Nutzung von 18F-FDG-PET/CT-Bildgebung und quantitativer Histologie, dynamische Veränderungen in der Glukose-Stoffwechsel in Mausmodellen von Lungenkrebs zu messen
21. Juli 2018
In diesem Protokoll beschreiben wir wie nutzen [18-F]-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose-Positronen-Emissions-Tomographie und Computertomographie (18F-FDG-PET/CT) Bildgebung zur Messung der Tumor metabolische Reaktion auf die gezielte Therapie MLN0128 in einer KRAS/Lkb1 mutierte Maus Modell von Lungenkrebs und gekoppelte Bildgebung mit hoher Auflösung Ex Vivo Autoradiographie und quantitativer Histologie.
Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen in den Bereichen Krebsstoffwechsel und Krebstherapeutika zu beantworten. Wie zum Beispiel die Identifizierung neuartiger Therapien, die das Tumorwachstum sowie den Tumorstoffwechsel modulieren können. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass wir eine nicht-invasive Bildgebung von Lungentumoren durchführen können, während sie sich im Laufe der Zeit entwickeln.
Dies ist wichtig, da wir in Echtzeit besser verstehen können, wie der Tumorstoffwechsel auf verschiedene therapeutische Eingriffe reagiert. Diese Verfahren werden von einem Bildgebungswissenschaftler des Preclinical Imaging Center des Crump Institute demonstriert. Vorsicht: Verwenden Sie Schutzausrüstung und befolgen Sie alle geltenden behördlichen Verfahren beim Umgang mit Radioaktivität.
Beginnen Sie damit, den Käfig der abzubildenden Mäuse in der Stunde vor der Fluor-18-markierten Fluordesoxyglukose-Injektion bei 37 Grad Celsius zu erwärmen. Dadurch wird der Braunfettverbrauch des Tracers reduziert. Wiegen Sie die erste Maus und notieren Sie ihr Gewicht.
Nachdem Sie die Maus mit einer institutionell anerkannten Methode betäubt haben, testen Sie die Narkosetiefe, indem Sie den Zeh einklemmen. Wenn keine Reaktion zu sehen ist, setzen Sie den Eingriff fort, indem Sie Augensalbe auf die Augen auftragen, um Trockenheit während der Anästhesie zu vermeiden. Fluor-Desoxyglucose mit Fluor-18-Markierung und einer radioaktiven Halbwertszeit von 109 Minuten in steriler Kochsalzlösung bei einer angepassten zerfallskorrigierten Injektionskonzentration von 70 bis 75 Mikrocurie pro 100 Mikroliter sorgfältig verdünnen.
Dann ziehen Sie mit einer 28-Gauge-Nadel 100 Mikroliter in eine Insulinspritze und messen Sie die Radioaktivitätsdosis mit einem Dosiskalibrator. Notieren Sie die Messung und den Zeitpunkt der Messung, um die Abklingkorrektur zu bestimmen. Legen Sie die Spritze in einen Bleispritzenhalter.
Zum Injizieren erwärmen Sie den Schwanz zunächst 1 bis 2 Minuten lang mit einer in warmem Wasser getränkten Gaze. Wischen Sie dann mit 70% Isopropanol ab, um die Schwanzvene kurz vor der Injektion zu erweitern. Verabreichen Sie das gesamte Volumen in der Spritze mit einer Bolusinjektion über die laterale Schwanzvene.
Und notieren Sie den Zeitpunkt der Injektion. Messen Sie dann die verbleibende Dosis in der Spritze mit dem Dosiskalibrator und notieren Sie die Messung und den Zeitpunkt. Zum Schluss wird die injizierte Maus in eine Anästhesiekammer mit 1,5 bis 2 % Isofluran bei 37 Grad Celsius gelegt, damit die Sonde eine Stunde lang vor dem PET-Scan über den systemischen Kreislauf der Maus verteilt werden kann.
Platzieren Sie die erste Maus nach 1 Stunde in einer Bildgebungskammer bei 37 Grad Celsius unter Nasenkonus-Isofluran-Anästhesie. Und sichern Sie die Gliedmaßen mit medizinischem Klebeband in Rückenlage. Setzen Sie die Bildgebungskammer in den PET-CT-Scanner ein und erfassen Sie die PET- und CT-Scans, wie in der Bedienungsanleitung des PET-CT-Scanners beschrieben.
Nachdem die PET-CT abgeschlossen ist, nehmen Sie die Maus aus der Bildgebungskammer und lassen Sie sie sich in ihrem Käfig erholen. Importieren Sie die rekonstruierten PET-CT-Bilder in die AMOD-Software, indem Sie auf Datei und dann auf Datei importieren klicken. Und wählen Sie die entsprechende DICOM-Datei aus.
Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den PET-Datensatz. Suchen Sie das Feld für die prozentuale injizierte Dosis pro Gramm auf der Registerkarte "Grundlegende Informationen". Geben Sie die zuvor gemeldete prozentuale injizierte Dosis pro Gramm ein.
Zeichnen Sie die interessierenden Regionen auf dem Tumor und dem normalen Gewebe, indem Sie auf Bearbeiten und dann auf ROI hinzufügen klicken. Wählen Sie die Form für den ROI aus, und geben Sie dem ROI einen Namen. Zeichnen Sie ROIs über Tumoren und Gewebe und passen Sie ihre Abmessungen an, um das interessierende Gewebe in allen drei Achsen abzudecken.
Die Fluor-18-markierte Fluordesoxyglucose-PET-Bildgebung wurde an Mäusen durchgeführt, die Tumoren mit KRAS- und LKB1-Komutationen trugen, die als KL-Mäuse bezeichnet werden. Die Tumoren bei diesen Mäusen waren hochglykolytisch. Dies zeigt sich an einem erhöhten F-FDG-Verbrauch.
In Übereinstimmung mit bereits veröffentlichten Studien. Eine Resektion der ganzen Lunge ergab das Vorhandensein mehrerer Tumoren, hier in transversaler, sagittaler und koronaler Ansicht. Die fünf Lappen der Mauslunge wurden mit H&E gefärbt, um die Morphologie des Gewebes sichtbar zu machen.
Die Lappen 1-5 wurden für den Glukosetransporter 1 gefärbt. Die Expression und Lokalisation von Glut1 auf der Plasmamembran von Tumorzellen korreliert direkt mit dem Standardaufnahmewert für Fluor-18-markierte Fluordesoxyglucose. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist zu beachten, dass die Bioverteilung der FDG von den Bedingungen im Umgang mit den Tieren abhängt.
Wie zum Beispiel Anästhesie, Erwärmung und Fasten. Um die Reproduzierbarkeit zu gewährleisten, müssen diese Schritte konsistent durchgeführt werden. Nach diesem allgemeinen Verfahren können andere PET-Spuren verwendet werden, um verschiedene biologische Prozesse in vivo zu messen, wie z. B. den Aminosäurestoffwechsel und Rezeptor-Liganden-Wechselwirkungen.
Übersicht
Dieses Protokoll beschreibt die Anwendung der [18F]-2-Fluor-2-desoxy-D-glucose-Positronenemissionstomographie und der Computertomographie (18F-FDG-PET/CT) zur Beurteilung des metabolischen Tumoransprechens auf die gezielte Therapie mit MLN0128 in einem Kras/Lkb1-mutanten Mausmodell des Lungenkrebses. Es unterstreicht die Bedeutung nicht-invasiver Bildgebungsverfahren für das Verständnis des Tumormetabolismus während therapeutischer Eingriffe.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Tumorstoffwechsel
- Tumortherapeutika
Hintergrund
- Das Verständnis des Tumorstoffwechsels ist entscheidend für die Entwicklung wirksamer Krebstherapien.
- Mittels nicht-invasiver Bildgebung ist eine Echtzeitüberwachung der Tumorreaktionen auf Therapien möglich.
- Die Studie verwendet ein Mausmodell mit spezifischen genetischen Mutationen, die für Lungenkrebs relevant sind.
Zweck der Studie
- Um die metabolische Reaktion von Tumoren auf eine gezielte Therapie zu messen.
- Um die Korrelation zwischen Tumormetabolismus und therapeutischer Wirksamkeit zu untersuchen.
- Um einen zuverlässigen Bildgebungsprotokoll für zukünftige Studien zu etablieren.
Verwendete Methoden
- Vorbereitung der Mäuse und Verabreichung von mit Fluor-18 markiertem Fluorodesoxyglukose.
- Nichtinvasive Bildgebung mittels PET/CT-Scans zur Visualisierung des Tumormetabolismus.
- Quantitative Histologie und Autoradiographie zur detaillierten Analyse.
- Datenanalyse mit AMOD-Software zur Beurteilung der injizierten Dosis und des Tumoruptakes.
Hauptergebnisse
- Hohe glykolytische Aktivität bei Tumoren mit KRAS- und LKB1-Komutationen beobachtet.
- Korrelation zwischen der Expression von Glukosetransportern und der FDG-Aufnahme.
- Nachgewiesene Reproduzierbarkeit der Bildgebungsergebnisse unter kontrollierten Bedingungen.
Schlussfolgerungen
- Das Protokoll bietet einen Rahmen, um den Tumormetabolismus in vivo zu untersuchen.
- Die Ergebnisse tragen zum Verständnis der Auswirkungen von Therapien auf das Tumorwachstum bei.
- Zukünftige Anwendungen könnten andere PET-Tracer für vielfältige biologische Prozesse umfassen.
Häufig gestellte Fragen
Aussagekräftige Relevanz für die Industrie
Die dynamische Messung des Glukosestoffwechsels mittels 18F-FDG-PET/CT und quantitativer Histologie in genetisch veränderten Mausmodellen ermöglicht eine nichtinvasive, Echtzeitanalyse der therapeutischen Ansprechrate beim Lungenkrebs. Dieser integrierte Ansatz erhöht die Vorhersagegenauigkeit bei der Bewertung der Modulation metabolischer Signalwege und unterstützt Entscheidungen im frühen Entwicklungsstadium für gezielte Therapien. Die Methode verbessert die translationale Kohärenz, indem sie die In-vivo-Bildgebung mit der Ex-vivo-Quantifizierung von Biomarkern verknüpft.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die Untersuchung von metabolischen Wegabhängigkeit in genetisch definierten Tumormodellen.
- Ermöglicht die funktionelle Validierung der Hemmung des mTOR-Signalwegs durch quantitative Bildgebung und Histologie.
- Unterstützt die prädiktive Entschärfung von Risiken, indem Biomarker-Veränderungen mit metabolischen Bildgebungsdaten korreliert werden.
Screening und Assay-Entwicklung
- Erstellt validierte In-vivo-Modelle für die nachgeschaltete therapeutische Untersuchung von Stoffwechselmodulatoren.
- Standardisiert Bildgebung und histologische Quantifizierung, um reproduzierbare, quantitative Assay-Ergebnisse zu erhalten.
- Ermöglicht einen robusten Vergleich der Wirkstoffeffizienz basierend auf dynamischen Stoffwechselparametern.
Translationale und präklinische Forschung
- Koppelt bildgebende Biomarker mit histologischen Endpunkten zur translationellen Biomarker-Entwicklung.
- Unterstützt die Kontinuität von der Entdeckung bis zur präklinischen Validierung durch die Verknüpfung von In-vivo- und Ex-vivo-Daten.
- Leitet risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung auf Grundlage früher metabolischer Reaktionsprofile ab.
Pipeline- und Workflow-Integration
Diese Methode integriert sich in den Übergang von der Entdeckung zur präklinischen Phase, indem sie eine frühe, quantitative Beurteilung des therapeutischen Einflusses auf den Tumormetabolismus in vivo ermöglicht.
- Entdeckungsbiochemie: Ermöglicht die Hypothesenprüfung für den Ansatz metabolischer Signalwege und die mechanistische Risikominderung.
- Screening: Liefert reproduzierbare, quantitative bildgebende und histologische Ergebnisse zur Beurteilung von Wirkstoffen.
- Analytik: Bietet standardisierte Messungen der Glukoseaufnahme und Biomarker-Expression für den Vergleich zwischen verschiedenen Bedingungen.
- Translationale Forschung: Verbindet In-vivo-Bildgebung mit der ex-vivo-Quantifizierung von Biomarkern, um translationale Übereinstimmung zu gewährleisten.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare Plattform zur Bewertung metabolischer Reaktionen bei verschiedenen therapeutischen Kandidaten.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert mechanistische Unschärfen bei der Validierung metabolischer Zielstrukturen.
- Operativer Wert: Verbessert die Standardisierung, Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit von bildgebenden Verfahren und histologischen Arbeitsabläufen.
- Strategischer Wert: Verbessert Go/No-Go-Entscheidungen und die Kapitaleffizienz, indem frühzeitige Daten zur metabolischen Reaktion bereitgestellt werden.
- Portfolio-Wirkung: Unterstützt die risikoadjustierte Priorisierung und Weiterentwicklung von Therapien, die auf metabolische Signalwege abzielen.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in der Bildgebung an kleinen Nagetieren, im Umgang mit Radiotracern und in der quantitativen Histologie.
- Setzt Zugang zu PET/CT-Geräten, Dosis-Kalibratoren und Software zur morphometrischen Analyse voraus.
- Erfordert eine strikte Standardisierung der Tierversuchsdurchführung, Anästhesie und Fastenprotokolle zur Reproduzierbarkeit.
- Die Anpassung an verschiedene genetische Modelle oder Tumortypen kann eine Optimierung des Protokolls erfordern.
- Der Umgang mit Radioaktivität stellt regulatorische und Sicherheitsanforderungen an den Laborbetrieb.
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