$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Dit artikel beschrijft een gestroomlijnde methode voor het afbeelden van humane CD19+ B-cellen in een muismodel van MS met behulp van CD19-PET. Vanwege de heterogene presentatie van MS en de verschillende reacties op behandelingen, kan het beheer ervan in de kliniek een uitdaging zijn en zijn nieuwe benaderingen voor therapieselectie en monitoring hard nodig. PET-beeldvorming zou kunnen dienen als een krachtig hulpmiddel voor het monitoren van ziekteprogressie en individuele respons op B-celafbrekende therapie. Naast MS kan CD19-PET-beeldvorming worden gebruikt om B-celdepletie na behandeling te monitoren bij subtypes van lymfomen en leukemie of andere B-celgemedieerde ziekten. Dit protocol en representatieve gegevens tonen het nut aan van beeldvorming van B-cellen bij neurologische aandoeningen.
Om menselijke CD19+ B-cellen in de context van MS te bestuderen, kozen we voor het B-celafhankelijke MOG1-125 EAE-model 7. Net als andere EAE-modellen vertoont dit model symptomen van progressieve verlamming en infiltratie van immuuncellen in het CZS. Het MOG1-125-model is echter uniek omdat het een B-celgestuurd model is: muizen bevatten verschillende aantallen B-cellen in de subarachnoïdale ruimte in de hersenvliezen, hersenstam, parenchym en ventrikels. Deze lymfocyten kunnen dun verspreid zijn over deze regio's en/of follikelachtige structuren vormen, die ook worden waargenomen bij mensen met MS 8,9. Naast het gebruik van naïeve muizen als controles, kan een complete inductiekit met alleen adjuvans (CFA) van Freund worden gebruikt (d.w.z. een identieke inductie-emulsie als wat wordt gegeven aan EAE-muizen zonder het MOG-eiwit). In het EAE-muismodel is de bloed-hersenbarrière (BBB) disfunctioneel en kunnen grotere entiteiten, zoals antilichamen, passeren. De CD19-mAb radiotracer zal alleen binden en in het CZS blijven als er B-cellen aanwezig zijn; de tracer zal terug in de bloedpool circuleren als er geen B-cellen aanwezig zijn. We hebben dit aangetoond met behulp van gammatelling en ex vivo autoradiografie van CZS-weefsels door perfusie voordat de radioactiviteitsniveaus in de weefsels worden gemeten. We hebben dit ook aangetoond in eerdere publicaties over het gebruik van mAb-gebaseerde PET-radiotracers (d.w.z. immunoPET-beeldvormingsbenaderingen) voor het detecteren van B-cellen in het CZS 1,2.
De DOTA-chelator werd gebruikt omdat deze is gebruikt in klinische PET-beeldvorming met koper-64-gelabelde peptiden en antilichamen, en we streven ernaar de hCD19-mAb te vertalen voor klinische beeldvorming van MS-patiënten. DOTA heeft voldoende bindingsaffiniteit met koper-64 in vivo. De in vivo stabiliteit is erg belangrijk omdat vrij 64Cu naar de lever gaat en het signaal van gebonden radiotracer kan verdoezelen; Het is dus belangrijk om het signaal in de lever te meten om het relatieve signaal ten opzichte van andere organen te berekenen. Spieren worden meestal als controleweefsel beschouwd, maar in het geval van EAE kan er een ontsteking in de spieren aanwezig zijn. De halfwaardetijd van 64Cu is 12,7 uur, wat de DOTA-hCD19-mAb voldoende tijd geeft om zich aan zijn doel te binden en ervoor te zorgen dat het signaal door PET kan worden gemeten. Bij de bereiding van het conjugaat moeten kleinschalige (75-125 μg) testreacties worden uitgevoerd om de hoeveelheid DOTA te bepalen die aan mAb moet worden toegevoegd om de gewenste DOTA/mAb-verhouding te produceren (bijv. een reactie van 6-10-voudig overtollig DOTA-NHS-ester per mol mAb kan een conjugaat van 1-2 DOTA/mAb opleveren). De reactietijd en temperatuur (bijv. 2-4 uur of 's nachts bij 4 °C of kamertemperatuur) hebben ook invloed op de DOTA/mAb-verhouding en moeten worden geoptimaliseerd. Een titratie met niet-radioactief koper kan worden uitgevoerd om het aantal DOTA's per mAb te berekenen; we raden echter aan om MALDI-MS en/of LC-MS uit te voeren voor betrouwbaardere en nauwkeurigere resultaten.
De berekende DOTA/mAb-verhouding is een gemiddelde waarde voor een bepaald monster en er wordt enige variatie verwacht. Voor MALDI worden meerdere shots per monster genomen voor de geconjugeerde en ongeconjugeerde mAbs. Vervolgens berekenen we de verhouding tussen geconjugeerd en ongeconjugeerd om het gemiddelde aantal DOTA/mAb te bepalen. De DOTA/mAb-verhouding is belangrijk omdat te veel chelatoren de binding van antilichamen zullen verstoren en te weinig zal leiden tot inconsistente radiolabeling en een laag signaal. De verhouding tussen batches geconjugeerde batches moet zeer dicht bij elkaar liggen om een consistente signaalintensiteit en bindingskinetiek te behouden; Idealiter zou dezelfde partij conjugaat moeten worden gebruikt voor alle experimenten binnen een bepaald onderzoek. Een veelbelovende techniek om mogelijke effecten op de immunoreactiviteit als gevolg van mogelijke overconjugatie te verminderen, is het gebruik van plaatsspecifieke conjugatie10 waarbij de chelatorconjugatie plaatsselectief is op de zware ketenglycanen van het antilichaam, waardoor de toevoeging van 1 chelator per mAb wordt gegarandeerd.
De reactieomstandigheden voor radioactief labelen moeten worden geoptimaliseerd om de hoogste labelefficiëntie en -opbrengst te garanderen, aangezien verschillen in onder andere antilichaam, DOTA/mAb-ratio en 64Cu-molaire activiteit van invloed zijn op radiolabeling. Door gebruik te maken van de optimale 64Cu tot mAb geconjugeerde verhouding kan de radiotracer zonder zuivering worden gebruikt, waardoor de tijd die nodig is voor radiolabeling en verlies als gevolg van de zwaartekrachtstroomkolom en radioactief verval wordt verkort. Een consistente en betrouwbare molaire activiteit kan ook worden bereikt wanneer dezelfde 64Cu tot mAb-geconjugeerde verhouding wordt gebruikt, wat vooral belangrijk is bij het vergelijken van resultaten tussen meerdere cohorten muizen of beeldvormende onderzoeken. De ITLC-voorwaarden kunnen ook worden aangepast aan elke gebruiker. Indien zuivering noodzakelijk is, moet een aliquot worden opgeslagen voor HPLC- en/of UV/Vis-spectrofotometrie, zodat de molaire activiteit kan worden berekend.
Het is belangrijk op te merken dat het gebruik van radioactief gelabelde antilichamen voor beeldvorming een uitdaging kan zijn. Het is van essentieel belang dat het antilichaam dat voor de radiotracer wordt gebruikt, biologisch inert is om geen fysiologisch effect te hebben. Bovendien, aangezien antilichamen een lange bloedresidentie hebben, moet men lang genoeg wachten op circulatie, binding en klaring van een bepaalde mAb om een geschikt signaal-naar-achtergrond te garanderen zonder afbreuk te doen aan de beeldkwaliteit. Doorgaans is 20-48 uur wachten op een 64 Cu-gelabelde mAb voldoende, maar men moet 2, 4, 6, 12, 24, 48 uur na injectie beelden maken bij het beoordelen van een nieuwe mAb PET-tracer om het beste tijdstip voor beeldvorming in een bepaald knaagdiermodel te bepalen. Hetzelfde geldt voor het verkrijgen van ARG-afbeeldingen met de hoogste signaal-achtergrondverhouding. De representatieve beelden in dit protocol zijn 18-20 uur na injectie genomen, hoewel andere tijdstippen kunnen worden gebruikt, afhankelijk van de gebruikte radio-isotoop. Verschillende antilichamen die binden aan verschillende epitopen van CD19 zullen verschillende resultaten opleveren en moeten rigoureus worden gekarakteriseerd.
Bij het analyseren van het ruggenmergsignaal is het belangrijk om muizen op hun rug in het scanbed te plaatsen om beweging veroorzaakt door ademhaling te verminderen. Bovendien kan plaatsing op de rug helpen de wervelkolom recht te trekken bij muizen met een verhoogde kromming van de wervelkolom als gevolg van de progressie van EAE-ziekte. Een ander belangrijk aspect waarmee rekening moet worden gehouden bij het detecteren van signalen in de wervelkolom en het ruggenmerg, is het vermijden van het injecteren van MOG1-125 op de flank, aangezien de injectieplaatsen de tracer kunnen binden vanwege de bijbehorende immuunrespons in die gebieden. De nabijheid van de injectieplaats kan de analyse van het ruggenmerg verstoren; Injecties in de borst hebben dus de voorkeur voor de toepassing die hierin wordt beschreven.
De gebruikte beeldanalysetechnieken zijn specifiek voor beeldvorming van het CZS. Een hersenatlastool binnen de beeldanalysesoftware levert reproduceerbare en betrouwbare resultaten op, zolang de registratie van PET en CT nauwkeurig is. Door de semi-geautomatiseerde 3D-hersenatlas te gebruiken en aan te passen aan de schedel van elke muis, kunnen consistente ROI's tussen dieren worden behaald. Aangezien er momenteel geen geautomatiseerde of semi-geautomatiseerde aanpak is voor het analyseren van het signaal in het ruggenmerg, moeten handmatige ROI's worden opgesteld. Met name bij het kwantificeren van CD19+ B-cellen (of elk celtype dat aanwezig is in zowel het beenmerg als het ruggenmerg), is het van cruciaal belang om het signaal dat afkomstig is van de wervelkolom en het beenmerg zoveel mogelijk te elimineren. De reden hiervoor is dat van naïeve muizen bekend is dat ze meer CD19+ B-cellen in hun beenmerg bevatten dan EAE-muizen, waarbij B-cellen de periferie verlaten om het CZS 5,11 te infiltreren. Dit beenmergsignaal kan het ware signaal in het ruggenmerg verdoezelen.
Om het echte ruggenmergsignaal af te bakenen en tegelijkertijd de bijdrage van het signaal van de wervelkolom en het beenmerg te minimaliseren, kan Otsu-drempel van het CT-beeld worden gebruikt om een onveranderlijke ROI voor de wervelkolom te maken. Een aparte ROI van het ruggenmerg kan dan gemakkelijk binnen de wervelkolom worden getrokken. Dezelfde techniek kan ook worden toegepast om het beenmerg in het dijbeen te meten. Dit is een zeer nuttige methode om inzicht te krijgen in de tracerbinding in het ruggenmerg. Vanwege de relatief lage ruimtelijke resolutie van PET en problemen met betrekking tot het gedeeltelijke volume-effect bij het scannen van kleine anatomische gebieden van muizen, maakt het gebruik van aanvullende ex vivo bevestigingstechnieken (bijv. gammatelling, ARG) de validatie van radiotracerbinding in het ruggenmerg mogelijk zonder de aanwezigheid van bloed, hersenvocht of spillover-signaal van de wervelkolom.
Het signaal in het cervicale/thoracale ruggenmerg heeft de neiging om te variëren in de EAE-muizen, afhankelijk van de ernst van de ziekte en het aantal B-cellen dat infiltreert tijdens de adaptieve immuunrespons. Deze variatie in het aantal B-cellen dat infiltreert, evenals de kleine hoeveelheid B-cellen in het CZS in vergelijking met die in het bekken/ruggenmergmerg van naïeve muizen, kan in vivo kwantificering van ruggenmergweefsel bij muizen een uitdaging maken. Gezien de ruimtelijke resolutie van PET in beeldvorming van kleine dieren, kan het signaal van het beenmerg overlopen op het ruggenmergsignaal. Ex vivo biodistributie en autoradiografie die hier zijn voltooid, helpen bij het valideren van het PET-signaal van de wervels versus ruggenmergweefsel. Muizen worden voorafgaand aan dissectie geperfundeerd om eventuele ongebonden tracers in de bloedpool te verwijderen, zodat de resultaten van gammatelling en autoradiografie de tracer weerspiegelen die daadwerkelijk in elk orgaan is gebonden in plaats van de tracer die zich in de bloedpool in dat orgaan bevindt.
Radiotracers circuleren door het bloed, en met name bij antilichaamtracers is er vaak ongebonden radiotracer in het bloed aanwezig gedurende weken na de eerste injectie. Aangezien we de hersenen en het ruggenmerg in beeld brengen, die veel bloedvaten hebben, is het belangrijk om te begrijpen welk deel van het signaal echt te wijten is aan tracerbinding in de hersenen/weefsel van belang versus dat in de bloedpool. Het is dus noodzakelijk om het hersensignaal te delen door het signaal in de hart/bloedpool. In de klinische setting kunnen dezelfde beeldanalysetechnieken van Otsu-drempel van wervels en ROI's van ruggenmergweefsels worden gebruikt voor kwantificering. Gezien de grotere weefselvolumes bij mensen in vergelijking met muizen, zou er aanzienlijk minder impact moeten zijn van gedeeltelijke volume-effecten, wat leidt tot een verbeterde nauwkeurigheid en de noodzaak van ex-vivotechnieken om in-vivobevindingen te bevestigen, teniet doet. Het gebruik van PET in de kliniek stelt clinici in staat om de therapie voor elke patiënt te personaliseren, afhankelijk van hun individuele B-celbelasting.
ARG is met name nuttig voor het verkrijgen van beelden met een hoge resolutie om een nauwkeurigere afbakening mogelijk te maken van de ruimtelijke locatie van tracerbinding in kleine regio's zoals hersenstam en cerebellum. Dezelfde secties en/of aangrenzende secties kunnen worden opgeslagen voor immunohistochemische kleuringen om de aanwezigheid van B-cellen te bevestigen. We hebben eerder CZS-weefsels gekleurd met CD45R/B220 (aanvullende figuur S1) om het aantal B-cellen te correleren met PET- en ARG-signaal 5,9. De kleuring kan vervolgens ruimtelijk worden vergeleken met de ARG-resultaten om te verifiëren dat het radiotracersignaal overeenkomt met het kleuringspatroon. B-cellen kunnen aanwezig zijn in clusters of diffuus door de hersenstam; De PET-gevoeligheid is voldoende hoog om het signaal te meten, wat bemoedigend is voor klinische vertaling. Voor ARG van het ruggenmerg zorgt het verwijderen van het ruggenmerg van de wervels ervoor dat het gemeten signaal het gevolg is van tracerbinding in het ruggenmergweefsel in plaats van het beenmerg en/of bloed, wat PET-beelden kan verdoezelen als gevolg van gedeeltelijke volume-effecten.
Net als ARG maakt ex vivo gammatelling het mogelijk om radioactieve signalen in individuele organen te kwantificeren. Voor deze specifieke techniek is het belangrijk om het natte gewicht van weefsels te meten en ervoor te zorgen dat ze zich op de bodem van hun respectievelijke buizen bevinden voordat de buizen in de gammateller worden geplaatst. De buisjes moeten worden gelabeld met het muisnummer en weefsel, zodat het juiste buisje wordt gebruikt; De buis wordt vervolgens gewogen op een gekalibreerde balans en organen worden ingebracht tot op een tiende van een microgram (0,0001 mg). Sommige weefsels zijn extreem klein en het verschil in de buismassa ervoor en erna zal in de orde van grootte van 0,0001 mg liggen. De weefsels moeten onmiddellijk na dissectie worden gewogen om vochtverlies te voorkomen, wat resulteert in een lagere massa. Na het wegen moeten de hersenen en de ruggenmergbuizen worden gevuld met PBS om te voorkomen dat ze uitdrogen voordat deze weefsels worden ingevroren voor ARG.