Dopamine-induced PET occupancy explored by PET/fMRI
通过 PET/fMRI 探索多巴胺诱导的 PET 占据
基本信息
- 批准号:9926322
- 负责人:
- 金额:$ 65.65万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-07-01 至 2023-04-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AcuteAddressAffinityAgonistAmphetaminesAnimal ModelArrestinsBasal GangliaBehaviorBehavioralBehavioral ModelBindingBiological MarkersBrainChronicClinicalComparative StudyComplementDeep Brain StimulationDetectionDiseaseDissociationDopamineDrug abuseEquilibriumEvaluationFunctional Magnetic Resonance ImagingGenerationsHealthHumanHuman VolunteersKineticsKnock-outKnockout MiceLeadLigand BindingLigandsLightMagnetic Resonance ImagingMeasurementMeasuresMediatingMental DepressionMental disordersMethodologyMethodsMicrodialysisMissionModelingMolecularMonitorMovement DisordersMultimodal ImagingNucleus AccumbensParkinson DiseasePathway interactionsPharmaceutical PreparationsPlayPositron-Emission TomographyPrimatesProcessPublishingRacloprideRewardsRoleSchizophreniaSensory ReceptorsSignal TransductionSourceSpecificitySystemSystematic BiasTestingTissuesTracerUnited States National Institutes of HealthValidationVentral Tegmental AreaWaterWild Type MouseWorkbasebehavior measurementdesensitizationdopamine systemfinancial incentivehuman subjectimprovedindexingkinetic modelmathematical modelmicrostimulationmolecular imagingmouse modelneurochemistryneuroimagingneurotransmitter releasenonhuman primatenovelnovel markerradioligandradiotracerreceptorreceptor bindingreceptor internalizationresponsetooltrafficking
项目摘要
Abstract
Non-invasive neuroimaging has become a dominant tool in studies of human brain function in
health and disease. Currently, PET represents our only tool for non-invasively probing
neurotransmitter release, with the majority of such studies focusing on the dopamine system.
Despite the exquisite molecular specificity to some of the neurochemical processes underlying brain
activation, questions remain about the source of the PET signal and the accuracy of inferences
based upon displacement of radiotracer. In order to address these issues, we propose
mechanistic studies and better characterization of an agonist radiotracer ([11C]PHNO) that
promises better sensitivity to dopamine release. To help interpret the source of signal, our recent
work has focused upon combining PET with concurrent fMRI in order to supplement the
neurochemical signature provided by PET measurements of receptor occupancy with an fMRI
readout describing the functional consequences of that occupancy. In order to set the stage for
extracting subtle changes in PET occupancy, we have described a refined PET tracer-kinetic
model that should reduce systematic bias. In order to understand the relationship of fMRI signals
to changes in occupancy, we have developed simple single and multi-receptor models of
dopamine-induced fMRI signal. In accordance with prior PET work that indirectly suggested
divergent responses to receptor agonists and antagonists that might be indicative of neuroreceptor
trafficking, we have identified different PET/fMRI relationships for agonists versus antagonists. In
the proposed studies, we will utilize a mouse knock-out model in conjunction with dopamine
microdialysis to more directly test hypotheses about how receptor trafficking influences PET and
fMRI signals, and we will perform studies in non-human primates (NHP) on clinical scanners to
demonstrate effects of acute and chronic dopamine stimulation using two different radiotracers
([11C]PHNO and [11C]raclopride). We will utilize unilateral deep brain stimulation (DBS) in NHP to
produce a unilateral, focal, and titratable model of dopamine release that can be validated by
simultaneous fMRI and used to compare the sensitivity of each radiotracer to dopamine
release. As a translational complement, we will perform studies in healthy human volunteers to
test the magnitude of behaviorally-modulated dopamine using 11C]PHNO and [11C]raclopride and
characterize the spatial response versus simultaneously acquired fMRI. The proposed studies will
help improve our understanding of PET measurements of endogenous neurotransmitter release
and may lead to more robust measurements of behaviorally modulated dopamine release in
human subjects.
抽象的
无创神经影像已成为人类大脑功能研究的主要工具
健康和疾病。目前,PET 是我们唯一的非侵入性探测工具
神经递质释放,大多数此类研究都集中在多巴胺系统上。
尽管大脑底层的一些神经化学过程具有精致的分子特异性
激活后,关于 PET 信号来源和推论准确性的问题仍然存在
基于放射性示踪剂的位移。为了解决这些问题,我们建议
激动剂放射性示踪剂 ([11C]PHNO) 的机制研究和更好的表征
承诺对多巴胺释放具有更好的敏感性。为了帮助解释信号源,我们最近
工作重点是将 PET 与并发功能磁共振成像相结合,以补充
通过功能磁共振成像 (fMRI) PET 测量受体占用情况提供的神经化学特征
描述该占用的功能后果的读数。为了搭建舞台
通过提取 PET 占有率的细微变化,我们描述了一种精炼的 PET 示踪动力学
应该减少系统偏差的模型。为了理解fMRI信号之间的关系
为了适应占用的变化,我们开发了简单的单受体和多受体模型
多巴胺诱导的功能磁共振成像信号。根据之前间接建议的 PET 工作
对受体激动剂和拮抗剂的不同反应可能表明神经受体
贩运,我们已经确定了激动剂与拮抗剂的不同 PET/fMRI 关系。在
在拟议的研究中,我们将利用小鼠敲除模型与多巴胺结合
微透析更直接地测试有关受体运输如何影响 PET 的假设
fMRI 信号,我们将在临床扫描仪上对非人类灵长类动物 (NHP) 进行研究
使用两种不同的放射性示踪剂证明急性和慢性多巴胺刺激的效果
([11C]PHNO 和[11C]雷氯必利)。我们将在 NHP 中利用单侧深部脑刺激 (DBS)
产生单侧、局部和可滴定的多巴胺释放模型,可以通过以下方式进行验证
同步功能磁共振成像并用于比较每种放射性示踪剂对多巴胺的敏感性
发布。作为转化的补充,我们将对健康人类志愿者进行研究
使用 11C]PHNO 和 [11C]雷氯必利测试行为调节多巴胺的强度,
表征空间响应与同时采集的功能磁共振成像。拟议的研究将
帮助提高我们对内源性神经递质释放的 PET 测量的理解
并可能导致对行为调节的多巴胺释放进行更稳健的测量
人类受试者。
项目成果
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