يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

MR التصوير الجزيئي للسرطان البروستاتا مع وكيل النقيض المستهدفة الجزيئية الببتيد الصغيرة CLT1

11K مشاهدة

DOI:

10.3791/50565

سبتمبر 3, 2013

في هذه المقالة

ملخص

لإثبات السرطان MR التصوير الجزيئي مع الببتيد الصغيرة المستهدفة التصوير بالرنين المغناطيسي وكيل النقيض محددة لبروتينات البلازما في متخدر سدى الورم في الفأر نموذج البروستاتا السرطانية.

الملخص

الورم المصفوفة خارج الخلية لديها وفرة من البروتينات المرتبطة بالسرطان التي يمكن أن تستخدم المؤشرات الحيوية للسرطان التصوير الجزيئي. في هذا العمل، أثبتنا فعالية سرطان MR التصوير الجزيئي مع الببتيد الجزيئية الصغيرة المستهدفة GD-DOTA معقدة أحادي الأميد باعتباره التصوير بالرنين المغناطيسي وكيل النقيض المستهدفة محددة لبروتينات البلازما متخدر في الورم سدى. أجرينا تجربة تقييم فعالية وكيل للكشف غير الغازية من ورم البروستاتا مع التصوير بالرنين المغناطيسي في الماوس مثلي PC-3 البروستاتا نموذج السرطان. وكان وكيل النقيض المستهدفة فعالة لإنتاج كبيرة تعزيز الورم في المقابل جرعة منخفضة من 0.03 ملمول ش ج / كجم. الببتيد المستهدفة التصوير بالرنين المغناطيسي عامل تباين واعدة لMR التصوير الجزيئي للورم البروستاتا.

المقدمة

التصوير الفعال للأهداف المتعلقة السرطان الجزيئي ذات اهمية كبيرة لتحسين دقة في وقت سابق الكشف عن سرطان والتشخيص. التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) هو طريقة التصوير السريري قوية لقرار مكانية عالية واي اشعاعات التأين 1. ومع ذلك، ليس وكيل النقيض المستهدفة متاح لسرطان MR السريرية التصوير الجزيئي. أن التصميم المبتكر والتنمية المستهدفة عوامل التباين التصوير بالرنين المغناطيسي دفع كثيرا من تطبيق سرطان MR التصوير الجزيئي. وقد بذلت جهود كبيرة لتطوير عوامل التباين المستهدفة للتصوير MR من المؤشرات الحيوية أعربت على سطح الخلايا السرطانية. نظرا لحساسية منخفضة نسبيا من التصوير بالرنين المغناطيسي وتركيز منخفض من هذه المؤشرات الحيوية، فإنه يشكل تحديا لتوليد تعزيز النقيض كافية لMR فعالة التصوير الجزيئي باستخدام عوامل التباين الجزيئي صغيرة استهدفت 2،3. من أجل الحصول على تعزيز كافية، ونظم تسليم مختلف يمثتم إعداد ح كما الليبوزومات، النانوية وتقارن البوليمر مع حمولة عالية من ممغطس كلمة المدير العام (III) يخلب لزيادة تركيز المحلية من عوامل التباين في المواقع المستهدفة 4،5. على الرغم من أن هذه الأنظمة تسليم تمكنوا من توليد تعزيز الورم كبيرا في النماذج الحيوانية، نتج أحجامها كبيرة في القضاء بطيئة وغير مكتملة من الجسم، مما يؤدي إلى تراكم طويلة من السامة كلمة المدير العام (III) الأيونات، والتي قد تسبب مخاوف تتعلق بالسلامة خطيرة 6. في الآونة الأخيرة، وقد أظهرت بعض الدراسات أن القيود المفروضة على التصوير بالرنين المغناطيسي للتصوير الجزيئي يمكن التغلب عليها من خلال تحديد المؤشرات الحيوية الجزيئية السليم مع التعبير المحلية عالية في الآفات واستخدام وكلاء الجزيئية الصغيرة التي يمكن أن تفرز بسهولة 7،8. الميزة الرئيسية لهذه العوامل هو أنها تستهدف الواسمات الجزيئية الحاضر بكثرة في الأنسجة المريضة مع وجود القليل من الأنسجة الطبيعية. وتركيز عال من عوامل التباين يمكن ربط هذه الأهداف، مما أدى إلى sufficient تعزيز النقيض للتصوير الجزيئي فعالة MR. منذ حجمها أصغر من عتبة الترشيح الكلوي، عوامل التباين غير منضم يمكن بسهولة أن تفرز من الجسم مع تقليل الضوضاء الخلفية. قمنا بتحديد العلامات البيولوجية المرتبطة بالسرطان عالمية، بروتينات البلازما متخدر، والتي توجد بوفرة في الورم سدى، ونادرا ما تكون موجودة في أنسجة طبيعية 9. نحن توليفها وكيل النقيض المستهدفة التي تحتوي على الببتيد صغيرة تستهدف CGLIIQKNEC (CLT1)، والذي أظهر محددة قوية ملزمة لPC3 البروستاتا الورم نموذج 10، وأربعة يخلب أحادي الأميد GD-DOTA. هنا، ونحن نقدم منهجية لسرطان MR التصوير الجزيئي للكشف عن الأورام في الفئران.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

بروتوكول مقتبسة من دراسة قبل 11.

1. إختبارات من GD-DOTA لCLT1 الببتيد

  1. باستخدام معيار الببتيد التوليف الصلبة مرحلة وتوليف CLT1 الببتيد (CGLIIQKNEC) من الأحماض الأمينية Fmoc المحمية على راتنج كلوريد 2-chlorotrityl (1.0 ملمول).
  2. بعد إضافة حمض أميني النهائي، cyclize الببتيد الخطية على الراتنج مع الثاليوم (III) trifluoroacetate (1.09 غرام، 2.0 ملمول، 2 يعادله) في DMF (20 مل) في 0 درجة مئوية لمدة 2 ساعة.
  3. المقبل، والمكورات PEG يسين بالتتابع إلى N-محطة من CLT1 الببتيد (1.0 ملمول) على الراتنج عن طريق تفاعل متسلسل مع Fmoc-NH-PEG-COOH (3.0 ملمول)، Fmoc-ليز (Fmoc)-OH (3.0 ملمول)، والدفعة الثانية من Fmoc-ليز (Fmoc)-OH (6 ملمول).
  4. إزالة Fmoc مع تأكسد. إضافة DOTA-تريس (ر بو) (4.58 غ، 8.0 ملمول، 2 حكمه على كل مجموعة الأمينية) لتتفاعل مع الأمينات أربعة خالية من dendrimer يسين على الراتنج لمدة 2 ساعة.
  5. أخيرا، ويلتصق deprotect المنتجمن راتنج عن طريق التعامل مع كوكتيل من حمض trifluoroacetic، والمياه، وtriisobutylsilane (TIS) (20 مل، 95/2.5/2.5) لمدة 8 ساعة على RT. إزالة الراتنج عن طريق الترشيح تليها الغسيل مع حمض trifluoroacetic (TFA). إضافة الرواشح مجتمعة قطرة قطرة إلى الأثير الباردة الإيثيلي (200 مل)، أجهزة الطرد المركزي، ويغسل مع الأثير إيثيل 4X. تجف تحت فراغ لإعطاء عديم اللون الصلبة (1.99 غرام، 61٪ العائد).
  6. تنقية الناتج الخام مع HPLC التحضيرية باستخدام التدرج من 0-40٪ المذيبات B (0.1٪ في أسيتونتريل TFA) في المذيبات A (TFA 0.1٪ محلول مائي) لمدة 20 دقيقة و40-90٪ مذيب B في مذيب لمدة 10 دقيقة .
  7. حل CLT1-ديسيلتر (DOTA) 4 (250 ملغ، 0.077 ملمول) في الماء DI (15 مل)، وضبط درجة الحموضة إلى 6 باستخدام 1 M هيدروكسيد الصوديوم. إضافة كلمة المدير العام (سلا) 3 .4 H 2 O (472 ملغ، 0.462 ملمول، 1.5 المعادل لDOTA أحادي الأميد) في أجزاء إلى حل، مع الحفاظ على درجة الحموضة في 6 باستخدام 1 M هيدروكسيد الصوديوم. يحرك محلول التفاعل على RT لمدة 48 ساعة.
  8. مجمع ش ج المتبقية (III) مع البريدحمض thylenediaminetetraacetic (EDTA) (90 ملغ، 0.31 ملمول)، وتنقية الناتج الخام مع عمود حجم الاستبعاد لإعطاء المنتج النهائي CLT1-ديسيلتر (GD-DOTA) 4 (169 ملغ، 57٪).

2. توصيف عوامل التباين

  1. قياس كلمة المدير العام (III) مع المحتويات بالحث البلازما مطياف الانبعاث الضوئي.
  2. اكتساب بمساعدة الليزر مصفوفة الامتزاز / التأين وقت من الطيران (MALDI-TOF) أطياف الشامل في وضع خطي مع حمض 2،5-dihydroxybenzoic (2،5-DHB) في شكل مصفوفة.
  3. قياس أوقات الاسترخاء من محلول مائي من عوامل التباين من CLT1-ديسيلتر (GD-DOTA) 4 وكيل السيطرة nontargeted sCLT1-ديسيلتر (GD-DOTA) 4 مع تركيزات مختلفة في 60 ميغاهيرتز (1.5 T) مع relaxometer في 37 درجة مئوية. استخدام تسلسل نبض استرداد انعكاس لقياس T 1 و تسلسل كار-بورسيل-Meiboom-500 مع جيل أصداء لقياس T 2. حساب T 1 و T 2 relaxivities من الوكلاء البريد من منحدرات المؤامرات من 1 / T 1 و 1/2 T مقابل تركيزات ش ج.

3. الثقافة الخلية وتطوير نموذج حيواني مع ورم مثلي PC3 البروستاتا

  1. ثقافة PC3 البروستاتا الخلايا السرطانية مع التعبير التأسيسية للبروتين مضان الخضراء (GFP) في RPMI المتوسطة تستكمل مع 5٪ مصل بقري جنيني والبنسلين / الستربتوميسين / fungizone، والحصاد من قبل trypsinization و resuspend في كثافة 2.5 × 10 4 خلية / ميكرولتر PBS.
  2. الحفاظ على المعاهد الوطنية للصحة الفئران عارية athymic الذكور (4-5 أسابيع من العمر) في مرفق Athymic الحيوان الأساسية، جامعة كيس ويسترن ريزيرف (CWRU) وفقا لبروتوكول الحيوانية التي وافقت عليها لجنة رعاية الحيوان واستخدام المؤسسية CWRU.
  3. تم رش الأسطح الجراحية مع 2٪ محلول الكلورهيكسيدين ثم مغطاة الستائر ماصة. كانت ترتديه والقفازات الجراحية المعقمة أثناء العملية. قبل الجراحة الحيوانية، والملكية الفكرية حقن آفيرتين (250 ملغ / كغ) إلى anesthetizالبريد الفئران. بدلا من ذلك، يمكن استخدام الكيتامين / زيلازين / آسيبرومازين بتركيز 50/5/1 ملغم / كغم. تم تطبيق مرهم للعين لالماوس للحفاظ على رطوبة كافية أثناء التخدير.
  4. بدء الجراحة عن طريق قطع شق صغير من خلال الجلد والغشاء البريتوني على طول خط الوسط السفلي بطول حوالي 1 سم باستخدام مشرط معقم. وتمت تغطية ثنى الجراحية المعقمة حول موقع شق أثناء العمليات الجراحية البقاء على قيد الحياة.
  5. من الداخل للظاهر بلطف وتحقيق الاستقرار في الفصوص الظهرية البروستاتا لفضح البروستاتا. حقن خلايا تعليق PC3-GFP في برنامج تلفزيوني (20 ميكرولتر) في البروستاتا مع إبرة قياس 30. أخيرا إغلاق شق الجرح مع autoclip 12.
  6. لرصد آخر إجراء، ومراقبة الحيوانات مرتين يوميا لمدة 1 أسبوع. وتشمل علامات المرض نقص الأكل، وجمع البول الداكن حول مجرى البول، ومشية غير مستقرة والتي يمكن أن تشير إلى الإصابة أو انسداد المثانة في المواد الغذائية.
  7. بعد 10 أيام، وإزالة رانه المواد الغذائية باستخدام مزيل التيلة. مراقبة الحيوانات يوميا لتقييم حجم الورم وأي دليل على الألم مثل فقدان الوزن، والانحرافات السلوكية، وعيوب السيارات. الموت ببطء الحيوانات التي أظهرت حجم الورم تتجاوز الحد المسموح به أخلاقيا أو أدلة من الألم أثناء نمو الورم.

4. تأكيد ورم خصوصية ملزم من الببتيدات مع الإسفار التصوير وعلم الأنسجة

  1. بعد التلقيح الخلايا السرطانية، والسماح حوالي 4 أسابيع من نمو الورم قبل البدء مع التصوير. قبل الحقن للتحقيقات الببتيد، الحصول على صور مضان GFP مع الفئران الحية على تصوير مضان للتحقق من وجود الورم.
  2. رابعا حقن المسمى تكساس الأحمر الببتيدات إلى الورم الحاملة الفئران بجرعة من 10 نانومول / الماوس.
  3. التضحية الفئران 2 ساعة في وقت لاحق من قبل خلع عنق الرحم، وجمع الورم والأجهزة الرئيسية، وعلى الفور صورة على تصوير مضان. استخدام مرشحات الضوء الأخضر لGFP (الإثارة: 444-490 نانومتر؛ الانبعاثات: 515 نانومتر مرشح تمريرة طويلة؛ إعدادات الاستحواذ: 500-720 في 10 خطوات نانومتر) ومرشحات الضوء الأحمر لتكساس الأحمر (الإثارة: 576-621 نانومتر؛ الانبعاثات: 635 نانومتر مرشح تمريرة طويلة؛ الاستحواذ الإعدادات: 630-800 في 10 خطوات نانومتر). 10 ميللي ثانية زمن التعرض للGFP و 150 ميللي ثانية لتكساس الأحمر.
  4. مباشرة بعد قياس مضان النسيج كله، وجمع أنسجة الورم، مع تحديد الفورمالين، وcryosection إلى شرائح 5 ميكرون.
  5. بعد الشطف مع برنامج تلفزيوني، جبل مع 1 قطرة من تصاعد المتوسط ​​تحتوي على 4 '،6-diamidino-2-phenylindole (دابي)، الصورة فورا على المجهر متحد البؤر المسح الضوئي ليزر.

5. التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)

  1. بعد ما يقرب من 4 أسابيع التلقيح الخلايا السرطانية، والسماح للأورام لتنمو لتصل إلى 0.3-0.6 سم وقطرها. استخدام الماسح الضوئي 7 T التصوير بالرنين المغناطيسي مع الترددات الراديوية حجم (RF) لفائف للتصوير بالرنين المغناطيسي الدراسة.
  2. تخدير الماوس مع 2٪ خليط isoflurane والأكسجين في غرفة تحريض isoflurane و. OPHتم تطبيق مرهم thalmic إلى الماوس للحفاظ على رطوبة كافية أثناء التخدير.
  3. إدراج إبرة قياس 30 إلى 1.0 متر أنابيب طويلة مليئة heparinized المالحة. وضع القسطرة عصامي في الوريد ذيل الفأر.
  4. ضع الماوس في جذب والاحتفاظ تحت التخدير استنشاق مع 1.5٪ isoflurane والأكسجين عبر مخروط الأنف.
  5. وضع جهاز استشعار الجهاز التنفسي متصلة نظام رصد على البطن لمراقبة معدل وعمق التنفس. الحفاظ على درجة حرارة الجسم عند 37 درجة مئوية التي تهب الهواء الساخن في المغناطيس من خلال نظام التحكم في ردود الفعل.
  6. تبدأ الصور قسم السهمي باستخدام تسلسل إضفاء الطابع المحلي لتحديد موقع الورم (TR / TE = 200/3.7 ميللي ثانية، فوف = 3.0 سم، وسمك شريحة = 2.2 مم، عدد = 16 شريحة، متوسط ​​= 2، وزاوية الوجه = 45 درجة، مصفوفة = 128 × 128).
  7. استخدام التدرج تسلسل قمع الدهون 2D T1 المرجحة للحصول على الصور المحوري 2D لCE-MRI (TR / TE = 151.2/1.9 ميللي ثانية، فوف = 3.0 سم × 3.0 سم، قسمك القمل = 1.2 مم، عدد شريحة = 12، متوسط ​​= 1، وزاوية الوجه = 80 درجة، مصفوفة = 128 × 128).
  8. بعد ما قبل الحقن الحصول على الصور MR خط الأساس، والبدء في ضخ وكيل أو وكيل استهدفت السيطرة على جرعة من 0.03 ملمول ش ج / كجم من قبل بيغ مع 200 ميكرولتر من المياه المالحة.
  9. الاستمرار في الحصول على صور CE-MRI في نقاط زمنية مختلفة لمدة تصل إلى 30 دقيقة.

6. معالجة الصورة والتحليل

  1. استخدام برامج التصوير لتحليل الصور.
  2. رسم المناطق ذات الاهتمام (رويس) على الورم كله والكلى في الطائرة التصوير ثنائي الأبعاد وقياس متوسط ​​كثافة الإشارة.
  3. لقياس البيانات CE-التصوير بالرنين المغناطيسي، قياس الورم أو تعزيز النقيض الكلى (ΔSNR) من خلال حساب الزيادة في آخر التباين SNR أكثر من قبل النقيض SNR باستخدام المعادلة التالية: ΔSNR = (S ر / ر σ) - (S 0 / σ 0)، حيث S و S ر 0 دلالة الإشارة في تومأو أو الكلى قبل وبعد النقيض من ذلك، وσ σ 0 و ر هي الانحراف المعياري لقياس الضوضاء الخلفية من الجو قبل وبعد التباين.
  4. حساب القيم ص باستخدام ثنائي الطرف اختبار t للطالب، على افتراض دلالة إحصائية عند P <0.05.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

الشكل 1 يصور توليف وكيل النقيض المستهدفة CLT1-ديسيلتر (GD-DOTA) (4) والخطة الشاملة للتجربة. CLT1-ديسيلتر (GD-DOTA) 4 عروض relaxivity أعلى بكثير من السريرية GD-DOTA (الجدول 1). في 1.5 T، وrelaxivity T 1 في الجادولينيوم من CLT1-ديسيلتر (GD-DOTA) 4 في برنامج تلفزيوني (الرقم الهيدروجيني 7.4) هو أعلى ما يقرب من 3 مرات من تلك التي من GD-DOTA 10. التصوير المايسترو يؤكد محددة ملزمة قوية من تكساس وصفت الأحمر CLT1 (CLT1...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

خطوات حاسمة

اختيار العلامات البيولوجية السليم واستهداف الببتيد الصغيرة

لتطوير وكيل النقيض المستهدفة مع حجم صغير بنجاح، تحتاج إلى النظر فيها نقطتين رئيسيتين. أولا، من المهم لتحديد المؤشرات الحيوية الجزيئية الصحيحة التي هي موجودة بكثرة في الأنسجة المريضة مع وجود القليل من الأنسجة الطبيعية. لدينا مختارة العلامات البيولوجية المرتبطة با...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

أعلن عن أي تضارب في المصالح.

شكر وتقدير

ويدعم هذا العمل في جزء من GRA الربيع 09 زمالة ما بعد الدكتوراه جمعية القلب الأمريكية (09POST2250268) والمعاهد الوطنية للصحة R01 CA097465. نحن نقدر تقديرا عاليا الدكتور ون لى والدكتور فيكاس Gulani لاختبار بروتوكول التصوير بالرنين المغناطيسي والإعداد، والسيدة ايفون باركر لمساعدتها على زرع الورم.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة الاسم الشركة رقم فهرسي التعليقات < td colspan = "4" >EQUIPMENTS< / strong> System
REAGENTS < / strong>
Fmoc الأحماض الأمينية المحميةEMD Chemicals Inc
DOTA-tris (t< / em>-Bu)TCI America
PyBOP و HOBt و HBTUNova Biochem
DIPEA و Thallium (III) ثلاثي فلورو أسيتات و TISSigma-Aldrich Corp.
تكساس أحمر ، إستر السكسينيميديل ، أيزومر واحدInvitrogenT20175
Agilent 1100 نظام HPLCAgilent
ZORBAX 300SB-C18 PrepHT العمودAgilent
ICP- &# 8211 ؛ S Optima 3100XLPerkin-Elmer
MALDI-TOF مطياف الكتلةBrukerAutoflexTM Speed
Maestro FLEX In Vivo ImagingCambridge Research Instrumentation، Inc.
ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي Biospec 7TBruker

المراجع

  1. Brown, M. A., Semelka, R. C. MRI Basic Principles and Applications. , 3rd, John Wiley & Sons, Inc. Hoboken, New Jersey. (2003).
  2. Artemov, D. Molecular magnetic resonance imaging with targeted contrast agents. J. Cell. Biochem. 90, 518-524 (2003).
  3. Kalber, T. L., Kamaly, N., et al. A low molecular weight folate receptor targeted contrast agent for magnetic resonance tumor imaging. Mol. Imaging Biol. 13, 653-662 (2011).
  4. Schmieder, A. H., Winter, P. M., et al. Molecular MR imaging of melanoma angiogenesis with alphanubeta3-targeted paramagnetic nanoparticles. Magn. Reson. Med. 53, 621-627 (2005).
  5. Mulder, W. J., Strijkers, G. J., et al. MR molecular imaging and fluorescence microscopy for identification of activated tumor endothelium using a bimodal lipidic nanoparticle. FASEB J. 19, 2008-2010 (2005).
  6. Wang, S. J., Brechbiel, M., Wiener, E. C. Characteristics of a new MRI contrast agent prepared from polypropyleneimine dendrimers, generation 2. Invest. Radiol. 38, 662-668 (2003).
  7. Amirbekian, V., Aguinaldo, J. G., et al. Atherosclerosis and matrix metalloproteinases: experimental molecular MR imaging in vivo. Radiology. 251, 429-438 (2009).
  8. Overoye-Chan, K., Koerner, S., et al. EP-2104R: a fibrin-specific gadolinium-Based MRI contrast agent for detection of thrombus. J. Am. Chem. Soc. 130, 6025-6039 (2008).
  9. Pilch, J., Brown, D. M., et al. Peptides selected for binding to clotted plasma accumulate in tumor stroma and wounds. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 2800-2804 (2006).
  10. Rohrer, M., Bauer, H., Mintorovitch, J., Requardt, M., Weinmann, H. J. Comparison of magnetic properties of MRI contrast media solutions at different magnetic field strengths. Invest. Radiol. 40, 715-724 (2005).
  11. Wu, X., Burden-Gulley, S. M., et al. Synthesis and evaluation of a peptide targeted small molecular Gd-DOTA monoamide conjugate for MR molecular imaging of prostate cancer. Bioconjugate Chem. 23, 1548-1556 (2012).
  12. Burden-Gulley, S. M., Gates, T. J., et al. A novel molecular diagnostic of glioblastomas: detection of an extracellular fragment of protein tyrosine phosphatase mu. Neoplasia. 12, 305-316 (2010).
  13. McBride, J. D., Birgit, H., Leatherbarrow, R. J. Resin-coupled cyclic peptides as proteinase inhibitors. Protein and Peptide. 3 (3), 193-198 (1996).
  14. Cline, D. J., Thorpe, C., Schneider, J. P. General method for facile intramolecular disulfide formation in synthetic peptides. Anal. Biochem. 335 (1), 168-170 (2004).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

Gd DOTA monoamide