Biolumineszenz-basierte Tumor Quantifizierung Verfahren zur Überwachung Tumorprogression und Therapieeffekte bei den Maus-Lymphom-Modelle
7. Juli 2016
Biolumineszenz-Bildgebung ist ein bekanntes Werkzeug für Tumoren und Metastasen zu lokalisieren, aber Quantifizierung dieser Bilder erfordert oft komplexe Berechnungen und bestimmte Instrumente. Wir beschreiben die einfach zu bedienende luminoscore-Methode, basierend auf genauen Aufnahmebedingungen, keine Berechnungen erfordern, und ermöglicht die Tumorlast und Ansprechen auf die Behandlung in Mausmodellen beobachtet werden.
Das übergeordnete Ziel dieses bildgebenden Verfahrens ist es, Biolumineszenz-Aufnahmeverfahren und Bildanalysen zu standardisieren, um quantitative Daten für den Vergleich innerhalb oder zwischen verschiedenen Experimenten zu erhalten. Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen im Bereich der Biolumineszenz-Bildgebung zu beantworten, wie z.B. wie können Bilddaten auf reproduzierbare Weise quantifiziert werden? Die Hauptvorteile dieser Technik bestehen darin, dass sie in jeder Tiereinrichtung, die einen Biolumineszenz-Imager besitzt, einfach einzurichten ist und keine komplexen Berechnungen erforderlich sind.
Schalten Sie den Imager ein und öffnen Sie die Erfassungssoftware. Klicken Sie auf Initialisieren, um die Kamera, die Tische und die Objektive zu initialisieren. Nachdem Sie das angemessene Maß an Sedierung durch mangelndes Ansprechen auf das Einklemmen der Beine bestätigt haben, legen Sie eine Maus auf ein Wärmekissen und tragen Sie Augensalbe auf.
Verwenden Sie dann eine 25-Gauge-Nadel, um 100 Mikroliter frisch zubereitete D-Luciferin-Kaliumsalzlösung intraperitoneal zu injizieren. In diesem Fall exprimieren Tumorzellen Glühwürmchen-Luziferase. Dieses Protein oxidiert D-Luciferin und erzeugt Licht, das mit dem Imager nachgewiesen werden kann.
Platzieren Sie die Maus nach 10 Minuten mit dem Rücken zur Kamera in einer möglichst flachen Position in den Imager. Wählen Sie die automatische Belichtungsfunktion aus und klicken Sie auf Erfassen, um ein hinteres Bild des Tieres zu erhalten. Platzieren Sie dann die Maus in Rückenlage und spreizen Sie die vorderen Gliedmaßen, damit sie den Brustkorb nicht blockieren.
Vergewissern Sie sich, dass das Kontrollkästchen für die automatische Belichtung noch aktiviert ist, und nehmen Sie ein vorderes Bild des Tieres auf. Lege die Maus dann wieder auf das Warmhaltekissen, bis sie vollständig geborgen ist, und dann kann das Tier in seinen Käfig zurückgebracht werden. Um die Biolumineszenz zu quantifizieren, klicken Sie im Menü auf Ansicht und wählen Sie die Werkzeugpalette aus, falls sie noch nicht angezeigt wird.
Klicken Sie anschließend auf die Registerkarte des Werkzeugs für den Interessenbereich, wählen Sie die Schaltfläche Kontur und wählen Sie Freies Zeichnen. Folgen Sie mit dem Werkzeug Freies Zeichnen den Rändern der gesamten Maus oder einem bestimmten Bereich in der Vorderansicht, um den gewünschten Bereich zu markieren, und klicken Sie mit der rechten Maustaste, um die Kontur zu schließen. Wählen Sie die Strahlstärke im Bildlaufmenü "Einheiten" oben links im Bild aus, falls sie nicht bereits ausgewählt ist.
Lesen Sie anschließend den Wert im Feld Gesamtfluss Photonen pro Sekunde ab, um den Photonenfluss zu messen. Klicken Sie dann auf das Menü Ansicht und die Messungen des Interessenbereichs. Nachdem Sie die Analyse für das Rückansichtsbild wiederholt haben, addieren Sie die für beide Ansichten erfassten Fotoflusswerte, um den Luminoscore zu erhalten.
In diesem Experiment war der Tumor bereits 10 Minuten nach der Injektion nachweisbar. Allein die Bilder bestätigen, dass die Tumorzellen an der richtigen Stelle vorhanden sind. Die Quantifizierung der Biolumineszenz zeigte jedoch einen deutlichen Unterschied zwischen den Tieren, die Injektionen erhielten und denen, die keine Injektionen erhielten.
Interessanterweise war das im subkutanen Modell erhaltene Signal 100-mal höher als im primären intraokularen Lymphommodell, was mit der Anzahl der injizierten Zellen übereinstimmte. Hier zeigen repräsentative Tumorwachstumsbilder in Kontroll- und CpG-behandelten primären intraokularen Lymphommäusen, dass nach einer ausreichenden Zeit Metastasen in der Kontrollgruppe auftreten. Obwohl der Primärtumor nicht sensitiv auf die Behandlung zu reagieren schien, wurden in der mit CpG behandelten Gruppe weniger Metastasen beobachtet.
Tatsächlich zeigt die quantitative Analyse der Tumorlast in jeder Gruppe, dass CpG die Tumorentwicklung verlangsamt und nach 28 Tagen einen statistisch signifikanten Unterschied in der Tumorlumineszenz zwischen der behandelten und der Kontrollgruppe erzeugt. In diesem subkutanen Modell wurden zwei Tumore auf jede Seite der Maus transplantiert, wobei die Behandlung am Tag Null in situ auf eine einzige Seite verabreicht wurde und der kontralaterale Tumor als Kontrolle diente. Anschließend wurden zwei interessierende Regionen pro Maus gezeichnet und das Verhältnis zwischen dem Luminoscore auf der behandelten und der Kontrollseite gemessen.
13 Tage nach der Verabreichung der Behandlung wurde eine signifikante Abnahme des Luminoscore-Verhältnisses beobachtet, was darauf hindeutet, dass der behandelte Tumor resorbiert wurde, was durch die entsprechenden Biolumineszenzbilder weiter belegt wird. Nach der Verabreichung kann diese Analyse in zwei Minuten pro Tier abgeschlossen werden, wenn sie richtig durchgeführt wird. Im Anschluss an dieses Verfahren können andere Methoden, wie z.B. die qualitative Lokalisation der Tumorstelle, durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zum Tumorzell-Homing oder zu Metastasierungsmechanismen zu beantworten.
Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher und das Gebiet der Biolumineszenz-Bildgebung, um die Tumorprogression in präklinischen Kleintiermodellen zu erforschen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie eine Biolumineszenz-Bildgebung durchführen können, um die Tumorlast auf reproduzierbare Weise zu quantifizieren. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Kleintieren und chirurgischen Instrumenten äußerst gefährlich sein kann und dass bei diesem Eingriff immer Vorsichtsmaßnahmen wie die ordnungsgemäße Sterilisation der Instrumente getroffen werden sollten.
Überblick
Dieser Artikel stellt eine unkomplizierte Methode zur Quantifizierung der Biolumineszenz-Bildgebung in Tumormodellen vor, bekannt als die Luminoscore-Methode. Sie vereinfacht den Bildgebungsprozess und ermöglicht eine effektive Überwachung der Tumorlast und Behandlungsreaktion ohne komplexe Berechnungen.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Biolumineszenz-Bildgebung
- Onkologie
- Präklinische Forschung
Hintergrund
- Biolumineszenz-Bildgebung wird häufig zur Tumorlokalisation verwendet.
- Die Quantifizierung von Bildgebungsdaten erfordert typischerweise komplexe Berechnungen.
- Die Standardisierung von Bildgebungsverfahren ist für die Reproduzierbarkeit unerlässlich.
- Die Luminoscore-Methode zielt darauf ab, diesen Prozess zu vereinfachen.
Zweck der Studie
- Entwicklung einer einfach anzuwendenden Methode zur Quantifizierung von Biolumineszenzbildern.
- Ermöglichung reproduzierbarer Vergleiche der Tumorlast zwischen Experimenten.
- Erleichterung der Überwachung von Behandlungsreaktionen in Mausmodellen.
Verwendete Methoden
- Standardisierte Biolumineszenz-Akquisitionsverfahren.
- Injektion von D-Luciferin-Kaliumsalzlösung in tumortragende Mäuse.
- Verwendung eines Bildgebungssystems zur Aufnahme von posterioren und anterioren Bildern der Mäuse.
- Quantifizierung der Biolumineszenz mittels der Luminoscore-Methode.
Hauptergebnisse
- Tumorerkennung war bereits 10 Minuten nach der Injektion möglich.
- Die quantitative Analyse zeigte signifikante Unterschiede in der Tumorlumineszenz zwischen behandelten und Kontrollgruppen.
- Die Luminoscore-Methode ermöglichte eine schnelle und effektive Quantifizierung.
- Statistisch signifikante Unterschiede in der Tumorlast wurden nach der Behandlung beobachtet.
Schlussfolgerungen
- Die Luminoscore-Methode vereinfacht die Biolumineszenz-Bildgebungsanalyse.
- Diese Technik verbessert die Fähigkeit zur Überwachung der Tumorprogression in präklinischen Studien.
- Die ordnungsgemäße Implementierung dieser Methode kann zu reproduzierbaren Ergebnissen führen.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
Quantitative bioluminescence imaging enables reproducible tumor burden assessment in preclinical lymphoma models, supporting early treatment response evaluation. The luminoscore method provides a standardized, semi-quantitative readout that facilitates cross-experiment comparison and go/no-go decisions in oncology discovery pipelines. This approach reduces mechanistic ambiguity in target validation by delivering measurable, translatable signals from small-animal studies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through measurable tumor burden changes in lymphoma models.
- Operational Value: Supports functional target validation by quantifying treatment effects on tumor progression.
- Predictive Value: Provides luminoscore ratios that support predictive confidence in antitumor activity.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream compound evaluation using standardized imaging.
- Reproducibility: Ensures consistent photon flux measurements across experiments via standardized acquisition and ROI analysis.
- Scalability: Enables platform reuse across lymphoma models with minimal setup requirements.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Models lymphoma progression and treatment response in immunocompetent mice.
- Translational Continuity: Bridges discovery observations with preclinical efficacy assessment via longitudinal tumor tracking.
- Risk-Adjusted Decisions: Informs advancement based on statistically significant luminoscore differences between treated and control groups.
Pipeline & Workflow Integration
The luminoscore method integrates into the discovery workflow from early target validation through preclinical efficacy testing, enabling quantitative monitoring of tumor burden and treatment effects.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by quantifying tumor cell engraftment and growth dynamics.
- Screening: Delivers assay-ready, reproducible bioluminescence readouts for compound screening campaigns.
- Analytics: Generates quantitative photon flux and luminoscore values that enable statistical comparison of experimental conditions.
- Translational Research: Connects early efficacy signals to preclinical validation through longitudinal tumor burden tracking.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable imaging capability across multiple lymphoma models and treatment paradigms.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target modulation by reducing variability in tumor burden assessment.
- Operational Value: Standardizes imaging procedures and analysis across sites and experiments.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing early, quantitative evidence of treatment efficacy.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidates based on measurable tumor growth inhibition.
Implementation Considerations
- Requires expertise in animal handling, bioluminescence imaging, and region-of-interest delineation.
- Dependent on bioluminescence imager with auto-exposure and photon flux measurement capabilities.
- Necessitates standardization of acquisition conditions (prone/supine positioning) and ROI drawing across users.
- Requires adaptation of ROI strategy for different tumor models (subcutaneous vs. orthotopic).
- Limited to luciferase-expressing models and cannot distinguish between tumor types without additional markers.
