Positron Emissie Tomography Imaging voor In Vivo Meten van Myeline Inhoud in de Lysolecithine Rat Model van Multiple Sclerose
Summary
Dit protocol heeft tot doel in vivo myelineveranderingen (demyelinatie en remyelinatie) te monitoren door positronemissietomografie (PET) beeldvorming in een diermodel van multiple sclerose.
Abstract
Multiple sclerose (MS) is een neuro-inflammatoire ziekte met uitdijende axonale en neuronale degeneratie en demyelinatie in het centrale zenuwstelsel, wat leidt tot motorische disfuncties, psychische beperkingen en cognitieve stoornissen tijdens ms-progressie. Positronemissietomografie (PET) is een beeldvormingstechniek die in vivo cellulaire en moleculaire veranderingen kan kwantificeren.
Radiotracers met affiniteit met intacte myeline kunnen worden gebruikt voor in vivo beeldvorming van myeline-inhoudsveranderingen in de loop van de tijd. Het is mogelijk om een toename of afname van het myelinegehalte te detecteren, wat betekent dat deze beeldvormingstechniek demyelinatie- en remyelinatieprocessen van het centrale zenuwstelsel kan detecteren. In dit protocol laten we zien hoe we PET-beeldvorming kunnen gebruiken om myelineveranderingen in het lysolecithine-ratmodel te detecteren, een model van focale demyelinatielaesie (geïnduceerd door stereotactische injectie) (d.w.z. een model van multiple scleroseziekte). 11 jaar C-PIB PET-beeldvorming werd uitgevoerd bij aanvang en 1 week en 4 weken na stereotaxische injectie van lysolecithine 1% in het rechter striatum (4 μL) en corpus callosum (3 μL) van de rattenhersenen, waardoor kwantificering van focale demyelinatie (injectieplaats na 1 week) en het remyelinatieproces (injectieplaats na 4 weken) mogelijk werd.
Myeline PET-beeldvorming is een interessant hulpmiddel voor het monitoren van in vivo veranderingen in het myelinegehalte, wat nuttig kan zijn voor het monitoren van demyelinerende ziekteprogressie en therapeutische respons.
Introduction
Multiple sclerose (MS) is een neuro-inflammatoire ziekte die het centrale zenuwstelsel aantast, gekenmerkt door ontsteking, demyelinatie en axonaal verlies1. De prognose van deze ziekte is variabel, zelfs met vooruitgang in de behandeling, en het is een van de meest voorkomende oorzaken van neurologische tekorten bij jongeren1. De diagnose van MS is gebaseerd op de criteria van klinische manifestatie en visualisatie van karakteristieke laesies door magnetische resonantie beeldvorming (MRI)2,3.
Positronemissietomografie (PET) kan een nuttig hulpmiddel zijn voor in vivo monitoring van MS-progressie en therapeutische effecten. De Pittsburgh compound B radiotracer (PIB) gelabeld met koolstof-11 (11C-PIB) wordt veel gebruikt om β-amyloïde plaques te kwantificeren; in het afgelopen decennium is het echter bestudeerd om het myelinegehalte te kwantificeren en dynamische demyelinatie en remyelinatie4,5,6te tonen .
Verschillende amyloïde PET-tracers(11C-PIB, 18F-florbetaben,18F-florbetapir, 18F-flutemetamol) kunnen worden gebruikt om myeline te kwantificeren en belangrijke informatie te verstrekken over ziekteprogressie en therapeutische respons, waardoor demyelinatie- en remyelinatieprocessen kunnen worden geïdentificeerd, zonder de interferentie van neuro-inflammatie, die kan optreden bij conventionele magnetische resonantiebeelden (MRI)7. Amyloïde PET-beeldvorming vertoonde een verminderde traceropname bij actieve MS-patiënten in vergelijking met niet-actieve patiënten, wat kon worden verklaard door vroege schade aan witte stof bij de actieve patiënten8. Lagere amyloïde traceropname werd ook geassocieerd met cognitieve achteruitgang in een vervolgstudie, waaruit bleek dat deze techniek een waardevol hulpmiddel was voor het bestuderen van de pathofysiologie van de ziekte en klinische resultaten9.
Het lysolecithine (LPC) rattenmodel is een chemisch geïnduceerd model van multiple sclerose, waarbij het geïnjecteerde toxine, LPC, een hoge respons van macrofagen induceert die resulteert in verhoogde ontsteking en bijgevolg demyelinatie10,11. De demyelinatie wordt snel omgekeerd, in ongeveer 4 weken, waardoor dit een goed model is voor het evalueren van demyelinatie- en remyelinatieprocessen bij knaagdieren. Dit model is al geëvalueerd met behulp van PET-beeldvorming, met goede resultaten en correlatie met postmortale essays12.
Hier presenteren we het protocol voor myeline PET-beeldvorming met 11C-PIB in het lysolecithine ratmodel, waaruit blijkt dat deze beeldvormingstechniek een nuttig hulpmiddel is voor in vivo meting van het myelinegehalte.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het grootste voordeel van het gebruik van het lysolecithinemodel om multiple sclerose te bestuderen, is de snelle tijdlijn voor demyelinatie (ongeveer 1 week) en remyelinatie (ongeveer 4 weken) om14te voorkomen. Dit model kan ook worden geïnduceerd bij muizen15,maar inductie bij ratten is voordeliger voor in vivo PET-beeldvorming vanwege de grotere grootte van de rattenhersenen in vergelijking met muizen.
De eerste stap van het inductie…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
β-cube equipment (Molecubes NV, België) werd ondersteund door de São Paulo Research Foundation, FAPESP – Brazilië (#2018/15167-1). LES heeft een phd-studiebeurs van FAPESP – Brazilië (#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 |
References
- 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).
