Aby ulepszyć serologiczne testy diagnostyczne dla antygenów Mycobacterium tuberculosis, opracowaliśmy superparamagnetyczne nanosondy tlenku żelaza do wykrywania gruźlicy pozapłucnej.
Method Article
Aby ulepszyć serologiczne testy diagnostyczne dla antygenów Mycobacterium tuberculosis, opracowaliśmy superparamagnetyczne nanosondy tlenku żelaza do wykrywania gruźlicy pozapłucnej.
Sonda do obrazowania molekularnego, zawierająca nanocząstki superparamagnetycznego tlenku żelaza (SPIO) i przeciwciało powierzchniowe Mycobacterium tuberculosis (MtbsAb), została zsyntetyzowana w celu zwiększenia czułości obrazowania dla gruźlicy pozapłucnej (ETB). Zsyntetyzowano nanosondę SPIO i skoniugowano ją z MtbsAb. Oczyszczoną nanosondę SPIO-MtbsAb scharakteryzowano za pomocą TEM i NMR. Aby określić zdolność sondy do celowania, nanosondy SPIO-MtbsAb inkubowano z Mtb do testów obrazowania in vitro i wstrzyknięto myszom zaszczepionym Mtb w celu przeprowadzenia badań in vivo z rezonansem magnetycznym (MR). Redukcja wzmocnienia kontrastu w obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego (MRI) komórek Mtb i THP1 wykazała się proporcjonalną do stężenia nanosondy SPIO-MtbsAb. Po 30 minutach dożylnego wstrzyknięcia nanosondy SPIO-MtbsAb myszom zakażonym Mtb, intensywność sygnału miejsca ziarniniakowego została zwiększona 14-krotnie w obrazach MR T2-zależnych w porównaniu z myszami otrzymującymi wstrzyknięcie PBS. Nanosondy MtbsAb mogą być wykorzystywane jako nowa metoda wykrywania ETB.
Globalnie, gruźlica pozapłucna (ETB) stanowi znaczny odsetek przypadków gruźlicy (TB). Niemniej jednak diagnoza ETB jest często pomijana lub opóźniona z powodu podstępnego obrazu klinicznego i słabych wyników w testach diagnostycznych; fałszywe wyniki obejmują ujemny rozmaz plwociny na obecność pałeczek kwasoodpornych, brak tkanki ziarniniakowatej w badaniu histopatologicznym lub brak hodowli Mycobacterium tuberculosis (Mtb). W porównaniu z typowymi przypadkami, ETB występuje rzadziej i wiąże się z niewielkim uwolnieniem pałeczek Mtb. Ponadto jest zwykle zlokalizowany w trudno dostępnych miejscach, takich jak węzły chłonne, opłucna i obszary kostno-stawowe1. W związku z tym niezbędne są inwazyjne procedury uzyskiwania odpowiednich próbek klinicznych, które sprawiają, że potwierdzenie bakteriologiczne jest ryzykowne i trudne2,3,4.
Komercyjnie dostępne testy wykrywające przeciwciała dla ETB są niewiarygodne do wykrywania klinicznego ze względu na ich szeroki zakres czułości (0,00-1,00) i swoistości (0,59-1,00) dla wszystkich miejsc pozapłucnych łącznie5. Testy immunoenzymatyczne (ELISPOT) dla γ interferonu, białka filtratu kulturowego (CFP) i wczesnego celu antygenowego wydzielniczego (ESAT) zostały wykorzystane do diagnozowania utajonej i aktywnej gruźlicy. Jednak wyniki różnią się w zależności od różnych miejsc chorobowych w celu zdiagnozowania ETB6,7,8. Ponadto PPD (oczyszczona pochodna białka) i QuantiFERON-TB często dawały fałszywie ujemne wyniki9. QuantiFERON-TB-2G to test reaktywności immunologicznej krwi pełnej, który nie wymaga próbki z chorego narządu i może być alternatywnym narzędziem diagnostycznym6,10,11. Inne metody diagnostyczne zwykle stosowane w gruźliczym zapaleniu opon mózgowo-rdzeniowych, takie jak reakcja łańcuchowa polimerazy, są nadal zbyt mało wrażliwe, aby z całą pewnością wykluczyć diagnozę kliniczną12,13. Te konwencjonalne testy wykazują niewystarczające informacje diagnostyczne, aby wykryć miejsce infekcji pozapłucnej. W związku z tym klinicznie wymagane są nowatorskie metody diagnostyczne.
Obrazowanie molekularne ma na celu zaprojektowanie nowatorskich narzędzi, które mogą bezpośrednio badać konkretne cele molekularne procesów chorobowych in vivo14,15. Superparamagnetyczny tlenek żelaza (SPIO), środek kontrastowy NMR zależny od T2, może znacznie zwiększyć specyficzność i czułość obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MR) (MRI)16,17. Ta nowa metoda obrazowania funkcjonalnego może precyzyjnie naszkicować zmiany w tkankach na poziomie molekularnym poprzez interakcje ligand-receptor. W tym badaniu zsyntetyzowano nową sondę do obrazowania molekularnego, składającą się z nanocząstek SPIO, która koniuguje się z przeciwciałem powierzchniowym Mtb (MtbsAb) w diagnostyce ETB. Nanosondy SPIO są minimalnie inwazyjne dla badanych tkanek i ciał18,19. Co więcej, ze względu na swoje właściwości paramagnetyczne, nanosondy te mogą wykazywać precyzyjne obrazy MR przy niskich stężeniach. Ponadto nanosondy SPIO wydają się wywoływać najmniejsze reakcje alergiczne, ponieważ obecność jonów żelaza jest częścią normalnej fizjologii. W tym przypadku oceniono czułość i swoistość nanosond SPIO-MtbsAb ukierunkowanych na ETB zarówno w modelach komórkowych, jak i zwierzęcych. Wyniki pokazały, że nanosondy mają zastosowanie jako ultraczułe środki obrazowania w diagnostyce ETB.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Wszystkie protokoły dotyczące eksperymentów na zwierzętach są zgodne ze standardowymi procedurami operacyjnymi dla hodowli zwierząt laboratoryjnych zgodnie z wytycznymi National Institutes of Health dotyczącymi opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych (8th Edition, 2011) i są zatwierdzone przez instytucjonalny komitet ds. opieki i użytkowania zwierząt.
1. Synteza nanocząstek SPIO
2. Synteza SPIO-MtbsAb
3. Obserwacja morfologii cząstek i pomiar poziomu relaksacji
4. Obrazowanie komórek
5. Inokulacja BCG (Bacillus Calmette-Guérin)
6. Rezonans magnetyczny in vivo
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Synteza i charakterystyka nanosondy SPIO-MtbsAb
Nanocząstki SPIO zaprojektowano tak, aby sprzęgały się z MtbsAb. Dekstran stabilizowany na powierzchni nanocząstek SPIO został usieciowany epichlorohydryną. Nanocząstki SPIO zostały następnie włączone do EDBE w celu aktywacji pierwszorzędowych aminowych grup funkcyjnych na końcach dekstranu. SA został następnie odmieniony, tworząc SPIO-EDBE-SA. Nanosondy SPIO-MtbsAb powstały w końcowym etapie poprzez koniugację MtbsAb ze SPIO-EDBE-SA w obecności czynnik...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Podobnie jak w odpowiednich badaniach, nasze wyniki dotyczące nanosond SPIO-MtbsAb wykazały istotną swoistość dla Mtb 27,28. Podskórny ziarniniak Mtb stwierdzono 1 miesiąc po wstrzyknięciu gruźlicy w modelach mysich. Typowe wyniki histologiczne ziarniniaka gruźlicy obejmowały naciek limfocytów, obecność makrofagów nabłonkowych i neowaskularyzację. W zmianach gruźliczych rozrzucono prątki kwasoodporne, potwierdzając wyniki immunohistochemii MtbsAb. Wskazywało to n...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Żaden z autorów nie posiada żadnych praw własności do materiałów badanych w niniejszym opracowaniu.
Autorzy są wdzięczni za wsparcie finansowe od Ministerstwa Gospodarki Tajwanu (granty NSC-101-2120-M-038-001, MOST 104-2622-B-038 -007, MOST 105-2622-B-038-004) na wykonanie tej pracy badawczej. Ten rękopis został zredagowany przez Wallace Academic Editing.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| (benzotriazol-1-yloksy)trirolidinofosfonium heksafluorofosforan | Sigma-Aldrich | ||
| 1-hydroksybenzotriazol | Sigma-Aldrich | ||
| dekstran(T-40) | GE Healthcare Bio-sciences AB | ||
| epichlorohydryna, 2,2'-(etylenodioksy)bis(etyloamina) | Sigma-Aldrich | ||
| sześciowodny chlorek żelaza | Fluka | ||
| chlorek żelazawy czterowodny | Fluka | ||
| Ludzki monocyt THP-1 | |||
| M. bovis BCG | Pasteur Mé szczep rieux | Connaught; ImmuCyst Aventis | |
| MRI | GE medical Systems | 3.0-T, Signa | |
| NH4OH | Fluka | ||
| NMR relaksometr | Bruker | NMS-120 Minispec | |
| Sephacryl S-300 | GE Healthcare Bio-sciences AB | ||
| Sephadex G-25 | GE Healthcare Bio-sciences AB | ||
| Rurki z porowatą membraną molekularną SPECTRUM, odcięcie 12 000 -14 000 MW | Spectrum Laboratories Inc | ||
| Przeciwciało powierzchniowe TB - Przeciwciało poliklonalne do Mtb | Acris Antibodies GmbH | BP2027 | |
| transmisyjny mikroskop elektronowy | JEOL | JEM-2000 EX II |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission