Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Diabetes mellitus is a rising epidemic throughout the world and there is currently great interest in quantifying the beta-cell mass (BCM) in vivo non-invasively. In the present experiment, the feasibility of in vivo imaging of the glucagon-like peptide-1 receptor (GLP-1R) in beta-cells was examined, using the positron emission tomography (PET) tracer [68Ga]Ga-DO3A-VS-Cys40-exendin-4 as a marker, in native pancreatic beta-cells of a porcine diabetic animal model and healthy controls.
Eight Swedish high-health domestic pigs were randomly assigned to be either controls or made diabetic using streptozotocin (STZ). The experiment proceeded during eight weeks, starting with an acclimatisation period. Once the pigs had been socialised they underwent surgery for the insertion of a jugular vein catheter, allowing induction of diabetes with STZ, intravenous (i.v.) injections and stress-free blood sampling. Development of diabetes was confirmed by clinical examinations, blood glucose values and insulin-staining of pancreatic sections post mortem.
The diabetic pigs were insulin treated and responded well. PET-CT (PET-computed tomography) examinations were performed on healthy controls and insulin-treated diabetic pigs. At the beginning of the PET-CT scan, oxygen-15 labelled water ([15O]WAT) was injected i.v. to measure tissue perfusion in the pancreas and kidneys. The specific binding of [68Ga]Ga-DO3A-VS-Cys40-exendin-4 to the GLP-1R in vivo was assessed by i.v. administration of the tracer compound giving a baseline image. This was followed by the administration of a competing high dose of synthetic exendin-4 and a new imaging sequence. The pigs were humanely euthanised 0–6 days after the PET-CT examination and full post mortem examinations were performed in all pigs.
Diabetes was successfully induced, confirmed by immunohistochemical (IHC) staining for insulin. An important incidental finding, during PET-CT examination, was that the tracer and synthetic exendin-4 immediately induced a significant tachycardia in all pigs both at low and high dose. PET scans showed a reduced tissue perfusion in the pancreas and kidneys of the diabetic pigs. GLP-1R-mediated uptake of the tracer was detected in the pancreas of both healthy controls and diabetic pigs and surprisingly, the uptake of the tracer did not differ between the two groups. Thus, the pancreatic tracer uptake of [68Ga]Ga-DO3A-VS-Cys40-exendin-4 was not significantly reduced by selective destruction of beta-cells in diabetic pigs and the GLP-1R is not a suitable target for imaging of native pancreatic beta-cells in pigs. Additionally, this experiment shows how the pig can be made diabetic, insulin-treated and properly anaesthetised for several hours, which makes the pig a suitable animal model for further diabetic research.

Diabetes mellitus är en växande epidemi världen över. Att på ett icke-invasivt sätt kunna uppskatta betacellsmassan in vivo skulle vara av stor betydelse för diabetesforskningen. I detta experiment utvärderades om den glucagon-lika peptid-1 receptorn (GLP-1R) kan detekteras på betaceller in vivo, icke-invasivt, genom positron emission tomografi (PET) och tracern [68Ga]Ga-DO3A-VS-Cys40-exendin-4, hos friska och diabetes-inducerade grisar.
Åtta svenska serogrisar (av rasen Yorkshire x Svensk lantras x Hampshire) från samma kull randomiserades till att antingen vara kontroll eller att bli diabetiker med hjälp av streptozotocin (STZ). Experimentet pågick under åtta veckor och inleddes med en acklimatiseringsperiod. När grisarna hade blivit socialiserade genomgick de kirurgi då en jugulär venkateter placerades, för att möjliggöra diabetesinduktion med STZ samt intravenösa (i.v.) injektioner och blodprovstagningar under stressfria förhållanden. Genom klinisk undersökning, blodglukosvärden och insulin-färgning av bukspottskörtelvävnad post mortem konfirmerades att grisarna blivit diabetiska.
De diabetiska grisarna insulinbehandlades, med gott resultat. PET-CT-undersökning utfördes på både friska och insulinbehandlade diabetiska grisar. Först genomfördes en PET-CT-scan med radioaktivt vatten ([15O]WAT) för att mäta vävnadsperfusionen i bukspottskörteln och njurarna. För att påvisa specificiteten in vivo av tracern [68Ga]Ga-DO3A-VS-Cys40-exendin-4 till GLP-1R injicerades först tracern ensamt varpå en omgång bilder togs, följt av i.v. administration av en kompetetiv högdos syntetiskt exendin-4 och en ny sekvens bilder. Grisarna avlivades några dagar efter PET-CT-undersökningen.
Ett viktigt bifynd under PET-CT-undersökningarna var att samtliga grisar drabbades av kraftig takykardi omedelbart efter injektion av tracer och syntetiskt exendin-4. Vävnads-perfusionen i bukspottkörteln och njurarna var signifikant lägre hos de diabetiska grisarna jämfört med de friska kontrollerna. Vidare visade PET-CT-undersökningarna receptorspecifik bindning av tracern till GLP-1R, men upptaget skiljde sig inte väsentligt mellan de två grupperna. Detta visar att upptaget av [68Ga]Ga-DO3A-VS-Cys40-exendin-4 inte påverkas av selektiv destruktion av betaceller hos diabetiska grisar och att GLP-1R inte är en biomarkör för levande betaceller i pankreas hos gris. Studien visar dock att grisen med gott resultat kan göras diabetisk och insulinbehandlas, för att i sitt diabetiska insulinbehandlade tillstånd sövas under flera timmar i sträck. Detta gör grisen till ett lämpligt modelldjur för vidare diabetesforskning.