Background: Hypoxia is central to many cardiac pathologies, but clinically its presence can only be inferred by indirect biomarkers including hypoperfusion and energetic compromise. Imaging hypoxia directly could offer new opportunities for the diagnosis and sub-stratification of cardiovascular diseases. Objectives: To determine whether [64Cu]CuCTS Positron Emission Tomography (PET) can identify hypoxia in a murine model of cardiac hypertrophy. Methods: Male C57BL/6 mice underwent abdominal aortic constriction (AAC) to induce cardiac hypertrophy, quantified by echocardiography over 4 weeks. Hypoxia and perfusion were quantified in vivo using [64Cu]CuCTS and [64Cu]CuGTSM PET, respectively, and radiotracer biodistribution was quantified post-mortem. Cardiac radiotracer retention was correlated with contractile function (measured by echocardiography), cardiac hypertrophy (measured by histology), HIF-1a; stabilization and NMR-based metabolomics. The effect of anesthesia on [64Cu]CuCTS uptake was additionally investigated in a parallel cohort of mice injected with radiotracer while conscious. Results: Hearts showed increased LV wall thickness, reduced ejection fraction and fractional shortening following AAC. [64Cu]CuCTS retention was 317% higher in hypertrophic myocardium (p<0.001), despite there being no difference in perfusion measured by 64CuGTSM. Radiotracer retention correlated on an animal-by-animal basis with severity of hypertrophy, contractile dysfunction, HIF1a; stabilization and metabolic signatures of hypoxia. [64Cu]CuCTS uptake in hypertrophic hearts was significantly higher when administered to conscious animals. Conclusions: [64Cu]CuCTS PET can quantify cardiac hypoxia in hypertrophic myocardium, independent of perfusion, suggesting the hypoxia is caused by increased oxygen diffusion distances at the subcellular level. Alleviation of cardiac workload by anesthesia in preclinical models partially alleviates this effect.

We present a compartmental modelling approach to analyse radioactive time activity curves for first pass kinetics of [ 99m Tc]sestamibi in the heart. Reparametrizing the kinetic equations using the Nernst membrane-potential equation provides a novel means of non-invasively estimating the sarcolemmal ( E m ) and mitochondrial (ΔΨ m ) membrane potentials in the heart. A Markov Chain Monte Carlo (MCMC) fitting approach was applied to data derived from established interventions in Langendorff perfused rat hearts where the sarcolemmal membrane was depolarised using hyperkalaemic Krebs Henseleit buffers; the mitochondrial membrane was depolarised using carbonylcyanide-3-chlorophenylhydrazone (CCCP); or both membranes were depolarised using their combination. Translating this approach to single photon emission planar scintigraphy kinetics from healthy rats allowed an estimate of these membrane potentials (voltages) in vivo for the first time; the values were E m =-62 ± 5 mV and ΔΨ m = -151 ± 5 mV (n = 4, mean ± SD).

Abstract The naked mole-rat Heterocephalus glaber is a eusocial mammal exhibiting extreme longevity (37-year lifespan), extraordinary resistance to hypoxia and absence of cardiovascular disease. To identify the mechanisms behind these exceptional traits, RNAseq and metabolomics of cardiac tissue from naked mole-rats was compared to other African mole-rat genera. We identified metabolic and genetic adaptations unique to naked mole-rats including elevated glycogen, thus enabling glycolytic ATP generation during cardiac ischemia. Elevated normoxic expression of HIF-1α was observed while downstream hypoxia responsive-genes were down regulated, suggesting adaptation to low oxygen environments. Naked mole-rat hearts showed reduced succinate build-up during ischemia and negligible tissue damage following ischemia-reperfusion injury. These adaptive evolutionary traits reflect a unique hypoxic and eusocial lifestyle that collectively may contribute to their longevity and health span. One Sentence Summary Naked mole-rats have metabolic adaptations distinct from other subterranean genera rendering them resistant to cardiovascular pathology.

Motivation: Effective treatment response seen in paediatric-type diffuse high grade glioma with conventional MRI can take months to manifest. Goal(s): Evaluation of 2H-MRS for monitoring the metabolism of deuterated glucose in PDHGG cells and assessing early metabolic response to PI3K inhibition. Approach: PIK3R1 mutant neurospheres were treated with a dual PI3K/mTOR inhibitor for 72 and 24 hours, and 2H spectra dynamically acquired in the presence of [6,6-2H2]-glucose. Results: Treatment significantly reduced glycolytic rates at both timepoints. At 24 hours there was no difference in cell number or viability, highlighting the potential of 2H-MRS to provide an early biomarker of response. Impact: Establishing acute treatment-induced changes in the glycolytic rate of PDHGG neurospheres using 2H-MRS provides confidence in the sensitivity of deuterium metabolic imaging for assessing the early response of orthotopic PDHGG models to PI3K inhibition in vivo.