Aktywacja brązowej tkanki tłuszczowej i wydatek energetyczny przez stymulację kapsynoidów z obrazowaniem trójmodalnym przy użyciu 18-FDG-PET, MRI frakcji tłuszczu i termografii w podczerwieni (TACTICAL-II)

Obecnie wiadomo, że dorośli ludzie posiadają żywy brunatny tłuszcz w ilościach, które mogą być krytyczne dla utrzymania normalnej podstawowej przemiany materii (BMR) i masy ciała, obalając mit, że BAT jest obecny tylko w okresie niemowlęcym w celu termoregulacji. Istnieją dane sugerujące, że otyłość jest związana z niewystarczającą BAT. Jak dotąd jedyną znaną i prawdopodobnie „złotym standardem” metodologią obrazowania BAT u ludzi jest 18-FDG-PET. Jednak obrazowanie 18-FDG-PET ma znaczne ograniczenia, biorąc pod uwagę jego ograniczoną rozdzielczość przestrzenną i nietrywialny poziom promieniowania jonizującego (2,8 mSv). Międzynarodowa Komisja Ochrony Radiologicznej zaleca, aby narażenie ogółu społeczeństwa na promieniowanie nie przekraczało 1 mSv/rok i 1,5 mSv/rok od promieniowania tła. Ponadto 18-FDG-PET zależy od wychwytu glukozy przez BAT, który nie mierzy bezpośrednio jego kluczowej aktywności metabolicznej, a mianowicie utleniania kwasów tłuszczowych. Wreszcie, skany PET są bardzo kosztowne. To sprawia, że ​​obecny złoty standard jest daleki od ideału jako narzędzie badawcze do badania fizjologii BAT. Zatem pierwszym celem tego projektu jest opracowanie alternatywnej, aktywowanej metody obrazowania BAT, która nie jest oparta na promieniowaniu jonizującym. Jesteśmy zainteresowani rozwojem termografii w podczerwieni (IR) jako metody oceny aktywności BAT poprzez opracowanie nowatorskich algorytmów przetwarzania obrazu dla termografii w podczerwieni. W wielu zachowanych literaturach opisano użycie „średniej temperatury” zamiast strumienia ciepła w podczerwieni, wykorzystując fizyczne zasady wymiany ciepła przez promieniowanie i termodynamikę do ilościowego określenia ciepła na podstawie BAT. Ponadto w przeszłości najczęściej wykorzystywano cyfrowe zdjęcia w podczerwieni, podczas gdy żadne nie opisywało analizy strumienia w podczerwieni za pomocą sekwencji wideo, która dokładniej integruje zmienną w czasie produkcję energii cieplnej. Bez precyzji w przechwytywaniu i przetwarzaniu bogatych danych w podczerwieni wartość termografii w podczerwieni jako narzędzia badań BAT jest ograniczona. Kluczowe jest zatem przekształcenie obrazów IR w odczyt, który odzwierciedla generowaną energię. W ten sposób opracujemy, zwalidujemy i zastosujemy automatyczne przetwarzanie obrazu w podczerwieni za pomocą oprogramowania komputerowego, które może skutecznie obliczyć aktywację BAT. W tej propozycji udoskonalimy również i zwalidujemy anatomiczną frakcję tłuszczu MRI jako narzędzie do oceny objętości BAT na podstawie wyższej zawartości wody w BAT w porównaniu z zawartością w WAT. Zaproponowano obrazowanie frakcji tłuszczu za pomocą MRI, ale nie przeprowadzono odpowiedniej walidacji ze względu na trudności w dopasowaniu danych PET i MRI dotyczących BAT. Zamiast stosowania środków farmakologicznych (np. agonistów receptora beta 3-adrenergicznego, takich jak mirabegron), które można podawać w celu aktywacji BAT zamiast zimnego bodźca, zastosujemy kapsiat (tj. kapsynoidy – nieostre analogi kapsaicyny w paprykach i chilli), które skutecznie stymulują BAT w warunkach neutralnych termicznie, co potwierdzają skany PET. Przeprowadziliśmy wstępne badanie zatwierdzone przez DSRB, które wykazało skuteczność kapsynoidów w stymulowaniu BAT. Istnieją publikacje dokumentujące zastosowanie MRI w odróżnianiu BAT od WAT, z których każda ma swoje zalety i wady. W niniejszym badaniu przeprowadzimy badanie sprawdzające słuszność koncepcji poprzez jednoczesną akwizycję MRI i 18-FDG-PET w dwumodalnym fuzyjnym skanerze MRI-PET dostępnym w Clinical Imaging Research Center (CIRC) w celu obrazowania BAT w ludzi i skorelować to z termografią w podczerwieni obszaru szyjnego i nadobojczykowego (SCR) oraz z tempem metabolizmu dokładnie zmierzonym w kalorymetrze całego ciała. Kalorymetria całego ciała jest prawdziwym złotym standardem do oceny aktywności BAT poprzez pomiar termogenezy bez dreszczy. Jak dotąd IR został zwalidowany przeciwko 18-FDG-PET u myszy i gryzoni, ale nie opublikowano równoważnej walidacji u ludzi. Jeśli okaże się, że termografia IR jest równoważna lub lepsza niż obrazowanie 18-FDG-PET, ustanowi nowy złoty standard w obrazowaniu BAT, co będzie dobrodziejstwem dla badań biologii BAT u ludzi.