Vi beskriver en multi-vinkel roterende optisk imaging (Maroi) system for in vivo kvantificering af en fluorescerende markør leveret af saposin K (SAPC)-dioleoylphosphatidylserin (DOPS) nanovesicles. Anvender musemodeller af kræft og gigt, vi vise, hvordan Maroi signal kurve analyse kan anvendes til en præcis kortlægning og biologisk karakterisering af sygdomsprocesser.
Vi beskriver en multi-vinkel roterende optisk imaging (Maroi) system til in vivo monitorering af fysiopatologiske processer mærket med en fluorescerende markør. Musemodeller (hjernetumor og arthritis) blev anvendt til at vurdere anvendeligheden af denne metode. Saposin K (SAPC)-dioleoylphosphatidylserin (DOPS) nanovesicles tagget med CellVue Maroon (CVM) fluorophoren blev administreret intravenøst. Dyrene blev derefter anbragt i den roterende holder (MARS) for in vivo imaging system. Billederne blev optaget i 10 ° trin over 380 °. Et rektangulært område af interesse (ROI) blev placeret over hele billedet bredde ved modellen sygdommen site. Inden for ROI, og for hvert billede, var gennemsnitlig fluorescensintensitet beregnet efter baggrundssubtraktion. I musemodeller undersøgt, blev de mærkede nanovesicles taget op i både ortotopisk og transgene hjernetumorer, og i de arthritiske steder (tæer og ankler). Kurve analyse af multi vinkel image ROI'er bestemt vinkel med det højeste signal. Således var den optimale vinkel til billeddannelse hver sygdom stedet karakteriseres. Den Maroi anvendte metode til billeddannelse af fluorescerende forbindelser er en non-invasiv, økonomisk og præcist redskab til in vivo-kvantitativ analyse af sygdomstilstande i de beskrevne musemodeller.
Hele dyr billeddannelse er blevet et magtfuldt redskab i studiet af dyr fysiopatologi. Blandt de nuværende billeddannende systemer, MS FX PRO giver forskerne at præcist visualisere fluorescens-mærket (eller selvlysende) forbindelser og / eller væv i levende mus, og samtidig opnå røntgenbilleder. Med den nyligt indførte multimodal dyr rotationssystem (MARS) et komplet, automatiseret rotation af musen er opnået for at fange både fluorescerende / selvlysende og røntgenbilleder på bestemte vinkler 1. Kan programmeres billede erhvervelse sådan, at sekventiel billedserier kan fanges på bestemte, trinvise vinkler så små som 1 °. Dette tillader, at man identificere den optimale orientering af dyret, dvs. at afstanden mellem de internt genererede fluorescerende / luminescerende signal og systemets detektionssystem i hvilket er den korteste. Dette på sin side letter nøjagtig positionering af dyret til efterfølgende billeddannelse SEssions løbet longitudinelle studier.
I denne rapport beskriver vi implementeringen af en roterende optisk imaging (Maroi) system for in vivo kvantificering af fluorescerende markør intensitet multi-vinkel. Maroi signal kurve analyse kan anvendes i longitudinelle studier til direkte korrelation af fluorescerende signal distribution til præcist kortlægge syge sites eller biologiske processer af interesse.
Dette system blev anvendt til at overvåge absorptionen af fluorescensmærkede SAPC-DOPS nanovesicles af ortotopisk og spontane tumorer, samt ved arthritisk foci i levende mus; det billede multispektrale og multimodale datasæt afledt fra fuldstændig roterende dækning af dyrene. Blandt de mange fluorescerende prober øjeblikket er til rådighed til in vivo billeddannelse, der udsender i nær-infrarødt lys og langt-røde spektrale områder giver den laveste interferens med hud og væv, og giver den højeste dækningsgrad og billed resolution. Vi brugte CellVue Maroon (CVM) 2,3, et langt rødt fluorescerende celle linker (Ex 647/Em 667), til at mærke SAPC-DOPS (SAPC-DOPS-CVM) 4-12.
Nøjagtig bestemmelse af placeringen og omfanget af solide tumorer og inflammatoriske foci i reumatiske lidelser er afgørende for at gennemføre passende behandling og opfølgning sygdomsprogression eller fritagelse. Mens værdifulde, aktuelle billeddiagnostiske strategier (røntgenstråler, MRI, ultralyd, røntgen computertomografi) giver ufuldstændige vurdering af sygdomsstatus. For eksempel er arthritis ledskader almindeligvis vurderet af røntgenstråler, der indeholder oplysninger om knoglestrukturen, men ikke på blødt væv betændelse og ødelæggelse, karakteristisk for tidlige stadier af sygdommen. Den Maroi metode præsenteres her kombinerer fordelene ved både røntgen og sofistikerede bløde væv billeddiagnostiske metoder (f.eks MRI eller ultralyd) i en integreret, noninvasive og enklere platform, der også giver mulighed for en fuld 3D kortlægning og genopbygning af det syge væv eller organ i små dyr, såsom mus.
Denne fremgangsmåde drager fordel af den selektive affinitet of SAPC-DOPS nanovesicles for udsatte phosphatidylserin rester, der er rigelige i membraner af kræft og inflammatoriske celler. Determinanten af denne binding er SAPC et fusogent lysosomale protein med en stærk affinitet for anioniske phospholipider, såsom phosphatidylserin 7,10,11. Når den er konjugeret til en fluorescerende probe (CVM), kan systemisk injiceret SAPC-DOPS spores tilbage til tumor og arthritiske sites ved fluorescens billeddannelse.
Begrænsninger af vores metode er relateret til dens følsomhed, som i dag begrænser brugen til billeddannelse af små dyr som mus. Som med andre billeddiagnostiske metoder, er optimal fluorescerende signal støjforhold begrænset af størrelsen af tumor eller omfanget af gigt, og kan være kompromitteret, når billeddannelse væv eller organer med høj baggrund (autofluorescens) såsom ører (hjernescanning), tarme / fæces (abdominal billeddannelse) og poter (bagbenet billeddannelse). I denne henseende, fandt vi, at et langt rødt farvestof såsom CVM progiver bedre spektral separation og opløsning i in vivo indstilling end andre fluorescerende prober i det synlige område.
Andre faldgruber omfatter potentiel bevægelse af dyret under billedbehandling, både mens bedøvede og post mortem (rigor mortis). Bagben positionering, især er det ofte vanskeligt at stabilisere for at undgå bevægelse under rotation. I sin nuværende tilstand teknikken er også tidskrævende, med scan gange så længe som 60 minutter til at fuldføre en fuld rotation og erhverve billeder af høj kvalitet.
Den Maroi metode giver en række fordele i forhold til andre billeddiagnostiske modaliteter. Evnen til billede sygt væv fra 38 (eller flere) forskellige vinkler tillader visualisering af fluorescens, som kan hindres ved vurderingen af det fra et enkelt plan; dette er værdifulde i dyreforsøg fordi det kan hjælpe med at minimere antallet af falske negativer som følge af billedbehandling på upassende vinkler. Ved overlying røntgen og fluorescens billeder, kan en præcis anatomisk lokalisering af det syge sted bestemmes. Endelig er muligheden af levende (in vivo) billeddannelse tillader langsgående undersøgelser, der skal udføres.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet delvist af NIH / NCI Grants Number 1R01CA158372-01 (Qi) og New Drug State Key Project Grant Number 009ZX09102-205 (til Qi). Skrivning bistand blev leveret af Dr. Judy Racadio, og blev finansieret af University of Cincinnati Institut for hæmatologi og onkologi. Vontz Core Imaging Lab (VCIL) i College of Medicine ved University of Cincinnati.
Dulbecco's modified eagle medium | Gibco (Grand Island, NY) | 11965 | |
Fetal Bovine Serum | Gibco (Grand Island, NY) | 16000077 | |
Penicillin-streptomycin | Hyclone (Logan, Utah) | SV30010 | |
Dioleoylphosphatidylserine | Avanti Polar Lipids (Alabaster, AL) | 840035C | |
CellVue Maroon | Molecular Targeting Technologies, Inc. (Exton, PA) | C-1001 | |
Sephadex G25 column PD-10 | Amersham Pharmacia Biotech, (Piscataway, NJ) | 17-0851-01 | |
New Standard Stereotaxic for Rats and Mice | Harvard Apparatus (Holliston, MA) | 726335 | |
Bransonic Ultrasonic Cleaners Model 1510 | Branson Ultrasonics (Danbury,CT) | CPN-952-118 | |
Multi-spectral FX system | Bruker Corporation (Billerica, MA) | ||
Multi-angle Rotational Optical Imaging Device | Bruker Corporation (Billerica, MA) |