Positron Emission Tomography Imaging för In Vivo-mätning av Myelin-innehåll i Lysolecithin Rat-modellen av multipel skleros
Summary
Detta protokoll har som mål att övervaka in vivo myelin förändringar (demyelination och remyelination) genom positron utsläpp tomografi (PET) imaging i en djurmodell av multipel skleros.
Abstract
Multipel skleros (MS) är en neuroinflammatorisk sjukdom med expanderande axonal och neuronal degeneration och demyelination i centrala nervsystemet, vilket leder till motoriska dysfunktioner, psykisk funktionsnedsättning och kognitiv försämring under MS progression. Positron emission tomography (PET) är en bildteknik som kan kvantifiera cellulära och molekylära förändringar in vivo.
Radiotracers med affinitet till intakt myelin kan användas för in vivo imaging av myelin innehåll förändringar över tid. Det är möjligt att upptäcka antingen en ökning eller minskning av myelinhalten, vilket innebär att denna bildteknik kan upptäcka demyelination och remyelinationsprocesser i centrala nervsystemet. I detta protokoll visar vi hur man använder PET imaging för att upptäcka myelin förändringar i lysolecithin råtta modell, som är en modell av focal demyelination lesion (framkallas av stereotaktisk injektion) (dvs en modell av multipel skleros sjukdom). 11 (11) C- PIB PET imaging utfördes vid baslinjen och 1 vecka och 4 veckor efter stereotaxic injektion av lysolecithin 1% i rätt striatum (4 μL) och corpus callosum (3 μL) av råtta hjärnan, möjliggör kvantifiering av focal demyelination (injektionsstället efter 1 vecka) och remyelination processen (injektionsställe vid 4 veckor).
Myelin PET imaging är ett intressant verktyg för att övervaka in vivo förändringar i myelin innehåll som kan vara användbart för övervakning av demyelinating sjukdom progression och terapeutiskt svar.
Introduction
Multipel skleros (MS) är en neuroinflammatorisk sjukdom som påverkar centrala nervsystemet, kännetecknad av inflammation, demyelination och axonal förlust1. Prognosen för denna sjukdom varierar även med framsteg i behandlingen, och det är en av de vanligaste orsakerna till neurologiska underskott hos ungdomar1. Diagnos av MS är baserat på kriterierna för klinisk manifestation och visualisering av karakteristiska skador av magnetic resonance imaging (MRI)2,3.
Positron utsläpp tomografi (PET) kan vara ett användbart verktyg för in vivo övervakning av MS progression och terapeutiska effekter. Pittsburgh sammansatt B radiotracer (PIB) märkt med kol-11(11C-PIB) används ofta för att kvantifiera β-amyloid plack; men under det senaste decenniet har det studerats för att kvantifiera myelininnehåll och visa dynamisk demyelination och remyelination4,5,6.
Olika amyloid PET-spårämnen (11C-PIB, 18F-florbetaben,18F-florbetapir, 18F-flutemetamol) kan användas för att kvantifiera myelin och ge viktig information om sjukdomsprogression och terapeutisktsvar,vilket möjliggör identifiering av demyelination och remyelinationsprocesser, utan störningar av neuroinflammation, vilket kan uppstå med konventionella magnetiska resonansbilder (MRI) 7 . Amyloid PET imaging visade minskad tracer upptag i aktiva MS patienter jämfört med icke-aktiva patienter som kan förklaras av tidiga vit fråga skador hos de aktiva patienterna8. Lägre amyloid tracer upptag var också associerad med kognitiv nedgång i en uppföljande studie, visar denna teknik att vara ett värdefullt verktyg för att studera patofysiologi av sjukdomen och kliniska resultat9.
Lysolecithin (LPC) råttmodell är en kemisk inducerad modell av multipel skleros, där det injicerade toxinet, LPC, inducerar ett högt svar av makrofager som resulterar i ökad inflammation och följaktligen demyelination10,11. Demyelinationen vänds snabbt, i ungefärligt 4 veckor, som gör detta en bra modellera för att utvärdera demyelination och remyelination bearbetar i gnagare. Denna modell har redan utvärderats med HJÄLP av PET-avbildning, med goda resultat och korrelation med post-mortem essäer12.
Här presenterar vi protokollet för myelin PET imaging med 11C-PIB i lysolecithin råtta modell, visar denna bildteknik som ett användbart verktyg för in vivo mätning av myelin innehåll.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den största fördelen med att använda lysolecithinmodellen för att studera multipel skleros är den snabba tidslinjen för demyelination (ca 1 vecka) och remyelination (ca 4 veckor) för attinträffa 14. Denna modell kan också induceras hos möss15, men induktion hos råttor är mer fördelaktigt för in vivo PET-avbildning på grund av råtthjärnans större storlek jämfört med möss.
Det första steget i induktionsmodellen är at…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
β (Molecubes NV, Belgien) stöddes av São Paulo Research Foundation, FAPESP – Brasilien (#2018/15167-1). LES har ett doktorandstipendium från 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
- 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).
