هنا يتم وصف بروتوكول لأخذ عينات الدم المستمر أثناء التصوير المقطعي المحوسب للفئران لقياس وظيفة الإدخال الشرياني (AIF). يتم عرض القسطرة، ومعايرة وإعداد النظام وتحليل البيانات من النشاط الإشعاعي في الدم. وتوفر البيانات المتولدة بارامترات إدخال للنمذجة الحركية الأحيائية اللاحقة.
للتحليل الكمي والنمذجة الحركية الحيوية لبيانات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني/التصوير المقطعي المحوسب (PET/CT)، فإن تحديد تركيز نشاط الوقت في الدم الزمني المعروف أيضًا باسم وظيفة الإدخال الشرياني (AIF) هو نقطة رئيسية، خاصة لتوصيف نماذج الأمراض الحيوانية وإدخال أجهزة الراديو المطورة حديثا. المعرفة من توافر التتبع الإشعاعي في الدم يساعد على تفسير البيانات المستمدة من PET / CT من نشاط الأنسجة. ولهذا الغرض، من المستحسن أخذ عينات الدم عبر الإنترنت أثناء التصوير المقطعي المحوسب/التصوير المقطعي المحوسب لقياس AIF. على النقيض من أخذ عينات الدم اليدوي والنهج المستمدة من الصورة، أخذ عينات الدم المستمر على الانترنت له العديد من المزايا. إلى جانب انخفاض فقدان الدم، هناك دقة محسنة ودقة متفوقة لقياس نشاط الدم. ومع ذلك، فإن العيب الرئيسي لأخذ عينات الدم على الانترنت هو إعداد مكلفة وتستغرق وقتا طويلا لقسطرة الأوعية الفخذية للحيواني. هنا، نقوم بوصف سير عمل سهل وكامل للقسطرة وأخذ عينات الدم المستمر أثناء التصوير PET/CT الحيوانية الصغيرة وقارنناه بعينات الدم اليدوية ونهج مشتق من الصورة. باستخدام هذا سير العمل موحدة للغاية، يتم إثبات تحديد فلورودوكسيالجلوكوزل ([18F]FDG) AIF. وعلاوة على ذلك، يمكن تطبيق هذا الإجراء على أي متتبع إشعاعي بالاقتران مع نماذج حيوانية مختلفة لخلق معرفة أساسية بخصائص التتبع الحركية والنموذجية. وهذا يسمح بتقييم أكثر دقة لسلوك المستحضرات الصيدلانية، سواء للنهج التشخيصية والعلاجية في البحوث قبل السريرية من أمراض الأورام والعصبية وعضلة القلب.
التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني/التصوير المقطعي المحوسب (PET/CT) هو تقنية تصوير نووي تمكّن من تصور العمليات الأيضية في الجسم بعد حقن الرباط المسمى إشعاعياً، ويسمى أيضًا التتبع. في حين أن الرباط هو جزيء يشارك في مسار التمثيل الغذائي أو يستهدف بروتينات سطح الخلية، فإن التسمية المشعة هي نويدات مشعة باعوزيترون. تنبعث أشعة غاما بشكل غير مباشر من تسوس البوزيترون وتسمح بالكشف عن توزيعها في الكائن الحي مع أجهزة الكشف عن الحيوانات الأليفة خارج الجسم. وبهذه الطريقة، يمكن استهداف جزيئات خلوية مختلفة: مستقبلات ناقل عصبي وناقلات، والعمليات الأيضية مثل تحلل السكر أو بروتينات الميتوكوندريا مثل البروتين عبر محدد المواقع 18 kDa (TSPO) للكشف عن خلايا غليا المنشطة.
في البحوث ما قبل السريرية، PET / CT هو وسيلة جذابة لدراسة العمليات الكيميائية الحيوية بطريقة غير الغازية في الجسم الحي، مما يسمح بالدراسات الطولية. وتدعم بيانات PET/CT تحليلات آليات الأمراض، وتقييم خصائص الأدوية الجديدة وحركيتها الدوائية، والتحقق من صحة كل من أجهزة التتبع الإشعاعي الحالية والجديدة للبحوث المترجمة.
أثناء تحليل PET/CT يمكن تعريف ثلاث حالات تتبع (مثال على نموذج مقصورة الأنسجة 2): أولاً، يتدفق التتبع داخل الدم بعد تطبيقه (الحالة 1؛ conc.[الدم]). ثانيا، فإنه يدخل الأنسجة عن طريق السرير الشعرية ويمكن أن هناك إما التحرك بحرية داخل الفضاء خارج الخلية أو غير ملزمة على وجه التحديد إلى هياكل خلوية أو خارج الخلية المتنوعة (الدولة 2؛ conc.[unspec]). ثالثا، يمكن ربط التتبع على وجه التحديد (مع أو بدون المحاصرين الأيضية) إلى جزيء الهدف (الدولة 3، conc.[المواصفات]). جميع هذه العمليات الديناميكية بين المقصورات ثنائية الاتجاه إلى حد ما ويتم وصف عمليات الانتشار بواسطة ثوابت المعدل (K1 وk2 وk3 وk4). في حين أن تركيز التتبع في الدم (أي الدولة 1) يسمى “الإدخال”، فإن تركيز التتبع غير محدد ومحدد على وجه التحديد (أي الدولة 2 والدولة 3) يسمى “الإخراج” ويمكن أن تستمد مباشرة من صورة PET. ويمكن عرض هذه العلاقة الفسيولوجية في نموذجمقصورة 2 الأنسجة (الشكل 1).
الشكل 1 نموذج تقسيم يُحتذي بنسيجين. يتم عرض الظروف الفسيولوجية للدول التتبع الثلاث المختلفة والعمليات الديناميكية بينهما. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
في الحالة المثالية، conc.[المواصفات] يتناسب مع تركيز جزيء الهدف. ومع ذلك، فإن ناتج قياس PET/CT هو مجموع conc.[spec] وconc.[unspec]. (ج) تحديد [المواصفات] في المنطقة ذات الأهمية، بالتوازي مع تحديد conc.[unspec] لمنطقة مرجعية خالية من البروتين/المسار المستهدف. وباستخدام المعادلات الرياضية المناسبة، يمكن للمرء الآن حساب conc.[المواصفات]، وهو الأكثر شيوعاً باستخدام نموذج المقصورة (نهج النمذجة الحركية الحيوية). ومع ذلك، في كثير من الحالات، مثل هذهالمنطقة المرجعية خالية من البروتين المستهدف غير متوفر 1،2. في هذه الحالات، يمكن استخدام conc.[الدم] لتحديد conc.[المواصفات]. منذ conc.[الدم] يختلف بسبب تطهير الكبد والكلى المختلفة, إفراز, تدفق الدم, اختراق حاجز الدم في الدماغ مختلفة والعوامل ذات الصلة بالمرض3, المعيار الذهبي الحالي هو قياس conc.[ الدم] بالتوازي مع التصوير المقطعي المقطعي بالتصوير المقطعي المحوسب عن طريق أخذ عينات الدم المستمر. وهذا يعطي وظيفة الإدخال الشرياني (AIF)، والتي تعرف بأنها conc.[الدم] مع مرور الوقت4. من الجدير بالذكر، يعتبر إجراء أخذ عينات الدم المستمر تحديا كبيرا منالناحية الفنية، وخاصة في الحيوانات الصغيرة مثل الفئران أو الفئران 5.
هنا، نحن نقدم بروتوكول سهل وعملي لأخذ عينات مستمرة من الدم من الفئران عن طريق تحويلة الشريانية (a-V) بين الوريد الفخذي والشريان. إلى جانب نظام مضخة كشف المتاحة تجاريا، ونحن قادرون على توليد في الوقت الحقيقي، AIF المستمر خلال دينامية [18F] fluorodeoxyglucose ([18F]FDG) – PET / CT المسح الضوئي في الفئران ومقارنتها مع النهج البديلة. تم إجراء التصوير PET /CT في الفئران دوللي سبراغ الذكور في سن 4 أشهر مع متوسط وزن 462 ز ± 33 غرام (يعني ± الانحراف المعياري) باستخدام الماسح الضوئي PET / CT متعددة الطرائق.
منذ يتم استخدام مجموعة واسعة من الأجهزة خلال سلسلة من القياسات (معايرة الجرعة، عينات الدم على الانترنت، PET / CT، وعداد جيدا)، وهناك حاجة إلى إجراء مراقبة الجودة المشار إليها باسم المعايرة عبر للتحقق من الدقة الكمية لجميع النظم و تعويض عن الاختلافات. المعايرة المتبادلة في سياق أخذ عينات الدم عبر الإنترنت يعني أن معدل العد لتركيز نشاط معين تقاس في الصور PET مصححة يمكن تحويلها إلى التركيز تقاس مع نظام التويليت لنفس التركيز. لذلك، تم إنشاء إجراء معايرة عبر بين PET / CT، ونظام أخذ عينات الدم، وعداد جيدا.
توفر هذه المنهجية الموحدة للغاية نهجاً قوياً لتحديد العمليات الأيضية والخلوية في أبحاث الحيوانات الصغيرة قبل السريرية، وهي طريقة أنيقة لتحسين موثوقية وإمكانية استنساخ AIF. ويمكن بعد ذلك استخدام AIF لتحديد التتبع المقيد على وجه التحديد في الأنسجة في بيانات PET/CT قبل السريرية باستخدام النمذجة الحركية الحيوية.
يتم استخراج النتائج المعروضة من مشروع على نطاق أوسع على النشاط العصبي في نموذج حيواني المعدلوراثيا من مرض هنتنغتون بالمقارنة مع الفئران النمط البري. بالإجمال 30 [رلجنسّي] و [ويلدبيت] جرذان كان قسطرة ويدويّة وعلى شبكة الإنترنات دم أخذ عينات في المتوازي إلى [18[ف][فد-[بت/كت] كان أنجزت. وتظهر هنا ثلاثة من الفئران من النوع البري لإظهار نطاق النتائج المحتملة للبروتوكول. سيتم نشر نتائج المشروع الكامل على التغيرات في النشاط العصبي في نموذج حيواني لمرض هنتنغتون في مكان آخر.
تتيح الطريقة الموضحة هنا أخذ عينات الدم المستمرة بسرعة ودقة في مجموعة كبيرة وتوفر AIF بدون فجوات للنمذجة الحركية لبيانات PET/CT الديناميكية في الحيوانات الصغيرة. يتم إنشاء الدورة الدموية الخارجية للكشف عن النشاط الزمني الفعلي في دم الحيوانات. وبالتالي يتم تجنب فقدان الدم. ويستند الإجراء الجراحي على Jespersen وآخرون وآخرون8 وتم تعديله لتلبية الاحتياجات لأخذ عينات الدم الشرياني خلال قياسات PET / CT. تم التحقق من صحة نظام التحويلة من قبل ويبر وآخرون9. مع الإعداد المستخدمة هنا، يتم تشغيل حجم الدم الخارجي من حوالي 1.1 مل من خلال نظام مضخة للكشف. الجرذ الذي يبلغ من العمر 4 أشهر لديه إجمالي حجم الدم من حوالي 30 مل. قطر الوريد الفخذي والشريان هو ما يقرب من 0.45-0.6 مم10 ويجب أن يكون قليلا النشا لإدراج القسطرة المستخدمة.
كما يمكن قياس AIF عن طريق جمع الدم اليدوي المتفرقة أو إعادة بنائها من نقاط زمنية مبكرة من صور PET نفسها (المستمدة من الصورة). تم تنفيذ كلا النهجين مع البيانات المعروضة هنا ومقارنتها بأخذ عينات الدم المستمر.
بالمقارنة مع أخذ عينات الدم اليدوي، مع أخذ عينات الدم عبر الإنترنت دقة زمنية أعلى ملحوظ (هنا: 1800 نقطة بيانات لكل 30 دقيقة) يصبح ممكنا. سحب الدم اليدوي (هنا: 5 نقاط بيانات لكل 30 دقيقة) تقتصر على حجم الدم الموجود في الحيوان الصغير، حيث لا يتم ضخ هذه العينات مرة أخرى في الدورة الدموية للحيواني. وعلاوة على ذلك، فإن الفاصل الزمني الأقصى من 10-15 s قابل للتنفيذ من الناحية الفنية وغاب عن المعلومات الهامة للنمذجة الحركية. ويمكن أيضا أن ينظر إلى هذا في البيانات المقدمة، كاختلاف في الحد الأقصى للكشف عن أخذ العينات الدم المستمر واليدوي واضح (الشكل3A، C،E). مع أخذ عينات الدم على الانترنت كانت الذروة المكتشفة أعلى مما كانت عليه مع وظيفة الإدخال المستمدة من الصورة من الأبهر التصاعدي11 (الشكل3B، D،F). تقتصر وظيفة الإدخال المشتقة من الصور على الدقة المكانية للماسحات الضوئية PET التي تؤدي إلى تأثيرات جزئية على الحجم12 وتتأثر بالأطر الزمنية التي أعيد بناؤها.
ميزة عامة لهذا الإجراء المستمر لأخذ عينات الدم هو أن التتبع يمكن تطبيقها عن طريق القسطرة، والتي هي أقل عرضة للاضطراب من الحقن عن طريق الوريد الذيل الجانبي. نضع في اعتبارنا أن التتبع يجب أن تطبق في حجم معتدل لمنع التتبع من البقاء في بداية نظام أنبوب. لضمان عدم بقاء أي نشاط في الحجم الميت من قطعة T، يتم مسحمع محلول ملحي مملح بعد ذلك. وعلاوة على ذلك، ينصح باستخدام مضخة ضخ لأنها تمكن من تعديل سرعة حقن التتبع ويمكن أن تسهم في اكتساب أكثر تنسيقا من ذروة النشاط الإشعاعي القصوى مع أخذ عينات الدم اليدوي13.
هناك عدد قليل من الصعوبات المحتملة التي قد تحدث أثناء معالجة البروتوكول ويمكن معالجتها عن طريق استكشاف الأخطاء وإصلاحها التالية. قد يؤدي الوضع دون الأمثل للقسطرة إلى تنفيذ غير كامل للبروتوكول، وبالتالي ضمان أن يتم إصلاحها بدقة مع خياطة القريبة وأن يتم دفع القسطرة 2-3 سم القريبة في السفينة. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام لاصق الفيبرين. أيضا تشكيل الجلطات يمكن أن تسد القسطرة. ويمكن التعامل مع هذا عن طريق زيادة تركيز الهيبارين والتنظيف اللاحق للقسطرة أو نظام الأنبوب. وتظهر هذه النتيجة دون الأمثل بسبب انسداد القسطرة في النتائج، وغاب عن الذروة القصوى (الشكل3ه ). وثمة نقطة حاسمة أخرى تتعلق بحماية الحيوان ورفاهه هي طول تدفق الدم خارج الجسم. ولذلك يقترح تقليل طول نظام الأنبوب إلى الحد الأدنى.
عند إجراء أخذ عينات الدم، يجب أن تؤخذ في الاعتبار ثلاثة تصحيحات للAIF الناتجة. أولا، تصحيح البلازما. التتبع يتوازن بين البلازما وخلايا الدم، وأساسا كريات الدم الحمراء. اعتمادا على مدى سرعة هذه العمليات الانتشار، والتتبع المتاحة موجودة أساسا في البلازما. بالنسبة لبعض التتبعات، يجب النظر في نسبة البلازما إلى الدم كله، مثل تلك التي تحتوي على المزيد من الدهون. في هذه الحالات، يجب تحديد نشاط البلازما. إذا تم استخدام [18F]FDG ، ليست هناك حاجة إلى طرد الدم لتحديد نشاط البلازما ، كما أنه يتوازن بسرعة كبيرة بين البلازما وخلايا الدم الحمراء وتوافر [18F] FDG في البلازما مماثلة لتلك الموجودة في الدم كله. ثانيا، تصحيح المستقلب. يتم استقلاب العديد من التتبع في الدم كله وبعض هذه الأيض لا تزال تسمى إشعاعيا14. هذا الكسر موجود في AIF ولكن غير متوفر لـ “الأنسجة”. بالنسبة لبعض الأيض التتبع تحتاج إلى تحديد في الدم كله أو البلازما وAIF يحتاج إلى تصحيح. ثالثا، تصحيح التشتت. يحدث التشتت بسبب عدة عوامل، بما في ذلك (أ) الفرق الزمني المنهجي بين أوقات وصول التتبع في الأنسجة بالنسبة لموقع أخذ العينات الطرفية (تصحيح التأخير) و (ب) ولطخة شكل AIF، كنقل التتبع داخل نظام أنبوب يتأثر تأخر ه منالدرجة الأولى (PT 1) الحركية. وقد اقتُرحت عدة تصويبات تستند إلى التأنيب، تستند أساساً إلى النموذج الذي قدمته إيدا وآخرون15،ولكن معظمها عرضة للضوضاء. وقد اقترح Munk et al.16أسلوب اقُحلاي يتحايل على الإنحلال وبالتالي أقل عرضة للضوضاء . يجب إجراء القياسات اللازمة لتقدير معلمات التصحيح لكل مزيج من الأنابيب والتتبع المستخدمة. يجب أن يتم تصحيح التشتت قبل تأخير الوقت التصحيح17. ومع ذلك، تتأثر عمليات التسريب الأنسجة السريعة أساسا من التشتت، وقد تبين أيضا، أن لنمذجة [18F]FDG دراسات تصحيح تشتت ليست ضرورية تماما18. ولذلك، لم يطبق في الأمثلة المقدمة تصحيح تشتت الـ AIF.
المعايرة المناسبة لمعاير الجرعة في الموقع ومراقبة الجودة العادية هو شرط مسبق لنوع إجراءات المعايرة عبر المعروضة هنا. ومع ذلك، إذا تم قياس النشاط الذي يتم تناوله للحيواني بنفس معاير الجرعة، سيتم إلغاء أي انحراف في الدقة، شريطة أن يكون الانحراف ثابتًا وأن يتم اتباع إجراء المعايرة المتقاطعة الكامل، بما في ذلك تصحيحات خاصة بالنويدات (على سبيل المثال، لنسبة نصف عمر مختلفة أو تتفرّج مختلفة). باستخدام إجراء المعايرة هذا لتنسيق أنظمة PET/CT المستخدمة في الرعاية والبحوث الصحية البشرية، يمكن تحقيق دقة لا تقل عن 5-10٪19،20.
تتيح الصناديق المعايرة والتصحيح التي تم إنشاؤها من خلال التنفيذ الناجح لهذا البروتوكول التحديد الكمي لبيانات PET/CT لتوصيف نماذج الأمراض الحيوانية، واختبار خيارات العلاج الجديدة، وإنشاء أجهزة تتبع جديدة، ونقل التتبع الموجودة في نوع آخر. على ما يبدو، أخذ عينات الدم المستمر في [18]FDG-PET / CT في الفئران يسلم المعلومات الأكثر موثوقية لحساب المدخلات في النمذجة الحركية الحيوية. من خلال أخذ عملية التمثيل الغذائي الفردية في الاعتبار، وخاصة تطهير الكبد، من الممكن إجراء تقييم أكثر دقة للآثار المرضية أو العلاجية ذات الصلة. ومع هذا البروتوكول العملي، يمكن تنفيذ كفاءة أعلى لتحليل بيانات PET/CT قبل السريرية.
The authors have nothing to disclose.
وينوه المؤلفون بامتنان بسوزان ليمان، وإيولانا كلامفوس، وبيترا وولف لإسكان الحيوانات ورعاية الحيوانات، وماتياس ويس للحصول على الدعم خلال إنشاء نظام أخذ عينات الدم على الإنترنت. تم تمويل PET/CT الحيوان الصغير من قبل الـ Deutsche Forschungsgemeinschaft (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 |