Summary
前臨床癌治療を監視するためのチェレンコフ発光イメージング（CLI）の使用は、ここで説明されます。この方法は、チェレンコフ放射（CR）および放射性標識プローブを可視化する光学イメージング（OI）を利用していますので、前臨床治療モニタリングおよび薬物スクリーニングにおけるPETの代替手段を提供します。
Abstract
分子イメージングは、陽電子放射断層撮影法（PET）や光イメージング（OI）は1月3日の最も重要なので、最も広く使用されている様式のうちの2つです。 OIは非放射、相対的に低いコスト、短いスキャン時間、高スループット、および基本的な研究者に広く利用のために注目される一方PETは、その優れた感度と定量能力によって特徴づけられる。ただし、両方のモダリティは、同様に自分の欠点を持っています。 OIは主に、その限られた組織の浸透のために生きている組織の厚さを通して著名な散乱光信号と一緒に前臨床アプリケーションに限定されているPETは、貧しい人々の空間分解能と高コストに苦しんでいる。
最近のPETとOIの間に橋がチェレンコフ発光イメージング（CLI）4-6の発見に浮上している。 CLIは、OIの楽器と画像放射性核種にチェレンコフ放射（CR）を活かした新たな画像診断法である。ロシアのノーベルラウルeate Alekseyevichチェレンコフと彼の同僚は、もともと1934年にCRを発見しました。これは、荷電粒子が誘電体媒質7,8で超光速スピードで走行 する際に放出される電磁放射の形です。荷電粒子は、陽電子や電子かどうか、その原子に電子を変位させることにより、媒体の電磁界を乱す。避難電子が基底状態に戻るように崩壊光子の通過した後に放出される。たとえば、1つの18 Fの減衰が水5で3光子の平均を生成すると推定された。
その出現以来、CLIは他人4,5,9,10,11間の生体内腫瘍イメージング、レポーター遺伝子イメージング、放射性トレーサーの開発、マルチモダリティイメージングにおいて 、前臨床含む様々なアプリケーションでの使用のために研究されてきた。 CLIは、これまで多くの成功を収めている理由で最も重要な理由は、この新技術は、低COを利用していることですstとだけPETなどの、より高価であまり利用でき核イメージングモダリティにより結像されていた画像の放射性核種にOIの広い空。
ここでは、がん薬物療法を監視するには、CLIを使用する方法を紹介します。当社グループは、最近、この新しいアプリケーションを調査し、概念実証研究12でその実現可能性を検証しています。我々は、CLIおよびPETは異なる腫瘍異種移植片およびイメージングプローブを越え優れた相関を示したことを明らかにした。これは、CLIは、本質的に、PETと同じ放射性核種を可視化することをCRの包括的な原則と整合的である。それはよく知られている血管新生阻害剤13,14であるため、私たちの治療薬として、我々は、（Genentech / Roche社アバスチン）ベバシズマブ選択。近い将来、この技術の成熟は有意な臨床前医薬品開発への影響、スクリーニング、並びに治療を受けている患者の治療モニタリングを持つように想定することができる。
Protocol
1。腫瘍モデル
- 10％ウシ胎児血清および1％ペニシリン/ストレプトマイシン（インビトロジェンライフテクノロジーズ）を補充したRPMI 1640培地で培養H460細胞（アメリカン·タイプ·カルチャー·コレクション）。それは、細胞株、培養培地、接種の場所、マウスあたり異種移植片の数、およびその他の考慮事項の選択肢が特定の研究の目標に合わせて調整するために、すべてのことに留意すべきである。ここでは、イラストだけとして機能するように、ある特定のプロジェクトのデザインを紹介します。
- 37℃、新鮮培地への変更隔日で5％CO 2の加湿雰囲気下での細胞系を維持している。
- 75％の細胞がコンフルエントな単層を形成する際には、トリプシンを用いて単層を切り離し、さらに細胞培養のための単一細胞懸濁液に細胞を解離する。
- 年には約1×10 6 H460細胞をサスペンドリン酸緩衝食塩水（PBS; Invitrogen）および皮下にインプラントヌードマウスの左右両肩（雌無胸腺ヌードマウス（ のnu / nu）、4から6週齢、チャールズ·リバー·ラボラトリーズ社）。
- 腫瘍が150まで成長することができます- 200ミリメートル3。それは、このサイズに成長H460腫瘍異種移植片のために約2週間かかります。標準ノギス測定が腫瘍サイズを追跡するために行われる。
- 腫瘍が理想のサイズに達すると担癌マウスは今治療のための準備とPETとCLIの両方を介してin vivoイメージングです。
2。 PET
- このスケジュールまたは特定のプロジェクト（ 図1）12に応じてそのいずれかの変動に応じてPET検査を実行します。多くの要因は、スケジュールの設計に影響を含むが、これらに限定されるものではなく、腫瘍異種移植片細胞株、抗癌剤、および投与レジメンの選択でした。ここでは、1つの特定のイメージングのスケジュールを紹介します。 CLIの研究は、に準じて行うことになっているCLIを使用したPET研究と同様のスケジュールでは、対応するPETの直後に行う。また、PET研究の目的は、CLIの結果の検証のため主にであることに留意すべきである。ちょうどイメージング放射性標識プローブのためOIの楽器を使用したい共通のユーザーの場合は、PETは必要ありません。一つは欲望のPET検証を行うとすれば、それは、PETとCLIの楽器が原因で18 Fの半減期が短い（109.77分）の成功するために検証のために非常に近接して内に位置しなければならないことを強調しなければならない。
- 治療群と対照群（n≥3ずつ）にマウスを割ります。 0日目および2で20 mg / kgのベバシズマブの2回注射による治療群のマウスを治療する。 0日目は、最初の注射によって定義されます。デイ-1でプリスキャンは、PETとCLIの両方を介して行われるべきであることに注意してください。
- 担癌マウスの小動物PETはR4のげっ歯類モデルスキャナ（シーメンスメディカルソリューションズ米国で実行される社）。
- （Aerrane;バクスター）2％イソフルランですべてのマウスを麻酔し、F-fluorothymidine 3'-デオキシ-3'-18を注入する（18、F-FLT、7.3から8.0 MBqの[198から215μCiの]）尾静脈を介して。 PETプローブは、注射前にPBSで希釈される。
- 1時間後、再びマウスを麻酔し、麻酔したマウスでは発生しやすく、小動物PET装置の視野の中央付近に配置します。
- 3分間の静的スキャンを取得し、2次元秩序-サブセット期待最大アルゴリズムで画像を再構成する。バックグラウンド補正は必要ありません。
- 減衰補正した全身コロナル画像上の腫瘍の上に、関心領域（冠状および横断スライス用に5ピクセルのROI）を描画します。 ROIのから毎分あたりの最大ピクセル数を取得し、キャリブレーション定数を使用することにより、毎分ミリリットル当たりのカウントに変換されます。 1グラム/ mlの組織の密度を想定して、カウントにROIを変換毎分当たりのグラム。注入量によって毎分グラム当たりのカウント数を割ることによって画像のROI由来％のID / gの値を決定します。減衰補正は必要ありません。
3。 CLI
- CLIは、IVISスペクトラムシステム（キャリパーライフサイエンス）を用いて実施されるべきである。画像の取得と分析は、リビングイメージ3.0ソフトウェア（キャリパーライフサイエンス）を用いて行わなければならない。波長分解分光イメージングは、18組の狭帯域発光フィルタ（ - 850 nmの490）を使用して実行されるべきである。繰り返しになりますが、各マウスについて、PET研究がプロトコルに含まれている場合、放射性崩壊の量を最小にするためにすぐにPETの後にCLIを実行します。
- イソフルラン麻酔下で遮光チャンバー内に動物を置きます。複数のマウスは、スループットを向上させるために同時に配置することができます。
- 3分間の露光時間（F /ストップ= 1、ビニング= 4）を使用して画像を取得する。同じ照明設定（ランプ電圧、フィルター、F /ストップ、視野、BINNを使用る）は、すべての画像を取得する。背景組織の信号強度を計算するために背側の皮膚領域を使用します。ステラジアン当たり平方センチメートル毎秒（P / S / cmの2 / SR）当たりの光子の蛍光発光を正規化します。
4。代表的な結果
CLIおよびPET画像間の視覚的な比較を容易に行うことができる。同じモダリティと場所側ずつCLIおよびPET画像側から画像全体で統一スケールバーは、この代表的なパネル（ 図2A）、CLIおよびPETの両方が治療前から治療したマウスで、H460異種移植片から大幅に減少した信号を明らかにすることで見ることができた後3日目に、有意な治療効果を示唆している。比較として、適度に変わらない信号に増加同じ期間（データは示さず）中に未処理マウスで観察された。単独で目視により1は、視覚的な腫瘍のコントラストの間に良好な一貫性があることを観察することができますCLIおよびPETから局所化。実際には、この視覚的相関は、抗がん治療レジメン（3日目からのCLIおよびPET画像を比較してください）に二次腫瘍の中心壊死を示すのに十分な解像度を持っています。画像所見を検証するために数量化と相関分析を行うことができる。
CLIおよびPET画像の定量化と線形回帰で簡単フィッティングは2種類の治療法が実際に高い相関が得られ（ 図2B、R 2は、18 F-FLTのための= 0.9309、治療群をプローブ）を有していたことが明らかになった。特に、異なる腫瘍モデルと異なる抗がん剤とのCLIおよびPETイメージング研究のすべてに収まるの斜面も著しく接近している、したがって、すべてのデータの線形回帰の優れたフィット感を示唆している（データは示さず）凝集している。双方の代表イメージが我々の前の出版物12を適合させたものです。
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図1 PETおよびCLIの研究の実験的な設計の回路図腫瘍は肩領域に両側性に移植され、150〜200ミリメートル3まで成長させ、及び担癌マウスは一日-1、1、3でPETとCLIを介してin vivoイメージングを行ったされた。ベバシズマブ治療は、0日目と2で20 mg / kgを2回注射することにより行った。
図2。 （）in vivoでのCLIおよびベバシズマブで治療したH460異種移植片を有するマウスのPET画像における処理（スキャン前）の前と治療（3日目）の後。CLIおよびPETの結果（n = 3）での（B）に対応する定量分析とその相関。画像は（6）から適応。arge.jpg "ターゲット=" _blank ">拡大図を表示するには、ここをクリックしてください。
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Discussion
CLIには、多くの基礎科学研究への応用、さらには臨床使用4,5,15,16,17のポテンシャルを発見した有望な分子イメージング技術として浮上している。かなり安価、そしてより広く研究者が利用できる短い取得時間と高いスループットが特徴使いやすくなっていますそのようなOI楽器の使用からPET幹などの伝統的な核イメージングモダリティを介したCLIの主な利点は、。また、どのようなCLIは別に、一般的に、OIから設定すると、従来のOI剤とは異なり、食品医薬品局（FDA）によって承認されているその多くはイメージングプローブとしてのβ-放射標識された分子の使用です。これらのユニークかつ望ましい資質と、CLIは迅速に分子イメージングの分野から注目を集めている。まだ前臨床および臨床応用におけるそのポテンシャルは十分に調査されていない項目。
癌治療のモニタリングは地域の一つであるどこCLIは、いくつかの重要なユーティリティを持つことができます。これは、プローブの開発、薬剤スクリーニング、および患者のためにも仕立て癌治療の鍵となる非常に重要な地域である。現在、前臨床癌治療のモニタリングは、PETなどの核イメージングモダリティを介して、ほぼ独占的に行われている。したがってCLIは特にCLIおよびPET画像との間の優れた相関関係があることを考えると、PETに非常に魅力的な代替手段を提供します。例えば32 P、90 Y、131 Iなどのエミッター、すべてが臨床的に関連している-しかし、治療モニタリングするためのCLIの別の利点は、CLIは画像だけでなく、β+エミッタでなく、βができるという事実にある。
ただし、CLIは欠陥がないわけではない。 OIの楽器への依存は、CLIは、生体組織内の信号の減衰や散乱などの光学イメージングに固有のいくつかの欠点に苦しんでいることが求められます。また、特定のスペクトルCRはまた限られた信号強度をもたらし、その後、より深く体表面、感度が低いと貧しい定量能力6からの信号。欠点が有意であると見なすことができながら、しかし、1つは主にマウスなどの小動物を採用することにより、臨床研究で、これらの障害を回避することができます。さらに重要なことは、潜在的にCLIの癌治療のモニタリングの恩恵を受けることができる臨床領域の少なくともいくつかあります。このような皮膚の炎症状態やがんなどの表在性疾患の実体を監視することは一つの良い例として機能することができます。また、病気の実体はその深いまだ電荷結合素子または光ファイバ·ベースの技術によりアクセスも同様に、優れた感度とCLIの定量化機能を使用することができますされています。さらにもう一つのエキサイティングな可能性は、外科医が手術室で腫瘍に関する解剖学的および機能的な情報を取得できるように、CLIを使用してにある。最近の二つのproof-of-concept STUダイは、CLI 18,19に術中画像誘導のおかげでマウスの腫瘍の検出および切除を実証している。
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Disclosures
特別な利害関係は宣言されません。
Acknowledgments
我々は、米国国立がん研究所（NCI）R01 CA128908とスタンフォード医科学者の研究奨学金からサポートを承諾。この記事に関連する関心の他の潜在的な衝突は報告されなかった。
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
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