold i Lysolecithin Rat Model af multipel sklerose
Summary
Denne protokol har til formål at overvåge in vivo myelin ændringer (demyelination og remyelination) ved positron emission tomografi (PET) billeddannelse i et dyr model af multipel sklerose.
Abstract
Multipel sklerose (MS) er en neuroinflammatorisk sygdom med ekspanderende axonal og neuronal degeneration og demyelination i centralnervesystemet, hvilket fører til motoriske dysfunktioner, psykisk handicap og kognitiv svækkelse under MS-progression. Positron emission tomografi (PET) er en billeddannelse teknik i stand til at kvantificere in vivo cellulære og molekylære ændringer.
Radiotracers med affinitet til intakt myelin kan bruges til in vivo billeddannelse af myelin indhold ændringer over tid. Det er muligt at opdage enten en stigning eller fald i myelin indhold, hvad betyder denne billeddannelse teknik kan opdage afmyelination og remyelination processer i centralnervesystemet. I denne protokol demonstrerer vi, hvordan man bruger PET-billeddannelse til at opdage myelinændringer i lysolecithin rottemodellen, som er en model af fokal demyelinationslæsion (induceret af stereotaktisk injektion) (dvs. en model af multipel sklerosesygdom). 11 af de 11. C-PIB PET-billeddannelse blev udført ved baseline, og 1 uge og 4 uger efter stereotaxisk injektion af lysolecithin 1% i højre striatum (4 μL) og corpus callosum (3 μL) af rottehjernen, hvilket gjorde det muligt at kvantificere brændviddemyelination (injektionssted efter 1 uge) og remyelineringsprocessen (injektionssted efter 4 uger).
Myelin PET-billeddannelse er et interessant værktøj til overvågning in vivo ændringer i myelin indhold, som kunne være nyttige til overvågning af afmyelinating sygdomsprogression og terapeutisk respons.
Introduction
Multipel sklerose (MS) er en neuroinflammatorisk sygdom, der påvirker centralnervesystemet, karakteriseret ved betændelse, demyelination og axonalt tab1. Prognosen for denne sygdom er variabel selv med fremskridt i behandlingen, og det er en af de mest almindelige årsager til neurologiske underskud hos unge1. Diagnosen MS er baseret på kriterierne for klinisk manifestation og visualisering af karakteristiske læsioner ved magnetisk resonansbilleddannelse (MRI)2,3.
Positronemissionstomografi (PET) kan være et nyttigt redskab til in vivo-overvågning af MS-progression og terapeutiske virkninger. Pittsburgh sammensatte B radiotracer (PIB) mærket med kulstof-11 (11C-PIB) er meget udbredt til at kvantificere β-amyloid plaques; I det sidste årti er det dog blevet undersøgt for at kvantificere myelinindhold og vise dynamisk afmyelinering og remyelination4,5,6.
Forskellige amyloid PET-sporstoffer (11C-PIB, 18F-florbetaben,18F-florbetapir, 18F-flutemetamol) kan bruges til at kvantificere myelin og give vigtige oplysninger om sygdomsprogression og terapeutisk respons, hvilket gør det muligt at identificere afmyelinerings- og remyelineringsprocesser uden interferens af neuroinflammation, som kan forekomme med konventionelle magnetiske resonansbilleder (MRI)7. Amyloid PET-billeddannelse viste nedsat sporstofoptagelse hos aktive MS-patienter sammenlignet med ikke-aktive patienter, hvilket kunne forklares ved tidlig skade på hvidt stof hos de aktive patienter8. Lavere amyloid sporstofoptagelse var også forbundet med kognitiv tilbagegang i en opfølgende undersøgelse, der viser, at denne teknik er et værdifuldt værktøj til at studere sygdommens patofysiologi og kliniske resultater9.
Lysolecithin (LPC) rottemodellen er en kemisk induceret model af multipel sklerose, hvor det injicerede toksin, LPC, fremkalder en høj respons af makrofager, der resulterer i øget inflammation og dermed demyelinering10,11. Afmyelineringen vendes hurtigt om om ca. 4 uger, hvilket gør dette til en god model til evaluering af demyelinerings- og remyelineringsprocesser hos gnavere. Denne model er allerede blevet evalueret ved hjælp af PET-billeddannelse, med gode resultater og korrelation med post mortem essays12.
Her præsenterer vi protokollen for myelin PET-billeddannelse med 11C-PIB i lysolecithin rottemodellen, der viser, at denne billeddannelsesteknik er et nyttigt værktøj til in vivo-måling af myelinindhold.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den største fordel ved at bruge lysolecithin-modellen til at studere multipel sklerose er den hurtige tidslinje for afmyelinering (ca. 1 uge) og remyelination (ca. 4 uger) for at forekomme14. Denne model kan også induceres i mus15, men induktion hos rotter er mere fordelagtig for in vivo PET-billeddannelse på grund af rottehjernens større størrelse sammenlignet med mus.
Det første skridt i induktionsmodellen er at være yderst fors…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
β-cube udstyr (Molecubes NV, Belgien) blev støttet af São Paulo Research Foundation, FAPESP – Brasilien (#2018/15167-1). LES har et ph.d.-stipendium fra FAPESP – Brasilien (#2019/15654-2).
Materials
| Analytical Balance | Marte | AUWZZOD | max: 220 g- min: 1 mg |
| Anestesia vaporizer | Nanitech | 15800 | |
| Beta-cube | Molecubes | ||
| Bulldog clamp | Stoelting | 5212043P | |
| clorexidine | Rioquimica | 0.5%/100 mL | |
| Cotton swabs | johnson e johnson | ||
| Dose calibrator | Capintech | ||
| Drill | Kinzo powertools | 352901 | Model Q0M-DC3C |
| Eppendorf tube | Eppendorf | 30125150 | 1.5 mL |
| Eye lubricant | ADVFARMA | 30049099 | vaseline 15 g (pharmaceutical purity) |
| Fine forceps | Stoelting | 52102-38P | |
| Gloves | Descarpack | 212101 | 6.5 size |
| Heating pad | Softhear | ||
| Injection Syringe | Hamilton | 80314 | 10µ, 32ga, model 701 |
| Insuline syringe | BD | 328328 | 1 mL insulin syringes with needle |
| Isoflurane | Cristália | 410525 | 100 mL , concentration 1 mL/1 mL |
| Ketoprofen or other analgesic | Sanofi | 100 mg/2 mL | |
| lidocaine | Hipolabor | 1.1343.0102.001-5 | 2%/20mL |
| L-α-Lysophosphatidylcholine from egg yolk | Sigma-aldrich | L-4129 | 25 mg – ≥99%, Type I, powder |
| Needle holder | Stoelting | 5212290P | |
| Oxygen | White Martins | 7782-44-7 | Compressed gas |
| PMOD software | PMOD technologies | Version 4.1 | module fuse it |
| Rat anesthesia mask | KOPF | Model 906 | |
| Saline | Farmace | 0543325/ 14-8 | 0.9% sodium chloride for injection, 10 mL |
| Scapel blades | Stoelting | 52173-10 | |
| Scapel handles | Stoelting | 52171P | |
| Scissor | Stoelting | 52136-50P | |
| Semi-analytical Balance | Quimis | BK-3000 | max:3,100 g; min:0.2 g |
| shaver | Mega profissional | AT200 model | |
| Stereotactic Apparatus | KOPF | Nodel 900 | |
| Universal holder with needle support | KOPF | Model 1772-F1 | Hamilton support for 5 and 10 µL |
Referenzen
- Oh, J., Vidal-Jordana, A., Montalban, X. Multiple sclerosis: clinical aspects. Current Opinion in Neurology. 31 (6), 752-759 (2018).
- Sand, I. K. Classification, diagnosis, and differential diagnosis of multiple sclerosis. Current Opinion in Neurology. 28 (3), 193-205 (2015).
- Thompson, A. J., et al. Diagnosis of multiple sclerosis: 2017 revisions of the McDonald criteria. Lancet Neurology. 17 (2), 162-173 (2018).
- Veronese, M., et al. Quantification of C-11 PIB PET for imaging myelin in the human brain: a test-retest reproducibility study in high-resolution research tomography. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 35 (11), 1771-1782 (2015).
- Carvalho, R. H. F., et al. C-11 PIB PET imaging can detect white and grey matter demyelination in a non-human primate model of progressive multiple sclerosis. Multiple Sclerosis and Related Disorders. 35, 108-115 (2019).
- Stankoff, B., et al. Imaging central nervous system myelin by positron emission tomography in multiple sclerosis using [methyl-(1)(1)C]-2-(4′-methylaminophenyl)- 6-hydroxybenzothiazole. Annals of Neurology. 69 (4), 673-680 (2011).
- Faria, D. D. Myelin positron emission tomography (PET) imaging in multiple sclerosis. Neural Regeneration Research. 15 (10), 1842-1843 (2020).
- Pietroboni, A. M., et al. Amyloid PET as a marker of normal-appearing white matter early damage in multiple sclerosis: correlation with CSF -amyloid levels and brain volumes. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 46 (2), 280-287 (2019).
- Pytel, V., et al. Amyloid PET findings in multiple sclerosis are associated with cognitive decline at 18 months. Multiple Sclerosis and Related Disorders. 39, (2020).
- Faria, D. d. P., et al. PET imaging of glucose metabolism, neuroinflammation and demyelination in the lysolecithin rat model for multiple sclerosis. Multiple Sclerosis Journal. 20 (11), 1443-1452 (2014).
- Rinaldi, M., et al. Galectin-1 circumvents lysolecithin-induced demyelination through the modulation of microglial polarization/phagocytosis and oligodendroglial differentiation. Neurobiology of Disease. 96, 127-143 (2016).
- Faria, D. d. P., et al. PET imaging of focal demyelination and remyelination in a rat model of multiple sclerosis comparison of [C-11]MeDAS, [C-11]CIC and [C-11]PIB. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 41 (5), 995-1003 (2014).
- Faria, D. d. P., et al. PET imaging of focal demyelination and remyelination in a rat model of multiple sclerosis: comparison of [11C]MeDAS, [11C]CIC and [11C]PIB. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 41 (5), 995-1003 (2014).
- vander Star, B. J., et al. In Vitro and In Vivo Models of Multiple Sclerosis. CNS & Neurological Disorders-Drug Targets. 11 (5), 570-588 (2012).
- Najm, F. J., et al. Drug-based modulation of endogenous stem cells promotes functional remyelination in vivo. Nature. 522 (7555), 216 (2015).
