在体内成像方法区分急性和慢性炎症
August 16th, 2013
我们描述了一种非侵入性的成像方法，用于区分炎症阶段。系统交付鲁米诺揭示中性粒细胞MPO活性依赖于急性炎症。与此相反，注射光泽精允许可视化PHOX在巨噬细胞的活性依赖于慢性炎症。
该程序的总体目标是在视觉上区分活小鼠的急性和慢性炎症。这是通过皮下注射 4 个 12 me 球、13 醋酸盐或 PMA 来触发强烈的急性炎症反应来实现的。接下来腹膜内注射化学发光底物、鲁米诺或荧光素，以在炎症部位诱导光信号。
鲁米诺发光提示急性炎症。当发光中的发光素显示晚期或慢性炎症区域时，动物被放置在生物发光成像仪中，该成像仪可视化化学发光底物在炎症部位产生的发光信号。然后执行连续成像步骤以捕获最大发光发射以进行定量分析，并在不同时间点重复成像程序以跟踪不同的炎症反应。
最终，纵向成像结果显示基于两种发光底物的发射动力学的差异炎症反应。鉴于炎症在各种人类疾病中的重要作用，我们相信这种非侵入性成像方法可以帮助研究中性粒细胞和巨噬细胞在各种病理条件下的不同作用。演示该程序的将是
Tanya Topper 夫人和来自实验室的成像技术。从准备试剂和溶液开始，如文本方案中所述，麻醉 NCR 裸鼠，并通过失去运动和恒定的呼吸频率来确认全身麻醉。将动物转移到提供 isof 氟化物混合气体的鼻锥中，以保持动物处于麻醉状态。
使用异丙醇湿巾清洁和消毒左侧卧腹的注射部位。使用无菌技术，将 50 微升 PMA 接种液注入皮下腔。在左翼。
使用异丙醇垫从注射部位清除多余的液体。将动物移回笼子并密切监测其从麻醉中恢复。为了帮助恢复，请在动物麻醉后使用加热垫为动物保暖。
和以前一样，准备腹膜内注射每毫升 10 毫克鲁米诺溶液用于急性炎症成像，或每毫升注射 2.5 毫克鲁西原溶液用于慢性炎症成像。鲁米诺的最终剂量为每公斤 100 毫克，每公斤 25 毫克。对于lucin，可以使用较低剂量的lucin以避免可能的毒性。
对于某些小鼠品系，将动物转移到生物发光成像系统的成像室中。每隔一分钟进行一次顺序生物发光成像。每个成像步骤由一分钟的采集时间组成。
F 制光圈等于 1 个像素合并等于 16 和 0 秒延迟。在图像采集面板中，通过单击序列设置按钮启用顺序多步骤成像。在采集配置文件中提供 15 个 1 分钟的成像步骤，以确定最大发光输出。
15 分钟的成像过程为底物吸收和体循环提供了足够的时间。图像采集后，将动物从成像室转移到笼子里。为了帮助恢复，请使用加热垫为动物保暖。
在采集后分析期间，使用成像软件包通过标准化感兴趣区域或 ROI 计算峰值总生物发光信号。图像以辐射度表示，并指示最小和最大阈值。定量数据以每秒光子的总通量表示。
PER R-O-I-P-M-A 是一种有效的蛋白激酶 C 激动剂，可激活 fox 产生超氧离子并触发强烈的急性炎症反应。NCR 裸鼠皮下注射 PMA 引起注射部位的快速皮肤刺激和急性炎症。这些图像代表了在炎症早期阶段使用 luminol 和 lucin 作为底物的纵向生物发光成像。
观察到显着的鲁米诺生物发光，表明 PMA 注射部位的中性粒细胞骨髓过氧化物酶或 MPO 活性水平很高。相反，在从第 2 天开始的炎症早期阶段，没有观察到明显的生物发光清醒，结痂形成，因此发光降低。随着伤口愈合变得明显，观察到强度。
观察到生物发光中 lugen 的增加。这些结果表明，鲁米诺生物发光与炎症的急性期有关，而生物发光中的 lugen 与炎症晚期的组织修复密切相关。一起。该结果表明能够使用差异亚特异性来区分急性和慢性炎症阶段。
重要的是，成像由免疫细胞的内源性酶活性介导，并且不需要报告基因的 cock 表达。
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概述
本研究提出了一种非侵入性成像技术，用于区分活体小鼠中的急性和慢性炎症。通过利用化学发光基质，荧光酚和发光胺，该方法可以根据中性粒细胞和巨噬细胞的活性来可视化炎症阶段。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 免疫学
- 体内成像
背景
- 炎症是对伤害和感染的关键反应。
- 急性炎症特点是快速发作和消退。
- 慢性炎症可能导致各种疾病。
- 当前评估炎症的方法可能是侵入性的。
研究目的
- 开发一种可视化炎症的非侵入性方法。
- 区分急性和慢性炎症反应。
- 利用化学发光基质进行实时成像。
使用的方法
- 皮下注射炎症触发剂（例如，PMA）。
- 腹腔注射荧光酚用于急性炎症检测。
- 腹腔注射发光胺用于慢性炎症检测。
- 生物发光成像以可视化发光信号。
主要结果
- 荧光酚发光指示急性炎症区域。
- 发光胺发光揭示慢性炎症部位。
- 连续成像允许对炎症进行定量分析。
- 可以随时间监测不同的炎症反应。
结论
- 该方法有效地区分炎症阶段。
- 非侵入性成像可以增强对炎症的理解。
- 该技术可能改善对炎症性疾病的研究。
常见问题
Executive Industry Relevance
Non-invasive imaging of neutrophil and macrophage activity enables mechanistic de-risking in early inflammation research. By distinguishing acute and chronic phases, the method supports target validation and predictive confidence in therapeutic development. This approach reduces biological ambiguity in preclinical models of inflammatory diseases.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by visualizing neutrophil-mediated acute inflammation via luminol-dependent MPO activity.
- Scientific Value: Clarifies pathway involvement by tracking macrophage-mediated chronic inflammation through lucigenin-dependent Phox signaling.
- Operational Value: Enables biological de-risking through longitudinal, non-invasive monitoring of phagocyte dynamics in living models.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for compound screening by establishing baseline inflammatory phenotypes.
- Operational Value: Supports assay standardization through quantitative bioluminescence readouts in photons per second.
- Operational Value: Enhances screening readiness via reproducible, longitudinal imaging across multiple time points.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Aligns with disease-relevant systems by modeling neutrophil-to-macrophage transition in tissue repair.
- Scientific Value: Facilitates translational biomarker identification through differential substrate emission kinetics.
- Operational Value: Enables risk-adjusted advancement decisions by monitoring inflammation resolution over time.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into discovery biology workflows by providing real-time, quantitative readouts of inflammatory cell activity prior to lead identification.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by distinguishing MPO-driven neutrophil activity from Phox-driven macrophage activity.
- Screening: Delivers assay readiness through standardized ROI-based flux measurements and sequential imaging protocols.
- Analytics: Enables comparative condition analysis via peak total bioluminescence signal quantification.
- Translational Research: Connects discovery to preclinical validation by modeling inflammatory resolution and tissue repair phases.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable imaging platform for longitudinal study of inflammatory responses across therapeutic areas.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in inflammation pathway interpretation.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility through defined substrate dosing and imaging parameters.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by enabling early detection of chronic inflammation signals.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by visualizing therapeutic impact on inflammation phase transition.
Implementation Considerations
- Requires expertise in bioluminescence imaging and inflammatory model handling.
- Dependent on bioluminescence imager sensitivity and sequential acquisition capabilities.
- Necessitates cross-team standardization of ROI selection and flux quantification methods.
- Involves adaptation considerations for different mouse strains and inflammatory triggers.
- Includes practical limitations such as substrate specificity and signal attenuation over time.
