Summary

Positronen-Emissionstomographie-Bildgebung zur In-Vivo-Messung des Myelingehalts im Lysolecithin-Rattenmodell der Multiplen Sklerose

Published: February 28, 2021
doi:

Summary

Dieses Protokoll hat das Ziel, in vivo Myelin-Änderungen (Demyelination und Remyelination) durch Positronen-Emissionstomographie (PET) Bildgebung in einem Tiermodell der Multiplen Sklerose zu überwachen.

Abstract

Multiple Sklerose (MS) ist eine neuroinflammatorische Erkrankung mit expandierender axonaler und neuronaler Degeneration und Demyelination im zentralen Nervensystem, was zu motorischen Funktionsstörungen, psychischen Behinderungen und kognitiven Beeinträchtigungen während des MS-Fortschritts führt. Die Positronenemissionstomographie (PET) ist eine bildgebende Technik, die in der Lage ist, zelluläre und molekulare Veränderungen in vivo zu quantifizieren.

Radiotracer mit Affinität zu intaktem Myelin können für die In-vivo-Bildgebung von Myelin-Inhaltsänderungen im Laufe der Zeit verwendet werden. Es ist möglich, entweder eine Erhöhung oder Abnahme des Myelingehalts zu erkennen, was bedeutet, dass diese bildgebende Technik Demyelination und Remyelination Prozesse des zentralen Nervensystems erkennen kann. In diesem Protokoll zeigen wir, wie man MIT PET-Bildgebung Myelin-Änderungen im Lysolecithin-Rattenmodell erkennt, das ein Modell der fokalen Demyelinationenläsion ist (induziert durch stereotaktische Injektion) (d. h. ein Modell der Multiplen Sklerose- Erkrankung). 11 Die C-PIB PET-Bildgebung wurde zu Beginn und 1 Woche und 4 Wochen nach der stereotaxic-Injektion von Lysolecithin 1% im rechten Striatum (4 l) und Corpus callosum (3 l) des Rattenhirns durchgeführt, was eine Quantifizierung der fokalen Demyelination (Injektionsstelle nach 1 Woche) und des Remyelinationsprozesses (Injektionsstelle nach 4 Wochen) ermöglicht.

Myelin PET Imaging ist ein interessantes Werkzeug zur Überwachung von In-vivo-Änderungen im Myelingehalt, das für die Überwachung der demyelinisierenden Krankheitsprogression und therapeutischen Reaktion nützlich sein könnte.

Introduction

Multiple Sklerose (MS) ist eine neuroinflammatorische Erkrankung, die das zentrale Nervensystem betrifft, gekennzeichnet durch Entzündung, Demyelination, und axonalen Verlust1. Die Prognose dieser Krankheit ist auch bei Fortschritten in der Behandlung variabel, und es ist eine der häufigsten Ursachen für neurologische Defizite bei jungen Menschen1. Die Diagnose von MS basiert auf den Kriterien der klinischen Manifestation und Visualisierung charakteristischer Läsionen durch Magnetresonanztomographie (MRT)2,3.

Positronen-Emissionstomographie (PET) kann ein nützliches Werkzeug zur In-vivo-Überwachung der MS-Progression und therapeutischer Wirkungen sein. Die Pittsburgh Verbindung B Radiotracer (PIB) mit Kohlenstoff-11 (11C-PIB) markiert ist weit verbreitet, um β-Amyloid-Plaques zu quantifizieren; jedoch wurde in den letzten zehn Jahren untersucht, um myelin-Gehalt zu quantifizieren und dynamische Demyelination und Remyelination4,5,6zu zeigen.

Verschiedene Amyloid-PET-Tracer (11C-PIB, 18F-Florbetaben,18F-Florbetapir, 18F-Flutemetamol) können verwendet werden, um Myelin zu quantifizieren und wichtige Informationen über das Fortschreiten der Krankheit und die therapeutische Reaktion zu liefern, was die Identifizierung von Demyelinationen- und Remyelinationsprozessen ermöglicht, ohne die Interferenz von Neuroinflammation, die bei herkömmlichen Magnetresonanzbildern auftreten kann (MRT)7. Amyloid PET-Bildgebung zeigte eine verminderte Tracer-Aufnahme bei aktiven MS-Patienten im Vergleich zu nicht-aktiven Patienten, was durch frühe Schäden an weißer Materie bei den aktiven Patienten erklärt werden konnte8. Niedrigere Amyloid Tracer Aufnahme war auch mit kognitiven Rückgang in einer Folgestudie verbunden, zeigt diese Technik ein wertvolles Werkzeug für die Untersuchung der Pathophysiologie der Krankheit und klinische Ergebnisse9.

Das Lysolecithin (LPC) Rattenmodell ist ein chemisch induziertes Modell der Multiplen Sklerose, bei dem das injizierte Toxin LPC eine hohe Reaktion von Makrophagen induziert, die zu einer erhöhten Entzündung und folglich zu Einer Demyelination10,11führt. Die Demyelination ist in ca. 4 Wochen schnell umgekehrt, was dies zu einem guten Modell für die Bewertung von Demyelinationen- und Remyelinationenprozessen bei Nagetieren macht. Dieses Modell wurde bereits mit PET-Bildgebung bewertet, mit guten Ergebnissen und Korrelation mit post-mortem Essays12.

Hier stellen wir das Protokoll für Myelin PET-Bildgebung mit 11C-PIB im Lysolecithin-Rattenmodell vor, das diese bildgebende Technik als nützliches Werkzeug zur In-vivo-Messung des Myelingehalts zeigt.

Protocol

Alle Verfahren wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien des Nationalen Rates zur Kontrolle von Tierversuchen (CONCEA, Brasilien) durchgeführt und von der Ethikkommission für Tierforschung der Medizinischen Fakultät der Universität Sao Paulo (CEUA-FMUSP, Brasilien – Protokollnummer: 25/15) genehmigt. HINWEIS: In diesem Protokoll zeigen wir, wie man ein Lysolecithin-Rattenmodell der Multiplen Sklerose induziert und wie man die Myelin-PET-Bilder erfasst und analysiert. <p class="jov…

Representative Results

Abbildung 1 zeigt anschauliche 11C-PIB PET-Bilder mit Myelinänderungen im Laufe der Zeit. Im Basisscan sind keine Unterschiede im Myelingehalt zu erkennen (d.h. es ist keine Demyelination vorhanden). Im 1-Wochen-Zeitpunktbild ist es möglich, die fokale demyelinierte Läsion (in der rechten Hemisphäre) zu sehen, wie durch den weißen Pfeil angezeigt. Die Bilder werden in den 3 anatomischen Ebenen (koronal, axial und sagittal) dargestellt und es ist möglich, die entmyzintierte L…

Discussion

Der größte Vorteil der Verwendung des Lysolecithin-Modells zur Untersuchung der Multiplen Sklerose ist die schnelle Zeitachse für Dieyelination (ca. 1 Woche) und Remyelination (ca. 4 Wochen) zu auftreten14. Dieses Modell kann auch bei Mäusen induziert werden15, aber Induktion bei Ratten ist vorteilhafter für in vivo PET Bildgebung aufgrund der größeren Größe des Rattengehirns im Vergleich zu Mäusen.

Der erste Schritt des Indukt…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

β-Würfel-Ausrüstung (Molecubes NV, Belgien) wurde von der Forschungsstiftung von Sao Paulo, FAPESP – Brasilien (#2018/15167-1) unterstützt. LES hat ein Doktorandenstipendium von 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

Riferimenti

  1. Oh, J., Vidal-Jordana, A., Montalban, X. Multiple sclerosis: clinical aspects. Current Opinion in Neurology. 31 (6), 752-759 (2018).
  2. Sand, I. K. Classification, diagnosis, and differential diagnosis of multiple sclerosis. Current Opinion in Neurology. 28 (3), 193-205 (2015).
  3. Thompson, A. J., et al. Diagnosis of multiple sclerosis: 2017 revisions of the McDonald criteria. Lancet Neurology. 17 (2), 162-173 (2018).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Faria, D. D. Myelin positron emission tomography (PET) imaging in multiple sclerosis. Neural Regeneration Research. 15 (10), 1842-1843 (2020).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Najm, F. J., et al. Drug-based modulation of endogenous stem cells promotes functional remyelination in vivo. Nature. 522 (7555), 216 (2015).

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Citazione di questo articolo
de Paula Faria, D., Real, C. C., Estessi de Souza, L., Teles Garcez, A., Navarro Marques, F. L., Buchpiguel, C. A. Positron Emission Tomography Imaging for In Vivo Measuring of Myelin Content in the Lysolecithin Rat Model of Multiple Sclerosis. J. Vis. Exp. (168), e62094, doi:10.3791/62094 (2021).

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