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Research Article
Peter Bannas*1, Alexander Lenz*1,2, Valentin Kunick1,2, William Fumey1,2, Björn Rissiek2, Joanna Schmid1,2, Friedrich Haag2, Axel Leingärtner3, Martin Trepel4, Gerhard Adam1, Friedrich Koch-Nolte2
1Department of Diagnostic and Interventional Radiology,University Medical Center, Hamburg, 2Institute of Immunology,University Medical Center, Hamburg, 3University Cancer Center Hamburg,University Medical Center, Hamburg, 4Department of Oncology and Hematology,University Medical Center, Hamburg
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Dieses Protokoll beschreibt die Schritte, die erforderlich sind, um die ex vivo-Validierung von in vivo Nahinfrarot-Fluoreszenz-Xenotransplantat-Bildgebungsexperimenten an Mäusen unter Verwendung von Fluorophor-markierten Nanobodies und konventionellen Antikörpern durchzuführen.
Dieses Protokoll beschreibt die Schritte, die erforderlich sind, um die ex vivo-Validierung von in vivo Nahinfrarot-Fluoreszenz (NIRF) Xenotransplantat-Bildgebungsexperimenten an Mäusen unter Verwendung von Fluorophor-markierten Nanobodies und herkömmlichen Antikörpern durchzuführen.
Zuerst beschreiben wir, wie man subkutane Tumoren in Mäusen erzeugt, wobei antigen-negative Zelllinien als Negativkontrollen und antigen-positive Zellen als Positivkontrollen in denselben Mäusen für den intraindividuellen Vergleich verwendet werden. Wir skizzieren, wie intravenös Nahinfrarot-Fluorophor-markierte (AlexaFluor680) antigenspezifische Nanobodies und herkömmliche Antikörper verabreicht werden. Die in vivo Bildgebung wurde mit einem NIRF-Bildgebungssystem für Kleintiere durchgeführt. Nach den in vivo Bildgebungsexperimenten wurden die Mäuse getötet. Anschließend beschreiben wir, wie die Tumoren für parallele ex vivo-Analysen mittels Durchflusszytometrie und Fluoreszenzmikroskopie vorbereitet werden können, um die Ergebnisse der in vivo Bildgebung zu validieren.
Die Verwendung der Nahinfrarot-Fluorophor-markierten Nanobodies ermöglicht eine nicht-invasive Bildgebung am selben Tag in vivo. Unsere Protokolle beschreiben die ex vivo Quantifizierung der spezifischen Markierungseffizienz von Tumorzellen mittels Durchflusszytometrie und die Analyse der Verteilung der Antikörperkonstrukte innerhalb der Tumoren mittels Fluoreszenzmikroskopie. Die Verwendung von Nahinfrarot-Fluorophor-markierten Sonden ermöglicht eine nicht-invasive, wirtschaftliche In-vivo-Bildgebung mit der einzigartigen Möglichkeit, dieselbe Sonde ohne weitere sekundäre Markierung für Ex-vivo-Validierungsexperimente mit Durchflusszytometrie und Fluoreszenzmikroskopie zu nutzen.
In diesem Bericht beschreiben wir die Anwendung der im nahen Infrarot-Fluorophor-markierten Sonden für die Validierung der in vivo-Xenotransplantat-Abbildungsexperimente unter Verwendung von ex vivo Durchflußzytometrie und Fluoreszenzmikroskopie der sezierten Xenograft. Vergleicht man eine einzelne Domäne Nanobody (s + 16a, 17 kDa) 1 und einem monoklonalen Antikörper (Nika102, 150 kDa) 2,3 auf den gleichen Zielantigen für bestimmte in vivo gerichtet Nahinfrarot-Fluoreszenzabbildung in einem Lymphom-Xenotransplantat-Modell. Das Zielantigen ADP-ribosyltransferase ARTC2.2 als GPI-verankerten Zelloberfläche Ekto-Enzyms durch Lymphomzellen 4-9 exprimiert.
Nanobodies von Kameliden abgeleiteten Schwerketten-Antikörper nur sind die kleinsten verfügbaren antigenbindende Fragmente 10,11. Mit nur ca. 15 kDa, diese kleine Antikörperfragmente löslich, sehr stabil und über die Nieren aus dem Verkehr 8,10 gelöscht. Tiese Eigenschaften machen sie besonders geeignet für die spezifische und effiziente Ausrichtung der Tumorantigene in vivo 12-20. Common Antigen Ziele verfügbaren Nanobodies sind die epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptor (EGFR1 oder HER-1), den humanen epidermalen Wachstumsfaktor-Typ 2 (HER-2 oder CD340), carcinoembryonales Antigen (CEA) und das vaskuläre Zelladhäsionsmolekül-1 (VCAM-1 ) 21. Nanobody Konjugate sind vielversprechende Werkzeuge für die Immuntherapie von Krebs und Behandlung von entzündlichen Erkrankungen 22.
Jüngste Studien haben gezeigt, dass Nanobodies ermöglichen höhere Tumor-zu-Hintergrund (T / B) -ratios als herkömmliche Antikörper in in vivo-Anwendungen der molekularen Bildgebung 8,17,19. Dies wird vor allem durch den relativ schlechten und langsamen Gewebepenetration von konventionellen Antikörpern, langsame Clearance aus dem Kreislauf und lange Verweildauer in Nicht-Zielgewebe 23 erläutert. Außerdem Schuß konventionellen Antikörpern führt zu unspezifische Akkumulation in Ziel-Antigen-negativen Tumoren durch die erhöhte Permeabilität und Retention (EPR) hervorgerufen worden ist 24,25. Dies bedeutet, dass höhere Dosen konventioneller Antikörper können nicht nur spezifische Signale, sondern auch nicht-spezifische Signale zu erhöhen, wodurch die maximal erreichbare Tumor-zu-Hintergrund-Verhältnis. Im Gegensatz dazu eine Erhöhung der Dosis von Nano erhöht die Signale von Antigen-positiven Tumoren, aber nicht von normalen Gewebe oder Antigen-negative Tumoren (unveröffentlichte Daten).
Über den Vergleich von Nanobodies und konventionellen Antikörpern beschreiben wir eine intraindividuelle Beurteilung der Antigen-positiven und -negativen Xenotransplantaten in derselben Mäuse zum direkten Vergleich der spezifischen und unspezifischen Signale aufgrund der EPR-Effekt. Die Nah-Infrarot-Fluorophor konjugierten Sonden uns erlaubt, eine einzelne Sonde in vivo und ex vivo mit Nah-Infrarot-Fluoreszenz-Imaging auszunutzen, Durchflußzytometrie und Fluoreszenzmikroskopie. Die Anwendung unserer Protokolle ermöglicht nichtradioaktive, hochempfindliche und kostengünstige Optimierung der in vivo molekulare Bildgebung Experimente wie Evaluierung neuer Antikörperkonstrukte für bestimmte Tumor-Targeting.
Das Ziel dieses Tutorials Studie ist, die Verwendung von NIRF-Bildgebung zur Beurteilung der neuen Antikörperkonstrukte in präklinischen molekularen Bildgebung zu markieren.
In diesem Protokoll wurden alle Versuche mit einem Kleintier-NIRF-Abbildungssystem durchgeführt wird, ein Fluoreszenz-aktivierter Zellsortierer (FACS) Durchflusszytometer und einem konfokalen Mikroskop.
HINWEIS: Die Experimente wurden in Übereinstimmung mit internationalen Leitlinien für die ethische Nutzung von Tieren durchgeführt und wurden von der lokalen Tierschutzkommission des Universitätsklinikum Hamburg zugelassen.
1. Vorbereitung der Tumorzellen, Mäuse und -Antikörper-Konstrukten
2. In Vivo Imaging
3. Ernte und Herstellung von Tumoren
4. FACS-Analyse
5. Die mikroskopische Analyse
6. In Vivo Imaging Analysis
Fluoreszenzmarkierte Sonden ermöglichen die Kombination verschiedener NIRF-Bildgebungsverfahren (1A). Wir sollen, um in vivo NIRF-Abbildungsfluoreszenzmikroskopie sequentiell um fluoreszierend markierten Nanokörper und monoklonale Antikörper für die spezifische in-vivo-Bildgebung (1B) Vergleichen durchzuführen, Durchflusszytometrie und.
Mäuse wurden mit 50 ug Nanokörper und monoklonale Antikörper injiziert, um die Spezifität der fluoreszierend markierten Konstrukte für die in vivo-Bildgebung zu bewerten. Die Ergebnisse zeigten, spezifische Markierung von Antigen-positiven Tumoren mit sowohl Nanokörper und monoklonale Antikörper bei 6 Stunden nach der Injektion (Figur 2). ROI-Analysen der Antigen-positiven Tumoren zeigten eine viel höhere T / B-Verhältnis von ~ 12 für die Nanobody Vergleich zu ~ 6 für den monoklonalen Antikörper ist. Darüber hinaus zeigte die Nanokörper keine unspezifische Signal in den Antigen-negativen Tumoren, während diemonoklonale Antikörper zeigte unspezifische confounding Signale in den Antigen-negative Tumoren.
Neben dem unspezifischen Signal der negativen Tumoren, der monoklonale Antikörper auch in der gesamten Tier induzierten unspezifische Hintergrundsignale. Dies ist aufgrund übermäßigen freien zirkulierenden Antikörpern, die zu groß sind, um die Nieren ausgeschieden werden, sind wahrscheinlich. Umgekehrt Tiere mit Nanokörper injiziert zeigten unspezifische Signale nur in den Nieren durch die renale Ausscheidung der kleinen Nanokörpern.
Durchflusszytometrie Analysen von Tumorzellsuspensionen zeigten spezifische Markierung von Antigen-positiven Tumorzellen sowohl mit AF680-Konjugate 6 Stunden nach der Injektion. Die stärkere Fluoreszenzsignal der Nanobody markierten Zellen gegenüber monoklonalen Antikörper markierte Zellen widerspiegelt, die in vivo NIRF-Abbildungsergebnisse. Wichtig ist, dass die durchflusszytometrische Analysen zeigen, daß es keine unspezifische Markierung von antigennegativen Zellen mit einem der beidenKonstrukte (Abbildung 3).
Die Fluoreszenzmikroskopie von Tumorgefrierschnitte zeigten eine starke und fast homogene Kennzeichnung von Antigen-positiven Zellen mit dem Nanobody 6 Stunden nach der Injektion. Umgekehrt zeigte der monoklonale Antikörper eine wesentlich schwächere und recht inhomogene Färbung (4A). Antigen-negative Tumoren zeigen keine Färbung 6 Stunden nach Injektion der Nanobody, während antigen-negativen Tumoren zur herkömmlichen Antikörper zeigen unspezifische Streu Färbung in dem Zwischenraum (4B) eingespritzt.

Abbildung 1: Fluoreszenz-Bildgebung und Antikörperkonstrukte. (A) Bilddarstellungsaufbau zur Auswertung AF680-Konjugate: In vivo NIRF-imaging gefolgt von Durchflußzytometrie und Fluoreszenzmikroskopie. (B

Abbildung 2: In vivo NIRF-Abbildungsbilder des Fluoreszenzsignals von Antigen-positiven (+) und Antigen-negative (-) Tumoren in Mäusen, die mit Nanobody s + 16a (A) und monoklonale Antikörper Nika102 (B) injiziert wurden. . In-vivo-Bildgebung wurde vor (0 h) und 6 h nach der Injektion durchgeführt. Signalintensitäten werden als Strahlungsleistung (p / sec / cm 2 / sr) / (& mgr; W / cm 2) dargestellt.

Abbildung 3:Ex vivo FACS Analysen der Zelle gebundenen Antikörperkonstrukte die aus Tumorzellsuspensionen. (A) Gating Strategie für FACS-Analysen von Tumorzellen. (B) Histogramme zeigen die Menge des intravenös injiziert AF680-konjugierten Nanobody s + 16a und Antikörper Nika102 spezifisch an die Tumorzellen in vivo gebunden. Antigen-negative Tumoren werden als ungefüllte Histogramme und Antigen-positiven Tumoren angezeigt sind als ausgefüllte Histogramme dargestellt.

Abb. 4: Ex-vivo-Fluoreszenzmikroskopie (A) Übersicht Fluoreszenzmikroskopie der gesamte Antigen-positiven Tumor Kryoschnitte 6 Stunden nach der Injektion von s + 16a 680 oder Nika102 680. Signalintensitäten des in vivo intravenöszogen AF680-Konjugate ohne Sekundär-Markierungsmittel werden in rot angezeigt. Ex vivo gegengefärbt Kerne sind blau und Behälter grün dargestellt. Punktierte Linien zeigen äußeren Ränder der gesamten Tumoren. (B), Close-up der Fluoreszenzmikroskopie von Antigen-positiven und Antigen-negativen Tumoren.
Friedrich Koch-Nolte und Friedrich Haag erhalten über die MediGate GmbH, eine hundertprozentige Tochtergesellschaft des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf, einen Anteil am Antikörper- und Proteinumsatz.
Dieses Protokoll beschreibt die Schritte, die erforderlich sind, um die ex vivo-Validierung von in vivo Nahinfrarot-Fluoreszenz-Xenotransplantat-Bildgebungsexperimenten an Mäusen unter Verwendung von Fluorophor-markierten Nanobodies und konventionellen Antikörpern durchzuführen.
Diese Arbeit wurde von der Graduiertenschule "Inflammation und Regeneration" des Sonderforschungsbereich 841 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (Alexander Lenz, Valentin Kunick, William Fumey), durch den Sonderforschungsbereich 877 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (Friedrich Koch-Nolte) unterstützt , von der Werner Otto Stiftung (Peter Bannas), von der Wilhelm Sander-Stiftung (Peter Bannas, Friedrich Koch-Nolte) und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (Martin Trepel, Friedrich Haag und Friedrich Koch-Nolte). Wir danken dem Universitäts Krebscentrum Hamburg (UCCH) In-vivo-Optical Imaging Core Facility und das Personal an UKE für die Konsultation und ihre qualitativ hochwertigen Service. Die Core Facility wurde zum Teil durch Zuschüsse von der Deutschen Krebshilfe (Deutsche Krebshilfe) unterstützt.
| AF680 Proteinmarkierungskit | Invitrogen | A20172 | |
| Anti-CD16/CD32-Antikörper | BioXCell | BE0008 | |
| Anti-CD31-Antikörper | Santa Cruz | sc-1506 | markiert mit Sekundärantikörper mit AF488 |
| Anti-CD45-Antikörper V450 | BD Biosciences | 560501 | |
| AxioVision LE Software | Zeiss | www.zeiss.com | |
| Basalmembran-Matrix | BD Biosciences | 354234 | Alternatives Produkt einsetzbar |
| Zellsieb 70 & micro; m | Corning | 431751 | Alternatives Produkt kann verwendet werden |
| Konfokalmikroskop | Leica | www.leica-microsystems.com | Leica SP5 mit folgenden Lasern: He-Neon für AF680, Argon-Laser für AF488 und einer 405-Diode für DAPI |
| DAPI | Molcular Probes | D1306 | |
| DC27.10 Zellen | Laborspezifisch | Andere Zellen mit unterschiedlichen Oberflächentargets können verwendet werden | |
| DPBS | Sigma Aldrich | D8662 | |
| FACS Canto II | BD Biosciences | www.bdbiosciences.com | |
| Fluoreszenz-Mikroskop | Zeiss | www.zeiss.com | Zeiss Axiovert 200 mit Filter Set #32 für AF680: 000000-1031-354 |
| ImageJ Software | NIH | http://imagej.nih.gov/ij/ | |
| IVIS 200 | Perkin Elmer | www.perkinelmer.com | Alternatives In-vivo-Bildgebungssystem kann verwendet werden |
| Leica LAS-Software | Leica | www.leica-microsystems.com | Software speziell für das verwendete |
| Mikroskop Lebendbild-Software | Perkin Elmer | www.perkinelmer.com | Spezifische Software für das verwendete Bildgebungssystem |
| Nadeln 30 G | BD Biosciences | 305128 | Alternatives Produkt kann verwendet werden |
| Nika102-Antikörper AF680 | laborspezifisch | Andere Antikörper gegen verschiedene Oberflächenziele können verwendet werden | |
| Paraformaldehyd | Sigma Aldrich | P6148 | Mögliche Gefahren: krebserregend, kann Augen und Haut reizen, Kontakt kann zu Austrocknung der Haut und/oder allergischer Dermatitis |
| führen s+16a-Nanobody AF680 | Labor spezifisch | Andere Antikörper gegen verschiedene Oberflächenziele können verwendet werden | |
| Spritzen 1 ml | Braun | 916 1406 V | Alternatives Produkt kann verwendet werden |