本文介绍了一种用于分析感染结核分枝杆菌（M. tuberculosis）的非人灵长类动物的18F-FDG PET/CT影像的实验方案，以研究疾病进程、药物治疗及疾病再激活过程。
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方法文章
分析 18FDG PET/CT 成像作为研究工具 结核分枝杆菌 非人灵长类动物的感染与治疗
* These authors contributed equally
本文内容
摘要
摘要
Mycobacterium tuberculosis 目前仍是全球头号传染性病原体。随着耐药菌株的出现，亟需开发新的、具有临床相关性的方法，以评估疾病进程并筛选潜在的抗生素和疫苗治疗方案。正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（PET/CT）已被确立为研究多种疾病（如癌症、阿尔茨海默病以及炎症/感染）的重要工具。本文概述了若干已用于评估经支气管低剂量感染M. tuberculosis的食蟹猴PET/CT图像的策略。通过分析CT图像中病灶的大小以及PET图像中病灶和淋巴结对18F-氟脱氧葡萄糖（FDG）的摄取情况，这些方法表明，PET/CT成像可预测活动性结核病与潜伏性结核病的未来发展，以及从潜伏感染状态发生再激活的可能性。此外，通过分析肺部整体炎症水平，这些方法可在目前最具临床相关性的动物模型中评估抗M. tuberculosis药物的抗生素疗效。这些影像分析方法是抗击该疾病最强大的工具之一，不仅能够评估感染和药物治疗的多种特征，还可直接转化应用于临床，服务于人类研究。
引言
Mycobacterium tuberculosis 已困扰人类数千年，目前仍是全球导致死亡人数最多的单一传染性病原体。2015年，全球报告的结核病（TB）新发病例达1050万例1，其中大多数病例来自印度、印度尼西亚、中国、尼日利亚、巴基斯坦和南非。据估计，同期全球因结核病死亡人数约为140万，这一数值比100年前的死亡率下降了近25%。尽管药物敏感型结核病可治愈，但治疗方案疗程长，需联合使用多种药物，患者依从性成为一大问题。2015年，耐多药（MDR）结核分枝杆菌株导致的新发结核病例约达58万例。目前对M. tuberculosis耐多药菌株感染患者的治疗成功率估计仅为50%左右。更令人担忧的是广泛耐药（XDR）M. tuberculosis菌株的出现，其对几乎所有可用药物均产生耐药性。因此，结核病研究领域亟需开发新技术，以提升结核病的诊断能力，加深对疾病过程免疫学机制的理解，并推动新型治疗方法和预防策略（包括抗生素治疗方案和疫苗有效性研究）的筛选。
M. tuberculosis 是一种需氧的抗酸杆菌，其物理特征为具有非常复杂的外层细胞壁和缓慢的生长动力学。感染通常通过吸入含有细菌的气溶胶液滴而发生，这些液滴由有症状的感染者在咳嗽、打喷嚏或唱歌时排出。在暴露后发生感染的个体中，仅有 5 - 10% 会发展为活动性临床结核病。其余约 90% 的感染者则表现为一系列....
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方案
本研究中概述的所有方法均已获得匹兹堡大学机构动物照护与使用委员会的批准。所有操作均遵循机构的生物安全和辐射安全要求。进行CT扫描时需穿戴铅围裙和颈部防护罩。操作非人灵长类动物时，必须根据机构指南遵守生物安全三级（BSL3）防护装备要求和操作规程。所有扫描均在生物安全三级（BSL3）设施内完成。
1. 动物感染程序
- 使用氯胺酮（10 mg/kg，肌内注射）对动物进行镇静；若动物对氯胺酮有不良反应，则使用替拉唑（5–8 mg/kg，肌内注射）。
- 使用喉镜观察会厌及声带。用氯乙烷喷雾对声带喷洒约1秒（不超过2秒）进行麻醉。
- 使用喉镜引导支气管镜（外径 2.5 mm）进入气管 通过 直接观察右后肺叶。
- 准备一支注射器，其中含有约5 - 20个（根据研究而定）菌落形成单位 M. tuberculosis 在2 mL无菌生理盐水中混悬后，经支气管镜通道注入该溶液。另准备一支含有2 mL无菌生理盐水的注射器，经支气管镜通道注入生理盐水，随后注入5 mL空气，以确保细菌完全沉积22.
- 撤出支气管镜，并观察猴子直至完全清醒且警觉。
2. 成像采集、直方图与重建流程
- 准备动物以进行成像。
- 若动物....
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结果
单个病灶的鉴定与分析
可通过定性观察单个肉芽肿的数量、大小及氟脱氧葡萄糖（FDG）摄取情况，以了解感染过程的整体范围（图1）。利用这些影像，随时间推移对肉芽肿进行计数可作为疾病扩散的定量指标。图2展示了10只动物随时间变化的单个肉芽肿计数结果。在这10只动物中，3只发展为活动性结核病，6只发展为潜伏感染。1只动物未表现出活动性疾病的迹象，但在胃抽吸物和/或支气管肺泡灌洗样本中偶尔培养出M. tuberculosis，属于介于活动性与潜伏性之间的疾病谱系，因此在本实验分析中被剔除。在3只发展为活动性疾病的动物中，有1只在感染后12周时发展为粟粒性结核病并被实施安乐死（在图2中以TNTC [Too Numerous To Count] 标识）。.......
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讨论
通过 PET/CT 获取的数据可作为结核分枝杆菌（M. tuberculosis）感染多个方面的替代性测量指标，这些指标若无此类技术将无法直接观察。PET/CT 的敏感性远高于常用于猕猴研究的 X 射线技术，能够提供结构、空间和功能信息。上述分析方法具有多种实际应用，例如监测疾病进展、评估药物治疗效果，以及识别复燃的风险因素6,10,11,13。
通过比较对照组和实验组中肉芽肿的扩散情况以及各病灶的氟脱氧葡萄糖（FDG）摄取水平，不仅可确定感染的具体位置，还可追踪疾病的播散过程25例如，在Coleman等人描述食蟹猴早期感染的研究中，通过追踪感染进展，可以判断动物体内的感染是会持续活跃并恶化，还是会被免疫系统控制即 潜伏性结核感染（LTBI）
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
作者希望感谢 Mark Rodgers 提供感染实验流程的框架，以及 L. Eoin Carney 和 Brian Lopresti 在建立这些成像流程方面的指导。本研究的经费由比尔和梅琳达·盖茨基金会（J.L.F.、P.L.L.）、美国国立卫生研究院、美国国家过敏与传染病研究所 R01 AI111871（P.L.L.）、美国国家心肺血液研究所 R01 HL106804（J.L.F.）和 R01 HL110811 提供。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 氯胺酮 | Henry Schein | 23061 | Henry Schein |
| 替拉唑尔 | Zoetis | 4866 | Henry Schein |
| 塞他卡因 | Patterson Vet Generics | 07-892-6862 | Patterson |
| 无菌生理盐水 | Hospira | 07-800-9721 | Patterson |
| 7H11 琼脂 | BD | 283810 | BD Biosciences |
| 静脉导管 | Surflash | 07-806-7659 | Patterson |
| 18F-FDG | Zevacor | N/A | |
| 气管插管 | Jorgensen Labs Inc | 07-887-0284 | Patterson |
| 人工泪液 | Patterson Vet Generics | 07-888-1663 | Patterson |
| 异氟烷 | Zoetis | 07-806-3204 | Patterson |
| Neurologica Ceretom CT | Samsung Neurologica | N/A | |
| 西门子 Focus 220 microPET | Siemens Molecular Imaging Systems | N/A | |
| Inveon 研究软件 | Siemens Molecular Imaging Systems | N/A | |
| OsiriX | Pixmeo | N/A |
参考文献
- World Health Organization. Global Tuberculosis Report 2016. , Available from: http://www.who.int/tb/publications/global_report/en/ (2017).
- Barry, C. E. 3rd, et al. The spectrum of latent tuberculosis: rethinking the biology and intervention strategies. Nat Rev Microbiol. 7 (12), 845-855 (2009).
- Lin, P. L., Flynn, J. L.
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重印与许可
