本方案概述了执行所需的操作步骤 离体 验证 体内 使用荧光标记的纳米抗体和常规抗体在小鼠中进行近红外荧光异种移植成像实验。
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本方案概述了执行所需的操作步骤 离体 验证 体内 使用荧光标记的纳米抗体和常规抗体在小鼠中进行近红外荧光异种移植成像实验。
本方案概述了执行所需的操作步骤 离体 验证 在体 使用荧光标记的纳米抗体和传统抗体在小鼠中进行近红外荧光(NIRF)异种移植成像实验
首先,我们描述如何在小鼠体内建立皮下肿瘤,使用抗原阴性细胞系作为阴性对照,抗原阳性细胞系作为阳性对照,置于同一只小鼠体内以进行个体内的比较。我们概述了如何静脉注射近红外荧光染料标记(AlexaFluor680)的抗原特异性纳米抗体和常规抗体。体内成像采用小动物近红外荧光(NIRF)成像系统进行。在完成体内成像实验后,处死小鼠。随后,我们描述如何制备肿瘤组织,用于流式细胞术和荧光显微镜的平行离体分析,以验证体内成像结果。
使用近红外荧光染料标记的纳米抗体可实现非侵入性的同日体内成像。in vivo。我们的实验方案描述了通过流式细胞术对肿瘤细胞的特异性标记效率进行离体(ex vivo)定量,并通过荧光显微镜分析抗体构建物在肿瘤内的分布情况。使用近红外荧光染料标记的探针可实现非侵入性、经济高效的in vivo成像,且具有独特优势:同一探针无需进一步二次标记,即可用于流式细胞术和荧光显微镜的离体(ex vivo)验证实验。
在本报告中,我们描述了近红外荧光染料标记探针在验证中的应用 体内 使用异种移植成像实验 离体 流式细胞术和分离的异种移植肿瘤的荧光显微镜检查。我们比较了一种单域纳米抗体(s+16a 17 kDa 1 和一种单克隆抗体(Nika102 150 kDa 2,3 靶向同一目标抗原以实现特异性 体内 在淋巴瘤异种移植模型中进行近红外荧光成像。靶抗原ADP-核糖基转移酶ARTC2.2由淋巴瘤细胞以GPI锚定的细胞表面外切酶形式表达 4-9.
源自骆驼科动物重链抗体的纳米抗体是目前最小的抗原结合片段 10,11分子量仅约15 kDa,这些小型抗体片段具有可溶性、高度稳定性,并可通过肾脏从循环中清除 8,10这些特性使它们特别适用于对肿瘤抗原进行特异且高效的靶向 体内 12-20常见的可利用纳米抗体靶向的抗原包括表皮生长因子受体(EGFR1 或 HER-1)、人表皮生长因子受体2型(HER-2 或 CD340)、癌胚抗原(CEA)以及血管细胞黏附分子-1(VCAM-1) 21纳米抗体偶联物在癌症免疫治疗和炎症性疾病治疗中具有广阔的应用前景 22.
近期研究表明,与传统抗体相比,纳米抗体在肿瘤与背景的比值(T/B)方面具有更高的比率 体内 分子成像应用 8,17,19这主要归因于传统抗体相对较差且缓慢的组织穿透能力、血液循环中的清除速度慢,以及在非靶向组织中的长期滞留。 23此外,过量的传统抗体会因增强的渗透性和滞留效应(EPR效应)而在靶抗原阴性的肿瘤中发生非特异性蓄积。 24,25这意味着,增加传统抗体的剂量不仅会增强特异性信号,还会增加非特异性信号,从而降低可达到的最大肿瘤与背景比。相比之下,增加纳米抗体的剂量可提高抗原阳性肿瘤的信号,但不会增强正常组织或抗原阴性肿瘤的信号(未发表数据)。
除了比较纳米抗体与传统抗体外,我们还概述了在同一小鼠体内对抗原阳性与阴性异种移植瘤进行个体内评估的方法,以直接比较由于EPR效应引起的特异性与非特异性信号。通过近红外荧光染料标记的探针,我们能够在活体(in vivo)和离体(ex vivo)条件下利用近红外荧光成像、流式细胞术和荧光显微镜使用单一探针 。应用我们的实验方案可实现非放射性、高灵敏度且低成本的in vivo分子成像实验优化,例如评估用于特异性肿瘤靶向的新抗体构建体。
本教程研究的目的是强调近红外荧光成像(NIRF-成像)在临床前分子成像中用于评估新型抗体构建物的应用。
在本实验方案中,所有实验均使用小动物近红外荧光成像系统、荧光激活细胞分选(FACS)流式细胞仪和共聚焦显微镜进行。
注意:实验严格遵循国际关于动物伦理使用的指南,并经当地动物福利委员会批准 汉堡大学医学中心
1. 肿瘤细胞、小鼠和抗体构建体的制备
2. 体内 成像
3. 肿瘤的收获与制备
4. FACS 分析
5. 显微分析
6. 在体 内 成像分析
荧光标记探针可实现不同近红外荧光成像技术的结合(图1A)。我们的目标是执行 体内 近红外荧光成像、流式细胞术和荧光显微镜依次进行,以比较荧光标记的纳米抗体与单克隆抗体的特异性 体内 成像(图1B).
为评估荧光标记构建体在活体成像中的特异性,小鼠被注射了50 μg的纳米抗体和单克隆抗体。体内成像结果显示,在注射后6小时,纳米抗体和单克隆抗体均能特异性地标记抗原阳性肿瘤(图2)。对抗原阳性肿瘤进行感兴趣区域(ROI)分析显示,纳米抗体的肿瘤/本底比(T/B比)约为12,明显高于单克隆抗体的约6。此外,纳米抗体在抗原阴性肿瘤中未显示非特异性信号,而单克隆抗体在抗原阴性肿瘤中则表现出非特异性的干扰信号。
除了阴性肿瘤的非特异性信号外,单克隆抗体还在整个动物体内引起非特异性的背景信号。这可能是由于过量的游离循环抗体所致,这些抗体分子过大,无法经肾脏排泄。相反,注射纳米抗体的动物仅在肾脏中出现非特异性信号,这是由于小分子纳米抗体通过肾脏被清除所致。
肿瘤细胞悬液的流式细胞术分析显示,在注射后6小时,两种AF680偶联物均特异性标记了抗原阳性肿瘤细胞。与单克隆抗体标记的细胞相比,纳米抗体标记细胞表现出更强的荧光信号,这反映了 在体内 近红外荧光成像结果。重要的是,流式细胞术分析显示,两种构建体均未对无抗原表达的细胞产生非特异性标记图3).
肿瘤冷冻切片的荧光显微镜观察显示,在注射纳米抗体6小时后,抗原阳性细胞呈现强且几乎均一的标记。相反,单克隆抗体的染色则明显较弱且分布不均(图4A)。注射纳米抗体6小时后,抗原阴性肿瘤未见染色;而注射传统抗体的抗原阴性肿瘤则在间质区域出现非特异性的散在染色(图4B)。

图1:荧光成像与抗体构建体。 (A) AF680偶联物的成像设置:体内近红外荧光(NIRF)成像,随后进行流式细胞术和荧光显微镜分析。(B) AlexaFluor680标记的纳米抗体s+16a(红色)与单克隆抗体Nika102(蓝色)的示意图。橙色星号表示AlexaFluor680荧光染料。

图 2:活体近红外荧光成像。 注射了纳米抗体 s+16a(A)和单克隆抗体 Nika102(B)的小鼠体内抗原阳性(+)和抗原阴性(-)肿瘤的荧光信号图像。活体成像在注射前(0 h)和注射后 6 h 进行。信号强度以辐射效率(p/sec/cm2/sr)/(µW/cm2)表示。

图3: 离体 肿瘤细胞悬液中细胞结合抗体构建物的FACS分析 (A) 肿瘤细胞FACS分析的设门策略。B) 直方图显示静脉注射的AF680标记纳米抗体s+16a和抗体Nika102特异性结合到肿瘤细胞的量 体内抗原阴性肿瘤以空心直方图表示,抗原阳性肿瘤以实心直方图表示。

图4: 离体 荧光显微镜技术 (A) 概述 注射 s+16a 后 6 小时对全部抗原阳性肿瘤冷冻切片进行荧光显微镜观察680 或 Nika102680. 条带信号强度的 体内 静脉注射的AF680偶联物未使用任何二抗标记试剂,以红色显示。 离体 细胞核复染呈蓝色,血管呈绿色。虚线表示整个肿瘤的外缘。B) 特写 抗原阳性与抗原阴性肿瘤的荧光显微镜观察
我们采用针对淋巴瘤细胞同一靶点的近红外荧光染料标记纳米抗体和传统单克隆抗体,进行了多模态比较研究 体内 和 离体 分析。我们证明了纳米抗体非常适合作为快速且特异性的诊断工具 体内 淋巴瘤的检测
体内实验中,s+16a680 能够实现对 ARTC2 阳性异种移植瘤的快速且更特异的检测。除了在体内肿瘤显像的最佳动力学方面存在差异外,Nika102680 的主要缺点是 ARTC2 阴性肿瘤产生较强的非特异性信号以及较高的背景信号。
离体 对分离自解剖肿瘤的细胞进行流式细胞术分析,结果显示注射的AF680偶联物对ARTC2阴性淋巴瘤细胞无非特异性结合。 离体 荧光显示,在注射纳米抗体s+16a后6小时,ART2C阳性肿瘤切片中的细胞呈现强且几乎均一的染色,证实该纳米抗体能够在6小时内到达肿瘤内部的远端区域。相比之下,单克隆抗体在6小时后对ARTC2阳性肿瘤的细胞染色较弱且不均一。使用传统抗体在24小时或48小时后可获得更佳的成像效果(数据未显示)。为了对两种不同大小的分子构建体进行充分比较,需在多个时间点进行成像(序列成像),以确定每种构建体的最佳成像时间点。
与其他先前的研究类似,本文报道的结果强调,使用标记的纳米抗体进行体内分子成像可实现快速、特异的同日肿瘤成像,并具有较高的肿瘤与背景比值12-15,17-19。相反,由于传统抗体在体内的清除速度较慢,注射后早期会在抗原阴性肿瘤中产生较低的肿瘤与背景比值以及非特异性信号。为了获得传统抗体的最佳成像效果,通常需要在注射后24小时甚至48小时进行成像。这些发现与以往的研究一致,即已被证实具有治疗益处的传统抗体在分子成像中的应用有限17,19,26。因此,传统抗体因其较长的血浆半衰期可能更适用于治疗目的,而纳米抗体因其在循环系统中快速清除的特性则更适用于成像目的。这些差异的原因在于,较小的纳米抗体(15–17 kDa)过量部分可通过肾脏迅速清除,而较大的传统抗体(150 kDa)过量部分则会在循环系统中滞留。因此,纳米抗体用于分子成像的主要优势在于,无论注射剂量如何,在早期成像时间点均能实现较低的背景信号。这使得同日成像成为可能,并有望转化为临床应用。相反,传统抗体必须精确滴定,以在维持靶组织足够特异性信号的同时,最大限度地减少非特异性背景信号(未发表数据)。
该方法的局限性之一是 体内 近红外荧光成像技术的局限性在于穿透深度较浅,通常只能用于皮下肿瘤模型的成像,而无法对原位肿瘤模型进行成像。然而,这一限制在实验条件下可能通过近年来发展的断层光声成像技术得以克服,该技术可实现对活体小鼠的全身成像。 27近红外荧光成像技术的另一局限性在于与放射性核素介导成像相比,难以评估组织剂量。然而,纳米抗体可通过放射性标记用于移植瘤模型的正电子发射断层扫描(PET)成像,并实现示踪剂生物分布的精确定量评估。事实上,我们的近红外荧光成像结果与近期一项比较纳米抗体与传统抗体用于PET成像的研究结果一致。该研究作者同样得出结论:纳米抗体可实现当日成像,并获得较高的肿瘤与背景信号比。 15.
然而,只有使用近红外荧光染料 AF680 标记抗体构建体,才使我们能够进行全面的 体外, 在体 和 离体 采用流式细胞术、荧光显微镜和近红外荧光成像(NIRF-imaging)进行比较。基于上述原因,以及近红外荧光成像具有非放射性、高灵敏度、成本低廉且所用靶向探针相对易于制备等优势,我们推荐在临床前分子成像中应用NIRF成像技术来评估新型抗体构建物。
Friedrich Koch-Nolte 和 Friedrich Haag 通过 MediGate GmbH 获得抗体和蛋白质销售的部分收益,MediGate GmbH 是汉堡埃彭多夫大学医学中心的全资子公司。
本工作由德国研究基金会(Deutsche Forschungsgemeinschaft)合作研究中心841的研究生院“炎症与再生”(Alexander Lenz、Valentin Kunick、William Fumey)、德国研究基金会合作研究中心877(Friedrich Koch-Nolte)、Werner Otto基金会(Peter Bannas)、Wilhelm Sander基金会(Peter Bannas、Friedrich Koch-Nolte)以及德国研究基金会(Martin Trepel、Friedrich Haag和Friedrich Koch-Nolte)提供资助。我们感谢汉堡大学癌症中心(UCCH)In Vivo 光学成像核心设施及UKE工作人员提供的咨询和高质量服务。该核心设施部分得到了德国癌症援助基金会(Deutsche Krebshilfe)资助项目的支持。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| AF680 蛋白标记试剂盒 | Invitrogen | A20172 | |
| 抗 CD16/CD32 抗体 | BioXCell | BE0008 | |
| 抗 CD31 抗体 | Santa Cruz | sc-1506 | 使用 AF488 标记的二抗进行检测 |
| 抗 CD45 抗体 V450 | BD Biosciences | 560501 | |
| AxioVision LE 软件 | Zeiss | www.zeiss.com | |
| 基底膜基质 | BD Biosciences | 354234 | 可使用替代产品 |
| 70 µm 细胞筛 | Corning | 431751 | 可使用替代产品 |
| 共聚焦显微镜 | Leica | www.leica-microsystems.com | Leica SP5,配备以下激光器:用于 AF680 的 He-Ne 激光器、用于 AF488 的氩离子激光器,以及用于 DAPI 的 405 二极管激光器 |
| DAPI | Molecular Probes | D1306 | |
| DC27.10 细胞 | 实验室特有 | 可使用具有不同表面靶标的其他细胞 | |
| DPBS | Sigma Aldrich | D8662 | |
| FACS Canto II | BD Biosciences | www.bdbiosciences.com | |
| 荧光显微镜 | Zeiss | www.zeiss.com | Zeiss Axiovert 200,配备用于 AF680 的滤光片组 #32:000000-1031-354 |
| ImageJ 软件 | NIH | http://imagej.nih.gov/ij/ | |
| IVIS 200 | Perkin Elmer | www.perkinelmer.com | 可使用其他活体成像系统 |
| Leica LAS 软件 | Leica | www.leica-microsystems.com | 与所用显微镜配套的专用软件 |
| Living Image 软件 | Perkin Elmer | www.perkinelmer.com | 与所用成像系统配套的专用软件 |
| 30 G 针头 | BD Biosciences | 305128 | 可使用替代产品 |
| Nika102-抗体 AF680 | 实验室特有 | 可使用针对不同表面靶标的其他抗体 | |
| 多聚甲醛 | Sigma Aldrich | P6148 | 潜在危害:具有致癌性,可刺激眼睛和皮肤,接触可能导致皮肤干燥和/或过敏性皮炎 |
| s+16a-纳米抗体 AF680 | 实验室特有 | 可使用针对不同表面靶标的其他抗体 | |
| 1 ml 注射器 | Braun | 916 1406 V | 可使用替代产品 |