Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Черенковского свечения Imaging (CLI) для мониторинга терапии рака

13.7K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/4341

⸱

13 ноября 2012 г.

 ,  ,  ,  , 
1Department of Radiology and Bio-X Program Canary Cancer at Stanford for Cancer Early Detection, Stanford University

В этой статье

Краткое содержание

Использование черенковского свечения Imaging (CLI) для контроля доклинических лечения рака описано здесь. Этот метод использует Черенкова (CR) и оптической томографии (OI) для визуализации меченых зондов и, следовательно, представляет собой альтернативу ПЭТ в доклинических терапевтического мониторинга и скрининга лекарственных средств.

Аннотация

В молекулярной визуализации позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и оптическая визуализация (ОВ) являются двумя наиболее важными и, следовательно, наиболее широко используемыми методами1-3. ПЭТ характеризуется отличной чувствительностью и возможностью количественного анализа, в то время как ОВ отличается отсутствием радиационного облучения, относительно низкой стоимостью, коротким временем сканирования, высокой пропускной способностью и широкой доступностью для исследователей в области фундаментальной науки. Однако оба метода имеют и свои недостатки. ПЭТ характеризуется низким пространственным разрешением и высокой стоимостью, тогда как ОВ в основном ограничена доклиническими исследованиями из-за ограниченного проникновения света в ткани, а также выраженного рассеяния оптических сигналов при прохождении через толщу живых тканей.

Недавно благодаря открытию метода визуализации Черенковского излучения (CLI)4-6 появился связующий мостик между ПЭТ и оптической визуализацией (OI). CLI представляет собой новый метод визуализации, который использует излучение Черенкова (CR) для регистрации радионуклидов с помощью инструментов OI. Российский нобелевский лауреат П. Н. Черенков и его коллеги первоначально открыли CR в 1934 году. Это форма электромагнитного излучения, возникающая при движении заряженной частицы со сверхсветовой скоростью в диэлектрической среде7,8. Заряженная частица, будь то позитрон или электрон, возмущает электромагнитное поле среды, смещая электроны в её атомах. После прохождения возмущения излучаются фотоны, когда смещенные электроны возвращаются в основное состояние. Например, было подсчитано, что один распад 18F в среднем приводит к образованию 3 фотонов в воде5.

С момента своего появления метод CLI исследовался для использования в различных доклинических приложениях, включая, помимо прочего, визуализацию опухолей in vivo, визуализацию репортерных генов, разработку радиофармпрепаратов и мультимодальную визуализацию4,5,9,10,11. Основная причина успеха CLI заключается в том, что эта новая технология использует низкую стоимость и широкую доступность OI для визуализации радионуклидов, которые ранее можно было визуализировать только с помощью более дорогих и менее доступных методов ядерной визуализации, таких как PET.

В данной работе мы представляем метод использования CLI для мониторинга терапии противоопухолевыми препаратами. Наша группа недавно исследовала это новое применение и подтвердила его осуществимость в ходе концептуального исследования12. Мы продемонстрировали, что CLI и PET показали отличную корреляцию на различных ксенографтах опухолей и при использовании различных визуализирующих зондов. Это согласуется с основным принципом CR, согласно которому CLI, по сути, визуализирует те же радионуклиды, что и PET. В качестве терапевтического агента мы выбрали бевацизумаб (Avastin; Genentech/Roche), так как он является хорошо известным ингибитором ангиогенеза13,14. Можно предположить, что развитие этой технологии в ближайшем будущем окажет значительное влияние на доклиническую разработку и скрининг лекарственных средств, а также на мониторинг терапии пациентов, проходящих лечение.

Протокол

1. Опухоль модели

  1. Культуры клеток H460 (American Type Culture Collection) в среде RPMI 1640 с добавлением 10% эмбриональной телячьей сыворотки и 1% пенициллина / стрептомицина (Технологии Invitrogen Life). Следует отметить, что выбор клеточных линий, культуры среды, места прививки, количество ксенотрансплантатов на мышь, и другие соображения все, чтобы быть адаптирована к целям конкретного исследования. Здесь мы приведем лишь один конкретный дизайн-проект в качестве иллюстрации.
  2. Поддержание клеточных линий в увлажненной атмосфере 5% CO 2 при 37 ° C и изменений в свежую среду, через день.
  3. При 75% сливающийся монослой клеток образуется, отсоединить монослоя с трипсином и отделить клетки в одной клеточной суспензии для дальнейшего культивирования клеток.
  4. Приостановить примерно 1 × 10 6 H460 клеток в фосфатно-солевом буфере (PBS; Invitrogen) и имплантатов подкожно влевого и правого плеч голым мышам (женщины бестимусным голым мышам (Nu / Nu), 4 - 6 недель, Charles River Laboratories, Inc.)
  5. Разрешить опухолей вырастет до 150 - 200 мм 3. Она занимает около 2 недель для H460 ксенотрансплантатов опухоли вырасти до такого размера. Стандартный суппорт измерение проводится для отслеживания размеров опухоли.
  6. Когда опухоль достигает идеального размера опухоли мышей, несущих готовы к лечению и в естественных изображений с помощью как ПЭТ и CLI.

2. ПЭТ

  1. Выполните ПЭТ-исследований в соответствии с этим графиком или любые его вариации в зависимости от конкретного проекта (рис. 1) 12. Ряд факторов может влиять на разработку графика, в том числе, но не ограничиваясь, выбор опухоли ксенотрансплантата клеточных линий, противоопухолевые препараты и режимы дозирования. Здесь мы приведем лишь один конкретный график визуализации. CLI исследования должны быть выполнены в соответствии сже графику, как и ПЭТ-исследований, с CLI выполняется сразу же после соответствующего ПЭТ. Следует также отметить, что цель исследования ПЭТ в основном для подтверждения результатов CLI. Для обычных пользователей, которые просто хотят использовать OI инструментов для работы с изображениями меченых зондов, ни ПЭТ является необходимым. Однако, если один делает проверку желание ПЭТ следует подчеркнуть, что ПЭТ и CLI инструменты должны быть расположены в непосредственной близости для проверки, чтобы быть успешным в связи с коротким периодом полураспада от 18 F (109,77 мин).
  2. Разделите мыши на лечение и контрольную группы (п ≥ 3 каждый). Лечение мышей в группе лечения с 2 инъекции бевацизумаба 20 мг / кг на 0 и 2. День 0 определяется по первой инъекции. Отметим, что в День -1 предварительного сканирования должна быть выполнена как через ПЭТ и CLI.
  3. Малые животных ПЭТ опухоли мышей должна быть выполнена с моделью R4 грызунов сканера (Siemens Medical Solutions США, Inc.)
  4. Anesthetize всех мышей с 2% изофлурана (Aerrane; Baxter) и ввести с 3'-дезокси-3'-18 F-fluorothymidine (18 F-FLT; 7,3 - 8,0 МБк [198 - 215 мкКи]) через хвостовую вену. ПЭТ-зонд должен быть разводят в PBS перед инъекцией.
  5. Через 1 час, анестезию мышей снова и поместить под наркозом мышей, подверженных и недалеко от центра поля зрения малых животных ПЭТ-сканера.
  6. Получите три минуты статического сканирования и реконструкции изображений по 2-мерной упорядоченного множества алгоритмов максимального ожидания. Фон коррекция не нужна.
  7. Ничья регионах, представляющих интерес (трансформирования, 5 пикселей для корональной и трансаксиальной ломтиками) за опухоли на распад-исправлен всего тела корональных изображениях. Получить максимальную рассчитывает на пиксель в минуту от РИ и конвертировать в счета на миллилитр в минуту с использованием калибровочной константы. С предположением о ткани плотностью 1 г / мл, конвертировать трансформирования для подсчетаза грамм в минуту. Определить изображения ROI полученные% ID / г значения путем деления рассчитывает на грамм в минуту введенной дозы. Ослабление коррекция не нужна.

3. CLI

  1. CLI должна быть выполнена с системой ИВИС Spectrum (суппорт Life Sciences). Приобретение и анализа изображений будут осуществляться с использованием живой образ 3,0 программного обеспечения (суппорт Life Sciences). Волновым спектральных изображений, чтобы быть выполнены с использованием 18-набор узкополосных фильтров излучения (490 - 850 нм). Опять же, для каждой мыши, выполнить CLI сразу после ПЭТ свести к минимуму количество радиоактивного распада, если ПЭТ-исследованиях, включенных в протокол.
  2. Поместите животных в светонепроницаемой камере под изофлуран анестезии. Несколько мышей могут быть размещены одновременно увеличить пропускную способность.
  3. Получение изображений с помощью 3 мин время экспозиции (F / Stop = 1, биннинга = 4). Используйте те же настройки освещения (лампа напряжения, фильтры, F / Stop, полей зрения, Binnния) о приобретении всех изображений. Используйте спинной участок кожи для расчета интенсивности сигнала фоне ткани. Нормализация флуоресценции для фотонов в секунду на квадратный сантиметр на стерадиан (P / S / см 2 / ср).

4. Представитель Результаты

Визуальное сравнение между CLI и ПЭТ-изображения могут быть легко выполнены. После объединения шкалы через образы из той же модальности и место CLI и ПЭТ-изображения рядом можно увидеть в этой репрезентативной выборки (рис. 2A), что обе консоли и ПЭТ показали значительно снизилась сигналы от H460 ксенотрансплантатов в мышей с предварительной обработкой на 3-й день, что свидетельствует значительный терапевтический эффект. Для сравнения, умеренно увеличена до неизменным сигналы наблюдались в необработанных мышей в течение того же периода времени (данные не показаны). По визуального осмотра только можно заметить, что есть хорошая консистенция между опухолью контрасты, которые являются визуальнымизуется из CLI и ПЭТ. На самом деле, это визуальное корреляция имеет достаточное разрешение, чтобы показать центрального некроза опухоли вторичной по отношению к противоопухолевым схемы лечения (просьба сравнить CLI и ПЭТ-изображения с Днем 3). Для проверки визуализации результатов количественных и корреляционный анализ может быть осуществлен.

Количественными из CLI и ПЭТ изображений и простой монтаж с помощью линейной регрессии показали, что два условия действительно были отличные корреляции (рис. 2В, R 2 = 0,9309 для 18 F-FLT исследовали группу лечения). Примечательно, что во всех наших CLI и ПЭТ-исследований изображений с различных моделях опухолей и различных противоопухолевых препаратов склонах приступы являются также чрезвычайно близки, что свидетельствует отлично подходит линейной регрессии даже все данные скопившийся (данные не показаны). Оба представителя изображения взяты из наших предыдущих 12 публикаций.

er.within-страница = "Всегда"> figure-protocol-1
Рисунок 1. Схема эксперимента ПЭТ и CLI исследований. Опухоли были имплантированы на двусторонней основе в плечевой области и позволили вырасти до 150-200 мм 3, и опухоли мышей подвергали в естественных изображений с помощью ПЭТ и CLI при -1 день, 1 и 3. Бевацизумаб лечение проводилось на 2 инъекций 20 мг / кг на 0 и 2.

figure-protocol-2
Рисунок 2. (A) В естественных условиях CLI и ПЭТ-изображения мышей, несущих H460 ксенотрансплантатов обрабатывают Бевацизумаб до лечения (предварительное сканирование) и после лечения (день 3). (B)-корреспондент количественного анализа CLI и ПЭТ результаты (п = 3) и их корреляции. Изображения адаптировано из (6).arge.jpg "целевых =" _blank "> Щелкните здесь для просмотра больших фигура.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

CLI становится перспективным метода молекулярной визуализации, которая нашла потенциалов во многих основных научно-исследовательских приложений и даже клинического использования 4,5,15,16,17. Основные преимущества CLI по сравнению с традиционными ядерными методы визуализации, такие как ПЭТ стволовые от его использования ОИ инструменты, которые легче в использовании, характеризуются коротким временем приобретения и высокой пропускной способностью, значительно дешевле и более доступны для исследователей. Кроме ...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Нет конфликта интересов объявлены.

Благодарности

Мы признаем поддержке Национального института рака (NCI) R01 CA128908 и Стэнфордский медицинский научный сотрудник стипендий. Никакой другой потенциальный конфликт интересов, имеющих отношение к этой статье сообщается.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Name О компании Номер по каталогу
H460 клеточной линии Американская коллекция типовых культур АТСС номер: HTB-177
RPMI 1640, Invitrogen Life Technologies 12633-012
Фетальную телячью сыворотку Invitrogen Life Technologies 10091-148
Пенициллина / стрептомицина Invitrogen Life Technologies 15640-055
Фосфатно-солевой буфер Invitrogen Life Technologies 10010-023
Девушки Бестимусным голых мышей Charles River Laboratories, Inc Штамм Код: 088
Бевацизумаба (Авастин) Genentech / Roche N / A
MicroPET грызунов R4 Siemens Medical Solutions USA, Inc N / A
Isoflurane (Aerrane) Baxter Baxter номер: AHN3637
ИВИС Spectrum Суппорт Life Sciences N / A

Ссылки

  1. Weissleder, R., Mahmood, U. Molecular imaging. Radiology. 219 (2), 316(2001).
  2. Chen, K., Chen, X. Positron emission tomography imaging of cancer biology: current status and future prospects. Semin. Oncol. 38 (1), 70(2011).
  3. Solomon, M., Liu, Y., Berezin, M. Y., et al. Optical imaging in cancer research: basic principles, tumor detection, and therapeutic monitoring. Med. Princ. Pract. 20 (5), 397(2011).
  4. Liu, H., Ren, G., Miao, Z., et al. Molecular Optical Imaging with Radioactive Probes. PLoS One. 5 (3), e9470(2010).
  5. Robertson, R., Germanos, M. S., Li, C., et al. Optical imaging of Cerenkov light generation from positron-emitting radiotracers. Phys. Med. Biol. 54 (16), N355(2009).
  6. Xu, Y., Liu, H., Cheng, Z. Harnessing the power of radionuclides for optical imaging: Cerenkov luminescence imaging. J. Nucl. Med. 52 (12), 2009(2011).
  7. Cerenkov, P. Visible emission of clean liquids by action of g-radiation. Dokl Akad Nauk SSSR. 2, 451(1934).
  8. Cerenkov, P. A. Visible radiation produced by electrons moving in a medium with velocities exceeding that of light. Phys Rev. 52 (4), 0378(1937).
  9. Boschi, F., Calderan, L., D'Ambrosio, D., et al. In vivo 18F-FDG tumour uptake measurements in small animals using Cerenkov radiation. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 38 (1), 120(2011).
  10. Liu, H., Ren, G., Liu, S., et al. Optical imaging of reporter gene expression using a positron-emission-tomography probe. J. Biomed. Opt. 15 (6), 060505(2010).
  11. Park, J. C., Yu, M. K., An, G. I., et al. Facile preparation of a hybrid nanoprobe for triple-modality optical/PET/MR imaging. Small. 6 (24), 2863(2010).
  12. Xu, Y., Chang, E., Liu, H., et al. Proof-of-concept study of monitoring cancer drug therapy with cerenkov luminescence imaging. J. Nucl. Med. 53 (2), 312(2012).
  13. Ellis, L. M. Bevacizumab. Nat. Rev. Drug Discov. , Suppl S8. (2005).
  14. Hochster, H. S. Bevacizumab in combination with chemotherapy: first-line treatment of patients with metastatic colorectal cancer. Semin. Oncol. 33, Suppl 5 . 10. (2006).
  15. Dothager, R. S., Goiffon, R. J., Jackson, E., et al. Cerenkov radiation energy transfer (CRET) imaging: a novel method for optical imaging of PET isotopes in biological systems. PLoS One. 5 (10), e13300(2010).
  16. Hu, Z., Liang, J., Yang, W., et al. Experimental Cerenkov luminescence tomography of the mouse model with SPECT imaging validation. Opt. Express. 18 (24), 24441(2010).
  17. Park, J. C., Il An, G., Park, S. I., et al. Luminescence imaging using radionuclides: a potential application in molecular imaging. Nucl. Med. Biol. 38 (3), 321(2011).
  18. Holland, J. P., Normand, G., Ruggiero, A., et al. Intraoperative imaging of positron emission tomographic radiotracers using Cerenkov luminescence emissions. Mol. Imaging. 10 (3), 177(2011).
  19. Intraoperative imaging of tumors using Cerenkov luminescence endoscopy: a feasibility experimental study. J. Nucl. Med. Liu, H., Carpenter, C. M., Jiang, H., et al. , (2012).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Больше статей

Оптическая визуализацияпозитронно-эмиссионная томографияксенографты опухолейлечение бевацизумабомПЭТ для мелких животныхсистема IVUS Spectrumпрограммное обеспечение Living Imageпротоколы радиационной безопасности
Черенковского свечения Imaging (CLI) для мониторинга терапии рака
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.