Summary
Preklinik kanser tedavisi izlenmesi için Cerenkov Lüminesans Görüntüleme (CLI) kullanımı burada açıklanmıştır. Bu yöntem Cerenkov Radyasyon (CR) ve radyoaktif probları görselleştirmek için optik görüntüleme (OI) yararlanır ve böylece preklinik terapötik izleme ve ilaç tarama PET için bir alternatif sunuyor.
Abstract
Moleküler görüntüleme yılında, pozitron emisyon tomografisi (PET) ve optik görüntüleme (OI) ve böylece en önemli ve en yaygın olarak kullanılan tedavi yöntemleri 1 ikisidir. PET mükemmel hassasiyet ve ölçüm yeteneği OI olmayan radyasyon, nispeten düşük maliyeti, kısa tarama süresi, yüksek verimlilik ve temel araştırmacılara geniş kullanılabilirlik için önemli iken ile karakterizedir. Ancak, her iki yöntemin de kendi eksiklikleri var. OI çoğunlukla sınırlı doku penetrasyonu nedeniyle yaşayan dokuların kalınlığı boyunca önemli saçılım optik sinyalleri ile birlikte preklinik uygulamalarla sınırlı iken PET, zayıf uzaysal çözünürlüğü ve yüksek maliyet muzdarip.
Son zamanlarda PET ve OI arasında bir köprü Cerenkov Lüminesans Görüntüleme (CLI) 2-4 keşfi ile ortaya çıkmıştır. CLI OI aletleri ile görüntü radyonüklidler için Cerenkov Radyasyon (CR) koşum yeni bir görüntüleme yöntemidir. Rus Nobel laurea'yate ALEKSEYEVICH Cerenkov ve arkadaşları başlangıçta 1934 yılında CR keşfetti. Bir yüklü parçacık bir dielektrik ortam 5 bir süperluminal hızda hareket ederken yaydığı elektromanyetik radyasyon bir şeklidir. Yüklü parçacık, pozitron ya da elektron olsun, onun bir atomdaki elektronların yerini değiştirerek ortamın elektromanyetik alan bozulacaktır. Yerinden elektronlar toprağa durumuna dönmesini olarak kesinti fotonların geçtikten sonra yayılır. Örneğin, bir 18 F çürüme su 3'de 3 foton bir ortalama üretmek için tahmin edilmiştir.
Ortaya çıkmasından bu yana, CLI diğerleri 2,3,6 arasındaki in vivo tümör görüntüleme, muhabir gen görüntüleme, radyotracer geliştirme, multimodalite görüntüleme de dahil preklinik çeşitli uygulamalar için kullanılmak amacıyla incelenmiştir. CLI kadar çok başarı zevk neden en önemli nedeni bu yeni teknoloji düşük maliyet avantajı alır ve wid olduğunuYalnızca PET gibi daha pahalı ve daha az kullanılabilir nükleer görüntüleme modaliteleri ile görüntülenmek üzere kullanılan görüntü radyonüklidler için OI e durumu.
Burada, kanser ilaç tedavisi izlemek için CLI kullanarak yöntemi sunuyoruz. Grubumuzun son zamanlarda bu yeni uygulama incelenmiş ve bir proof-of-concept çalışması 7 tarafından fizibilite doğrulamıştır. Biz CLI ve PET farklı tümör xenografts ve görüntüleme probları boyunca mükemmel korelasyon sergilediğini göstermiştir. Bu CLI esasen PET gibi aynı radyonüklidler görselleştiren ki CR kapsayıcı prensibi ile tutarlıdır. Bu iyi bilinen bir anjiogenez inhibitörü 8 olduğundan, bizim terapötik bir madde olarak, biz (Genentech / Roche Avastin) Bevasizumab seçilir. Yakın gelecekte bu teknoloji olgunlaşması önemli bir klinik öncesi ilaç gelişimi üzerinde etkisi, tarama, hem de tedavi alan hastaların tedavi izlenmesi için öngörülebilir.
Protocol
1. Tümör Modeli
- % 10 fetal bovin serumu ve% 1 penisilin / streptomisin (Invitrogen Life Technologies) ile ilave edilmiş RPMI 1640 ortamı içinde kültür H460 hücreleri (Amerikan Tipi Kültür Toplama). Bu hücre hatları, kültür ortamları, inokülasyon yerle fare başına xenografts sayısı ve diğer hususlar seçenekler belirli bir çalışmanın hedeflerine uygun olarak bütün olduğu unutulmamalıdır. Burada sadece bir örnek olarak hizmet etmek için belirli bir proje sunacaklar.
- 37 ° C ve taze ortam ile değişimi her diğer gün% 5 CO2 nemlendirilmiş bir atmosfer içinde hücre hatları koruyun.
- Hücrelerin% 75 konfluent tek tabakalı oluştuğu zaman, tripsin ile tek tabakalı ayırmak ve daha fazla hücre kültür için tek bir hücre süspansiyonu içine hücre ayrışır.
- , Yaklaşık 1 x 10 6 H460 hücreleri Askıda fosfat-tamponlu salin (PBS, Invitrogen) ve deri altından implantçıplak farelerin sağ ve sol her iki omuz (dişi atimik çıplak farelerin (nu / nu), 4 - 6 hafta eski, Charles River Laboratories, Inc.)
- Tümörler 150 büyümeye izin ver - 200 mm 3. Bu büyüklüğe ulaşması H460 tümör xenografts için yaklaşık 2 hafta sürer. Standart kaliper ölçüm tümör boyutları izlemek için yapılır.
- Tümörler tümörlü fareler artık tedavi ve PET hem de CLI yoluyla in vivo görüntüleme hazırız ideal boyut ulaşmak zaman.
2. PET
- Bu program veya belirli bir proje (Şekil 1) 7 bağlı olarak da herhangi bir değişime göre PET çalışmaları gerçekleştirin. Bir dizi faktör de dahil olmak üzere programa tasarımı etkiler, ama tümör ksenogreft hücre hatları, antikanser ilaçlar, ve dozaj rejimleri seçimi, bunlarla sınırlı olmamak olabilir. Burada sadece belirli bir görüntüleme programı sunacak. CLI çalışmalara göre yapılacak olanCLI ile PET çalışmaları, bu aynı zamanlamayı uygun PET hemen sonra uygulandı. Bu PET çalışmaların amacı, esas olarak CLI sonuçların doğrulanması için burada da not edilmelidir. Sadece görüntüleme Radyoaktif problar için OI araçları kullanmak isteyen ortak kullanıcıları, PET gereklidir. Tek arzusu PET doğrulama yaparsa Ancak, PET ve CLI araçlar nedeniyle 18 F (109.77 dak) kısa yarılanma ömrü başarılı olmak için doğrulama için çok yakın bir mesafede olmalıdır vurgulanmalıdır.
- Tedavi ve kontrol grupları içine fare bölün (n ≥ 3 adet). Gün 0 ve 2, 20 mg / kg bevacizumab 2 enjeksiyonları ile tedavi grubunda fareler davranın. Gün 0 ilk enjeksiyon ile tanımlanır. Gün -1 bir ön tarama PET hem de CLI yoluyla gerçekleştirilmesi gerektiğini unutmayın.
- Tümörlü farelerin Küçük hayvan PET bir R4 kemirgen modeli tarayıcı (Siemens Tıp Çözümleri Türkiye ile yapılacak olan, Inc.)
- (Aerrane; Baxter)% 2 izofluran ile tüm fareleri uyuştur ve F-fluorothymidine 3'-deoksi-3'-18 ile enjekte (18 F-FLT; 7,3-8,0 MBq [198-215 μCi]) kuyruk veni yoluyla. PET sonda enjeksiyondan önce PBS içinde seyreltilir.
- 1 saat sonra, tekrar fare uyutmak ve anestezi fareler eğilimli ve küçük hayvan PET tarayıcı görüş alanının merkezine yakın yerleştirin.
- Üç dakikalık statik taramalar elde edilir ve 2 boyutlu sıralı-altkümelerini beklenti maksimum algoritma ile görüntüleri yeniden. Zemin düzeltme gerekli değildir.
- Çürümelerini düzeltilmiş tüm vücut koronal görüntülerde tümörler üzerinde, ilgi alanlarının (koronal ve transaksial dilimleri için 5 piksel ROI) çizin. ROI'ler dakika başına piksel başına maksimum sayımlar elde ve sabit bir kalibrasyon kullanılarak dakikada mililitre başına sayıları dönüştürmek. 1 g / ml 'lik bir doku yoğunluğu varsayımıyla, sayımları PE ROI dönüştürmekDakikada r gram. Enjekte doz dakikada gram başına sayım bölerek görüntü YG-türetilmiş% ID / g değerleri belirleyin. Zayıflama düzeltme gerekli değildir.
3. CLI
- CLI bir IVIS Spektrumu sistemi (kaliper Life Sciences) ile gerçekleştirilir edilmelidir. Görüntülerin elde edilmesi ve analizi Yaşayan Image 3.0 yazılımı (Kaliper Yaşam Bilimleri) kullanılarak gerçekleştirilmesi gerekir. Dalgaboyu çözüldü spektral görüntüleme 18 set dar bant emisyon filtresi (- 850 nm 490) kullanılarak gerçekleştirilen olmaktır. Yine, her bir fare için, PET çalışmaları protokolüne dahil eğer radyoaktif bozunma miktarını en aza indirmek için hemen PET sonra CLI gerçekleştirin.
- Izofluran anestezi altında bir ışık geçirmez bir bölme içinde hayvanlar yerleştirin. Çoklu fareler verimi arttırmak için aynı anda yerleştirilebilir.
- 3 dakika maruz kalma süresi (f / = 1, binning = 4 stop) kullanarak görüntüleri edinin. Aynı aydınlatma ayarları (lamba gerilimi, filtreler, f / stop, görüş alanları, binnin kullanıng) Tüm görüntüleri elde etmek. Arka plan doku sinyal yoğunluğunu hesaplamak için dorsal deri alanını kullanın. Steradyan (p / s / cm 2 / sr) başına kare santimetre başına saniyede fotonlardan floresans emisyon Normalize.
4. Temsilcisi Sonuçlar
CLI ve PET görüntüleri arasındaki karşılaştırma görsel kolayca yapılabilir. Aynı modalite ve yerde yan biri tarafından CLI ve PET görüntüleri yan görüntüleri karşısında birleştirici ölçek çubuğu bu temsili paneli (Şekil 2A) CLI ve PET hem tedavi öncesi gelen tedavi edilen farelerde H460 xenografts anlamlı azalma sinyalleri ortaya koymuştur görebilirsiniz sonra günlük 3, düşündüren önemli terapötik etkisi. Bir karşılaştırma olarak, orta derecede değişmez sinyallere çoğaltılmış olarak aynı zaman dilimi (veriler gösterilmemiştir) boyunca tedavi edilmemiş farelerde gözlenmiştir. Yalnız görsel muayene ile tek visualiz olan tümör zıtlıklar arasında iyi bir uyum olduğunu gözlemleyebilirsinizCLI ve PET ed. Aslında, bu görsel korelasyon antikanser tedavi rejimi (Day 3 CLI ve PET görüntüleri karşılaştırın lütfen) sekonder tümör santral nekroz göstermek için yeterli çözünürlüğe sahiptir. Görüntüleme bulguları niceleyiciler doğrulamak için ve korelasyon analizi yapılabilir.
CLI ve PET görüntüleri ve lineer regresyon ile basit montaj niceleyiciler iki modalite gerçekten mükemmel bir korelasyon (Şekil 2B, R 2 = 0,9309 18 F-FLT tedavi grubunda probed) olduğunu gösterdi. Özellikle, farklı tümör modelleri ve farklı antikanser ilaçlar ile CLI ve PET görüntüleme çalışmaları tüm sığar yamaçlarında böylece lineer regresyon mükemmel bir uyum bile tüm verilerin (veri gösterilmemiştir) konglomere sürmüş olup, aynı zamanda son derece yakındır. Hem temsili görüntüler bizim önceki yayının 7 uyarlanmıştır.
içinde-page = "always"> 
Şekil 1. PET ve CLI çalışmaların deneysel tasarım şematik. Tümörler omuz bölgesi bilateral implantasyonu ve 150-200 mm 3 büyümeye izin ve tümörlü farelerde gün -1, 1, ve 3 PET ve CLI ile in vivo görüntüleme tabi tutuldu edildi. Bevacizumab tedavi gün 0 ve 2 'de 20 mg / kg' lık 2 enjeksiyon ile gerçekleştirilmiştir.
Şekil 2. (A) in vivo CLI ve tedavi (ön tarama) tedavi öncesi ve (günde 3) sonra Bevacizumab ile tedavi H460 xenografts taşıyan farelerin PET görüntüleri elde edilmiştir. (B) CLI ve PET Sorumlu kantitatif analiz sonuçları (n = 3) ve bunların korelasyonlar. Görüntüleri (6) uyarlanmıştır.e.jpg "target =" _blank "> büyük bir rakam görmek için buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
CLI birçok temel bilim araştırma uygulamaları ve hatta klinik kullanımı 2,3,9 potansiyeller bulmuş bir gelecek vaat eden moleküler görüntüleme tekniği olarak ortaya çıkmaktadır. Böyle önemli ölçüde daha az pahalı ve daha yaygın olarak araştırmacıların kullanımına kısa edinimi süresi ve yüksek verimlilik ile karakterize kullanımı kolay OI aletleri,, onun kullanımından PET kök gibi geleneksel nükleer görüntüleme yöntemleri üzerinde CLI büyük avantajları. Ayrıca, ne CLI dışında genel OI setlerini geleneksel OI ajanların aksine, Gıda ve İlaç İdaresi (FDA) tarafından onaylanmış birçoğu görüntüleme probları gibi β-yayan etiketli moleküllerin kullanılmasıdır. Bu eşsiz ve arzulanan özellikleri ile, CLI hızlı moleküler görüntüleme alanında ilgi topladı. Ancak preklinik ve klinik uygulamalarda potansiyellerini henüz tam olarak araştırılması gereken edilmektedir.
Kanser tedavisi izleme alanlarından biri olduğu CLI bazı önemli yarar olabilir. Bu prob gelişimi, uyuşturucu taraması, ve hastalar için bile terzilik kanser tedavisi için önemli olan çok önemli bir alandır. Şu anda klinik öncesi kanser tedavisi izleme PET gibi nükleer görüntüleme yöntemleri aracılığı ile hemen hemen sadece gerçekleştirilir. Dolayısıyla CLI özellikle CLI ve PET görüntüleri arasında mükemmel bir korelasyon olduğunu göz önüne alındığında, PET için çok cazip bir alternatif sunuyor. P, 32, 90 Y, ve 131 gibi bir yayıcı, her biri klinik olarak anlamlı olan - Bununla birlikte, tedavi CLI izlenmesi için bir başka avantaj CLI dosyasını, sadece β +-yayıcılar, ama aynı zamanda β ki yatmaktadır.
Ancak, CLI kusurları olmadan değildir. OI enstrümanlar güven CLI gibi canlı dokularda sinyal zayıflama ve saçılma gibi optik görüntüleme özgüdür bazı eksiklikler muzdarip olduğunu belirler. Ayrıca, CR özellikle spektrum dasınırlı sinyal yoğunluğu sonuçları ve daha sonra, derin vücut yüzey gelen sinyal, düşük duyarlılık ve 4 kantifikasyon yeteneği yoksul. Eksiklikleri önemli olduğu görülebilir Ancak, bir ölçüde fare gibi küçük hayvanlar kullanılarak preklinik araştırmalarda bu engelleri atlayabilir. Daha da önemlisi, potansiyel CLI kanser tedavisi izleme yararlanabilir klinik alanlarda en az bir çift vardır. Böyle dermatolojik inflamatuar durumlar ve kanser gibi yüzeysel hastalık varlıkları izlenmesi iyi bir örnek olarak hizmet verebilir. Ayrıca, hastalık varlıkları derin henüz şarj bağlı cihaz veya fiber optik tabanlı teknikler tarafından erişilebilir sıra mükemmel hassasiyet ve CLI ölçümü özelliği kullanabilirsiniz edilmektedir. Henüz başka heyecan verici bir olasılık cerrahlar ameliyathanede tümörlerle ilgili anatomik ve işlevsel bilgi edinme yardım etme CLI kullanarak yatıyor. İki yeni proof-of-concept çalışmaları haintraoperatif görüntü rehberliği ile farelerde tümörlerin ve gösterdi algılama ve rezeksiyon CLI 10 sayesinde.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Çıkar çatışması ilan etti.
Acknowledgments
Biz Ulusal Kanser Enstitüsü (NCI) R01 CA128908 ve Stanford Tıp Akademik Araştırma Bursu destek kabul. Bu makale ile ilgili ilgi yok diğer potansiyel çatışma bildirildi.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| H460 Cell Line | American Type Culture Collection | ATCC Number: HTB-177 | |
| RPMI 1640 Medium | Invitrogen Life Technologies | 12633-012 | |
| Fetal Bovine Serum | Invitrogen Life Technologies | 10091-148 | |
| Penicillin/Streptomycin | Invitrogen Life Technologies | 15640-055 | |
| Phosphate-Buffered Saline | Invitrogen Life Technologies | 10010-023 | |
| Female Athymic Nude Mice | Charles River Laboratories, Inc. | Strain Code: 088 | |
| Bevacizumab (Avastin) | Genentech/Roche | N/A | |
| MicroPET Rodent R4 | Siemens Medical Solutions USA, Inc. | N/A | |
| Isoflurane (Aerrane) | Baxter | Baxter Number: AHN3637 | |
| IVIS Spectrum | Caliper Life Sciences | N/A |
References
- Weissleder, R., Mahmood, U.
- Chen, K., Chen, X. Positron emission tomography imaging of cancer biology: current status and future prospects. Semin. Oncol. 38 (1), 70 (2011).
- Solomon, M., Liu, Y., Berezin, M. Y., et al. Optical imaging in cancer research: basic principles, tumor detection, and therapeutic monitoring. Med. Princ. Pract. 20 (5), 397 (2011).
- Liu, H., Ren, G., Miao, Z., et al. Molecular Optical Imaging with Radioactive Probes. PLoS One. 5 (3), e9470 (2010).
- Robertson, R., Germanos, M. S., Li, C., et al. Optical imaging of Cerenkov light generation from positron-emitting radiotracers. Phys. Med. Biol. 54 (16), N355 (2009).
- Xu, Y., Liu, H., Cheng, Z. Harnessing the power of radionuclides for optical imaging: Cerenkov luminescence imaging. J. Nucl. Med. 52 (12), 2009 (2011).
- Cerenkov, P. Visible emission of clean liquids by action of g-radiation. Dokl Akad Nauk SSSR. 2, 451 (1934).
- Cerenkov, P. A. Visible radiation produced by electrons moving in a medium with velocities exceeding that of light. Phys Rev. 52 (4), 0378 (1937).
- Boschi, F., Calderan, L., D'Ambrosio, D., et al. In vivo 18F-FDG tumour uptake measurements in small animals using Cerenkov radiation. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 38 (1), 120 (2011).
- Liu, H., Ren, G., Liu, S., et al. Optical imaging of reporter gene expression using a positron-emission-tomography probe. J. Biomed. Opt. 15 (6), 060505 (2010).
- Park, J. C., Yu, M. K., An, G. I., et al. Facile preparation of a hybrid nanoprobe for triple-modality optical/PET/MR imaging. Small. 6 (24), 2863 (2010).
- Xu, Y., Chang, E., Liu, H., et al. Proof-of-concept study of monitoring cancer drug therapy with cerenkov luminescence imaging. J. Nucl. Med. 53 (2), 312 (2012).
- Ellis, L. M.
- Hochster, H. S. Bevacizumab in combination with chemotherapy: first-line treatment of patients with metastatic colorectal cancer. Semin. Oncol. 33, Suppl 5 . 10. (2006).
- Dothager, R. S., Goiffon, R. J., Jackson, E., et al. Cerenkov radiation energy transfer (CRET) imaging: a novel method for optical imaging of PET isotopes in biological systems. PLoS One. 5 (10), e13300 (2010).
- Hu, Z., Liang, J., Yang, W., et al. Experimental Cerenkov luminescence tomography of the mouse model with SPECT imaging validation. Opt. Express. 18 (24), 24441 (2010).
- Park, J. C., Il An, G., Park, S. I., et al. Luminescence imaging using radionuclides: a potential application in molecular imaging. Nucl. Med. Biol. 38 (3), 321 (2011).
- Holland, J. P., Normand, G., Ruggiero, A., et al. Intraoperative imaging of positron emission tomographic radiotracers using Cerenkov luminescence emissions. Mol. Imaging. 10 (3), 177 (2011).
- Intraoperative imaging of tumors using Cerenkov luminescence endoscopy: a feasibility experimental study. J. Nucl. Med. Liu, H., Carpenter, C. M., Jiang, H., et al. , (2012).
