Preclinical molecular imaging: development of instrumentation for translational research with small laboratory animals / Imagem molecular pré-clínica: desenvolvimento de instrumentação para pesquisa translacional com pequenos animais

ABSTRACT Objective: To present the result of upgrading a clinical gamma-camera to be used to obtain in vivo tomographic images of small animal organs, and its application to register cardiac, renal and neurological images. Methods: An updated version of the miniSPECT upgrading device was built, which is composed of mechanical, electronic and software subsystems. The device was attached to a Discovery VH (General Electric Healthcare) gamma-camera, which was retired from the clinical service and installed at the Centro de Imagem Pré-Clínica of the Hospital Israelita Albert Einstein. The combined system was characterized, determining operational parameters, such as spatial resolution, magnification, maximum acceptable target size, number of projections, and acquisition and reconstruction times. Results: Images were obtained with 0.5mm spatial resolution, with acquisition and reconstruction times between 30 and 45 minutes, using iterative reconstruction with 10 to 20 iterations and 4 projection subsets. The system was validated acquiring in vivo tomographic images of the heart, kidneys and brain of normal animals (mice and adult rats), using the radiopharmaceuticals technetium-labeled hexakis-2-methoxy-isobutyl isonitrile (99mTc-Sestamibi), technetium-labeled dimercaptosuccinic acid (99mTc-DMSA) and technetium-labeled hexamethyl propyleneamine oxime (99mTc-HMPAO). Conclusion: This kind of application, which consists in the adaptation for an alternative objective of already existing instrumentation, resulted in a low-cost infrastructure option, allowing to carry out large scale in vivo studies with enhanced quality in several areas, such as neurology, nephrology, cardiology, among others.

RESUMO Objetivo: Apresentar o resultado da adaptação de uma gama câmara clínica para uso dedicado na obtenção de imagens tomográficas in vivo de órgãos de pequenos animais de experimentação, e de sua aplicação na obtenção de imagens cardíacas, renais e neurológicas. Métodos: Foi construída uma versão atualizada do dispositivo de adaptação miniSPECT, composto por três subsistemas: mecânico, eletrônico e de software. O dispositivo foi montado em uma câmara Discovery VH da General Electric Healthcare, retirada do serviço clínico e instalada no Centro de Imagem Pré-Clínica do Hospital Israelita Albert Einstein. O sistema combinado foi caracterizado, determinando parâmetros de funcionamento como resolução espacial, magnificação, limites de tamanho dos alvos de estudo, número de projeções, tempo de registro e tempo de reconstrução das imagens tomográficas. Resultados: Foram obtidas imagens com resolução espacial de até 0,5mm, com tempos de registro e reconstrução de 30 a 45 minutos, utilizando reconstrução iterativa com 10 a 20 iterações e 4 subconjuntos de projeções. O sistema foi validado obtendo imagens tomográficas in vivo do coração, dos rins e do cérebro de animais normais (camundongos e ratos adultos), utilizando os radiofármacos hexaquis-2-metoxi-isobutil-isonitrila marcado com 99mTc (Sestamibi-99mTc), ácido dimercaptosuccínico marcado com 99mTc (DMSA-99mTc) e hexametil-propileno-amina-oxima marcada com 99mTc (HMPAO-99mTc). Conclusão: Este tipo de aplicação, que consiste na adaptação para um objetivo alternativo de instrumentação já existente, constituiu-se em uma opção de infraestrutura de baixo custo, que permite realizar estudos in vivo em larga escala, com qualidade aprimorada, em áreas diversas, como neurologia, nefrologia, cardiologia, entre outras.

Quantificação da área de infarto usando-se SPECT de perfusão miocárdica de alta resolução em ratos / Myocardial infarction area quantification using high-resolution SPECT images in rats

FUNDAMENTO: Técnicas de imageamento in vivo permitem avaliar sequencialmente a morfologia e a função dos órgãos em diversos modelos experimentais. Desenvolvemos um dispositivo de adaptação de uma gama-câmara clínica para obter imagens tomográficas por emissão de fótons singulares (SPECT) de alta resolução, baseado em colimador pinhole. OBJETIVO: Determinar a acurácia desse sistema na quantificação da área de infarto miocárdico em ratos. MÉTODOS: Treze ratos Wistar machos (250 g) foram submetidos a infarto do miocárdio por oclusão da artéria coronária esquerda. Após 4 semanas, foram adquiridas imagens tomográficas com o sistema desenvolvido, 1,5 hora após a injeção endovenosa de 555MBq de 99mTc-Sestamibi. Na reconstrução tomográfica, utilizamos software especialmente desenvolvido baseado no algoritmo de Máxima Verossimilhança. Comparamos as médias e analisamos a correlação entre a extensão dos defeitos perfusionais detectados pela cintilografia e a extensão da fibrose miocárdica avaliada pela histologia. RESULTADOS: As imagens apresentaram ótima relação órgão-alvo/fundo, com apropriada visualização das paredes e da cavidade do ventrículo esquerdo. Todos os animais exibindo áreas de infarto foram corretamente identificados pelas imagens de perfusão. Não houve diferença entre a área do infarto medida pelo SPECT (21,1 ± 21,2%) e pela histologia (21,7 ± 22,0%; p = 0,45), obtendo forte correlação entre os valores da área de infarto mensurada pelos dois métodos (r = 0,99; p < 0,0001). CONCLUSÃO: O sistema desenvolvido apresentou resolução espacial adequada e elevada acurácia para detecção e quantificação das áreas de infarto miocárdico, sendo uma opção de baixo custo e grande versatilidade na obtenção de imagens em SPECT de alta resolução de órgãos de pequenos roedores.

BACKGROUND: Imaging techniques enable in vivo sequential assessment of the morphology and function of animal organs in experimental models. We developed a device for high-resolution single photon emission computed tomography (SPECT) imaging based on an adapted pinhole collimator. OBJECTIVE: To determine the accuracy of this system for quantification of myocardial infarct area in rats. METHODS: Thirteen male Wistar rats (250 g) underwent experimental myocardial infarction by occlusion of the left coronary artery. After 4 weeks, SPECT images were acquired 1.5 hours after intravenous injection of 555 MBq o f 99mTc-Sestamibi. The tomographic reconstruction was performed by using specially developed software based on the Maximum Likelihood algorithm. The analysis of the data included the correlation between the area of perfusion defects detected by scintigraphy and extent of myocardial fibrosis assessed by histology. RESULTS: The images showed a high target organ/background ratio with adequate visualization of the left ventricular walls and cavity. All animals presenting infarction areas were correctly identified by the perfusion images. There was no difference of the infarct area as measured by SPECT (21.1 ± 21.2%) and by histology (21.7 ± 22.0%; p=0.45). There was a strong correlation between individual values of the area of infarction measured by these two methods. CONCLUSION: The developed system presented adequate spatial resolution and high accuracy for the detection and quantification of myocardial infarction areas, consisting in a low cost and versatile option for high-resolution SPECT imaging of small rodents.

Different levels of MT-I/II between patients with MTLE with or without seizure generalization: does hippocampal MT-I/II affects seizure spread, or does seizure spread promotes differential expression of MT-I/II? / Níveis diferentes de MT-I/II entre pacientes com MTLE com ou sem crise generalizada: os níveis hipocampais de MT-I/II afetam o alastramento das crises, ou o alastramento das crises promove expressão diferencial de MT-I/II?

In the central nervous system, zinc is released along with glutamate during neurotransmission and, in excess, can promote neuronal death. Experimental studies have shown that metallothioneins I/II (MT-I/II), which chelate free zinc, can affect seizures and reduce neuronal death after status epilepticus. Our aim was to evaluate the expression of MT-I/II in the hippocampus of patients with temporal lobe epilepsy (TLE). Hippocampi from patients with pharmacoresistant mesial temporal lobe epilepsy (MTLE) were evaluated for expression of MT-I/II and for neuronal, astroglial, and microglial populations. Compared to control cases, MTLE group displayed widespread increase in MT-I/II expression, astrogliosis and reduced neuronal population. MT-I/II levels did not correlate with any clinical variables, but patients with secondary generalized seizures (SGS) had less MT-I/II than patients without SGS. In conclusion, MT-I/II expression was increased in hippocampi from MTLE patients and our data suggest that it may be associated with different seizure spread patterns.

No sistema nervoso central, o zinco é liberado juntamente com o glutamato durante a neurotransmissão e, quando liberado em excesso, pode promover morte neuronal. Estudos indicam que as metalotioneínas I/II (MT-I/II), proteínas quelantes de zinco livre, podem afetar parâmetros relacionados às crises e reduzir a morte neuronal subsequente a um status epilepticus. Nosso objetivo foi avaliar a expressão de MT-I/II no hipocampo de pacientes com epilepsia do lobo temporal (ELT). Hipocampos de pacientes com ELT mesial (ELTM) resistente ao tratamento farmacológico foram avaliados para a expressão de MT-I/II e para as populações neuronal e astroglial. Quando comparadas com o grupo controle, pacientes com ELTM apresentaram aumento na expressão de MT-I/II, astrogliose e redução na densidade neuronal. Não foram observadas correlações entre os níveis de MT-I/II e as características clínicas dos pacientes, mas pacientes com crises secundariamente generalizadas apresentaram um aumento menor nos níveis de MT-I/II que os pacientes sem estas crises. Em resumo, um aumento na expressão de MT-I/II é observado em pacientes com ELTM e nossos dados sugerem que o aumento pode estar associado a diferentes padrões de crises epilépticas.

Plasticidade neuronal associada à epilepsia do lobo temporal mesial: insights a partir de estudos em humanos e em modelos animais / Neuronal plasticity associated with mesial temporal lobe epilepsy: insights form human and animal model studies

A epilepsia do lobo temporal (ELT), a forma mais frequente das epilepsias resistentes ao tratamento farmacológico entre a população adualta, se caracteriza por perda neuronal hipocampal e comprometimento cognitivo progressivos. Estudos em pacientes com ELT e em modelos animais têm demonstrado a ocorrência de fenômenos de plasticidade neuronal exuberantes e dinâmicos na formação hipocampal. O estudo desses fenômenos é fundamental para a definição dos mecanismos responsáveis pela gênese e progressão da ELT, e a partir destes, para o desenvolvimento de melhores estratégias terapêuticas. Esta revisão de estudos em humanos e modelos animais trata sobre alterações plásticas que ocorrem como a perda neuronal, neurogênese, mudanças em dendritos, axônios, sinapses e glia, tentando estabelecer o provável papel destas na ELT

Condições de saúde ambiental e infância: análise das intoxicações por agentes químicos no Brasil / Environmental Health Conditions and Childhood - Analysis of Intoxication by Chemical Agents in Brazil

Este estudo teve por objetivo analisar os casos registrados de intoxicação na infância por agentes químicos no Brasil no ano de 2000. A partir da Estatística Anual dos Casos de Intoxicação e Envenenamento do Sistema de Informações Tóxico-Farmacológicas do Instituto Oswaldo Cruz, foram analisados os casos registrados de intoxicação por agrotóxicos, produtos veterinários, raticidas, domissanitários, produtos químicos industriais e metais em crianças de 0 a 14 anos, no Brasil. O número de ocorrências de intoxicação registradas nessa faixa etária atingiu 10.645. Os domissanitários, os produtos químicos industriasis, os raticidas e os agrotóxicos de uso doméstico foram os agentes químicos que acarretaram maior número de casos de intoxicação no país. A faixa etária de 1 a 4 anos apresentou 8.094 casos registrados. Foram discutidos os agravos que a exposição a esses agentes químicos trazem para a saúde infantil e a caracterização dos casos nas diferentes regiões do Brasil. Em virtude da falta de controle do uso dessas substâncias químicas e do desconhecimento da população em geral sobre os riscos e perigos deles decorrentes, considera-se essa situação de suma importância para a saúde pública. Torna-se necessária a adoção de medidas educativas preventivas, voltadas principalmente para o ambiente domiciliar. Essa situação adquire maiores dimensões no contexto da vigilância epidemiológica, pois, segundo a OMS, para cada caso notificado de intoxicação, ter-se-iam cinqüenta outros não notificados, o que multiplicaria bastante o número de casos de intoxicação por agentes químicos no Brasil.