Name: マウスにおけるクラウドベース自動画像解析のための体適合動物型を用いた前臨床陽電子放出断層撮影法 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-10-25T14:50:00.000+00:00
Duration: 7 min 45 s
Description: 学ぶマウス前臨床PETイメージング法。体適合動物型を用いてG8 PET/CTスキャナーで一貫したポジショニングを実現し、クラウドベース自動画像解析でデータ処理の効率と再現性を向上させる方法を解説する。

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<meta charset="utf8"></head><body>BCAMおよびSaaSツールを用いたマウスのPETイメージングと生体内分布解析

<ol><li>Huang, R., Wang, M., Zhu, Y., S Conti, P., Chen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+pet+probes+for+cancer+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Top+Med+Chem%22%5BJournal%5D)">Development of pet probes for cancer imaging.</a> Curr Top Med Chem. 15 (8), 795-819 (2015).</li>
<li>Schwenck, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+pet+imaging+of+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Cancer%22%5BJournal%5D)">Advances in pet imaging of cancer.</a> Nat Rev Cancer. 23 (7), 474-490 (2023).</li>
<li>Matthews, P. M., Rabiner, E. A., Passchier, J., Gunn, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Positron+emission+tomography+molecular+imaging+for+drug+development%5BTitle%5D)+AND+%22Br+J+Clin+Pharmacol%22%5BJournal%5D)">Positron emission tomography molecular imaging for drug development.</a> Br J Clin Pharmacol. 73 (2), 175-186 (2012).</li>
<li>Tavaré, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+effective+immuno-pet+imaging+method+to+monitor+CD8-dependent+responses+to+immunotherapy%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer+Res%22%5BJournal%5D)">An effective immuno-pet imaging method to monitor CD8-dependent responses to immunotherapy.</a> Cancer Res. 76 (1), 73-82 (2016).</li>
<li>Maresca, K. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preclinical+evaluation+of+89ZR-DF-IAB22M2C+PET+as+an+imaging+biomarker+for+the+development+of+the+gucy2c-cd3+bispecific+pf-07062119+as+a+t-cell+engaging+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Imaging+Biol%22%5BJournal%5D)">Preclinical evaluation of 89ZR-DF-IAB22M2C PET as an imaging biomarker for the development of the gucy2c-cd3 bispecific pf-07062119 as a t-cell engaging therapy.</a> Mol Imaging Biol. 23 (6), 941-951 (2021).</li>
<li>Nisnboym, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Immuno-pet+imaging+of+cd69+visualizes+t-cell+activation+and+predicts+survival+following+immunotherapy+in+murine+glioblastoma%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer+Res+Commun%22%5BJournal%5D)">Immuno-pet imaging of cd69 visualizes t-cell activation and predicts survival following immunotherapy in murine glioblastoma.</a> Cancer Res Commun. 3 (7), 1173-1188 (2023).</li>
<li>Lee, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficacy+and+imaging-enabled+pharmacodynamic+profiling+of+Kras+g12c+inhibitors+in+xenograft+and+genetically+engineered+mouse+models+of+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Cancer+Ther%22%5BJournal%5D)">Efficacy and imaging-enabled pharmacodynamic profiling of Kras g12c inhibitors in xenograft and genetically engineered mouse models of cancer.</a> Mol Cancer Ther. 22 (7), 891-900 (2023).</li>
<li>Bollineni, V., Kramer, G., Jansma, E. P., Liu, Y., Oyen, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+systematic+review+on+%5B18f%5D+flt-pet+uptake+as+a+measure+of+treatment+response+in+cancer+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Cancer%22%5BJournal%5D)">A systematic review on [18f] flt-pet uptake as a measure of treatment response in cancer patients.</a> Eur J Cancer. 55, 81-97 (2016).</li>
<li>Everitt, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+cellular+proliferation+during+chemo-radiotherapy%3A+A+pilot+study+of+serial+18f-flt+positron+emission+tomography%2Fcomputed+tomography+imaging+for+non-non-small-cell+lung+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Radiat+Oncol+Biol+Phys%22%5BJournal%5D)">Imaging cellular proliferation during chemo-radiotherapy: A pilot study of serial 18f-flt positron emission tomography/computed tomography imaging for non-non-small-cell lung cancer.</a> Int J Radiat Oncol Biol Phys. 75 (4), 1098-1104 (2009).</li>
<li>Rashidian, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Predicting+the+response+to+CTLA-4+blockade+by+longitudinal+non-invasive+monitoring+of+cd8+t+cells%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Med%22%5BJournal%5D)">Predicting the response to CTLA-4 blockade by longitudinal non-invasive monitoring of cd8 t cells.</a> J Exp Med. 214 (8), 2243-2255 (2017).</li>
<li>Klose, A. D., Paragas, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+quantification+of+bioluminescence+images%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Automated quantification of bioluminescence images.</a> Nat Commun. 9 (1), 4262(2018).</li>
<li>Gu, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+Evaluation+of+G8%2C+a+high-sensitivity+benchtop+preclinical+PET%2FCT+Tomograph%5BTitle%5D)+AND+%22J+Nucl+Med%22%5BJournal%5D)">Performance Evaluation of G8, a high-sensitivity benchtop preclinical PET/CT Tomograph.</a> J Nucl Med. 60 (1), 142-149 (2019).</li>
<li>Bongratz, F., Rickmann, A. -M., Wachinger, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Abdominal+organ+segmentation+via+deep+diffeomorphic+mesh+deformations%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Abdominal organ segmentation via deep diffeomorphic mesh deformations.</a> Sci Rep. 13 (1), 18270(2023).</li>
<li>Wang, H., Stout, D. B., Chatziioannou, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mouse+atlas+registration+with+non-tomographic+imaging+modalities-a+pilot+study+based+on+simulation%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Imaging+Biol%22%5BJournal%5D)">Mouse atlas registration with non-tomographic imaging modalities-a pilot study based on simulation.</a> Mol Imaging Biol. 14, 408-419 (2012).</li>
<li>Montgomery, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mouse+lung+automated+segmentation+tool+for+quantifying+lung+tumors+after+micro-computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Mouse lung automated segmentation tool for quantifying lung tumors after micro-computed tomography.</a> PLoS One. 16 (6), e0252950(2021).</li>
<li>Montgomery, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applying+deep+learning+to+segmentation+of+murine+lung+tumors+in+preclinical+micro-computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Transl.+Oncol%22%5BJournal%5D)">Applying deep learning to segmentation of murine lung tumors in preclinical micro-computed tomography.</a> Transl. Oncol. 40, 101833(2024).</li>
<li>Van Sluis, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Manual+versus+artificial+intelligence-based+segmentation+as+a+pre-processing+step+in+whole-body+pet+dosimetry+calculations%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Imaging+Biol%22%5BJournal%5D)">Manual versus artificial intelligence-based segmentation as a pre-processing step in whole-body pet dosimetry calculations.</a> Mol Imaging Biol. 25 (2), 435-441 (2023).</li>
<li>Nazari, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+and+robust+organ+segmentation+for+3D-based+internal+dose+calculation%5BTitle%5D)+AND+%22EJNMMI+Res%22%5BJournal%5D)">Automated and robust organ segmentation for 3D-based internal dose calculation.</a> EJNMMI Res. 11, 1-13 (2021).</li>
<li>Goel, S., England, C. G., Chen, F., Cai, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Positron+emission+tomography+and+nanotechnology%3A+A+dynamic+duo+for+cancer+theranostics%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Drug+Deliv+Rev%22%5BJournal%5D)">Positron emission tomography and nanotechnology: A dynamic duo for cancer theranostics.</a> Adv Drug Deliv Rev. 113, 157-176 (2017).</li>
<li>Campbell, D. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preclinical+evaluation+of+an+anti-nectin-4+immunopet+reagent+in+tumor-bearing+mice+and+biodistribution+studies+in+cynomolgus+monkeys%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Imaging+Biol%22%5BJournal%5D)">Preclinical evaluation of an anti-nectin-4 immunopet reagent in tumor-bearing mice and biodistribution studies in cynomolgus monkeys.</a> Mol Imaging Biol. 18, 768-775 (2016).</li>
<li>Bednarz, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Murine-specific+internal+dosimetry+for+preclinical+investigations+of+imaging+and+therapeutic+agents%5BTitle%5D)+AND+%22Health+Phys%22%5BJournal%5D)">Murine-specific internal dosimetry for preclinical investigations of imaging and therapeutic agents.</a> Health Phys. 114 (4), 450-459 (2018).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>[18F]FDG</td><td>PETNet Solutions, Culver City, CA</td><td>NA</td><td>PETイメージングに使用される放射性トレーサー</td></tr><tr><td>27 G針&nbsp;</td><td>Becton, Dickinson and Company, San Diego, CA</td><td>305136</td><td>細胞注射に使用&nbsp;</td></tr><tr><td>app.invivo.ax/login</td><td>Invivo Analytics、ワシントン州シアトル</td><td>NA</td><td>Software as a Service ウェブページ</td></tr><tr><td>Body Conforming Animal Molds</td><td>Invivo Analytics、シアトル、ワシントン</td><td>州 NA</td><td>重量範囲 18 - 26 g</td></tr><tr><td>用量キャリブレーター;CRC-55tw</td><td>Capintec、フローラムパーク、ニュージャージー州</td><td>CRC-55tw</td><td>放射性線量の測定</td></tr><tr><td>G8 PET/CTスキャナー</td><td>Sofie Biosciences/Xodus Imaging、カリフォルニア州トーレンス</td><td>NA</td><td>ローディングドック付きベンチトップスキャナー</td></tr><tr><td>G8-ドッキングステーション</td><td>Sofie Biosciences/Xodus Imaging、カリフォルニア州トーレンス</td><td>NA</td><td>ステージング用ドッキングステーション</td></tr><tr><td>移植型テンプレート</td><td>Invivo Analytics、ワシントン州シアトル</td><td>NA</td><td>最適な腫瘍移植のためのテンプレート</td></tr><tr><td>潤滑剤眼軟膏</td><td>BAUSCH&;ロンブ、オンタリオ州、カナダ</td><td></td><td>マウス用夜間の眼用潤滑油</td></tr><tr><td>修正されたG8シャトル</td><td>Invivo Analytics、シアトル、ワシントン</td>州 <td></td><td>NA BCAM宿泊施設用シャトル</td></tr><tr><td>マウス麻酔誘導ボックス</td><td>Patterson Scientific、ウォーキシャ、ウィスコンシン</td>州 <td>78933388</td>マウスの麻酔に<td>使用</td></tr><tr><td>PRE-Clip</td><td>Invivo Analytics、シアトル、WA</td><td>NA</td><td>麻酔接続</td></tr><tr><td>用BCAMアダプタープレミアスライドウォー</td><td>マーLabScientific、Danvers、MA</td><td>XH-2001</td><td>尾静脈の拡張と麻酔導入に使用される調整可能な温度ウォーマー</td></tr><tr><td>シリンジ(1 mL)</td><td>Becton, Dickinson and Company, San Diego, CA</td><td>309659</td><td>細胞注射に使用&nbsp;</td></tr><tr><td>尾静脈注入プラットフォーム&nbsp;</td><td>Braintree Scientific, Pembroke, MA</td><td>IL-300</td><td>Restrainer used for invenous injections.&nbsp;</td></tr><tr><td>Vivoqauntソフトウェア&nbsp;</td><td>Invicro、Needham、MA</td><td>NA</td><td>手動セグメンテーションに使用されるソフトウェア</td></tr></tbody></table>

マウスにおけるクラウドベース自動画像解析のための体適合動物型を用いた前臨床陽電子放出断層撮影法

Preclinical Positron Emission Tomography with Body Conforming Animal Molds for Cloud-Based Automated Image Analysis in Mice

アップロードされたPETデータは、冠状、矢状、および横方向の画像のパネルとしてSaaS Webサイトで表示でき、OPMによって指示された選択した臓器ROIと重ね合わせられます(図3A)。ソフトウェアは個々の画像をロードできるだけでなく、グループまたは研究全体の複数のマウスを一度に1つの折りたたまれた画像として表示できます。この解析ウィンドウ内には、ROIの色、スケールバーの強度、およびその他の一般的なパラメーターをカスタマイズするオプションがあります。理想的な分析指標が選択されると、SaaSは選択した臓器のダウンロード可能な生体内分布棒グラフを生成します(図3B)。
OPMベースのSaaSプラットフォームのパフォーマンスを評価するために、自動分析の結果と経験豊富なイメージングアナリストが導き出した結果をゴールドスタンダードとして比較しました。適合線形回帰は、脳、心臓、腎臓(右)、および脾臓からの[18F]FDG取り込み値に対して実行されました。注目すべきは、このプラットフォームでは、骨格、脳、膀胱、心臓、腎臓(左右)、肝臓、脾臓、肺、大腿四頭筋(右と左)など、ユーザーが選択できる臓器の包括的なリストを提供していることです。上記の4つの臓器は、説明のみを目的としてこの研究で選択されました。さらに、移植された腫瘍のサイズ、形状、深さ/位置が異なるため、腫瘍は OPM の臓器として含まれていないため、この比較分析から除外されます。 図4に示すように、自動解析と手動解析では全体的に一貫した結果が得られ、脳の相関が最も高い(r2 = 0.8466)ことが示されました。これは、臓器のサイズが大きく、頭蓋骨内の脳の位置が非常に一定であるために予想されます。右腎臓と心臓も、それぞれ0.6874と0.4849の妥当なr2 値を示しました。対照的に、脾臓の相関分析では、r2 値は0.3922で、これは試験した臓器の中で最も低い値でした。脾臓は膵臓と脂肪組織にネストされており、明確な形態を欠いており、CTで同じ軟部組織密度を推定しているため、これは驚くべきことではありません。したがって、脾臓を手動でセグメンテーションすることは困難であり、OPMはこの臓器を区切るためのより正確な手段を提示する可能性があります(つまり、ゴールドスタンダードを上回っています)。これらの相関分析の傾きとY切片も 図4に示されています。r2 の値と一致するように、脳の傾きは1に最も近い(つまり、OPMと手動の結果との完全な相関関係)と最小のY切片(つまり、最小の全身バイアス)を持っていましたが、他の臓器は完全な相関から大きく変動する偏差を示しました。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67370/67370fig01.jpg"> 
図1:BCAMおよびテンプレートガイド下腫瘍移植 (A) プレクリップ(1)は、BCAM型(2)の底部に麻酔ライン(3)を接続して取り付けます。これが腫瘍の移植基盤として機能します。(B)標的インプラント部位(この場合は右肩)を剃ったマウスを、細胞注入前に麻酔下でベースに載置する。(C)腫瘍細胞接種の配置をガイドするための事前定義されたカットアウトを備えた腫瘍移植テンプレート(4)。(D)マウスの背側にテンプレート型を配置して、細胞注入前に一時的な参照マークを作成します。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67370/67370fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67370/67370fig02.jpg"> 
図2:BCAMでのマウスの配置。 (A)上面図 - 適切なサイズのBCAM(5)にマウスをぴったりと置きます。(B)側面図-テープを使用して、後足をプラットフォーム(6)に固定します。テールは、マウスの真下にあるテールプラットフォーム(7)にテープで固定されています。(c)マウスは、BCAMにおいて、イメージングシャトル(8)に挿入される。(D)マウス、BCAM、およびシャトルは、麻酔駆動ドッキングステーション(9)に接続されています。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67370/67370fig02large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67370/67370fig03.jpg"> 
図3:SaaSツールで表示および分析された代表的な画像とデータ出力 。(A) SaaSウェブサイトに掲載されている代表的な画像です。PET/CT画像の冠状、矢状、および横方向のビューと、臓器確率マップ(OPM)から選択した臓器ROIを重ね合わせた画像。ピンク:脳;赤:ハート;ダークブルー:肺;サーモン:肝臓;オレンジ:腎臓(右)。腫瘍はOPMによって定義されていません。(B)自動分析から生成された代表的なダウンロード可能なグラフ。選択した臓器のリストは、左上のパネルで確認できます。ここでのデータは %ID/mL で報告されます。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67370/67370fig03large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67370/67370fig04.jpg"> 
図4:手動分析とOPMベースの自動化ワークフローによって導き出された臓器[18F]FDG取り込み値を比較する線形回帰分析。 雌のC57BL/6マウスのPET/CTスキャンを10回使用した。r2 値、95% 信頼線、傾き、および Y 切片が、指定された各臓器のグラフに表示されます。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67370/67370fig04large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>

Positron Emission Tomography (PET) is a molecular imaging modality that can be used to investigate a multitude of pharmacological questions, such as ...

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