Summary
يوصف استخدام كيرينكوف منيسسينس التصوير (CLI) لرصد قبل السريرية لعلاج السرطان هنا. هذه الطريقة يستفيد من الإشعاع كيرينكوف (CR) والتصوير الضوئي (OI) لتصور تحقيقات رديولبلد، ويوفر بالتالي بديلا للPET في الرصد قبل السريرية والعلاجية فحص المخدرات.
Abstract
في التصوير الجزيئي، بوزيترون الانبعاثات الرسم السطحي (PET) والتصوير الضوئي (OI) وهما من أهم الطرائق وبالتالي الأكثر استخداما على نطاق واسع 1. ويتميز PET من حساسية ممتازة وقدرة الكمي بينما OI بارزة لإشعاع غير وتكلفة منخفضة نسبيا، في وقت قصير المسح الضوئي، إنتاجية عالية، وتوافر واسعة للباحثين الأساسية. ومع ذلك، كل الطرائق لها نواقصها أيضا. PET يعاني من ضعف القرار المكانية وارتفاع تكلفة، في حين يقتصر في الغالب إلى تطبيقات OI قبل السريرية بسبب اختراقها الأنسجة محدودة جنبا إلى جنب مع إشارات الضوئية من خلال نثر بارزة سمك الأنسجة الحية.
وقد برزت مؤخرا جسرا بين PET وOI مع اكتشاف كيرينكوف منيسسينس التصوير (CLI) 2-4. CLI هي طريقة التصوير الجديدة التي تسخر كيرينكوف الإشعاع (CR) إلى النويدات المشعة صورة مع الصكوك OI. الروسية نوبل LAUREAالشركة المصرية للاتصالات Alekseyevich كيرينكوف وزملاؤه اكتشاف أصلا CR في عام 1934. بل هو شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعثة عندما يسافر الجسيمات المشحونة بسرعة superluminal في وسط عازلة 5. والجسيمات المشحونة، سواء بوزيترون أو الإلكترون، ويشوش على المجال الكهرومغناطيسي للوسط من خلال طرد الإلكترونات في ذراته. بعد النجاح في تعطيل الفوتونات وتنبعث الالكترونات والمشردين العودة إلى الحالة الأرضية. على سبيل المثال، كان يقدر أن 18 إلى تسوس F انتاج بمعدل 3 الفوتونات في الماء 3.
منذ نشأتها، وقد تم التحقيق CLI لاستخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات بما في ذلك في مجال التصوير قبل السريرية المجراة الورم، مراسل الجينات والتصوير، والمشع التنمية، والتصوير multimodality، من بين أمور أخرى 2،3،6. أهم سبب لماذا CLI تمتعت الكثير من النجاح حتى الآن هو أن هذه التكنولوجيا الجديدة يستفيد من انخفاض تكلفة ودور المرأة في التنمية(ه) من توافر OI إلى النويدات المشعة الصورة، والتي تستخدم ليمكن تصوير فقط من قبل أكثر تكلفة وأقل المتاحة طرائق التصوير النووي مثل PET.
هنا، نقدم طريقة استخدام CLI لرصد سرطان العلاج بالعقاقير. وقد حققت مجموعتنا مؤخرا هذا التطبيق الجديد والتحقق من صحة جدواه من دراسة إثبات صحة مفهوم 7. أثبتنا أن CLI وPET عرض الارتباطات ممتازة عبر الأعضاء المستمدة من الحيوانات المختلفة وتحقيقات ورم التصوير. وهذا يتفق مع المبدأ الأساسي للCR أن يتصور CLI أساسا النويدات المشعة نفس PET. اخترنا بيفاسيزوماب (أفاستين؛ جينينتيك / روش) وكيلا لدينا العلاجية لأنه هو المانع الأوعية الدموية المعروفة 8. ويمكن تصور نضوج هذه التقنية في المستقبل القريب أن يكون لها تأثير كبير على تطوير الأدوية قبل السريرية، وفحص، وكذلك رصد المرضى الذين يتلقون العلاج من العلاجات.
Protocol
1. ورم الموديل
- ثقافة H460 الخلايا (كوكتيل الثقافة الأمريكية نوع) في المتوسط 1640 RPMI تستكمل مع مصل بقري جنيني 10٪ و 1٪ البنسلين / الستربتوميسين (لايف تكنولوجيز إينفيتروجن). تجدر الإشارة إلى أن الخيارات من خطوط الخلايا، وسائل الثقافة، مواقع التطعيم، وعدد من الأعضاء المستمدة من الحيوانات في الماوس، وغيرها من الاعتبارات كلها ليكون متلائما مع أهداف دراسة خاصة. هنا سنقدم فقط تصميم واحد مشروع معين لتكون بمثابة التوضيح.
- الحفاظ على خطوط الخلايا في جو من مرطب 5٪ CO 2 في 37 ° C والتغيير والمتوسطة الطازجة كل يوم.
- عندما يتم تشكيل أحادي الطبقة 75٪ متموجة من الخلايا، فصل أحادي الطبقة مع التربسين وفصل الخلايا في التعليق وحيدة الخلية خلية للثقافة أخرى.
- تعليق ما يقرب من 1 × 10 6 خلايا H460 في الفوسفات مخزنة المالحة (PBS، إينفيتروجن) وزرع تحت الجلد فيكلا الكتفين الأيسر والأيمن من الفئران عارية (أنثى الفئران عارية athymic (نو / نو)، 4 - 6 أسابيع من العمر، نهر تشارلز مختبرات، وشركة).
- تسمح أورام لتنمو إلى 150 حتي 200 مم 3. يستغرق حوالي 2 أسابيع لH460 الأعضاء المستمدة من الحيوانات ورم أن ينمو إلى هذا الحجم. ويتم قياس مستوى الفرجار إلى تتبع أحجام الورم.
- عندما تصل إلى الأورام الحجم المثالي للفئران تحمل الورم على استعداد الآن للعلاج والتصوير في الجسم الحي عن طريق كل من PET وCLI.
2. PET
- اجراء الدراسات اللازمة وفقا لPET هذا الجدول أو أي اختلاف من ذلك اعتمادا على مشروع معين (الشكل 1) 7. ويمكن لعدد من العوامل التي تؤثر على تصميم الجدول، بما في ذلك، ولكن ليس على سبيل الحصر، اختيار خطوط الخلايا السرطانية طعم أجنبي، الأدوية المضادة للسرطان، ونظم الجرعات. هنا سنقدم فقط جدول واحد التصوير محددة. CLI الدراسات التي سيتم إجراؤها وفقا للتنفيذ الجدول الزمني نفس تلك الدراسات PET، مع CLI مباشرة بعد المقابلة PET. وينبغي أيضا لاحظ هنا أن الغرض من هذه الدراسات هو أساسا لPET المصادقة على نتائج CLI. بالنسبة للمستخدمين الذين يرغبون المشتركة فقط لاستخدام أدوات التصوير OI لتحقيقات رديولبلد، لا PET هو ضروري. ومع ذلك، إذا كان أحد لا ينبغي التحقق من صحة الرغبة PET ينبغي التشديد على أن يجب أن يكون موجودا PET وCLI الصكوك على مقربة جدا للمصادقة أن تكون ناجحة بسبب نصف العمر القصير من 18 F (109.77 دقيقة).
- تقسيم الفئران إلى مجموعات علاجها ومكافحتها (ن ≥ 3 لكل منهما). علاج الفئران في مجموعة العلاج مع 2 حقن بيفاسيزوماب من 20 ملغ / كغ في أيام 0 و 2. ويعرف اليوم 0 من الحقنة الأولى. ملاحظة أنه في يوم -1 يجب إجراء فحص ما قبل عن طريق كل من PET وCLI.
- الحيوانات الصغيرة PET من الفئران الحاملة للورم هو أن يؤديها مع نموذج R4 الماسح الضوئي القوارض (سيمنز الطبية حلول USA، وشركة).
- تخدير الفئران مع جميع 2٪ isoflurane (Aerrane؛ باكستر) وحقن مع 18-3'-ديوكسي 3'F-fluorothymidine (18 F-FLT؛ 7،3 حتي 8،0 من mbq [198 حتي 215 μCi]) عن طريق الوريد الذيل. التحقيق PET هو أن تضعف في برنامج تلفزيوني قبل الحقن.
- بعد 1 ساعة، تخدير الفئران مرة أخرى ووضع الفئران المعرضة تخدير وبالقرب من مركز مجال الرؤية من الماسح الضوئي PET الصغيرة الحيوانية.
- الحصول على ثلاث دقائق بالاشعة الثابتة وإعادة بناء الصور عن طريق (أ) 2 الأبعاد أمر، مجموعات فرعية توقع خوارزمية أقصى. تصحيح الخلفية ليست ضرورية.
- رسم المناطق ذات الاهتمام (رويس، 5 بكسل للشرائح الاكليلية وعمودي على المحور) على الأورام على الصور كامل الجسم تسوس-تصحيح الاكليلية. الحصول على أقصى قدر من التهم لكل بكسل في الدقيقة من رويس وتحويله إلى التهم لكل مليلتر في الدقيقة عن طريق استخدام المعايرة المستمرة. مع افتراض وجود كثافة الأنسجة من 1 جم / مل، تحويل المؤسسة العامة لرويس التهمص غرام في الدقيقة الواحدة. تحديد صورة ROI المستمدة٪ ID / ز القيم بقسمة التهم لكل غرام في الدقيقة من جرعة حقن. تصحيح توهين ليست ضرورية.
3. CLI
- CLI هي التي يتعين القيام بها مع نظام الطيف IVIS (الفرجار علوم الحياة). اقتناء وتحليل الصور هي التي يتعين الاضطلاع بها باستخدام صورة السكن 3.0 برامج (الفرجار علوم الحياة). الطول الموجي، الطيفية هو حل التصوير التي يتعين القيام بها باستخدام 18-مجموعة ضيقة النطاق الانبعاثات تصفية (490 حتي 850 نانومتر). مرة أخرى، لكل الماوس، نفذ CLI مباشرة بعد PET لتقليل كمية من الاضمحلال الإشعاعي حالة وجودها الدراسات PET في البروتوكول.
- وضع الحيوانات في غرفة ضوء محكم تحت التخدير isoflurane. يمكن وضعها الفئران متعددة في نفس الوقت على زيادة الإنتاجية.
- الحصول على صور باستخدام 3 دقيقة زمن التعرض (و / وقف = 1، binning = 4). استخدام إعدادات الإضاءة نفسها (مصباح الجهد، والمرشحات، و / توقف، مجالات الرأي، binninز) للحصول على جميع الصور. استخدام المنطقة الظهرية الجلد لحساب قوة إشارة الأنسجة الخلفية. تطبيع الانبعاثات مضان إلى الفوتونات في الثانية تربيع لكل سنتيمتر في ستيراديان (ع / ق / سم 2 / ريال سعودي).
4. ممثل النتائج
ويمكن المقارنة البصرية بين CLI والصور PET يسهل حملها خارج. بعد توحيد يمكن حجم شريط عبر الصور من نفس الطريقة والمكان وCLI PET الصور جنبا إلى جنب للمرء أن يرى في هذا الفريق ممثل (الشكل 2A) أن كلا CLI وPET كشف الإشارات انخفضت بشكل ملحوظ من H460 الأعضاء المستمدة من الحيوانات في الفئران التي عولجت من قبل العلاج لمدة 3 أيام، مما يشير إلى تأثير علاجي كبير. وعلى سبيل المقارنة، لوحظت زيادة معتدلة إلى إشارات دون تغيير في الفئران غير المعالجة خلال نفس الفترة الزمنية (المعطيات غير معروضة). عن طريق التفتيش البصري وحدها يمكن للمرء أن يلاحظ أن هناك تناقضات بين الاتساق جيدة الورم التي visualiz إد من CLI وPET. في الواقع، هذه العلاقة البصرية لديه القرار كافية لإظهار نخر الورم المركزي الثانوية إلى نظام المعالجة المضادة للسرطان (يرجى مقارنة CLI والصور PET من يوم 3). للتحقق من صحة النتائج quantifications التصوير ويمكن أن يتم تحليل الارتباط بها.
وأظهرت Quantifications من CLI والصور PET وبسيطة مناسبة عن طريق الانحدار الخطي أن طرائق بينهما علاقة ممتازة بالفعل (الشكل 2B، R 2 = 0.9309 لمدة 18 F-FLT بحثها مجموعة العلاج). والجدير بالذكر أن جميع من في CLI لدينا والدراسات التصوير PET مع نماذج مختلفة وورم الأدوية المضادة للسرطان منحدرات مختلفة للنوبات هي أيضا قريبة بشكل ملحوظ، مما يشير نوبة ممتازة من الانحدار الخطي حتى من جميع البيانات ومكتل (المعطيات غير معروضة). كل الصور يتم تكييفها ممثل من 7 لدينا النشر السابقة.
ضمن صفحة = "دائما"> 
الشكل 1. التخطيطي من التصميم التجريبي من الدراسات وCLI PET. تم زرع الأورام ثنائي في منطقة الكتف وسمح ليصل إلى 3 مم 150-200، وتعرض الفئران الحاملة للورم لفي التصوير المجراة عن طريق PET وCLI في اليوم -1، 1، و 3. تم إجراء العلاج بيفاسيزوماب بنسبة 2 حقن 20 مغ / كغ في أيام 0 و 2.
الشكل 2. (A) في الجسم الحي CLI والصور PET من فئران تحمل H460 الأعضاء المستمدة من الحيوانات تعامل مع بيفاسيزوماب قبل العلاج (قبل المسح) وبعد العلاج (اليوم 3). (B) من التحليل الكمي الموافق CLI وPET نتائج (ن = 3) وعلى العلاقات المتبادلة. الصور مقتبسة من (6).e.jpg "الهدف =" _blank "> اضغط هنا لمشاهدتها بشكل اكبر الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
CLI والناشئة باعتبارها تقنية واعدة التصوير الجزيئي التي وجدت في العديد من الإمكانيات الأساسية تطبيقات البحوث العلمية وحتى استخدام السريرية 2،3،9. أهم مزايا CLI على طرائق التصوير التقليدية النووية مثل PET الجذعية من استخدامه للأدوات OI، والتي هي أسهل للاستخدام، والتي تتميز الوقت القصير والاستحواذ إنتاجية عالية، أقل تكلفة، وأكثر من ذلك على نطاق واسع في متناول الباحثين. بالإضافة إلى ذلك، ما يحدد وبصرف النظر عن CLI OI بشكل عام هو استخدام جزيئات β التي ينبعث منها وصفت بأنها تحقيقات التصوير، وكثير منها قد تمت الموافقة من قبل إدارة الغذاء والدواء (FDA)، على عكس وكلاء OI التقليدية. مع هذه الصفات الفريدة ومرغوب فيه، CLI قد حصل بسرعة الانتباه عن مجال التصوير الجزيئي. وحتى الآن بعد إمكانياتها في التطبيقات قبل السريرية والسريرية لإجراء تحقيق كامل.
رصد سرطان العلاج هي واحدة من المناطق التي Cيمكن LI بعض المرافق الهامة. بل هو مجال هام جدا وهذا هو مفتاح التنمية التحقيق، وفحص المخدرات، وحتى الخياطة علاج السرطان للمرضى. حاليا، يتم رصد قبل السريرية علاج السرطان من على وجه الحصر تقريبا من خلال طرائق التصوير النووي مثل PET. ولذلك CLI توفر بديلا جذابا للغاية لPET، ولا سيما بالنظر إلى أن هناك علاقة متبادلة بين الصور ممتازة وCLI PET. حتى الآن، وهناك ميزة أخرى لCLI لرصد العلاج يكمن في حقيقة أن الصورة يمكن CLI ليس فقط β +-بواعث، ولكن أيضا β - بواعث مثل 32 ف، 90 Y، و 131 I، وكلها ذات الصلة سريريا.
ومع ذلك، CLI لا تخلو من العيوب. الاعتماد على الصكوك OI يملي CLI يعاني من بعض أوجه القصور التي هي جوهرية لمثل التصوير الضوئي توهين الإشارة ونثر في الأنسجة الحية. وعلاوة على ذلك، فإن الطيف معينة من CR أيضاالنتائج في كثافة إشارة محدودة وبعد ذلك، وأعمق. الإشارة من سطح الجسم، وانخفاض حساسية، والأكثر فقرا القدرة الكمي 4 ومع ذلك، في حين يمكن النظر إلى أوجه القصور أن تكون كبيرة، يمكن للمرء تجاوز هذه العقبات إلى حد كبير في مجال البحوث قبل السريرية من خلال توظيف الحيوانات الصغيرة مثل الفئران. الأهم من ذلك، هناك ما لا يقل عن اثنين من المجالات الطبية التي يمكن أن تستفيد من سرطان CLI رصد العلاج. يمكن رصد المرض كيانات سطحية مثل حالات الالتهابات الجلدية وأمراض السرطان بمثابة مثال واحد جيد. وعلاوة على ذلك، والكيانات المرض الذي عميقة حتى الآن يمكن الوصول إليها عن طريق المسؤول إلى جانب جهاز أو الألياف البصرية القائمة على تقنيات استخدام حساسية ممتازة وقدرة الكمي للCLI أيضا. إمكانية أخرى مثيرة تكمن في استخدام CLI لمساعدة الجراحين على الحصول على معلومات تشريحية ووظيفية عن الأورام في غرفة العمليات. الأخيرين هكتار الدراسات إثبات صحة مفهوملقد أثبتت كشف واستئصال الاورام في الفئران مع توجيهات الصورة أثناء العملية بفضل CLI 10.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
Acknowledgments
نعترف بدعم من المعهد الوطني للسرطان (لجنة التحقيق الوطنية) R01 CA128908 وستانفورد للأبحاث الطبية الباحث زمالة. لم ترد انباء عن صراع آخر محتمل في المصالح ذات الصلة لهذه المادة.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| H460 Cell Line | American Type Culture Collection | ATCC Number: HTB-177 | |
| RPMI 1640 Medium | Invitrogen Life Technologies | 12633-012 | |
| Fetal Bovine Serum | Invitrogen Life Technologies | 10091-148 | |
| Penicillin/Streptomycin | Invitrogen Life Technologies | 15640-055 | |
| Phosphate-Buffered Saline | Invitrogen Life Technologies | 10010-023 | |
| Female Athymic Nude Mice | Charles River Laboratories, Inc. | Strain Code: 088 | |
| Bevacizumab (Avastin) | Genentech/Roche | N/A | |
| MicroPET Rodent R4 | Siemens Medical Solutions USA, Inc. | N/A | |
| Isoflurane (Aerrane) | Baxter | Baxter Number: AHN3637 | |
| IVIS Spectrum | Caliper Life Sciences | N/A |
References
- Weissleder, R., Mahmood, U. Molecular imaging. Radiology. 219 (2), 316 (2001).
- Chen, K., Chen, X. Positron emission tomography imaging of cancer biology: current status and future prospects. Semin. Oncol. 38 (1), 70 (2011).
- 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).
- Liu, H., Ren, G., Miao, Z., et al. Molecular Optical Imaging with Radioactive Probes. PLoS One. 5 (3), e9470 (2010).
- 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).
- Xu, Y., Liu, H., Cheng, Z. Harnessing the power of radionuclides for optical imaging: Cerenkov luminescence imaging. J. Nucl. Med. 52 (12), 2009 (2011).
- Cerenkov, P. Visible emission of clean liquids by action of g-radiation. Dokl Akad Nauk SSSR. 2, 451 (1934).
- Cerenkov, P. A. Visible radiation produced by electrons moving in a medium with velocities exceeding that of light. Phys Rev. 52 (4), 0378 (1937).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ellis, L. M. Bevacizumab. Nat. Rev. Drug Discov. , Suppl S8. (2005).
- Hochster, H. S. Bevacizumab in combination with chemotherapy: first-line treatment of patients with metastatic colorectal cancer. Semin. Oncol. 33, Suppl 5 . 10. (2006).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
