NOG マウスの多発性骨髄腫, 骨髄異種のマルチ モーダルな発光とポジトロニック放出断層レントゲン写真撮影/計算断層イメージング
2019年1月7日
ここで生物発光を用いて、x 線、および陽電子放出断層撮影/コンピューター断層撮影の画像どのように阻止 mTOR の活性を研究する異種移植モデルにおける骨髄にしみ込んで骨髄腫腫瘍に影響を与えます。骨髄にしみ込んで骨髄腫腫瘍生体内ターゲット療法の抗骨髄腫効果の生理学的、非侵襲的関連性とマルチ モーダル解析が可能になります。
この方法は、骨髄微小環境の役割と生着骨髄腫腫瘍の生存に関する重要な質問に答えるために使用することができます。この手順の主な利点は、縦方向抗薬物研究に適用することができ、非侵襲的な方法で複数の生化学的経路をアッセイするために使用できることです。実験当日、8226ルシファーゼトランスファクタル細胞を200 RCFの氷冷PBSで200 RCFで3回、1回の百分数で5分間洗浄し、新鮮な氷冷PBS中のペレットを1匹の氷冷PBS200マイクロリットル当たり200マイクロリットル当たり6細胞あたり5倍から6番目の細胞で再懸濁した。
次に、4〜6週齢のNOGマウスでつま先ピンチへの応答の欠如を確認し、動物の目に眼科軟膏を適用する。26ゲージ針を備えた1ミリリットルのインスリン注射器に細胞をロードする。動物の尾静脈に細胞の全容を注入し、マウスをケージに戻す前に、完全な回復まで監視する。
チャレンジ後10~20日、各生着動物に200マイクロリットルのインビボグレードD-ルシフェリン基質を無菌生理食塩水内腹腔内に注入する。麻酔動物を注射後5~10分以内に小さな動物イメージングシステムの中で、スピーニンの位置に置きます。対応するイメージングソフトウェア内の関心のある選択された領域の平均輝度を測定します。
8226ルシファーゼ腫瘍の標的治療のために、ちょうど実証したように、各動物のベースライン生物発光を測定した後、動物を治療群に無作為化し、テムシロリムスまたは生理食塩水の一連の200マイクロリットルIP注入で各マウスを治療する。ルシファーゼ活性を週に2回測定し、時間の経過に伴う生物発光の変化をプロットします。腫瘍代謝の変化を測定するために、最初にマウスのホームケージから24時間食べ物を取り除き、過剰な非特異的標識フルデオキシグルコース取り込みを避ける。
翌日、滅菌生理食塩水で18フッ素蛍光標識フルデオキシグルコースプローブの500〜100マイクロキュリーを1回のマウスあたり100マイクロリットルの最終体積に希釈し、用量較正装置でプローブの時間と活性を記録する。プローブが準備ができたら、最初の麻酔動物をヘッドを向けた加熱パッドに置き、26ゲージ針を装備したシールドされた1ミリリットルのインスリン注射器を使用して、プローブの100マイクロリットルを尾静脈に注入します。針と注射器の残留放射能を用量キャリブレーターで測定し、活性と時間をメモします。
次に、小動物PET CTイメージングシステムにおける生着腫瘍に対応する選択された関心領域における放射性標識フルデオキシグルコース活性を測定する。骨髄腫瘍の生着が成功した場合、実証したように生物発光イメージングによって確認できる。複数の動物の連続画像化は、骨髄が多発性骨髄腫腫瘍を生着した分布を可視化するために使用することができる。
さらに光学イメージングX線分析は、マウス骨格内の多発性骨髄腫腫瘍の正確な位置および分布の迅速かつ非侵襲的な決定を示す。これらの生着腫瘍細胞によって産生される生物発光は、腫瘍増殖の変化を評価するために逐次および非侵襲的に測定することができる。さらに、mTOR阻害剤であるテムシロリムスで治療したマウスの生存をモニタリングし、腫瘍標識フルデオキシグルコース取り込みのための陽電子放出およびコンピュータ断層撮影分析を使用して、グルコース代謝のテムシロリムス媒介性変化を実証することができる。
この手順を実行している間、細胞IEVを注入することが重要です。静脈に細胞を注入しないと、注射部位の近くに非骨髄が生着した腫瘍細胞が形成されることがわかりました。この手順に従って、免疫組織化学およびマイクロCTのような他の方法は、骨アーキテクチャおよび非腫瘍細胞および分子成分の骨髄環境に対する腫瘍の影響に関する質問に対処するために使用することができる。
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概要
本研究では、生物発光イメージング、X線イメージング、および陽電子放出断層撮影/コンピュータ断層撮影（PET/CT）を用いて、ゼノグラフトモデルにおける骨髄移植されたマイエローマ腫瘍に対するmTOR阻害の影響を調査します。このアプローチにより、生体内におけるマイエローマ腫瘍への治療効果を、非侵襲的なマルチモーダル解析で評価することが可能になります。
研究の主要構成要素
科学分野
- 腫瘍学
- 免疫学
- 生物医学イメージング
背景
- 骨髄微小環境は腫瘍の生存において極めて重要な役割を果たす。
- 骨髄腫腫瘍は、研究のために動物モデルに移植することが可能である。
- 縦断的研究には、非侵襲的なイメージング技術が不可欠である。
- mTORの役割を解明することで、より優れた治療戦略につながる可能性がある。
研究目的
- mTOR阻害が骨髄腫腫瘍に及ぼす影響を評価する。
- 骨髄が腫瘍の挙動に与える影響を探索する。
- 抗薬物研究のための縦断的な手法を開発する。
使用した手法
- 移植した骨髄腫細胞の生物発光イメージング。
- 解剖学的可視化のためのX線イメージング。
- 代謝評価のための陽電子放出断層撮影/コンピュータ断層撮影（PET/CT）。
- ルシフェラーゼ導入細胞のNOGマウスへの注入。
主な結果
- mTOR活性の抑制は、腫瘍の成長に有意な影響を及ぼした。
- 非侵襲的イメージングにより、腫瘍ダイナミクスの知見が得られた。
- 縦断的研究により、骨髄微小環境の役割が明らかになった。
- 本手法により、複数の生化学的経路の評価が可能となる。
結論
- mTOR阻害は、骨髄腫腫瘍の挙動を効果的に変化させることができる。
- 非侵襲的イメージングは、がん研究における強力なツールである。
- 治療上の意義を探求するために、さらなる研究が必要である。
よくある質問
産業界における重要性
このマルチモーダルイメージングアプローチにより、生理学的に適切な骨髄微小環境における腫瘍の成長と代謝の縦断的かつ非侵襲的な評価が可能となり、前臨床の骨髄腫モデルにおける重大な欠落が解消されます。バイオルミネッセンスとPET/CTの読み取りを組み合わせることで、本手法は腫瘍-間質相互作用を標的とする治療候補薬剤のメカニズム的なリスク低減を支援します。また、mTOR阻害を腫瘍のバイオルミネッセンスおよびグルコース代謝の経時的な測定可能な変化に結びつけることで、標的バリデーションにおける予測的な信頼性を提供します。
バイオ製薬R&Dにおける戦略的応用
初期発見およびターゲットバリデーション
- 科学的価値： ルシフェラーゼ発現骨髄腫細胞のin vivoにおける生存率を直接的な読み取り値として腫瘍バイルミネッセンスの変化を測定することにより、治療仮説を検証する。
- 実用的価値： 非侵襲的な連続イメージングを通じて機能的なターゲットバリデーションを可能にし、エンドポイントの組織学的検査への依存を軽減する。
- 予測的価値： mTOR阻害と腫瘍シグナルの持続的な減少を相関させることで、ターゲットへの結合およびパスウェイ調節を示し、ポートフォリオの優先順位付けを支援する。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- アッセイの準備状況： 移植腫瘍におけるベースラインのバイオルミネセンスおよび代謝フラックスを確立し、後続の化合物スクリーニングに使用可能な検証済みキセノグラフトモデルを準備します。
- 定量的な出力： PET/CTによる縦断的なバイオルミネセンスおよび標準取込値（SUV）の指標を生成し、用量反応およびタイムコース解析を可能にします。
- プラットフォームの再利用： 繰り返しの動物犠牲を行うことなく、治療サイクルを通じて複数の生化学的経路をスケーラブルに評価することをサポートします。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 疾患との関連性： 腫瘍の生存が、in vitroでは再現できないストローマ細胞との相互作用に依存するヒト多発性骨髄腫の骨髄ニッチをモデル化します。
- トランスレーショナルな連続性： 初期の標的変調（BLIによる）をダウンストリームの代謝効果（FDG-PETによる）に結びつけ、バイオマーカーに基づいたGo/No-go判断を支援します。
- リスク調整後の進展： 治療の影響を縦断的にモニタリングすることを可能にし、臨床的に関連のある微小環境において作用機序を確認することで、後期段階での失敗を低減します。
パイプラインおよびワークフローの統合
この手法は、標的バリデーションからリード最適化に至る創薬の連続的なプロセスに組み込まれ、疾患関連システムにおける薬理活性の直交的な検証を可能にします。
- 探索生物学：パスウェイ阻害剤に対する腫瘍負荷量および代謝活性を定量化することで仮説検証をサポートし、骨髄ニッチにおける標的依存性を明らかにします。
- スクリーニング：再現性のある生着と検出可能なシグナルを備えた、アッセイ可能なモデルを提供し、複数のタイムポイントにおける高精度な化合物評価を可能にします。
- 分析：腫瘍体積を測定する生物発光と代謝フラックスを測定するFDG-PETというデュアルモダリティのリードアウトを提供し、細胞静止的効果と細胞毒性的効果の分離を可能にします。
- トランスレーショナルリサーチ：初期の薬力学的変化を前臨床の有効性エンドポイントへと結びつけ、メカニズムからアウトカムまでの継続性をサポートします。
- 企業内での再利用：オンコロジーポートフォリオ全体でストロマ依存性標的を評価するための再利用可能なイメージングプラットフォームを確立し、モデル開発のROIを最大化します。
運用および企業への影響
- 科学的価値： 標的阻害と腫瘍増殖およびグルコース代謝の同時変化を相関させることで、メカニズム上の曖昧さを低減します。
- 運用の価値： 再現性のあるイメージングプロトコルを通じて縦断的なデータ収集を標準化し、個体間のばらつきを最小限に抑えます。
- 戦略的価値： 標的を介した腫瘍調節の定量的根拠を早期に提供することで、go/no-go判断を改善し、効果のない候補化合物への投資を削減します。
- ポートフォリオへの影響： 微小環境を正確に再現したモデルにおいて、持続的な標的結合を示す化合物のリスク調整後の優先順位付けを可能にします。
実施上の検討事項
- ゼノグラフトモデル、生物発光イメージング、および小動物PET/CTの操作と解析に関する専門知識が必要です。
- 生物発光およびPET/CTが可能なイメージングシステムへのアクセスに加え、放射性標識FDGおよびD-ルシフェリンを取り扱うためのインフラストラクチャが必要です。
- 関心領域（ROI）の選択と定量化の一貫性を確保するため、in vivo薬理学、イメージング、およびデータ解析グループ間でのチーム横断的な標準化が必要です。
- 細胞株や微小環境によって生着効率や信号の安定性が異なるため、他の腫瘍モデルへ展開する際は適応に関する検討が必要です。
- 実用上の制限として、上層組織による信号の減衰があることや、プロトコルに記載されている通り、非特異的な取り込みを最小限に抑えるためにFDG投与前の絶食が必要であることなどが挙げられます。
