Summary
αvβ3 integrin angiogenez geçiren aktive endotel hücreleri son derece ifade yapışma protein türüdür. Böylece, integrin bütünlüğünü değerlendirmek Onkoloji büyük ilgi olmuştur. Burada, 68Ga etiketli radiopeptides hazırlamak için bir yöntem ve biyolojik etkinliğini değerlendirmek için bir yöntem sunar.
Abstract
αvβ3 integrin tümör hücre göç ve anjiogenezi dahil bir heterodimeric yapışma moleküldür. İntegrin nerede genellikle düşük bir konsantrasyonu vardır anjiogenik tümör endotel hücreleri, overexpressed. Bu belirli ifade αvβ3 anjiogenik ve görüntüleme uyuşturucu için geçerli bir biyomarker kolaylaştırır. Fonksiyonel bir görüntüleme yöntemi pozitron emisyon tomografisi (PET) biyokimyasal ve fizyolojik hakkında bilgi vivo içindebenzersiz yüksek hassasiyeti nanomolar ölçekte nedeniyle değişiklikleri sağlar. Bu nedenle, evde beslenen hayvan Radyofarmasötikler radiometal tabanlı tümör angiogenez non-invaziv miktar için büyük bir dikkat aldık. Bu İnceleme angiogenez değerlendirme için yeni bir radiometal etiketli peptid hazırlamak için sistemik bir protokol sağlar. Bu iletişim kuralı radiochemical güvenilirlik, lipophilicity, hücre alımı, serum istikrar ve farmakokinetik özellikleri hakkında bilgi içerir. 68Ga-RGD-peptid temsilcisi evde beslenen hayvan ligandlar αvβ3 integrin doğru biridir. Burada, bir 68Ga-RGD-peptid ve onun biyolojik etkinliği değerlendirilmesi hazırlamak için bir protokol tanıtmak.
Introduction
Angiogenez yeni kan damarları geliştirme tarafından karakterize biyolojik bir süreçtir. İntegrin son derece anjiogenik tümör damarlarının ifade edilir ama yoktur çünkü birçok angiogenetic faktörler arasında αvβ3 integrin invasiveness ile ilişkili normal doku1.
Radiolabeled reseptör-bağlama peptidler αvβ3 integrin reseptörleri doğru yüksek bir yakınlık vardır, umut verici angiogenez ajanlar2,3 Imaging olarak kabul edilir arginin glisin aspartat (RGD) etki alanıyla , 4 , 5 , 6 , 7. birkaç Radyofarmasötikler evde beslenen hayvan için oluşturulmuş ve biyolojik özellikleri çeşitli hayvan modelleri8,9,10,11doğrulanmış. Bir radyonüklid açısından 68Ga diğer radioisotopes birçok avantajı vardır. İlk olarak, bu kullanıcılar için yüksek erişilebilirlik ve bir cyclotron gerekli değildir çünkü ekonomik açıdan avantajlıdır. İkinci olarak, 68Ga tabanlı Radyofarmasötikler daha doğru miktar sağlayan tek foton emisyon bilgisayarlı tomografi ile (SPECT), karşılaştırıldığında yüksek uzaysal çözünürlük üretmek. Son olarak, 67.71 dakika half-life 68Ga küçük peptidler veya proteinler hazırlanması için yeterli olabilir.
68Ga ile istikrarlı bir karmaşık üretmek için birçok şelatörlerin geliştirilmiştir. Temsilcisi şelatörlerin vardır 1,4,8,11-tetraazacyclotetradecanetetraacetic asit (TETA), diethylenetriaminepentaacetic 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic asit (DOTA), 1,4,7-triazacyclononane-1,4,7-triacetic asit (NOTA) asit (DTPA) ve N, N'-di(2-hydroxybenzyl) ethylenediamine-N, N'-diacetic asit (HBED). NOTA 68Ga (günlük istikrar sürekli 30.98)12,13,14ile son derece kararlı bir kompleks oluşturmak üzere bildirilmiştir.
Bu da çalışmanın amacı yeni radiopeptide (Şekil 1) gelişimi için özlü bir protokol sağlamaktır. Örnek olarak, 68Ga etiketli RGD-peptidler ve mevcut yöntemleri xenograft modelinde bu analogları biyolojik değerlendirilmesi için hazır olun.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Tüm hayvan deneyleri yönergelere uygun olarak bakım ve kullanım araştırma hayvanlar için Kore Enstitüsü radyolojik ve Tıbbi Bilimler hayvan çalışmalar Komitesi tarafından onaylanmış protokolleri altında yapılmıştır. Tüm reaktifler ve çözücüler satın ve daha fazla arıtma kullanılır. NOTA-RGD-peptidler edebiyat yöntemleri15göre hazırlanmıştır.
Dikkat: 68Ga pozitron ve gama ışınları yayar. Radyoaktif maddeler ile doğrudan veya dolaylı temas da dahil olmak üzere tüm deneyler, eğitimli ve sadece personel izin tarafından üstlenilen gerekir. Radyoaktif malzemeler ele alırken, uygun koruyucu ekipman, koruyucu, radyasyon dosimeter rozet ve yüzük ve bir anket metre kullanılmalıdır.
1. radiolabeling RGD-peptidler 68GaCl3
Not: 68Ga (t1/2 68 dk., β+ = = % 89 ve EC = %11) 68Ga elde edildi /68Ge jeneratör.
- 68GaCl3 jeneratör ile 4 mL 0,05 M HCL elute.
- 68GaCl3 (333 kBq, 1 mL) kurumasını 30 dk 80 ° C'de azot gazı ile 5 mL tepki şişede temizle.
- RGD-peptid bir çözüm eklemek (100 µg) 1 M sodyum asetat (100 µL, pH 5-6) 68GaCl3 adım 1.2 içeren tepki şişe için içinde.
- Reaksiyon karışımı 5 min için 80 ° C'de ısı. Sonra aşağı oda sıcaklığına kadar sakin ol.
- Yüksek performanslı sıvı kromatografi (HPLC) ile ham ürün arındırmak. Aşağıdaki sistem kullanın: C-18 sütun, bir akış hızı 0.5 mL/dk, 1.17%/min (% 5-%40 30 dk), ve elüsyon bileşenlerinin Asetonitril degrade eğimi: A % 0,1 trifluoroacetic asit (TFA) Asetonitril, B = % 0,1 = TFA suda.
Not: HPLC fotodiyot dizi dedektörü ve radyoaktivite dedektörü ile donatılmıştır. 68Ga-RGD-peptid 12.5 dak (Şekil 2) bir saklama anda toplanmıştır. - Elde edilen 68Ga-RGD-peptid katı faz emme sistemi kullanarak arındırmak.
- C18 ters fazlı kartuş ile çözüme geçirmek ve 2 mL serum fizyolojik ile yıkayın.
- 68Ga-RGD-peptid 0.7 mL % 95 etanol ile elute. Azot Gazı 20 dakika altında 80 ° C'de solvent kaldırmak ve fosfat tamponlu tuz (PBS) kullanmadan önce ile yeniden oluşturma.
- Radiolabeled ürün 0,22 µm steril filtre ile filtre ve 1 mL steril serum fizyolojik çözüm formüle.
- Radiochemical verim radyo ince katman Kromatografi (TLC) tarafından kontrol edin.
- 1 µL bir anlık ince tabaka Kromatografi plaka (ITLC, 10 cm uzunluğunda) üzerinde spot. Spot uzak 9 cm kadar eluent (sulu 0.1 M sitrik asit, pH 5,0) içeren bir oda plaka geliştirmek.
Not: 68Ga-RGD-peptid için saklama faktörü 0 ve saklama için unreacted 68Ga3 + 1 faktördür.
- 1 µL bir anlık ince tabaka Kromatografi plaka (ITLC, 10 cm uzunluğunda) üzerinde spot. Spot uzak 9 cm kadar eluent (sulu 0.1 M sitrik asit, pH 5,0) içeren bir oda plaka geliştirmek.
- Sigara-radyoaktivite MBq/nmol olarak karşılık gelen radyoaktivite oranı son belirli aktivitesinden hesaplayın.
Not: 100 µL formüle 68Ga-RGD-peptid HPLC için enjeksiyon sonra radyoaktif olmayan bileşen miktarı nonradioactive Ga-RGD-peptid kullanarak standart kalibrasyon eğrisi hesaplanır.
2. Vitro hücresel alımı
Not: Uppsala 87 malign tümörü (U87MG) insan glioblastoma hücreleri Dulbecco'nın değiştirilmiş kartal medya (DMEM), % 10 fetal Sığır serum ve % 1 penisilin-streptomisin ile desteklenmiş yetiştirilmiştir. Hücreleri oksijen bir atmosferde % 5 CO237 ° C'de 150 mm yemeklerinde yetiştirilmiştir. Hücre hasat veya bölme trypsinization tarafından: %0,25 (w/v) tripsin ve %0.02 (w/v) ethylenediaminetetraacetic asit (EDTA) PBS için 3-5 dk 37 ° C'de.
- 6-iyi tabak 1 x 106 yoğunluğu, tohum U87MG hücrelere hücre/iyi.
- 68Ga-RGD-peptid hücrelerle kuluçkaya (111 kBq) 30, 60, 90 ve 120 dk. hazırlama örnekleri nüsha olarak 37 ° C'de.
- Hücreler 2 yıkama x 2 mL PBS ve hasat tarafından trypsinization ile. % 0.25 (w/v) tripsin ve %0.02 (w/v) ethylenediaminetetraacetic asit (EDTA) PBS 37 ° C'de 3-5 min için kullanın.
- Hücre süspansiyon (500 µL) ve γ-Counter ölçü birimi toplamak.
- % (Hücre/toplam sayıları sayar) hücreleri tarafından bileşik yüzde alımını hesaplamak.
3. Vitro Serum istikrar
- Taze hazırlanmış fare serum 500 µL, 500 µL insan serum ve PBS 500 µL ekleyin. 37 ° C 2 h için karisimin kuluçkaya.
- ITLC tarafından belirtilen zaman aralıklarıyla değerlendirmek (30, 60, 90 ve 120 dk). 1-2 µL aliquot ITLC plaka karışımı spot (mobil faz: 0.1 M sitrik asit). Plaka olduğu gibi adım 1.7 geliştirmek.
Not: etiketli bileşik köken kalır ise 68Ga3 + solvent ön ile taşımak için bekleniyor.
4. Lipophilicity tespiti
- 68Ga-RGD-peptid (3.7 MBq, 3.7 µL) octanol-PBS sistemine ekleyin (1:1, v/v, toplam 1 mL).
- Şiddetle için oda sıcaklığında 5 min ve oda sıcaklığında 5 min için 10.000 x g , santrifüj tüpleri karıştırın.
- Her katmandan 100 µL örnek alın ve radyoaktivite γ sayacı ile ölçmek. Bildirilen günlük P değeri üç örnek ortalamasını temel alır.
5. tümör modeli
Not: BALB/c Çıplak fareler (6-8 hafta yaşlı, Erkek, n = 23) Bu çalışma için kullanıldı. Fareler daha sonra evde beslenen hayvan çalışmaları için kullanılan (n = 3) ve biodistribution (n = 20) tümör birimleri 200-300 mm3 (1-2 hafta implantasyonu sonrası) ulaşıldığında.
- Tümör hücreleri 28 G, 1/2 inç insülin şırınga yükleyin.
- U87MG hücreleri (5 x 106) PBS 100 µL içinde sol kol bölgeye enjekte et.
- Oksijen gazı % 2 isoflurane fareyle hücre enjeksiyon sırasında anestezi.
- Fare pedal çekilme refleks aşağıdaki sağ arka ayak ayak parmakları arasında forseps ile pinching kaybı tarafından anestezi emin olun. Sternal recumbency korumak için yeterli kendine geldi kadar bir hayvan başıboş bırakmayın.
6. in Vivo Quantification αvβ3 Integrin kullanarak evde beslenen hayvan
- % 2 isoflurane oksijen ile fareler anestezi.
- Fare pedal çekilme refleks aşağıdaki sağ arka ayak ayak parmakları arasında forseps ile pinching kaybı tarafından anestezi emin olun. Sternal recumbency korumak için yeterli kendine geldi kadar bir hayvan başıboş bırakmayın.
- Baş hayvan gantry ortasına yerleştirin.
- İntravenöz 68Ga-RGD-peptid çözüm (7,4 MBq, 200 µL) xenograft fare modeli üzerinden 1 dk. için kuyruk ven için yönetmek.
- Aynı zamanda, liste modunda (dinamik tarama) 150 min için PET taraması gerçekleştirin.
Not: Ham PET veri bir kullanıcı tarafından tanımlanan zaman dilimi tarafından (yani, her 30 dk.) yeniden. PET taraması, bir mikro bilgisayarlı tomografi (CT) tarama sonra (x-ray, 0.16 50 kVp mA) zayıflama düzeltme için yapılmıştır.
7. Ex Vivo Biodistribution
- 68Ga-RGD-peptid (0.37 MBq, 200 µL) xenograft fare modeli kuyruk damar içine enjekte. Fare % 2 isoflurane içinde oksijen gazı ile enjeksiyonlar sırasında anestezi.
Not: BALB/c Çıplak fareler, Bölüm 5, açıklandığı gibi dört gruba ayrıldı ve farklı zaman noktalarda kurban (n = 5 grup başına). - Fareler 68Ga-RGD-peptid yönetim hemen sonra uyanıyorsun ve onları 30, 60, 90 ve 120 dk postinjection karbon dioksit ötenazi ile kurban.
Not: Faiz dokuların elde. Seçilen hedefleri kan, kas, kalp, akciğer, karaciğer, dalak, mide, bağırsak, böbrek, kemik ve tümör vardı. - Doku tartmak ve radyoaktivite γ sayacı ile ölçmek.
Not: Sonuçları doku (% kimliği/g) gram başına yüzde enjekte doz olarak ifade edildi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
68GaCl3 NOTA-RGD-peptid ile şelasyon açıktı ve radiolabeling verim % 99 idi. Reaksiyon kirleri Şekil 2' de gösterildiği gibi başarılı bir şekilde kaldırıldı. 68Ga-RGD-peptid radiochemical saflığı 99 %'den büyük ve sentez sonundaki belirli aktivite 90-130 MBq/nmol (Şekil 3).
Hücre alımı değerleri 68için Ga-RGD-peptid vardı %1.49, % 0,85, %0,36 ve %0,39 30'da, 60, 90 ve 120 dk, anılan sıraya göre. Serum istikrar kaldı o 68Ga-RGD-peptid neredeyse bozulmamış, kuluçka PBS (2 h > %92 istikrar) yanı sıra insan veya fare serum ile 2 h sonra gösterdi. 2.96, Bölüm katsayısı (log P) olduğunu belirten yüksek lipophilicity. Evde beslenen hayvan bir ilk yüksek alımı karaciğer, böbrek, kalp, kas ve tümör dahil olmak üzere büyük organlarda gösterdi. Ancak, geç dönemde (90-150 dk) tümör bölgesi açıkça görüntülenmeyecektir. Tümör kas oranı 90 dk 17.57 yapıldı ve kinetik kararlılık gösteren değişmeden kaldı. Ex vivo biodistribution tümör birikmiş radyoaktivite 6,19, 4,96, 4,44 ve 4,39 (% kimliği/g) 30, 60, 90 ve 120 dk, sırasıyla olduğunu gösterdi. Ex vivo denemenin sonuçları uyarınca vivo içinde evde beslenen hayvan bulgular (Şekil 4) vardı.
Resim 1 : Akış diyagramı deneysel yordamlardan. Bu rakam radiopharmaceutical gelişimi şematik bir dökümünü gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Resim 2 : 68Ga-RGD-peptid HPLC ile saflaştırılması. Radyoaktivite sinyali mavi ve ultraviyole (UV) sinyal siyahtır. UV dalga boyu 314 olduğunu nm. X ekseni zamanı ve y absorbans birimdir (AU). 68Ga-RGD-peptid 12.4 min saklama süresi vardır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3 : 68Ga-RGD-peptid ve radiochemical saflığı yapısı. 68Ga-RGD-peptid ITLC yüksek radiochemical saflık gösterdi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4 : Evde beslenen hayvan görüntüleme (üst) ve ex vivo biodistribution veri için 68 Ga-RGD-peptid (alt). Evde beslenen hayvan veri SUV ölçekte 0 5 ifade edildi. Gösterilen Biodistribution veriler ortalama ± standart sapma, her zaman bir noktada beş fareler vardır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Mevcut çalışma, biz αvβ3 integrin ve onun biyolojik değerlendirme hedefleyen bir radiopeptide hazırlamak için bir protokol tanıttı. Geleneksel ilaç geliştirme karmaşık bir yordam içerir. Başvuru bilgileri ve görece uzun değerlendirme zaman büyük miktarda gerektirir. Her ne kadar önerilen metodoloji hassas değerlendirme sürecinin yerini alamaz, bu sistem amaçlar eleme için kullanılabilir. Bu sistemi önemli ölçüde zaman ve maliyeti azaltmak önerdi.
Son on yıl içinde birçok radiolabeled RGD-peptidler kapsamlı tümörler16görüntüleme için radiotracers olarak incelenmiştir. Klinik deneyler için umut verici Radyofarmasötikler elde etmek için ilaç geliştirme için sistemik yaklaşımlar sağlanmalıdır. Radiochemical fizibilite, hedef, metabolik istikrar ve uygun dozları yüksek seçicilik benzeşme dört büyük endişeleri vardır. Rutin bir PET çalışması için makul bir radiochemical verim Radyofarmasötikler güvenilirliğini sağlar. Yüksek afinite sorunları (> nM) ve seçicilik (> 100 x) hedefe protein de memnun. Farmakokinetik, açısından aday evde beslenen hayvan tracer hızla hedef sigara dokudan atılır ve hedef referans oranı yüksek izin içinde tümör, uzun tutma zamanı vardır. Aday Radyofarmasötikler non-spesifik bağlama artırmak ve düşük kontrast görüntüleme sağlamak zahmetli metabolitleri vivo içinde olmamalıdır. Her dönem bağımsız değildir diğer özellikleri etkilediği için kapsamlı özellikleri değerlendirmek önemlidir.
Bu araştırmada tanıttı radiopeptide uygun ilaç gibi özellikleri vardır. 68Ga-RGD-peptid %99, metabolik istikrar ve uygun lipophilicity yüksek bir radiochemical verimli vardır. Vivo deneyde radiopeptide yüksek seçicilik sergilenen (tümör referans oranı 17.57 =), ve ex vivo biodistribution veri da önemli tümör alımını gösterdi (% 6,19 kimliği/g).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Bu eser bir nükleer araştırma ve geliştirme programı Kore hükümeti (No. 2017M2A2A6A02019904) tarafından finanse edilen Ulusal Araştırma Vakfı, Kore (NMG) hibe tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 68Ga/68Ge generator | ITG Company | - | 10 mCi |
| Hydrogen chloride solution | Sigma-aldrich | 84429 | |
| Sodium acetate | Sigma-aldrich | S2889 | |
| C18 reverse-phase cartridge | Waters | WAT020515 | |
| 0.22-μm sterile filter | Milllipore | SLGV033RS | |
| Radio-TLC scanner | Bioscan | AR2000 | |
| ITLC paper | Agilent | SGI001 | |
| Citric acid | Sigma-aldrich | 251275 | |
| HPLC | Waters | - | Waters 1525 system containing binary pump, photo diode array (Waters 2998), radioactivity detector (Raytest, Gabi) |
| Acetonitrile | J.T. Baker | 14-650-359 | |
| Trifluoroacetic acid | Sigma-aldrich | 302031 | |
| Dulbecco's modified Eagle media | Thermo fisher scientific | 11965092 | |
| fetal bovine serum | Thermo fisher scientific | 16000044 | |
| T175 flasks | Corning | CLS431080 | |
| Trypsin-EDTA (0.25%) | Thermo fisher scientific | 25200072 | |
| penicillin-streptomycin | Thermo fisher scientific | 15240112 | |
| γ-counter | Perkin Elmer | - | 1480 Wizard 3 |
| Insunlin syringe | Becton Dickinson | 326105 | |
| Synringe pump | Harvard Apparatus | 70-4500 | |
| micro-PET/CT | Siemens Inveon | - |
References
- Friedlander, M., et al. Definition of Two Angiogenic Pathways by Distinct alpha v integrins. Science. 270 (5241), 1500-1502 (1995).
- Janssen, M. L., et al. Tumor Targeting with Radiolabeled alpha v beta 3 Integrin Binding Peptides in a Nude Mouse Model. Cancer Research. 62, 6146-6151 (2002).
- Kok, R. J., et al. Preparation and functional evaluation of RGD-modified proteins as αvβ3 integrin directed therapeutics. Bioconjugate Chemistry. 13 (1), 128-135 (2002).
- Garanger, E., et al. New multifunctional molecular conjugate vector for targeting, imaging, and therapy of tumors. Molecular Therapy. 12 (6), 1168-1175 (2005).
- Dijkgraaf, I., et al. PET imaging of αvβ3 integrin expression in tumours with 68Ga-labelled mono-, di- and tetrameric RGD peptides. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 38 (1), 128-137 (2011).
- Liu, Z., et al. 68Ga-labeled cyclic RGD dimers with Gly3and PEG4linkers: Promising agents for tumor integrin αvβ3 PET imaging. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 36 (6), 947-957 (2009).
- Li, Z. B., Chen, K., Chen, X. 68Ga-labeled multimeric RGD peptides for microPET imaging of integrin αvβ3expression. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 35 (6), 1100-1108 (2008).
- Liu, S., et al. Isomerism and solution dynamics of 90Y-labeled DTPA-biomolecule conjugates. Bioconjugate Chemistry. 12 (1), 84-91 (2001).
- Haubner, R., et al. Glycosylated RGD-containing peptides: tracer for tumor targeting and angiogenesis imaging with improved biokinetics. Journal of Nuclear Medicine. 42 (2), 326-336 (2001).
- Sivolapenko, G. B., et al. Imaging of metastatic melanoma utilising a technetium-99m labelled RGD-containing synthetic peptide. Euroean Journal of Nuclear Medicine. 25 (10), 1383-1389 (1998).
- Haubner, R., et al. Noninvasive Imaging of αvβ3 Integrin Expression Using 18 F-labeled RGD-containing Glycopeptide and Positron Emission Tomography. Cancer Research. 61, 1781-1785 (2001).
- Clarke, E. T., Martell, A. E. Stabilities of trivalent metal ion complexes of the tetraacetate derivatives of 12-, 13- and 14-membered tetraazamacrocycles. Inorganica Chimica Acta. 190 (1), 37-46 (1991).
- Clarke, E. T., Martell, A. E. Stabilities of the Fe(III), Ga(III) and In(III) chelates of N,N′,N″-triazacyclononanetriacetic acid. Inorganica Chimica Acta. 181 (2), 273-280 (1991).
- Shetty, D., Lee, Y. S., Jeong, J. M. 68Ga-labeled radiopharmaceuticals for positron emission tomography. Nuclear Medicine Molecular Imaging. 44 (4), 233-240 (2010).
- Shin, U. C., et al. Synthesis and Preliminary Evaluation of 68Ga-NOTA-Biphenyl-c(RGDyK) for the Quantification of Integrin αvβ3. Bulletin of the Korean Chemical Society. 38 (12), 1415-1418 (2017).
- Cai, W., Chen, X. Multimodality Molecular Imaging of Tumor Angiogenesis. Journal of Nuclear Medicine. 49, suppl2 113-128 (2008).
