Brain damage resulting from cerebral ischemia may be non-invasively imaged and studied in rats using pre-clinical positron emission tomography coupled with the injectable radioactive probe, 18F-fluorodeoxyglucose. Further, the use of modern software tools that include volume of interest (VOI) brain templates dramatically increase the quantitative information gleaned from these studies.
स्ट्रोक उम्र के अमेरिकियों के 65 वर्ष या एक पुराने के बीच मृत्यु का तीसरा प्रमुख कारण है। एक स्ट्रोक से पीड़ित रोगियों के लिए जीवन की गुणवत्ता में तीव्र स्ट्रोक के लिए चिकित्सीय उपचार की मौजूदा कमी की वजह से है जो रोगियों 2 की एक बड़ी संख्या में सामान्य करने के लिए वापस जाने के लिए विफल रहता है। यह समय के साथ मस्तिष्क के ऊतकों पर मस्तिष्क ischemia के मनोवैज्ञानिक प्रभाव को समझने के लिए आवश्यक है और सक्रिय अनुसंधान के एक प्रमुख क्षेत्र है। इस दिशा में प्रयोगात्मक प्रगति पोजीट्रान एमिशन टोमोग्राफी (पीईटी) इमेजिंग 3,10,17 के साथ युग्मित गैर आक्रामक तरीके जैसे 18 एफ fluorodeoxyglucose (FDG) का उपयोग कर, विशेष रूप से, स्ट्रोक के लिए एक preclinical मॉडल के रूप में चूहों का उपयोग किया गया है। यहाँ हम एक साथ एक्स-रे गणना टोमोग्राफी (सीटी) के साथ युग्मित FDG- पीईटी का उपयोग करते हुए 24 घंटा में इसके प्रभाव मनुष्यों में (MCAO) मध्य मस्तिष्क धमनी रोड़ा द्वारा चूहों में कि mimics फोकल मस्तिष्क ischemia मस्तिष्क ischemia उत्प्रेरण, और इमेजिंग के लिए एक रणनीति पेश Albira पीएट-सीटी साधन। एक Voi टेम्पलेट एटलस बाद में मस्तिष्क और इसके उप-क्षेत्रों 4 के एक निष्पक्ष विश्लेषण सक्षम करने के लिए मस्तिष्क चूहे डेटा के लिए जुड़े हुए किया गया था। इसके अलावा, FDG- पीईटी-सीटी समय पाठ्यक्रम के 3 डी दृश्य के लिए एक विधि प्रस्तुत किया है। सारांश में, हम, की शुरुआत बढ़ाता है, और FDG- पीईटी का उपयोग कर तीन आयामों में रहने वाले एक Sprague-Dawley चूहे में एक प्रेरित इस्कीमिक स्ट्रोक घटना दृश्यमान करने के लिए एक विस्तृत प्रोटोकॉल उपस्थित थे।
स्ट्रोक विकसित देशों में मृत्यु के प्रमुख कारणों में से एक है, और एक 19 से बाहर अमेरिकियों 1 की मौत के लिए सीधे तौर पर जिम्मेदार है। इनमें से 87% प्रकृति 5 में इस्कीमिक हैं जिनमें से लगभग 795,000 अमेरिकियों हर साल स्ट्रोक का अनुभव है कि अनुमान लगाया गया है। एक इस्कीमिक घटना के दौरान, cortical न्यूरॉन्स को ऑक्सीजन और ग्लूकोज की सतत आपूर्ति बुरी तरह प्रभावित मस्तिष्क क्षेत्रों में सेलुलर समारोह में कमी आई की ओर जाता है जो एक hypoxic वातावरण, उत्प्रेरण बिगड़ा हुआ है। स्ट्रोक की गंभीरता पर निर्भर करता है, मस्तिष्क में रक्त प्रवाह और ग्लूकोज तेज spatially और अस्थायी बदलता रहता है।
स्ट्रोक की वजह से नुकसान, गैर इनवेसिव तरीकों के माध्यम से इस तरह के रूप में 18 एफ fluorodeoxyglucose (FDG) पोजीट्रान एमिशन टोमोग्राफी 6 पहचाना जा सकता है। FDG 2 'की स्थिति में हाइड्रॉक्सिल समूह 18 एफ आइसोटोप उत्सर्जन पोजीट्रान द्वारा बदल दिया गया है, जहां एक ग्लूकोज अनुरूप है। 18 एफ advant हैयह मस्तिष्क में ग्लूकोज की खपत का पता लगाने के लिए इस्तेमाल किया जा करने के लिए अनुमति देता है, अपने लंबे, 110 मिनट आधा जीवन की वजह से ageous। FDG पीईटी ऐसे ऊतकों 8 अत्यधिक पाचन सक्रिय हैं यह दर्शाता है कि एफ उच्च ग्लूकोज की खपत के क्षेत्रों में जमा करने के लिए जाता है 18 के रूप में मस्तिष्क 7 भीतर deoxyglucose खपत का एक मात्रात्मक उच्च संकल्प नक्शा पैदा करता है। 18 एफ नाभिक तेजी साधन से पता चला रहे हैं जो गामा किरणों, उत्पादन, पास के एक इलेक्ट्रॉन के साथ annihilates जो एक पोजीट्रान, रिहा, बीटा-क्षय आए। FDG पीईटी स्कैन, इस प्रकार एक ही व्यक्ति में समय के साथ मस्तिष्क गतिविधि में परिवर्तन का अध्ययन करने के लिए एक रास्ता प्रदान करने, स्कैन के बीच में कम से कम 10 से 18 एफ आधा जीवन, या के बारे में 18 घंटे के साथ एक ही व्यक्ति में भी दोहराया जा सकता है।
ऐसे चूहों के रूप में पूर्व नैदानिक पशु मॉडल, अक्सर स्ट्रोक के प्रभाव और स्ट्रोक के लिए उपचार के प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं। FDG पीईटी गैर इनवेसिव है, यह मापने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता हैजानवर के शरीर क्रिया विज्ञान में खलल न डालें बिना समय के साथ स्ट्रोक का प्रभाव। स्ट्रोक घटना स्थान पर निर्भर करता है, मस्तिष्क के विभिन्न क्षेत्रों को प्रभावित किया जा सकता है। हालांकि, इस तरह के चूहों के रूप में छोटे जानवरों के साथ, मैन्युअल परिभाषित करने और चुनौतीपूर्ण हो सकता है चूहे के मस्तिष्क के विशिष्ट क्षेत्रों में गतिविधि को बढ़ाता। समय के साथ चूहे के मस्तिष्क के विशिष्ट क्षेत्रों में ग्लूकोज चयापचय गतिविधि की तुलना करने के लिए, (Voi) मात्रा निर्धारित किया जा करने के लिए ब्याज की मात्रा लगातार चित्रित किया जाना चाहिए। चूहे के मस्तिष्क के एक सटीक एटलस इस समस्या 9 को कम करने के लिए विकसित किया गया है, और preclinical FDG- पीईटी डेटा की मात्रा का ठहराव के लिए उपयोग में डिजिटल रूप में परिवर्तित कर दिया गया है। यहाँ हम एक सुसंगत, व्यवस्थित फैशन में स्ट्रोक ऊतकों को नुकसान वर्गीकृत करने के लिए एक विधि प्रस्तुत करते हैं। विधि स्ट्रोक से प्रभावित विशिष्ट मस्तिष्क उप-क्षेत्रों बढ़ाता, एक पशु मॉडल में मस्तिष्क ischemia की शुरुआत के लिए शल्य चिकित्सा की प्रक्रिया का विवरण, और स्ट्रोक का एक तीन आयामी हद के दृश्य और स्थान का उत्पादनउचित तकनीक और उपकरणों का उपयोग ऊतकों को नुकसान। इस अध्ययन में वर्णित पद्धति का प्रयोग, शोधकर्ताओं लगातार चूहों में मस्तिष्क ischemia आरंभ पीईटी इमेजिंग आचरण, और समय के साथ पूर्व नैदानिक स्ट्रोक मॉडल में परिभाषित मस्तिष्क क्षेत्रों का उपयोग कर FDG तेज में परिवर्तन यों कर सकते हैं।
यहाँ हम स्ट्रोक प्रेरण, पीईटी इमेजिंग, और Sprague-Dawley चूहों में ऊतकों को नुकसान के मानकीकृत मस्तिष्क उप क्षेत्र माप के लिए एक विस्तृत रणनीति प्रस्तुत करते हैं। स्ट्रोक प्रभावी होने के लिए इलाज के लिए एक अत्यंत छोटा चिकित्सीय समय पर निर्भर करता है के रूप में विशेष रूप से स्ट्रोक के क्षेत्र में छोटे पशु मॉडलों की इमेजिंग, फायदेमंद है। यहाँ हम स्ट्रोक मध्य मस्तिष्क धमनी के लिए एक रोड़ा के माध्यम से प्रेरित किया गया था जिसमें एक चोट-reperfusion की मॉडल, वर्तमान और इमेजिंग संरचनात्मक संदर्भ के लिए एक एक्स-रे सीटी के साथ, पीईटी के साथ FDG का उपयोग किया। मस्तिष्क उप-क्षेत्रों के भीतर FDG तेज की regimented माप PMOD छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर के भीतर चूहे के मस्तिष्क पर Voi टेम्पलेट एटलस की सटीक मानचित्रण द्वारा ही संभव बनाया गया था। Ratiometric FDG मूल्यों विभिन्न जानवरों और समय पी के बीच वैश्विक FDG पीईटी संकेत में बदलाव के लिए सामान्य है, जबकि नुकसान का एक सीधा माप की अनुमति देता है, जो विरोध गोलार्द्धों में इसी मस्तिष्क उप-क्षेत्रों को विभाजित करके एकत्र किए गए थेoints। इन मापों, लगातार प्रदर्शन ipsilateral गोलार्द्ध के कुछ क्षेत्रों में मस्तिष्क के ऊतकों ग्लूकोज तेज की महत्वपूर्ण नुकसान, चूहे के मस्तिष्क पर स्ट्रोक की उम्मीद है और प्रभाव के साथ संगत कर रहे हैं। इस पद्धति इस्कीमिक स्ट्रोक सहित मस्तिष्क आघात के कई प्रकार के दौर से गुजर जानवरों के FDG पीईटी डेटा सेट की तुलना करने की हमारी क्षमता को बढ़ाने की क्षमता है। संस्करणों का मानकीकरण द्वारा मस्तिष्क के गोलार्द्धों भर में और कई जानवरों के पार मात्रा निर्धारित किया जा करने के लिए, इस पद्धति की कमी हुई ऊतक ग्लूकोज तेज की लगातार माप उत्पन्न करता है। डी 2 रिसेप्टर्स के लिए 11 सी-raclopride, साथ ही 21 इस प्रोटोकॉल के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है, जैसे मस्तिष्क तेज के साथ कि अन्य पालतू ट्रेसर ध्यान दें। अंत में, हम तीन आयामों में उच्च शारीरिक शुद्धता के साथ अपने कंकाल के भीतर एक चूहे के मस्तिष्क में एक इस्कीमिक स्ट्रोक कल्पना करने के लिए एक विधि का वर्णन। स्ट्रोक प्रेरित शारीरिक और कार्यात्मक हानि इमेजिंग के इस गैर इनवेसिव विधि, क्षणिक या स्थायी हो सकता हैशोधकर्ताओं समय की अवधि में एक ही पशुओं में मस्तिष्क क्षति का मूल्यांकन करने की अनुमति देता है। यह neurologically वही जानवर में छोटी और लंबी अवधि के न्यूरोलॉजिकल घाटा चूहों स्कोर, के रूप में अच्छी तरह से आकलन करने के लिए एक तरीका प्रदान करता है। PMOD सॉफ्टवेयर का टेम्पलेट समारोह परिशुद्धता के एक निश्चित राशि के साथ शोधकर्ताओं चोट क्षेत्र के नक्शे और शायद न्यूरोलॉजिकल sequelae और व्यवहार पैटर्न के लिए सहसंबंधी की अनुमति देता है।
मस्तिष्क उपप्रदेश द्वारा स्ट्रोक क्षति की सही मात्रा का ठहराव के लिए, महत्वपूर्ण कदम PMOD भीतर चूहे के मस्तिष्क एटलस के साथ पीईटी डेटा के संरेखण है। संरेखण में विसंगतियों ischemia के द्वारा प्रभावित मस्तिष्क उपक्षेत्र की गलत मात्रा का ठहराव के लिए नेतृत्व कर सकते हैं। प्रोटोकॉल कदम 4.1.7 में वर्णित है, यह प्रायोगिक पीईटी डेटा के साथ मस्तिष्क एटलस aligning के लिए स्थलों के रूप में harderian ग्रंथियों का उपयोग करना संभव है। आंशिक मात्रा प्रभाव (PVE) विश्लेषण के इस प्रकार के दौरान एक चिंता का विषय हैं, और मस्तिष्क संरचना के समग्र संकल्प सीमित कर देगा किimaged किया जा सकता है। सिग्नल बाहर छलकते आसन्न संस्करणों के बीच हो सकता है, या Voi में ही इस प्रकार विधि 22 की मात्रात्मक सटीकता को कम करने, साधन संकल्प के संबंध में बहुत छोटा हो सकता है। इन अध्ययनों में प्रयुक्त Albira पीईटी प्रणाली तीन डिटेक्टर के छल्ले के साथ सुसज्जित है और 1.5 मिमी 23 हासिल की है कि एक अंगूठी प्रणाली इसी से विकसित किया है, जो 1.1 मिमी, के एक संकल्प के पैदावार की जाती है। Buvat और सह कार्यकर्ताओं PVE 3- लिए 5.6-18.9 मिमी 3 के एक गोलाकार मात्रा के अनुरूप होगा जो 2-3x पूरी चौड़ाई आधा अधिकतम (FWHM) पर प्रणाली संकल्प से कम एक व्यास के साथ ट्यूमर के माप को प्रभावित करेगा कि ध्यान दें अंगूठी Albira। Casteels एट अल। हाल ही में 8 मिमी 3 से अधिक मात्रा 1.1-1.3 मिमी 24 की रेंज में संकल्प के साथ आधुनिक पूर्व नैदानिक पीईटी स्कैनर के लिए कम से कम आंशिक मात्रा प्रभाव पड़ेगा कि कहा गया है। शिफर एटलस ध्यान से मन में इन मानकों के साथ निर्माण किया है, और 5 का इस्तेमाल किया गया है8 VOIs, 8 मिमी 3 सीमा से नीचे, जिनमें से 13 गिर जाते हैं। ये अधिकार के लिए VOIs और औसत दर्जे का प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स की बाईं गोलार्द्धों (6.3 मिमी 3, आर / एल) शामिल हैं, संसद एक प्रांतस्था (7.6 मिमी 3, आर / एल), बेहतर colliculus (7.1 मिमी 3, आर / एल) , वीटीए (5.5 मिमी 3, आर / एल), अवर colliculus (5.7 मिमी 3, आर / एल), पिट्यूटरी ग्रंथि (5.9 मिमी 3), और सीबी bloodflow (5.1 मिमी) 3। इसके अलावा, ललाट प्रांतस्था (1.4 मिमी 3 आर / एल) के मापन के कारण अपने छोटे आकार के लिए PvE के लिए सबसे अधिक अतिसंवेदनशील हो जाएगा।
शरीर रचना विज्ञान के आकार में एक इसी वृद्धि हुई है, जो चूहों की तरह बड़े जानवरों में अध्ययन, मज़बूती से चूहों की तुलना में मात्रा निर्धारित किया जा सकता है कि मस्तिष्क उप-क्षेत्रों की एक बड़ी संख्या में होगा। फिर भी, इन तरीकों रहे हैं कि 18 उपक्षेत्र से बना है कि PMOD में उपलब्ध अपने स्वयं के मस्तिष्क एटलस है जो चूहों में मस्तिष्क इमेजिंग के लिए लागू कर रहे हैंPVE को कम से कम करने के लिए आकार। इसके अलावा, पीईटी का उपयोग कर वैकल्पिक पद्धति का उपयोग आवश्यकता हो सकती है इस अध्ययन में वर्णित हैं की तुलना में भी छोटे मस्तिष्क क्षेत्रों की पहचान करने के लिए। यहाँ वर्णित विधि लाइव चूहों में, मस्तिष्क उपप्रदेश खंडों से समय के साथ मस्तिष्क के ऊतकों को नुकसान, की regimented और कुशल मात्रा का ठहराव सक्षम बनाता है। Ischemia के लिए चोट के कारण एक उदाहरण के रूप में यहां प्रदर्शन किया है, लेकिन मस्तिष्क गतिविधि में परिवर्तन की मात्रा का ठहराव के लिए प्रस्तुत कार्यप्रणाली चूहे के मस्तिष्क को प्रभावित करने वाले किसी अन्य शर्त को लागू किया जा सकता है।
अंत में, छोटे जानवरों के FDG- पीईटी-सीटी डेटा एक गैर इनवेसिव और किफायती तरीके से हासिल किया जा सकता है, और आसानी से एक मात्रात्मक फैशन में छोटे पशु इमेजिंग के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। PMOD कार्यक्रम के शिफर टेम्पलेट उपकरण का उपयोग, मस्तिष्क के इस्कीमिक क्षेत्रों चित्रित और पीईटी डेटा मापा जा सकता है। इस विकास को बढ़ावा देंगे कि मस्तिष्क ischemia के बाद एक शक्तिशाली मस्तिष्क पुनर्गठन, मरम्मत के भविष्य के अध्ययन के लिए उपकरण, और न्यूरोजेनेसिस हैविकलांग स्ट्रोक रोगियों के न्यूरो चिकित्सा के NT। यह दृश्य भी ऊतकों को नुकसान अलग इमेजिंग तौर तरीकों से गठबंधन किया जा सकता है, जहां मस्तिष्क आघात के अन्य मामलों का मूल्यांकन करने में विशेष रूप से उपयोगी हो जाएगा।
The authors have nothing to disclose.
This study was supported by a grant from Bruker Molecular Imaging (to WML) and from the NIH (Grant HL019982 to FJC).
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Albira PET SPECT CT | Bruker | 3D molecular imaging equipment | |
Sprague Dawley Rats | Charles River Laboratories | 400 | Animal Subjects |
18-F-D-Glucose | Spectron | PET compound | |
micro clamp | FST | artery clamp | |
occluder #4037 | Doccol Corp. | surgical stroke induction |