Черенковского свечения Imaging (CLI) для мониторинга терапии рака

Резюме

Использование черенковского свечения Imaging (CLI) для контроля доклинических лечения рака описано здесь. Этот метод использует Черенкова (CR) и оптической томографии (OI) для визуализации меченых зондов и, следовательно, представляет собой альтернативу ПЭТ в доклинических терапевтического мониторинга и скрининга лекарственных средств.

Аннотация

In molecular imaging, positron emission tomography (PET) and optical imaging (OI) are two of the most important and thus most widely used modalities^1-3. PET is characterized by its excellent sensitivity and quantification ability while OI is notable for non-radiation, relative low cost, short scanning time, high throughput, and wide availability to basic researchers. However, both modalities have their shortcomings as well. PET suffers from poor spatial resolution and high cost, while OI is mostly limited to preclinical applications because of its limited tissue penetration along with prominent scattering optical signals through the thickness of living tissues.

Recently a bridge between PET and OI has emerged with the discovery of Cerenkov Luminescence Imaging (CLI)^4-6. CLI is a new imaging modality that harnesses Cerenkov Radiation (CR) to image radionuclides with OI instruments. Russian Nobel laureate Alekseyevich Cerenkov and his colleagues originally discovered CR in 1934. It is a form of electromagnetic radiation emitted when a charged particle travels at a superluminal speed in a dielectric medium^7,8. The charged particle, whether positron or electron, perturbs the electromagnetic field of the medium by displacing the electrons in its atoms. After passing of the disruption photons are emitted as the displaced electrons return to the ground state. For instance, one ¹⁸F decay was estimated to produce an average of 3 photons in water⁵.

Since its emergence, CLI has been investigated for its use in a variety of preclinical applications including in vivo tumor imaging, reporter gene imaging, radiotracer development, multimodality imaging, among others^4,5,9,10,11. The most important reason why CLI has enjoyed much success so far is that this new technology takes advantage of the low cost and wide availability of OI to image radionuclides, which used to be imaged only by more expensive and less available nuclear imaging modalities such as PET.

Here, we present the method of using CLI to monitor cancer drug therapy. Our group has recently investigated this new application and validated its feasibility by a proof-of-concept study¹². We demonstrated that CLI and PET exhibited excellent correlations across different tumor xenografts and imaging probes. This is consistent with the overarching principle of CR that CLI essentially visualizes the same radionuclides as PET. We selected Bevacizumab (Avastin; Genentech/Roche) as our therapeutic agent because it is a well-known angiogenesis inhibitor^13,14. Maturation of this technology in the near future can be envisioned to have a significant impact on preclinical drug development, screening, as well as therapy monitoring of patients receiving treatments.

протокол

1. Опухоль модели

1. Культуры клеток H460 (American Type Culture Collection) в среде RPMI 1640 с добавлением 10% эмбриональной телячьей сыворотки и 1% пенициллина / стрептомицина (Технологии Invitrogen Life). Следует отметить, что выбор клеточных линий, культуры среды, места прививки, количество ксенотрансплантатов на мышь, и другие соображения все, чтобы быть адаптирована к целям конкретного исследования. Здесь мы приведем лишь один конкретный дизайн-проект в качестве иллюстрации.
2. Поддержание клеточных линий в увлажненной атмосфере 5% CO ₂ при 37 ° C и изменений в свежую среду, через день.
3. При 75% сливающийся монослой клеток образуется, отсоединить монослоя с трипсином и отделить клетки в одной клеточной суспензии для дальнейшего культивирования клеток.
4. Приостановить примерно 1 × 10 ⁶ H460 клеток в фосфатно-солевом буфере (PBS; Invitrogen) и имплантатов подкожно влевого и правого плеч голым мышам (женщины бестимусным голым мышам (Nu / Nu), 4 - 6 недель, Charles River Laboratories, Inc.)
5. Разрешить опухолей вырастет до 150 - 200 мм ^3. Она занимает около 2 недель для H460 ксенотрансплантатов опухоли вырасти до такого размера. Стандартный суппорт измерение проводится для отслеживания размеров опухоли.
6. Когда опухоль достигает идеального размера опухоли мышей, несущих готовы к лечению и в естественных изображений с помощью как ПЭТ и CLI.

2. ПЭТ

1. Выполните ПЭТ-исследований в соответствии с этим графиком или любые его вариации в зависимости от конкретного проекта (рис. 1) ^12. Ряд факторов может влиять на разработку графика, в том числе, но не ограничиваясь, выбор опухоли ксенотрансплантата клеточных линий, противоопухолевые препараты и режимы дозирования. Здесь мы приведем лишь один конкретный график визуализации. CLI исследования должны быть выполнены в соответствии сже графику, как и ПЭТ-исследований, с CLI выполняется сразу же после соответствующего ПЭТ. Следует также отметить, что цель исследования ПЭТ в основном для подтверждения результатов CLI. Для обычных пользователей, которые просто хотят использовать OI инструментов для работы с изображениями меченых зондов, ни ПЭТ является необходимым. Однако, если один делает проверку желание ПЭТ следует подчеркнуть, что ПЭТ и CLI инструменты должны быть расположены в непосредственной близости для проверки, чтобы быть успешным в связи с коротким периодом полураспада от ¹⁸ F (109,77 мин).
2. Разделите мыши на лечение и контрольную группы (п ≥ 3 каждый). Лечение мышей в группе лечения с 2 инъекции бевацизумаба 20 мг / кг на 0 и 2. День 0 определяется по первой инъекции. Отметим, что в День -1 предварительного сканирования должна быть выполнена как через ПЭТ и CLI.
3. Малые животных ПЭТ опухоли мышей должна быть выполнена с моделью R4 грызунов сканера (Siemens Medical Solutions США, Inc.)
4. Anesthetize всех мышей с 2% изофлурана (Aerrane; Baxter) и ввести с ^{3'-дезокси-3'-18} F-fluorothymidine ⁽¹⁸ F-FLT; 7,3 - 8,0 МБк [198 - 215 мкКи]) через хвостовую вену. ПЭТ-зонд должен быть разводят в PBS перед инъекцией.
5. Через 1 час, анестезию мышей снова и поместить под наркозом мышей, подверженных и недалеко от центра поля зрения малых животных ПЭТ-сканера.
6. Получите три минуты статического сканирования и реконструкции изображений по 2-мерной упорядоченного множества алгоритмов максимального ожидания. Фон коррекция не нужна.
7. Ничья регионах, представляющих интерес (трансформирования, 5 пикселей для корональной и трансаксиальной ломтиками) за опухоли на распад-исправлен всего тела корональных изображениях. Получить максимальную рассчитывает на пиксель в минуту от РИ и конвертировать в счета на миллилитр в минуту с использованием калибровочной константы. С предположением о ткани плотностью 1 г / мл, конвертировать трансформирования для подсчетаза грамм в минуту. Определить изображения ROI полученные% ID / г значения путем деления рассчитывает на грамм в минуту введенной дозы. Ослабление коррекция не нужна.

3. CLI

1. CLI должна быть выполнена с системой ИВИС Spectrum (суппорт Life Sciences). Приобретение и анализа изображений будут осуществляться с использованием живой образ 3,0 программного обеспечения (суппорт Life Sciences). Волновым спектральных изображений, чтобы быть выполнены с использованием 18-набор узкополосных фильтров излучения (490 - 850 нм). Опять же, для каждой мыши, выполнить CLI сразу после ПЭТ свести к минимуму количество радиоактивного распада, если ПЭТ-исследованиях, включенных в протокол.
2. Поместите животных в светонепроницаемой камере под изофлуран анестезии. Несколько мышей могут быть размещены одновременно увеличить пропускную способность.
3. Получение изображений с помощью 3 мин время экспозиции (F / Stop = 1, биннинга = 4). Используйте те же настройки освещения (лампа напряжения, фильтры, F / Stop, полей зрения, Binnния) о приобретении всех изображений. Используйте спинной участок кожи для расчета интенсивности сигнала фоне ткани. Нормализация флуоресценции для фотонов в секунду на квадратный сантиметр на стерадиан (P / S / см ² / ср).

4. Представитель Результаты

Визуальное сравнение между CLI и ПЭТ-изображения могут быть легко выполнены. После объединения шкалы через образы из той же модальности и место CLI и ПЭТ-изображения рядом можно увидеть в этой репрезентативной выборки (рис. 2A), что обе консоли и ПЭТ показали значительно снизилась сигналы от H460 ксенотрансплантатов в мышей с предварительной обработкой на 3-й день, что свидетельствует значительный терапевтический эффект. Для сравнения, умеренно увеличена до неизменным сигналы наблюдались в необработанных мышей в течение того же периода времени (данные не показаны). По визуального осмотра только можно заметить, что есть хорошая консистенция между опухолью контрасты, которые являются визуальнымизуется из CLI и ПЭТ. На самом деле, это визуальное корреляция имеет достаточное разрешение, чтобы показать центрального некроза опухоли вторичной по отношению к противоопухолевым схемы лечения (просьба сравнить CLI и ПЭТ-изображения с Днем 3). Для проверки визуализации результатов количественных и корреляционный анализ может быть осуществлен.

Количественными из CLI и ПЭТ изображений и простой монтаж с помощью линейной регрессии показали, что два условия действительно были отличные корреляции (рис. 2В, R ² = 0,9309 для ¹⁸ F-FLT исследовали группу лечения). Примечательно, что во всех наших CLI и ПЭТ-исследований изображений с различных моделях опухолей и различных противоопухолевых препаратов склонах приступы являются также чрезвычайно близки, что свидетельствует отлично подходит линейной регрессии даже все данные скопившийся (данные не показаны). Оба представителя изображения взяты из наших предыдущих ¹² публикаций.

er.within-страница = "Всегда">
Рисунок 1. Схема эксперимента ПЭТ и CLI исследований. Опухоли были имплантированы на двусторонней основе в плечевой области и позволили вырасти до 150-200 мм ^3, и опухоли мышей подвергали в естественных изображений с помощью ПЭТ и CLI при -1 день, 1 и 3. Бевацизумаб лечение проводилось на 2 инъекций 20 мг / кг на 0 и 2.

Рисунок 2. (A) В естественных условиях CLI и ПЭТ-изображения мышей, несущих H460 ксенотрансплантатов обрабатывают Бевацизумаб до лечения (предварительное сканирование) и после лечения (день 3). (B)-корреспондент количественного анализа CLI и ПЭТ результаты (п = 3) и их корреляции. Изображения адаптировано из (6).arge.jpg "целевых =" _blank "> Щелкните здесь для просмотра больших фигура.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Обсуждение

CLI становится перспективным метода молекулярной визуализации, которая нашла потенциалов во многих основных научно-исследовательских приложений и даже клинического использования ^{4,5,15,16,17.} Основные преимущества CLI по сравнению с традиционными ядерными методы визуализации, такие ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Материалы

H460 клеточной линии	Американская коллекция типовых культур	АТСС номер: HTB-177
RPMI 1640,	Invitrogen Life Technologies	12633-012
Фетальную телячью сыворотку	Invitrogen Life Technologies	10091-148
Пенициллина / стрептомицина	Invitrogen Life Technologies	15640-055
Фосфатно-солевой буфер	Invitrogen Life Technologies	10010-023
Девушки Бестимусным голых мышей	Charles River Laboratories, Inc	Штамм Код: 088
Бевацизумаба (Авастин)	Genentech / Roche	N / A
MicroPET грызунов R4	Siemens Medical Solutions USA, Inc	N / A
Isoflurane (Aerrane)	Baxter	Baxter номер: AHN3637
ИВИС Spectrum	Суппорт Life Sciences	N / A