RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
pl_PL
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Peter Bannas*1, Alexander Lenz*1,2, Valentin Kunick1,2, William Fumey1,2, Björn Rissiek2, Joanna Schmid1,2, Friedrich Haag2, Axel Leingärtner3, Martin Trepel4, Gerhard Adam1, Friedrich Koch-Nolte2
1Department of Diagnostic and Interventional Radiology,University Medical Center, Hamburg, 2Institute of Immunology,University Medical Center, Hamburg, 3University Cancer Center Hamburg,University Medical Center, Hamburg, 4Department of Oncology and Hematology,University Medical Center, Hamburg
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Ten protokół określa kroki wymagane do przeprowadzenia walidacji ex vivo eksperymentów obrazowania ksenoprzeszczepów w bliskiej podczerwieni in vivo na myszach przy użyciu nanociał znakowanych fluoroforem i konwencjonalnych przeciwciał.
Ten protokół określa kroki wymagane do przeprowadzenia ex vivo walidacji eksperymentów obrazowania ksenoprzeszczepów bliskiej fluorescencji w bliskiej podczerwieni (NIRF) in vivo na myszach przy użyciu nanociał znakowanych fluoroforem i konwencjonalnych przeciwciał.
Najpierw opisujemy, jak generować guzy podskórne u myszy, używając linii komórkowych antygenowo-ujemnych jako kontroli negatywnych i komórek antygenowo-dodatnich jako kontroli pozytywnych u tych samych myszy do porównania wewnątrzosobniczego. Opisujemy, jak podawać dożylnie nanociała specyficzne dla antygenu znakowane fluoroforem w bliskiej podczerwieni (AlexaFluor680) i przeciwciała konwencjonalne. Obrazowanie in vivo przeprowadzono za pomocą systemu NIRF-Imaging dla małych zwierząt. Po eksperymentach z obrazowaniem in vivo myszy zostały złożone w ofierze. Następnie opisujemy, jak przygotować guzy do równoległych analiz ex vivo za pomocą cytometrii przepływowej i mikroskopii fluorescencyjnej w celu walidacji wyników obrazowania in vivo.
Użycie nanociał znakowanych fluoroforem w bliskiej podczerwieni pozwala na nieinwazyjne obrazowanie in vivo tego samego dnia. Nasze protokoły opisują kwantyfikację ex vivo specyficznej skuteczności znakowania komórek nowotworowych za pomocą cytometrii przepływowej i analizy rozmieszczenia konstruktów przeciwciał w guzach za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej. Korzystanie z sond znakowanych fluoroforem w bliskiej podczerwieni pozwala na nieinwazyjne, ekonomiczne obrazowanie in vivo z unikalną możliwością wykorzystania tej samej sondy bez dalszego wtórnego znakowania do eksperymentów walidacyjnych ex vivo z wykorzystaniem cytometrii przepływowej i mikroskopii fluorescencyjnej.
W niniejszym raporcie opisujemy implementację sond znakowanych fluoroforem w bliskiej podczerwieni do walidacji eksperymentów obrazowania ksenoprzeszczepów in vivo za pomocą cytometrii przepływowej ex vivo i mikroskopii fluorescencyjnej wypreparowanych guzów ksenoprzeszczepu. Porównujemy jednodomenową nanokomórkę (s+16a, 17 kDa) 1 i przeciwciało monoklonalne (Nika102, 150 kDa) 2,3 skierowane na ten sam antygen docelowy do specyficznego obrazowania fluorescencji w bliskiej podczerwieni in vivo w modelu ksenoprzeszczepu chłoniaka. Docelowy antygen ADP-rybozylotransferaza ARTC2.2 ulega ekspresji jako ektoenzym zakotwiczony w powierzchni komórki GPI przez komórki chłoniaka 4-9.
Nanociała pochodzące z przeciwciał opartych wyłącznie na łańcuchach ciężkich wielbłądowatych są najmniejszymi dostępnymi fragmentami wiążącymi antygen 10,11. Przy zaledwie ~15 kDa te małe fragmenty przeciwciał są rozpuszczalne, bardzo stabilne i są usuwane nerkowo z krążenia 8,10. Te właściwości sprawiają, że są one szczególnie przydatne do specyficznego i skutecznego celowania w antygeny nowotworowe in vivo 12-20. Typowymi celami antygenowymi dostępnych nanociał są receptor naskórkowego czynnika wzrostu (EGFR1 lub HER-1), ludzki naskórkowy czynnik wzrostu typu 2 (HER-2 lub CD340), antygen rakotwórczy (CEA) i cząsteczka adhezyjna komórek naczyniowych-1 (VCAM-1) 21. Koniugaty Nanobody są obiecującymi narzędziami w immunoterapii nowotworów i leczeniu chorób zapalnych 22.
Ostatnie badania wykazały, że nanociała pozwalają na wyższy stosunek guza do tła (T/B) niż konwencjonalne przeciwciała w zastosowaniach obrazowania molekularnego in vivo 8,17,19. Tłumaczy się to głównie stosunkowo słabą i powolną penetracją tkanek przez konwencjonalne przeciwciała, powolnym usuwaniem z krążenia i długim zatrzymywaniem w tkankach niedocelowych 23. Co więcej, nadmiar konwencjonalnych przeciwciał prowadzi do nieswoistej akumulacji w docelowych nowotworach antygenowo-ujemnych spowodowanych efektem zwiększonej przepuszczalności i retencji (EPR) 24,25. Oznacza to, że wyższe dawki konwencjonalnych przeciwciał mogą zwiększać nie tylko sygnały swoiste, ale także sygnały nieswoiste, zmniejszając w ten sposób maksymalny osiągalny stosunek guza do tła. W przeciwieństwie do tego, zwiększenie dawki nanociał zwiększa sygnały guzów antygenowo-dodatnich, ale nie normalnych tkanek lub guzów antygenowo-ujemnych (dane niepublikowane).
Poza porównaniem nanociał i konwencjonalnych przeciwciał, przedstawiamy wewnątrzosobniczą ocenę antygenowo-dodatnich i -ujemnych ksenoprzeszczepów u tych samych myszy w celu bezpośredniego porównania specyficznych i niespecyficznych sygnałów wynikających z efektu EPR. Sondy sprzężone z fluoroforem w bliskiej podczerwieni pozwoliły nam wykorzystać pojedynczą sondę in vivo i ex vivo przy użyciu obrazowania fluorescencyjnego w bliskiej podczerwieni, cytometrii przepływowej i mikroskopii fluorescencyjnej. Zastosowanie naszych protokołów pozwala na nieradioaktywną, bardzo czułą i niedrogą optymalizację eksperymentów obrazowania molekularnego in vivo, takich jak ocena nowych konstruktów przeciwciał do określonego celowania w guz
.Celem tego badania instruktażowego jest podkreślenie wykorzystania obrazowania NIRF do oceny nowych konstruktów przeciwciał w przedklinicznym obrazowaniu molekularnym.
W tym protokole, wszystkie eksperymenty były przeprowadzane za pomocą systemu obrazowania NIRF dla małych zwierząt, cytometru przepływowego z aktywowanym fluorescencyjnie sorterem komórek (FACS) oraz mikroskopu konfokalnego.
UWAGA: Eksperymenty zostały przeprowadzone zgodnie z międzynarodowymi wytycznymi dotyczącymi etycznego wykorzystywania zwierząt i zostały zatwierdzone przez lokalną komisję ds. dobrostanu zwierząt przy Uniwersyteckim Centrum Medycznym w Hamburgu.
1. Przygotowanie komórek nowotworowych, myszy i konstruktów przeciwciał
2. Obrazowanie in vivo
3. Pobieranie i przygotowanie nowotworów
4. Analiza FACS
5. Analiza mikroskopowa
6. Analiza obrazowania in vivo
Sondy znakowane fluorescencyjnie pozwalają na kombinację różnych technik obrazowania NIRF (Rysunek 1A). Naszym celem było sekwencyjne obrazowanie NIRF in vivo, cytometria przepływowa i mikroskopia fluorescencyjna w celu porównania znakowanych fluorescencyjnie nanociał i przeciwciał monoklonalnych do specyficznego obrazowania in vivo (Figura 1B).
Myszom wstrzyknięto 50 μg nanowirusa i przeciwciała monoklonalnego, aby ocenić specyficzność fluorescencyjnie znakowanych konstruktów do obrazowania in vivo. Wyniki wykazały specyficzne znakowanie guzów antygenowo-dodatnich zarówno za pomocą nanocząsteczki, jak i przeciwciała monoklonalnego po 6 godzinach od wstrzyknięcia (ryc. 2). Analizy ROI guzów antygenowo-dodatnich wykazały znacznie wyższy stosunek T/B wynoszący ~12 dla nano w porównaniu do ~6 dla przeciwciała monoklonalnego. Co więcej, przeciwciało monoklonalne nie wykazało niespecyficznego sygnału w guzach antygenowo-ujemnych, podczas gdy przeciwciało monoklonalne wykazało niespecyficzne sygnały zakłócające w guzach antygenowo-ujemnych.
Oprócz niespecyficznego sygnału ujemnych guzów, przeciwciało monoklonalne wywołało również niespecyficzne sygnały tła u całego zwierzęcia. Jest to prawdopodobnie spowodowane nadmiarem wolnych krążących przeciwciał, które są zbyt duże, aby mogły zostać wydalone przez nerki. Z drugiej strony, zwierzęta, którym wstrzyknięto nanociała, wykazywały niespecyficzne sygnały tylko w nerkach ze względu na eliminację małych nanociał przez nerki.
Analizy cytometrii przepływowej zawiesin komórek nowotworowych wykazały specyficzne znakowanie komórek nowotworowych antygenowo-dodatnich za pomocą obu koniugatów AF680 6 godzin po wstrzyknięciu. Silniejszy sygnał fluorescencyjny komórek znakowanych nanoklonami w porównaniu z komórkami znakowanymi przeciwciałami monoklonalnymi odzwierciedla wyniki obrazowania NIRF in vivo. Co ważne, analizy cytometrii przepływowej ujawniają, że nie ma niespecyficznego znakowania komórek antygenowo-ujemnych za pomocą żadnego z dwóch konstruktów (ryc. 3).
Mikroskopia fluorescencyjna kriosekcji guza wykazała silne i prawie jednorodne znakowanie komórek antygenu za pomocą nanoniki 6 godzin po wstrzyknięciu. Przeciwnie, przeciwciało monoklonalne wykazało znacznie słabsze i raczej niejednorodne barwienie (ryc. 4A). Guzy antygenowo-ujemne nie wykazują barwienia 6 godzin po wstrzyknięciu nanociała, podczas gdy guzy antygenowo-ujemne wstrzyknięte konwencjonalnym przeciwciałem wykazują niespecyficzne rozproszone barwienie w przestrzeni śródmiąższowej (Figura 4B).

Rycina 1: Obrazowanie fluorescencyjne i konstrukty przeciwciał. (A) Konfiguracja obrazowania do oceny koniugatów AF680: Obrazowanie NIRF in vivo, a następnie cytometria przepływowa i mikroskopia fluorescencyjna. (B) Schemat AlexaFluor680 znakowanego nanobody s+16a (czerwony) i przeciwciała monoklonalnego Nika102 (niebieski). Pomarańczowe gwiazdki oznaczają fluorochromy AlexaFluor680.

Rycina 2: Obrazowanie in vivo NIRF. Obrazy sygnału fluorescencyjnego guzów antygenowo-dodatnich (+) i antygenowo-ujemnych (-) u myszy, którym wstrzyknięto nano s + 16a (A) i przeciwciało monoklonalne Nika102 (B). Obrazowanie in vivo wykonano przed (0 h) i 6 h po wstrzyknięciu. Natężenia sygnału są wyświetlane jako wydajność promieniowania (p/s/cm2/sr) / (μW/cm2).

Rycina 3: Analizy ex vivo FACS konstruktów przeciwciał związanych z komórkami z zawiesin komórek nowotworowych. (A) Strategia bramkowania dla analiz FACS komórek nowotworowych. (B) Histogramy pokazują ilość wstrzykniętego dożylnie nononika s + 16a sprzężonego z AF680 i przeciwciała Nika102 specyficznie związanego z komórkami nowotworowymi in vivo. Guzy antygenowo-ujemne są wyświetlane jako niewypełnione histogramy, a guzy antygenowo-dodatnie są wyświetlane jako wypełnione histogramy.

Ryc. 4: Mikroskopia fluorescencyjna ex vivo.(A) Przegląd mikroskopii fluorescencyjnej całych kriosekcji guza antygenu dodatniego 6 godzin po wstrzyknięciu s + 16a680 lub Nika102680. Natężenie sygnału koniugatów AF680 wstrzykniętych in vivo dożylnie bez żadnych wtórnych środków znakujących jest wyświetlane na czerwono. Jądra barwione przeciwstawnie ex vivo są wyświetlane na niebiesko, a naczynia na zielono. Przerywane linie wskazują zewnętrzne brzegi całych guzów. (B) Mikroskopia fluorescencyjna z bliska guzów antygenowo-dodatnich i antygenowo-ujemnych.
Friedrich Koch-Nolte i Friedrich Haag otrzymują udział w sprzedaży przeciwciał i białek za pośrednictwem MediGate GmbH, spółki zależnej należącej w całości do Uniwersyteckiego Centrum Medycznego Hamburg-Eppendorf.
Ten protokół określa kroki wymagane do przeprowadzenia walidacji ex vivo eksperymentów obrazowania ksenoprzeszczepów w bliskiej podczerwieni in vivo na myszach przy użyciu nanociał znakowanych fluoroforem i konwencjonalnych przeciwciał.
Ta praca była wspierana przez szkołę podyplomową "Zapalenie i regeneracja" Centrum Badań Współpracy 841 Deutsche Forschungsgemeinschaft (Alexander Lenz, Valentin Kunick, William Fumey), przez Collaborative Research Centre 877 Deutsche Forschungsgemeinschaft (Friedrich Koch-Nolte), przez Fundację Wernera Otto (Peter Bannas), przez Fundację Wilhelma Sandera (Peter Bannas, Friedrich Koch-Nolte), oraz przez Deutsche Forschungsgemeinschaft (Martin Trepel, Friedrich Haag i Friedrich Koch-Nolte). Dziękujemy Uniwersyteckiemu Centrum Onkologii w Hamburgu (UCCH) In Vivo Optical Imaging Core Facility oraz personelowi UKE za konsultacje i wysoką jakość usług. Program Core Facility był częściowo wspierany przez dotacje z Deutsche Krebshilfe (Niemiecka Pomoc w Walce z Rakiem).
| Zestaw do znakowania białek AF680 | Invitrogen | A20172 | |
| Przeciwciało anty-CD16/CD32 | BioXCell | BE0008 | |
| Przeciwciało anty-CD31 | Santa Cruz | sc-1506 | znakowane przeciwciałem drugorzędowym z przeciwciałem anty-CD45 AF488 |
| Przeciwciało V450 | BD Biosciences | 560501 | |
| oprogramowanie AxioVision LE | Zeiss | www.zeiss.com | |
| Macierz błony podstawnej | BD Biosciences | 354234 | Można zastosować produkt alternatywny |
| Sitko komórkowe 70 µ m | Corning | 431751 | Alternatywny produkt może być użyty |
| Mikroskop konfokalny | Leica | www.leica-microsystems.com | Leica SP5 z następującymi laserami: He-Neon do AF680, Argon Laser do AF488 oraz 405-diodowy do DAPI |
| DAPI | Ogniwa molekularne | D1306 | |
| DC27.10 | specyficzne | dla laboratorium | Można stosować inne komórki o różnych celach powierzchniowych |
| DPBS | Sigma Aldrich | D8662 | |
| FACS Canto II | BD Biosciences | www.bdbiosciences.com | |
| Mirkoskop fluorescencyjny | Zeiss | www.zeiss.com | Zeiss Axiovert 200 z zestawem filtrów #32 dla AF680: 000000-1031-354 |
| Oprogramowanie | ImageJ NIH | http://imagej.nih.gov/ij/ | |
| IVIS 200 | Perkin Elmer | www.perkinelmer.com | Alternatywny system obrazowania in vivo może być używany |
| Oprogramowanie Leica LAS | Oprogramowanie Leica | www.leica-microsystems.com | specyficzne dla używanego mikroskopu |
| Oprogramowanie Living Image | Perkin Elmer | www.perkinelmer.com | Oprogramowanie specyficzne dla używanego systemu obrazowania |
| Igły 30 G | BD Nauki biologiczne | 305128 | Można zastosować produkt alternatywny |
| Przeciwciało Nika102 AF680 | specyficzne | dla laboratorium | Można stosować inne przeciwciała przeciwko różnym celom powierzchniowym |
| Paraformaldehyd | Sigma Aldrich | P6148 | Potencjalne zagrożenia: rakotwórcze, może podrażniać oczy i skórę, kontakt może powodować wysuszenie skóry i/lub alergiczne zapalenie skóry |
| s+16a-nanobody AF680 | laboratorium specyficzny | Można stosować inne przeciwciała przeciwko różnym celom powierzchniowym | |
| Strzykawki 1 ml | Braun | 916 1406 V | Można użyć alternatywnego produktu |