Bioluminescent Bakterielle Imaging
4. November 2012
Dieser Artikel beschreibt die Verwaltung von Lux-getaggten Bakterien an Mäusen und anschließende In vivo Analyse mit IVIS Biolumineszenz-Bildgebung.
Dieses Video beschreibt den Einsatz der Ganzkörper-Biolumineszenzbildgebung zur Untersuchung des bakteriellen Transports in lebenden Mäusen, wobei der Schwerpunkt auf dem Nachweis des bakteriellen Wachstums in tumorösen Xenotransplantaten liegt. Bakterien stellen eine attraktive Vektorklasse für die Krebstherapie dar, da sie nach intravenöser Applikation die natürliche Fähigkeit besitzen, sich bevorzugt innerhalb von Tumoren zu vermehren, wobei sie entweder außerhalb oder innerhalb von Tumorzellen wachsen. Genetisch veränderte Bakterienstämme, die das lux-Genkassetten-System exprimieren, ermöglichen die Detektion der Bakterien und gleichzeitig der Tumoren. Der Wert einer nichtinvasiven, longitudinalen Überwachung bakterieller Stämme in vivo ist allgemein anerkannt, da sie den Tierversuchsaufwand verringert und statistisch aussagekräftigere Daten liefert als Endpunktanalysen.
Dieses Verfahren beinhaltet die Induktion subkutaner Tumore bei Mäusen. Die Tumore dürfen sich entwickeln und werden über einen bestimmten Zeitraum hinweg überwacht. Bakterien werden verabreicht, und die Mäuse werden zu definierten Zeitpunkten einer Biolumineszenz-Bildgebung unterzogen, wie sie für die hier beschriebenen Experimente erforderlich ist.
Subkutane Tumore werden in Mäusen mit entweder immunkompetentem oder thymusdefizientem Hintergrund induziert. Abhängig von der Wahl des Xenotransplantats werden Lux-markierte Bakterien der gewünschten Spezies, wie beispielsweise e coli, als Übernachtkulturen angezüchtet. Bakterielle Zellen werden gewaschen und in der gewünschten Konzentration für die intravenöse Applikation resuspendiert.
10 hoch sechs. Bakterienzellen in einem Injektionsvolumen von 100 µL werden routinemäßig verwendet. Mäuse mit subkutanen Tumoren, die routinemäßig ein Volumen von 100 mm³ aufweisen, werden für die Behandlung vorbereitet.
Mithilfe einer 29-Gauge-Spritzennadel wird die Bakteriensuspension in die seitliche Schwanzvene injiziert. Die Bakterien vermehrten sich im Laufe der Zeit bevorzugt innerhalb des Tumorgewebes. Intratumorale Bakterien setzen ihre Vermehrung über mehrere Wochen fort und sind mittels IVUS-Bildgebung zwischen drei und sechs Tagen nachweisbar.
Nach der Verabreichung werden lebende und anästhetisierte Mäuse in die 37-Grad-Kammer des IVIS platziert. Gegebenenfalls können mehrere Mäuse gleichzeitig abgebildet werden. Fotografische und lumineszierende Lichtbilder werden mithilfe einer gekühlten CCD-Kamera bei den gewünschten Softwareeinstellungen aufgenommen.
Abhängig vom Bildgebungsgerät können zwei- oder dreidimensionale Analysen durchgeführt werden. Es wird eine robuste und lineare Beziehung zwischen der Anzahl intratumoraler Bakterien und der Menge des erzeugten Lichts erreicht, was eine zuverlässige Schätzung der Bakterienzahlen in vivo ermöglicht. LX-exprimierende Bakterien können zudem aus tieferen Körperregionen nachgewiesen werden.
Lux-exprimierende, den Darm besiedelnde Kommensalen werden über mehrere Wochen hinweg sichtbar gemacht. Die Gabe nach der Schlundsondierung zeigt weiterhin die Nützlichkeit der biolumineszenten Bildgebung für die Analyse von Lux-exprimierenden Bakterien in Versuchstieren auf.
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Übersicht
In diesem Artikel wird die Verwendung der biolumineszenten Ganzkörperbildgebung zur Untersuchung des bakteriellen Transports in lebenden Mäusen beschrieben. Der Schwerpunkt liegt auf dem Nachweis des bakteriellen Wachstums in tumorösen Xenotransplantaten und unterstreicht das Potenzial von Bakterien als Vektoren für die Krebstherapie.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Biologie
- Krebsbehandlung
Hintergrund
- Bakterien können gezielt in Tumoren wachsen, was sie für die Krebsbehandlung attraktiv macht.
- Genetisch veränderte Bakterienstämme, die das lux-Gen exprimieren, ermöglichen eine nichtinvasive Überwachung.
- Durch Langzeitbildgebung wird die Anzahl verwendeter Tiere reduziert und es werden statistisch aussagekräftige Daten gewonnen.
- Subkutane Tumoren werden bei Mäusen für die Untersuchung induziert.
Zweck der Studie
- Analyse des bakteriellen Transports in lebenden Mäusen mittels Biolumineszenzbildgebung.
- Überwachung des bakteriellen Wachstums in tumorösen Xenotransplantaten über die Zeit.
- Veranschaulichung der Eignung von Bakterien als therapeutische Vektoren.
Verwendete Methoden
- Induktion subkutaner Tumore bei Mäusen.
- Verabreichung von mit lux markierten Bakterien.
- Biolumineszenz-Bildgebung zu festgelegten Zeitpunkten.
- Langzeitüberwachung bakterieller Stämme in vivo.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Detektion des bakteriellen Wachstums in Tumoren.
- Nachgewiesene nicht-invasive Bildgebungstechnik zur Verfolgung von Bakterien.
- Gewonnene Erkenntnisse über das Verhalten von Bakterien in Tumorumgebungen.
- Bestätigung des Einsatzes genetisch veränderter Bakterien für die Krebstherapie.
Schlussfolgerungen
- Bakterien können als wirksame Vektoren für die Krebsbehandlung dienen.
- Die Biolumineszenzbildgebung ist ein wertvolles Werkzeug für In-vivo-Studien.
- Die Studie untermauert das Potenzial von Bakterien in therapeutischen Anwendungen.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die biolumineszente bakterielle Bildgebung ermöglicht die Echtzeit-Verfolgung des bakteriellen Transports in vivo ohne Invasion und unterstützt die präklinische Bewertung bakterieller Vektoren für die Krebstherapie. Dieser Ansatz reduziert den Tierversuchseinsatz und liefert gleichzeitig longitudinale, quantitative Daten zur Tumoransprache und bakteriellen Persistenz. Die Methode erhöht die Vorhersagesicherheit in der frühen Entwicklungsphase therapeutischer Vektoren, indem sie räumliche und zeitliche Dynamiken der bakteriellen Lokalisation innerhalb von Tumoren sichtbar macht.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Untersuchung der bakteriellen Tumortropismus und des bevorzugten Wachstums innerhalb von Xenotransplantatmodellen.
- Operativer Wert: Unterstützt die funktionelle Validierung genetisch veränderter Bakterienstämme als therapeutische Vektoren durch langfristige Überwachung.
- Prädiktiver Wert: Erleichtert die mechanistische Risikominimierung, indem die Intensität des bakteriellen Signals zeitlich mit der intratumoralen Belastung korreliert wird.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Bietet einen standardisierten, quantitativen Messwert zur Beurteilung der bakteriellen Abgabe und Vermehrung in Tumorgeweben.
- Operativer Wert: Ermöglicht hochdurchsatzfähige, nicht-terminal durchgeführte Bildgebungsverfahren, die mit IVIS-basierten Plattformen kompatibel sind.
- Eignung für Assays: Erzeugt lineare Signal-zu-Bakterienanzahl-Beziehungen für eine zuverlässige in-vivo-Quantifizierung.
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Zeigt die Anwendbarkeit über verschiedene Bakterienspezies und Tumor-Xenograft-Typen hinweg auf und unterstützt dadurch eine breite Einsatzmöglichkeit in der Onkologie.
- Operativer Wert: Ermöglicht die Visualisierung von kommensalen Bakterien im Gastrointestinaltrakt nach der Applikation und erweitert die Anwendbarkeit damit auf Mikrobiom-Studien.
- Translationale Kontinuität: Unterstützt risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung, indem die Persistenz der Bakterien und die Tumorlokalisation über mehrere Wochen verfolgt werden.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Methode integriert sich in den Entdeckungsprozess von der frühen Vektorscreening bis zur präklinischen Validierung und ermöglicht iterative Design-Bau-Test-Zyklen für bakterielle Therapeutika.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Hypothesenprüfung bakterieller Tumor-Targeting-Mechanismen mittels räumlicher und zeitlicher Bildgebungsauswertungen.
- Screening: Liefert reproduzierbare, quantitative biolumineszente Signale zum Vergleich bakterieller Stämme oder Dosierungsregime.
- Analytik: Erzeugt lineare Korrelationen zwischen Lumineszenz und Bakterienanzahl, die statistische Vergleiche experimenteller Bedingungen ermöglichen.
- Translationale Forschung: Verbindet die frühe Charakterisierung von Vektoren mit der präklinischen Validierung durch langzeitliche Tumorüberwachung.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare Bildgebungsplattform zur Bewertung unterschiedlicher bakterieller Vektoren in Onkologie- und Infektionskrankheitsprogrammen.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Verringert mechanistische Unklarheiten beim Verhalten von Bakterienvektoren durch Echtzeit-Verfolgung in vivo.
- Operativer Wert: Standardisiert die Langzeitüberwachung, wodurch Variabilität und die Größe der Tierkohorten reduziert werden.
- Strategischer Wert: Verbessert Entscheidungen über Fortführung oder Abbruch durch frühzeitige, prädiktive Daten zur Tumorallokalisierung und Persistenz des Vektors.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht eine risikoadjustierte Priorisierung bakterieller Therapiekandidaten basierend auf quantitativen Verkehrsdaten.
Durchführungsüberlegungen
- Benötigt Fachkenntnisse in der bakteriellen Kultur, der Markierung mit lux-Genen und der intravenösen Applikation in murinen Modellen.
- Ist abhängig von IVIS oder vergleichbaren Systemen zur Biolumineszenz-Bildgebung mit gekühlten CCD-Kameras und Umweltkammern.
- Erfordert die Standardisierung der bakteriellen Aufbereitung, des Injektionsvolumens und der Zeitpunkte der Bildgebung über verschiedene Studien hinweg.
- Zu berücksichtigende Anpassungsaspekte sind die Auswahl der Bakterienspezies, die Verträglichkeit mit Tumormodellen und die Methoden der Substratgabe (Luciferin).
- Praktische Einschränkungen umfassen die Signalabschwächung in tiefer liegenden Geweben sowie mögliche Störungen durch endogene Lumineszenz oder Darmflora.
