癌症治疗监测的切伦科夫发光成像（CLI）

摘要

切伦科夫发光成像（CLI）监测的临床前癌症治疗中的使用说明在这里。这种方法利用的切伦科夫辐射（CR）和光学成像（OI）的放射性标记的探针可视化，从而提供了一种替代PET在临床前治疗的监测和药物筛选。

摘要

在分子成像，正电子发射断层扫描（PET）和光学成像（OI）的两个最重要的，从而最广泛使用的方式^1-3。 PET的特点是其出色的灵敏度和定量分析能力，而OI值得注意的是无辐射，成本相对较低，扫描时间短，高吞吐量，基础研究人员和广泛的可用性。然而，这两种方式也有自己的缺点。 PET的空间分辨率差，成本高，而患有成骨不全临床前应用大多局限于有明显的散射光信号通过活组织的厚度，因为其有限的组织穿透力沿。

最近发现的切伦科夫发光成像^（CLI）4-6 PET和OI之间的桥梁，又出现了。 CLI是一种新的成像方式，充分利用切伦科夫辐射（CR）图像放射性核素与其他投资工具。俄罗斯诺贝尔LAUReate阿列克谢耶维奇的切伦科夫和他的同事们最初发现于1934年CR。它是在电介质^7,8在一个超光速行进时的带电粒子发射的电磁辐射的一种形式。无论是正电子或电子的带电粒子，通过移位它的原子中的电子的介质，扰动电磁场。发出的在通过中断光子是流离失所的电子返回到基态。例如，一个^{18 F}衰变估计，以产生一个平均3光子在水^5。

由于它的出现，CLI研究已在各种临床前的应用，包括在体内肿瘤的成像，报告基因显像，放射性示踪剂的发展，多模态成像，等等^4,5,9,10,11供其使用。为什么CLI了巨大的成功，最重要的原因是，这项新技术利用低COST和广泛的可用性的OI图像的放射性核素，只有更昂贵和缺乏提供核成像方式，如PET成像。

在这里，我们介绍的方法使用CLI监测癌症的药物治疗。我们的研究小组最近研究这个新的应用程序，并验证了其可行性的证明了概念研究^12。我们表明，CLI和PET具有优异的相关性在不同的肿瘤异种移植和成像探针。这CLI基本上是可视化的放射性核素作为PET的总体原则，CR是一致的。我们选择了贝伐单抗（商品名Avastin，基因泰克/罗氏）作为我们治疗剂，因为它是一个著名的血管生成抑制剂^13,14。可以预见在不久的将来，这项技术的成熟，有一​​个显著影响临床前药物开发，筛选，以及接受治疗的患者的治疗监测。

研究方案

1。肿瘤模型的建立

1. 文化H460细胞（美国典型培养物保藏中心），在补充有10％牛胎儿血清，1％青霉素/链霉素（Invitrogen公司Life Technologies公司）的RPMI 1640培养基中。应当指出的细胞株，培养基，接种的位置，数目每只小鼠的异种移植物，和其他方面的考虑，选择的都是进行调整以适应一个特定的研究的目标。在这里，我们将只提出一个具体的项目设计，作为一个例子。
2. 保持在5％CO ₂的潮湿气氛中的细胞系，在37℃和改变到新鲜培养基中每隔一天。
3. 当75％汇合的单层细胞的形成，用胰蛋白酶和离解成单细胞悬液，进一步的细胞培养物的细胞，分离的单层。
4. 挂起约1×10 ^6个 H460细胞在磷酸盐缓冲盐水（PBS，Invitrogen公司）和植入皮下裸小鼠（雌性无胸腺裸鼠（ 女/女 ），4 - 6周龄，Charles River实验室，公司）的左侧和右侧的肩膀。
5. 允许肿瘤的生长为150 - 200毫米^3。 H460肿瘤异种移植，大约需要2周的时间，这种规模的增长。标准卡尺测量进行跟踪肿瘤大小。
6. 当肿瘤达到理想的规模，现在已经准备好荷瘤小鼠的治疗和活体成像，通过PET和CLI。

2。 PET

1. 执行的PET研究根据这个时间表或任何变化，它取决于特定的项目（ 图^1），12。有许多因素可影响的时间表的设计，包括，但不限于，肿瘤异种移植的细胞系，抗癌药物，和给药方案的选择。在这里，我们将只提出一个具体的成像时间表。 CLI研究是根据进行后立即执行相应的PET的PET的研究，使用CLI的那些相同的时间表。还应该指出的是，在PET研究的目的主要是用于验证的CLI的结果。对于普通用户而言，只希望使用其他投资工具进行放射性标记的探针成像，无PET是必要的。但是，如果一个人的欲望PET验证，它应该强调的是，PET和CLI工具必须位于非常接近的验证是成功的，因为半衰期短^{，18 F（109.77}分）。
2. 将小鼠随机分为治疗组和对照组（N≥3）。贝伐单抗的20毫克/公斤0和2天2次注射治疗在治疗组小鼠。第0天被定义由第一注射。请注意，在第-1天的预扫描，应执行通过PET和CLI。
3. 荷瘤小鼠的小动物PET是R4的啮齿动物模型扫描仪（西门子医疗解决方案A，公司）。
4. 麻醉所有小鼠用2％异氟烷（Aerrane巴克斯特）和3'-脱氧^{-3'-（18）F-}氟^（18 F-FLT; 7.3 - 8.0注射活度[198 - 215微居里]）通过尾静脉。的PET探针是在注射前，将在PBS中稀释。
5. 1小时后，再次麻醉小鼠麻醉小鼠放置俯卧和领域的中心附近的小动物PET扫描仪的图。
6. 获得三分钟的静态扫描和重建图像的2维有序子集期望最大算法。背景校正是没有必要的。
7. 在肿瘤的衰减校正全身冠状面图像绘制地区的利益（投资回报率;冠状位和横断切片5个像素）。获取每分钟从感兴趣区的每个像素的最大计数和转换通过使用每毫升每分钟计数的校准常数。组织密度为1克/毫升的假设，转换投资回报率进行计数每克每分钟。确定图像ROI衍生％ID / g值除以每克注射剂量每分钟的计数。衰减校正是没有必要的。

3。 CLI

1. CLI是要执行的IVIS Spectrum系统（卡尺生命科学版）。利用活体成像软件3.0（卡尺生命科学版）进行图像采集与分析。使用18设定的窄带发射过滤器（490 - 850纳米）的波长分辨光谱成像是要执行。同样，为每个鼠标，执行CLI后立即PET放射性衰变的量最小化，如果包含在协议中的PET的研究。
2. 异氟醚麻醉下，将动物在一个不透光的室。多小鼠可以同时放置，以提高吞吐量。
3. 获取图像，用3分钟的曝光时间（F /停止= 1，分级= 4）。使用相同的照明设置（灯电压，过滤器的f /停止，视野，BINNING）获得的所有图像。使用的背部皮肤的面积，计算出的信号强度的背景组织。归一化荧光发射的光子每秒每平方厘米每球面度（P / S /厘米² / SR）。

4。代表性的成果

CLI和PET图像之间的视觉比较，可以很容易地进行。后统一在图像比例尺相同的方式和CLI和PET的影像侧的一面可 ​​以看到，这代表面板（ 图2A），CLI和PET透露H460裸鼠移植瘤的治疗组小鼠从治疗前显着下降的信号到第3天，提示显着的治疗效果。作为比较，在未经处理的小鼠中观察到中等程度的增加，以不变的信号的周期（数据未示出）在同一时间。仅通过视觉检查可以观察到，有一个很好的一致性与肿瘤的对比，视觉从CLI和PET化。事实上，这种视觉的相关性有足够的分辨率，显示中央坏死继发肿瘤的抗癌治疗（请比较CLI和PET图像从第3天）。为了验证影像学检查结果量化，并可以进行相关性分析。

量化的CLI和PET图像和简单的通过线性回归拟合，结果表明两种模式确实有很好的相关性（ 图2B，R ² = 0.9309，为^{18 F-FLT}探测治疗组）。值得一提的是，在所有我们的CLI和PET成像研究，不同的肿瘤模型和不同的抗癌药物的斜坡拟合也非常接近，因此建议甚至所有数据的线性回归非常适合集团化（数据未显示）。这两个代表性的图片是改编自我们之前发表的^12。

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图1 PET和CLI研究的实验设计原理。肿瘤植入双侧肩区域和允许增长到150至200毫米³荷瘤小鼠进行体内成像通过PET和CLI在天-1，1，和3。贝伐单抗的治疗进行2次注射20毫克/公斤0和2天。

图2。 （B）（A）H460移植瘤的治疗与贝伐单抗治疗前（预扫描）和治疗后（第3天）荷瘤小鼠的体内的 CLI和PET图像。CLI和PET相应的定量分析结果（N = 3）和的相关性。 （6）改编的图片。arge.jpg“目标=”_blank“>点击这里查看大图。

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讨论

CLI是一种新兴的一个有希望的分子成像技术，已经发现在许多基础科学的研究应用和临床使用^4,5,15,16,17潜力。 CLI的主要优点是比传统的核医学成像方式，如PET干其使用的其他投资工具，它更容易使用，采集时间短和高吞吐量，显着更便宜，更广泛地提供给研究人员。此外，CLI除了OI一般是使用β-发光标记的分子成像探针，其中许多已通过美国食品和药物管理局（FDA），不像传统的OI剂。?...

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材料

H460细胞系	美国典型培养物保藏
RPMI 1640中等	12633-012
胎牛血清	10091-148
青霉素/链霉素	15640-055
磷酸盐缓冲盐水	10010-023
女裸鼠	Charles River实验室，公司	应变代号：088
贝伐单抗（商品名Avastin）	基因泰克/罗氏	N / A
MicroPET的啮齿动物R4	N / A
异氟醚（Aerrane）	巴克斯特	巴克斯特号码：AHN3637
IVIS频谱	N / A