Использование 18F-ФДГ ПЭТ/КТ и количественных гистология для измерения динамического изменения в метаболизме глюкозы в моделях мыши рака легких
21 июля 2018 г.
В этом протоколе мы опишем, как использовать [18F]-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose позитронно-эмиссионная томография и компьютерная томография (18F-ФДГ-ПЭТ/КТ) изображений для измерения опухоли метаболический ответ для целенаправленной терапии MLN0128 в Крас/Lkb1 мутант мыши модель рака легких и спаренных изображений с высоким разрешением ex vivo авторадиографии и количественных гистологии.
Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области метаболизма рака и терапии рака. Например, определение новых методов лечения, которые могут модулировать рост опухоли, а также метаболизм опухоли. Основное преимущество этого метода заключается в том, что мы можем выполнять неинвазивную визуализацию опухолей легких по мере их развития с течением времени.
Это важно, потому что мы можем лучше понять, как метаболизм опухоли реагирует на различные терапевтические вмешательства в режиме реального времени. Демонстрировать эти процедуры будет ученый из Центра доклинической визуализации Института Крампа. Внимание: используйте защитное снаряжение и соблюдайте все применимые нормативные процедуры при обращении с радиоактивностью.
Начните с нагрева клетки мышей, которые будут визуализированы при температуре 37 градусов Цельсия, за час до инъекции фтордезоксиглюкозы, меченной фтором 18. Это снижает потребление бурого жира индикатором. Взвесьте первую мышь и запишите ее вес.
После обезболивания мыши с помощью одобренного в учреждении метода проверьте глубину анестезии, зажав палец ноги. Если реакции не наблюдается, продолжайте процедуру, нанося офтальмологическую мазь на глаза, чтобы предотвратить сухость во время анестезии. Тщательно разведите меченный фтордезоксиглюкозой фтор-18 с радиоактивным периодом полураспада 109 минут, в стерильном физиологическом растворе при скорректированной инъекционной концентрации от 70 до 75 микрокюри на 100 микролитров.
Затем наберите 100 микролитров в инсулиновый шприц с помощью иглы 28 калибра и измерьте дозу радиоактивности с помощью калибратора дозы. Запишите измерение и время измерения, чтобы определить поправку на затухание. Поместите шприц в держатель для свинцового шприца.
Для инъекции сначала прогрейте хвост в течение 1-2 минут марлей, смоченной в теплой воде. А затем протрите 70% изопропанолом, чтобы расширить хвостовую вену непосредственно перед инъекцией. Ввести весь объем в шприце с помощью болюсной инъекции через боковую хвостовую вену.
И записывать время инъекции. Затем измерьте оставшуюся дозу в шприце с помощью калибратора дозы и запишите измерение и время. Наконец, поместите введенную мышь в анестезиологическую камеру с 1,5–2% изофлураном при температуре 37 градусов Цельсия, чтобы зонд мог распределяться через системный кровоток мыши в течение одного часа перед ПЭТ-сканированием.
Через 1 час поместите первую мышь в камеру визуализации, установленную при температуре 37 градусов Цельсия, под анестезию изофлураном конуса носа. И закрепите его конечности на месте с помощью медицинской ленты в положении лежа на спине. Поместите камеру визуализации в сканер ПЭТ КТ и получите снимки ПЭТ и КТ, как описано в руководстве по использованию сканера ПЭТ КТ.
После завершения ПЭТ-КТ извлеките мышь из камеры визуализации и дайте ей восстановиться в клетке. Импортируйте восстановленные изображения ПЭТ КТ в программное обеспечение AMOD, нажав «Файл», а затем «Импортировать файл». И выбор соответствующего DICOM-файла.
Щелкните правой кнопкой мыши по набору данных PET. И найдите поле процента введенной дозы на грамм на вкладке основной информации. Введите процент вводимой дозы на грамм, о котором сообщалось ранее.
Нарисуйте интересующие области опухоли и нормальных тканей, нажав «Редактировать», а затем «Добавить ROI». Выберите форму для ROI и присвойте ему имя. Нарисуйте ROI для опухолей и тканей и отрегулируйте их размеры, чтобы покрыть интересующую ткань по всем трем осям.
Фтордезоксиглюкозная ПЭТ-визуализация с помощью фтора-18 проводилась на мышах с опухолями с коммутациями KRAS и LKB1, называемых мышами KL. Опухоли у этих мышей были высокогликолитическими. О чем свидетельствует повышенное потребление F-FDG.
В соответствии с ранее опубликованными исследованиями. Резекция целых легких выявила наличие нескольких опухолей, показанных здесь в поперечном, сагиттальном и корональном видах. Пять долей легкого мыши были окрашены H&E для визуализации морфологии ткани.
Доли 1-5 окрашивали для транспортера глюкозы 1. Экспрессия и локализация Glut1 на плазматической мембране опухолевых клеток прямо коррелируют со стандартным значением поглощения фторсодержащей 18, меченной фтордезоксиглюкозой. При выполнении этой процедуры важно помнить, что биораспределение ФДГ зависит от условий обращения с животными.
Такие как обезболивание, согревание и голодание. Чтобы обеспечить воспроизводимость, эти шаги должны выполняться последовательно. Следуя этой общей процедуре, другие следы ПЭТ могут быть использованы для измерения различных биологических процессов in vivo, таких как метаболизм аминокислот и взаимодействия рецептор-лиганд.
Обзор
В данном протоколе описывается использование позитронно-эмиссионной и компьютерной томографии с применением [18F]-2-фтор-2-дезокси-D-глюкозы (18F-FDG PET/CT) для оценки метаболического ответа опухоли на таргетную терапию препаратом MLN0128 на модели рака легкого у мышей с мутацией Kras/Lkb1. В работе подчеркивается важность методов неинвазивной визуализации для понимания метаболизма опухоли в ходе терапевтических вмешательств.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Метаболизм рака
- Терапия рака
Теоретические основы
- Понимание метаболизма опухолей имеет решающее значение для разработки эффективных методов терапии рака.
- Неинвазивная визуализация позволяет в режиме реального времени контролировать ответ опухоли на лечение.
- В исследовании используется модель мыши со специфическими генетическими мутациями, характерными для рака легких.
Цель исследования
- Для измерения метаболического ответа опухолей на таргетную терапию.
- Для изучения корреляции между метаболизмом опухоли и эффективностью терапии.
- Для разработки надежного протокола визуализации для будущих исследований.
Используемые методы
- Подготовка мышей и введение фтордезоксиглюкозы, меченной фтором-18.
- Неинвазивная визуализация с помощью ПЭТ/КТ для анализа метаболизма опухоли.
- Количественная гистология и авторадиография для детального анализа.
- Анализ данных с использованием программного обеспечения AMOD для оценки введенной дозы и накопления препарата в опухоли.
Основные результаты
- Высокая гликолитическая активность, наблюдаемая в опухолях с ко-мутациями KRAS и LKB1.
- Корреляция между экспрессией транспортеров глюкозы и поглощением FDG.
- Продемонстрированная воспроизводимость результатов визуализации в контролируемых условиях.
Выводы
- Данный протокол представляет собой основу для изучения метаболизма опухоли in vivo.
- Полученные результаты способствуют пониманию влияния терапии на рост опухоли.
- В будущем данный подход может быть применен с использованием других ПЭТ-трейсеров для изучения различных биологических процессов.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Динамическое измерение метаболизма глюкозы с помощью 18F-ФДГ ПЭТ/КТ и количественной гистологии на генетически модифицированных моделях мышей позволяет проводить неинвазивную оценку терапевтического ответа при раке легкого в режиме реального времени. Данный комплексный подход обеспечивает прогностическую достоверность при оценке модуляции метаболических путей и служит основанием для принятия решений на ранних этапах формирования портфеля таргетной терапии. Метод улучшает трансляционную преемственность, связывая визуализацию in vivo с количественным определением биомаркеров ex vivo.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет исследовать зависимости метаболических путей в генетически определенных моделях опухолей.
- Обеспечивает функциональную валидацию ингибирования пути mTOR с помощью количественной визуализации и гистологии.
- Способствует прогностическому снижению рисков путем корреляции изменений биомаркеров с результатами метаболической визуализации.
Скрининг и разработка анализа
- Подготовка валидированных моделей in vivo для последующего терапевтического скрининга метаболических модуляторов.
- Стандартизация методов визуализации и гистологического количественного анализа для получения воспроизводимых количественных результатов анализа.
- Обеспечение надежного сравнения эффективности соединений на основе динамических показателей метаболизма.
Трансляционные и доклинические исследования
- Обеспечивает согласование визуализационных биомаркеров с гистологическими конечными точками для разработки трансляционных биомаркеров.
- Поддерживает преемственность процесса от этапа поиска до доклинической валидации путем объединения данных in vivo и ex vivo.
- Позволяет принимать обоснованные с учетом рисков решения о дальнейшем продвижении исследования на основе профилей раннего метаболического ответа.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Данный метод интегрируется в континуум от поиска до доклинических исследований, обеспечивая возможность ранней количественной оценки терапевтического воздействия на метаболизм опухоли in vivo.
- Открытие новых биологических мишеней: обеспечивает проверку гипотез по воздействию на метаболические пути и снижение механистических рисков.
- Скрининг: предоставляет воспроизводимые количественные результаты визуализации и гистологии для оценки соединений.
- Аналитика: предлагает стандартизированные измерения поглощения глюкозы и экспрессии биомаркеров для сравнения различных условий.
- Трансляционные исследования: связывает визуализацию in vivo с количественным определением биомаркеров ex vivo для обеспечения трансляционного соответствия.
- Корпоративное повторное использование: создает универсальную платформу для оценки метаболических ответов на различные терапевтические кандидаты.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает прогностическую уверенность и снижает механистическую неоднозначность при валидации метаболических мишеней.
- Операционная ценность: Повышает стандартизацию, воспроизводимость и масштабируемость рабочих процессов визуализации и гистологии.
- Стратегическая ценность: Улучшает принятие решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и эффективность использования капитала за счет предоставления ранних данных о метаболическом ответе.
- Влияние на портфель: Поддерживает приоритезацию с учетом рисков и продвижение терапии, нацеленной на метаболические пути.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области визуализации мелких животных, работы с радиофармпрепаратами и количественной гистологии.
- Необходим доступ к оборудованию ПЭТ/КТ, дозиметрам и программному обеспечению для морфометрического анализа.
- Для обеспечения воспроизводимости требуется строгая стандартизация протоколов обращения с животными, анестезии и голодания.
- Адаптация метода для различных генетических моделей или типов опухолей может потребовать оптимизации протокола.
- Работа с радиоактивными веществами накладывает определенные нормативные требования и требования безопасности к лабораторным операциям.
![Визуализация и количественная оценка коричневых и бежевых жировых тканей у мышей с использованием [18F]FDG Micro-PET/MR Визуализация](/_next/image?url=https%3A%2F%2Fcloudfront.jove.com%2FCDNSource%2Fteasers%2F62460.jpg%3Fv%3D2026-08-31T11%253A09%253A42.000Z&w=384&q=75)