Utilizzando 18F-FDG PET/CT Imaging e l'istologia quantitativa per misurare i cambiamenti dinamici nel metabolismo del glucosio in modelli murini di cancro ai polmoni
21 luglio 2018
In questo protocollo, descriviamo come utilizzare [18F]-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose tomografia a emissione di positroni e la tomografia computata (18F-FDG PET/CT) imaging per misurare la risposta metabolica del tumore per la terapia mirata MLN0128 in un Kras/Lkb1 topo mutante modello di cancro ai polmoni e accoppiato con autoradiografia ex vivo ad alta risoluzione e l'istologia quantitativa di imaging.
Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo del metabolismo del cancro e delle terapie antitumorali. Come l'identificazione di nuove terapie in grado di modulare la crescita tumorale, nonché il metabolismo tumorale. Il vantaggio principale di questa tecnica è che possiamo eseguire l'imaging non invasivo dei tumori polmonari man mano che si sviluppano nel tempo.
Questo è importante perché possiamo capire meglio come il metabolismo tumorale risponde a vari interventi terapeutici in tempo reale. A dimostrare queste procedure sarà lo scienziato dell'imaging, del Crump Institute's Preclinical Imaging Center. Attenzione: utilizzare dispositivi di protezione e seguire tutte le procedure normative applicabili quando si maneggia la radioattività.
Inizia riscaldando la gabbia dei topi da visualizzare a 37 gradi Celsius per l'ora prima dell'iniezione di fluoro-desossiglucosio marcata con fluoro-18. Ciò riduce il consumo di grasso bruno del tracciante. Pesa il primo topo e registra il suo peso.
Dopo aver anestetizzato il topo utilizzando un metodo approvato istituzionalmente, testare la profondità dell'anestesia pizzicando la punta. Se non si nota alcuna risposta, continuare la procedura applicando un unguento oftalmico sugli occhi per prevenire la secchezza durante l'anestesia. Diluire accuratamente il fluoro-desossiglucosio marcato con fluoro 18 che ha un'emivita radioattiva di 109 minuti, in soluzione fisiologica sterile a una concentrazione di iniezione corretta per il decadimento aggiustato di 70-75 microcurie per 100 microlitri.
Quindi aspirare 100 microlitri in una siringa da insulina con un ago calibro 28 e misurare la dose di radioattività utilizzando un calibratore di dose. Registrare la misurazione e il tempo di misurazione per determinare la correzione del decadimento. Posizionare la siringa in un portasiringa di piombo.
Per l'iniezione, prima scaldare la coda per 1 o 2 minuti con una garza imbevuta di acqua tiepida. E poi strofinare con isopropanolo al 70% per dilatare la vena caudale appena prima dell'iniezione. Somministrare l'intero volume nella siringa con un'iniezione in bolo attraverso la vena caudale laterale.
E registrare il tempo di iniezione. Quindi misurare la dose rimanente nella siringa utilizzando il calibratore di dose e registrare la misurazione e il tempo. Infine, posizionare il topo iniettato in una camera di anestesia con isoflurano dall'1,5 al 2% a 37 gradi Celsius per consentire la distribuzione della sonda attraverso la circolazione sistemica del topo per un'ora prima della scansione PET.
Dopo 1 ora, posizionare il primo topo in una camera di imaging impostata a 37 gradi Celsius sotto anestesia con isoflurano del cono nasale. E fissa i suoi arti in posizione con del nastro adesivo in posizione supina. Posizionare la camera di imaging nello scanner PET CT e acquisire le scansioni PET e CT come descritto nel manuale dello scanner PET CT.
Al termine della PET CT, rimuovere il topo dalla camera di imaging e lasciarlo riprendersi nella sua gabbia. Importare le immagini CT PET ricostruite nel software AMOD facendo clic su File, quindi su Importa file. E selezionando il file DICOM appropriato.
Fare clic con il pulsante destro del mouse sul set di dati PET. E individua la percentuale di dose iniettata per grammo nel campo delle informazioni di base. Inserire la percentuale di dose iniettata per grammo riportata in precedenza.
Disegna le regioni di interesse sul tumore e sui tessuti normali cliccando su Modifica e poi su Aggiungi ROI. Seleziona la forma per la ROI e assegna un nome alla ROI. Disegna le ROI su tumori e tessuti e regola le loro dimensioni per coprire il tessuto di interesse in tutti e tre gli assi.
L'imaging PET con fluoro-desossiglucosio marcato con fluoro-deossiglucosio è stato eseguito su topi portatori di tumori con co-mutazioni di KRAS e LKB1 denominati topi KL. I tumori in questi topi erano altamente glicolitici. Come dimostra un elevato consumo di F-FDG.
In linea con gli studi pubblicati in precedenza. Una resezione di interi polmoni ha rivelato la presenza di diversi tumori, mostrati qui in vista trasversale, sagittale e coronale. I cinque lobi del polmone del topo sono stati colorati con H&E per visualizzare la morfologia del tessuto.
I lobi 1-5 sono stati colorati per il trasportatore del glucosio 1. L'espressione e la localizzazione di Glut1 nella membrana plasmatica delle cellule tumorali sono direttamente correlate con il valore standard di assorbimento del fluoro-desossiglucosio marcato con fluoro-18. Quando si esegue questa procedura, è importante ricordare che la biodistribuzione di FDG dipende dalle condizioni di manipolazione degli animali.
Come l'anestesia, il riscaldamento e il digiuno. Per garantire la riproducibilità, questi passaggi devono essere eseguiti in modo coerente. Seguendo questa procedura generale, altre tracce di PET possono essere utilizzate per misurare vari processi biologici in vivo, come il metabolismo degli amminoacidi e le interazioni recettore-ligando.
Panoramica
Questo protocollo descrive l'uso della tomografia a emissione di positroni con [18F]-2-fluoro-2-deossi-D-glucosio e della tomografia computerizzata (PET/TC con 18F-FDG) per valutare le risposte metaboliche del tumore alla terapia mirata MLN0128 in un modello murino di cancro del polmone con mutazione Kras/Lkb1. Si sottolinea l'importanza delle tecniche di imaging non invasive per comprendere il metabolismo tumorale durante gli interventi terapeutici.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Metabolismo del cancro
- Terapie antitumorali
Sfondo
- Comprendere il metabolismo tumorale è fondamentale per lo sviluppo di terapie antitumorali efficaci.
- Le immagini non invasive consentono il monitoraggio in tempo reale della risposta del tumore ai trattamenti.
- Lo studio utilizza un modello murino con mutazioni genetiche specifiche rilevanti per il cancro del polmone.
Scopo dello studio
- Misurare la risposta metabolica dei tumori alla terapia mirata.
- Esplorare la correlazione tra metabolismo tumorale ed efficacia terapeutica.
- Stabilire un protocollo di imaging affidabile per studi futuri.
Metodi Utilizzati
- Preparazione dei topi e somministrazione di fluoro-deossiglucosio marcato con fluoro-18.
- Imaging non invasivo mediante scansioni PET/TC per visualizzare il metabolismo tumorale.
- Analisi istologica quantitativa e autoradiografia per un'esame dettagliato.
- Analisi dei dati mediante software AMOD per valutare la dose iniettata e l'assorbimento tumorale.
Risultati principali
- Elevata attività glicolitica osservata nei tumori con mutazioni concomitanti di KRAS e LKB1.
- Correlazione tra l'espressione dei trasportatori del glucosio e l'assorbimento di FDG.
- Dimostrata riproducibilità dei risultati di imaging in condizioni controllate.
Conclusioni
- Il protocollo fornisce un quadro per lo studio del metabolismo tumorale in vivo.
- I risultati contribuiscono alla comprensione dell'impatto delle terapie sulla crescita tumorale.
- Applicazioni future potrebbero includere altri traccianti PET per diversi processi biologici.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Metodo
La misurazione dinamica del metabolismo del glucosio mediante PET/TC con 18F-FDG e istologia quantitativa in modelli murini geneticamente modificati consente una valutazione non invasiva in tempo reale della risposta terapeutica nel cancro del polmone. Questo approccio integrato aumenta la fiducia predittiva nella valutazione della modulazione delle vie metaboliche e orienta le decisioni in fase iniziale riguardo al portafoglio di terapie mirate. Il metodo migliora la continuità traslazionale collegando l'imaging in vivo con la quantificazione di biomarcatori ex vivo.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione dell'Obiettivo
- Permette l'analisi delle dipendenze dai percorsi metabolici in modelli tumorali geneticamente definiti.
- Consente la validazione funzionale dell'inibizione del percorso mTOR mediante imaging quantitativo e istologia.
- Facilita la riduzione predittiva dei rischi correlando i cambiamenti dei biomarcatori con i risultati dell'imaging metabolico.
Sviluppo di screening e saggi
- Prepara modelli validati in vivo per lo screening terapeutico successivo di modulatori metabolici.
- Standardizza l'imaging e la quantificazione istologica per ottenere risultati di saggio riproducibili e quantitativi.
- Consente un confronto solido dell'efficacia dei composti sulla base di letture metaboliche dinamiche.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea biomarcatori di imaging a endpoint istologici per lo sviluppo traslazionale di biomarcatori.
- Supporta la continuità dalla scoperta alla validazione preclinica collegando dati in vivo ed ex vivo.
- Fornisce indicazioni per decisioni di avanzamento basate sul rischio, in base ai profili precoci di risposta metabolica.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo metodo si integra nel percorso dalla scoperta alla fase preclinica, consentendo una valutazione precoce e quantitativa dell'impatto terapeutico sul metabolismo tumorale in vivo.
- Biologia della scoperta: Fornisce test di ipotesi per il targeting delle vie metaboliche e la riduzione dei rischi meccanicistici.
- Screening: Offre output riproducibili e quantitativi di imaging e istologia per la valutazione dei composti.
- Analisi: Offre misurazioni standardizzate dell'assorbimento di glucosio e dell'espressione dei biomarcatori per il confronto tra diverse condizioni.
- Ricerca traslazionale: Collega l'imaging in vivo con la quantificazione ex vivo dei biomarcatori per un allineamento traslazionale.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una piattaforma riutilizzabile per la valutazione delle risposte metaboliche in diversi candidati terapeutici.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità meccanicistica nella validazione degli obiettivi metabolici.
- Valore operativo: Migliora la standardizzazione, la riproducibilità e la scalabilità dei flussi di lavoro di imaging e istologia.
- Valore strategico: Migliora le decisioni di avanzamento o interruzione (go/no-go) e l'efficienza del capitale fornendo dati precoci sulla risposta metabolica.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione e la progressione di terapie mirate ai percorsi metabolici, adeguata al rischio.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nell'imaging di piccoli animali, nella manipolazione di radiofarmaci e nell'istologia quantitativa.
- Necessita dell'accesso a strumentazione PET/TC, calibratori di dose e software per l'analisi morfometrica.
- Richiede una rigorosa standardizzazione delle procedure di gestione degli animali, anestesia e digiuno per garantire la riproducibilità.
- L'adattamento a diversi modelli genetici o tipi di tumore potrebbe richiedere un'ottimizzazione del protocollo.
- La manipolazione di materiali radioattivi impone requisiti normativi e di sicurezza per le operazioni di laboratorio.
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