Niet-invasieve In Vivo Fluorescentie Optische Imaging van Inflammatorische MMP Activiteit Met behulp van een Activateerbare Fluorescerende Imaging Agent
May 8th, 2017
In dit artikel wordt de toepassing van fluorescerende beeldvorming beschreven met behulp van een activeerbare optische beeldsensor om de in vivo activiteit van belangrijke matrixmetalloproteinasen te visualiseren in twee verschillende experimentele modellen van ontsteking.
Het algemene doel van deze procedure is om optische beeldvorming te gebruiken om een activeerbare sonde te visualiseren voor het beoordelen van de in vivo-activiteit van belangrijke matrix metalloproteïnen, of MMP's, in experimentele modellen van ontsteking. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen over de onderliggende biologische mechanismen bij ontstekingsziekten. De belangrijkste voordelen van deze techniek zijn dat deze snel, goedkoop en gemakkelijk te leren is.
Bovendien is er een grote verscheidenheid aan sondes beschikbaar om verschillende biologische processen te targeten. Voor de inductie van reumatoïde artritis, gebruik eerst een micrometer om alle enkeldiameters van elk dier te meten. Til vervolgens de eerste muis voorzichtig op aan de staart en injecteer intraperitoneaal 200 microliter verdund KBN muis serum dat antilichamen bevat tegen glucose zes fosfaat isomerase of GPI.
Plaats vervolgens het dier terug in zijn kooi en meet dagelijks het enkelzwelling tot dag zes. Voor contactovergevoeligheidssensibilisatie, gebruik een kleine dierenhaartrimmer om voorzichtig een gebied van twee bij twee centimeter op de buik van een geanesthetiseerde muis te scheren en gebruik een pipet van 100 microliter om 80 microliter vers bereide 5%TNCB-oplossing aan te brengen op de blootgestelde huid. Het is erg belangrijk om de huid op geen enkele manier te verwonden tijdens de procedure, omdat dit kan leiden tot onspecifieke fluorescerende signalen binnen het dier en de resultaten van het onderzoek kan beïnvloeden.
Plaats het dier voorzichtig terug in zijn kooi, vermijd lage lichaamstemperaturen tijdens de herstelfase. Zes dagen later, gebruik een pipet om 20 microliter 1%TNCB-oplossing aan te brengen op beide zijden van de rechteroor, gevolgd door de toepassing van 100 microliter 1%TNCB om de tweede dag gedurende maximaal 10 dagen en dagelijkse meting van de oordikte. Om de in vivo MMP-activiteit te meten, roer eerst voorzichtig de activeerbare optische beeldvormingskleurstof en laad een insulinesyringe van 0,5 milliliter met twee nanomolair van de kleurstof per muis.
Bereid vervolgens een andere spuit voor met een naald van 30 gauge die is bevestigd aan een polyethyleenkatheter en plaats de staart van de eerste muis in warm water. Wanneer de aderen zijn uitgebreid, steek de katheter met de gesneden rand van de naald in een hoek van 20 graden aan de distale zijde van de staart in een uitgebreide staartader en suspendeer de spuit opnieuw om de juiste plaatsing van de katheter te testen. Als de katheter correct is gepositioneerd, vervang de spuit en injecteer twee nanomolair van de sonde.
Vervolgens vervangt u de optische beeldvormingssonde-spuiten door een spuit met 0,9% zoutoplossing en injecteert u 25 microliter zoutoplossing in de staartader om het dode volume van de polyethyleenbuis volledig te legen. Stel vervolgens de beeldvormingsscannerbox van de optische beeldvormingsscanner in op 37 graden Celsius en plaats maximaal vijf muizen in de scannerbox in het midden van het gezichtsveld. 24 uur na de injectie, open de beeldvormingssoftware en initialiseer het systeem, waardoor de CCD-camera kan afkoelen tot de werktemperatuur.
Wanneer het systeem klaar is, stel de juiste golflengten en beeldvormingsparameters in volgens de fluorescentie van de beeldvormingssonde. Het acquisitiecontrolepaneel van het in vivo-beeldvormingssysteem verschijnt. Klik vervolgens op sequence verwerven om de meting te starten.
Om de verworven beelden op te slaan, selecteert u de gewenste opslaglocatie. Bovendien kan in het venster beeldlabels bewerken meer informatie worden toegevoegd. Hier is onze duidelijk verbeterde fluorescerende signaal waarneembaar in de voorpoten en enkels van reumatoïde artritis muizen op dag zes na ziekte-inductie, vergeleken met het minimale signaal dat in controledieren werd waargenomen.
Bio-distributieanalyse van de MMP-activiteit in de organen van de experimentele en controledieren toont een sterk verbeterd signaal in de enkels en voorpoten uitsluitend in de gewrichten van de reumatoïde artritis muizen. Interessant is dat een verhoogd MMP-signaal ook werd waargenomen in beide nieren van de reumatoïde artritis muizen, terwijl de lever en darmen een robuust MMP-signaal vertonen, ongeacht hun reumatoïde artritis-status. Tijdens een chronische contactovergevoeligheidsreactie geïnduceerd door vijf TNCB-uitdagingen aan het rechteroor, wordt een sterk verhoogde MMP-activiteit getoond in het rechter ontstoken oor in vergelijking met het linker, gezonde controleoor.
Semi-kwantitatieve analyse van de signaalintensiteit van artritiske en gezonde enkels of poten toont een zevenvoudig verhoogde MMP-signaalintensiteit in de artritiske enkels met een drievoudig hogere MMP-signaalintensiteit gedetecteerd in de voorpoten vergeleken met die van de gezonde dieren. Acute en chronische contactovergevoeligheidsreactie-oren vertonen ook een significant verhoogd MMP-signaal, zelfs na slechts één uitdaging dat verhoogd blijft tot de vijfde uitdaging. Deze methode kan gemakkelijk worden geïmplementeerd in verschillende experimentele diermodellen en maakt een langetermijnopvolging mogelijk van de onderliggende biologische processen en therapieën in vivo.
Wanneer u deze procedure probeert, is het belangrijk om te onthouden dat elke optische beeldvormingssonde een andere injectieprocedure en opnametijd heeft. Daarom moeten longitudinale studies worden voltooid voor elke nieuwe fluorescerende kleurstof en optische beeldvormingssonde. Eenmaal onder de knie, kan deze techniek worden uitgevoerd bij maximaal vijf dieren in minder dan 10 minuten als deze correct wordt uitgevoerd.
Deze methode kan inzicht bieden in de in vivo-mechanismen van ontsteking, maar kan ook worden toegepast om andere ziekten zoals kanker of neurodegeneratie te onderzoeken. Na het bekijken van deze video, zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u in vivo optische beeldvorming kunt gebruiken met een activeerbare beeldvormingssonde in modellen van inflammatoire ziekten.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Dit document legt de toepassing uit van fluorescente beeldvorming met behulp van een activeerbare optische beeldvormingssonde om de in vivo-activiteit van belangrijke matrix metalloproteïnasen in twee verschillende experimentele modellen van ontsteking te visualiseren. Deze methode kan helpen om belangrijke vragen te beantwoorden over onderliggende biologische mechanismen in ontstekingsziekten.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Biologie
- Beeldvormingstechnieken
Achtergrond
- Matrix metalloproteïnasen (MMP's) spelen een cruciale rol bij ontstekingen.
- Inzicht in MMP-activiteit kan inzicht geven in ontstekingsziekten.
- Fluorescente beeldvormingstechnieken zijn waardevol voor real-time observatie.
- Activeerbare sondes verhogen de specificiteit van beeldvorming in biologische systemen.
Doel van de studie
- Om de in vivo-activiteit van MMP's in ontstekingsmodellen te visualiseren.
- Om de effectiviteit van optische beeldvormingstechnieken te beoordelen.
- Om de biologische mechanismen die ten grondslag liggen aan ontstekingsreacties te onderzoeken.
Gebruikte methoden
- Gebruik van activeerbare optische beeldvormingssondes.
- Experimentele modellen van ontsteking.
- Fluorescente beeldvormingstechnieken voor visualisatie.
- Beoordeling van MMP-activiteit in vivo.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle visualisatie van MMP-activiteit in levende modellen.
- Demonstratie van de haalbaarheid van het gebruik van fluorescente sondes.
- Inzicht in de dynamiek van ontsteking.
- De voordelen van de beeldvormingstechniek zijn benadrukt.
Conclusies
- De methode is snel, kosteneffectief en gemakkelijk te leren.
- Er zijn verschillende sondes beschikbaar voor verschillende biologische processen.
- Deze aanpak kan de begrip van ontstekingsziekten bevorderen.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Non-invasive in vivo fluorescence optical imaging of MMP activity enables real-time visualization of protease-driven tissue remodeling in inflammatory disease models. This approach supports target validation by linking MMP activity to disease progression in rheumatoid arthritis and contact hypersensitivity models. The method provides quantitative, longitudinal readouts that aid in mechanistic de-risking and predictive confidence for anti-inflammatory therapeutic candidates.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by visualizing MMP activity as a functional readout of inflammatory pathway activation.
- Operational Value: Enables biological de-risking through direct, non-invasive measurement of target engagement in live animals.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by correlating MMP signal intensity with disease severity across models.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream screening by establishing baseline MMP activity in disease vs. control states.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible fluorescence outputs suitable for assay optimization and compound screening.
- Scalability: Facilitates platform reuse across inflammation models with minimal revalidation due to consistent probe behavior.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Aligns with translational biomarker strategies by detecting MMP activity in target tissues such as joints and inflamed ears.
- Operational Value: Ensures continuity from discovery through preclinical validation via longitudinal tracking of MMP dynamics.
- Risk Mitigation: Informs risk-adjusted advancement decisions by quantifying target modulation in response to therapeutic intervention.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from early target validation through preclinical efficacy testing, particularly for inflammation-focused programs.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by imaging MMP activation in response to pro-inflammatory stimuli.
- Screening: Enables assay readiness through quantitative, reproducible signal detection in diseased tissues.
- Analytics: Provides semi-quantitative intensity measurements that allow cross-group comparison and therapeutic effect assessment.
- Translational Research: Connects to preclinical validation by demonstrating MMP activity in disease-relevant tissues over time.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable imaging capability across multiple inflammatory disease models and probe sets.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in MMP-driven disease models.
- Operational Value: Offers standardization, reproducibility, and ease of implementation across diverse animal models.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions through objective, imaging-based target validation.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization by linking MMP inhibition to phenotypic outcomes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in fluorescent probe handling and intravenous injection techniques.
- Depends on access to a calibrated in vivo imaging system with NIR capabilities.
- Necessitates standardization of imaging parameters and probe dosing across study groups.
- Involves adaptation considerations for different disease models and anatomical sites of interest.
- Includes practical limitations such as probe uptake time and signal variability requiring longitudinal validation per dye.
