Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Immunology and Infection
Click here for the English version

Immunology and Infection

Analyse van 18FDG-PET/CT Imaging als een hulpmiddel voor studeren Mycobacterium tuberculosis infectie en behandeling in niet-menselijke primaten

Published: September 5, 2017 doi: 10.3791/56375
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1, 1, 1, 2, 1
1Department of Microbiology and Molecular Genetics, University of Pittsburgh School of Medicine, 2Department of Pediatrics, Children's Hospital of Pittsburgh, University of Pittsburgh Medical Center
* These authors contributed equally

Summary

Hier presenteren we een protocol om te beschrijven de analyse voor 18F-FDG PET/CT imaging in niet-menselijke primaten die zijn besmet met M. tuberculosis te bestuderen ziekteproces, medicamenteuze behandeling en reactivering van de ziekte.

Abstract

Mycobacterium tuberculosis blijft de nummer een besmettelijke agent in de wereld vandaag. Met de opkomst van antibiotica-resistente stammen, zijn de nieuwe klinisch relevante methoden die het ziekteproces en scherm voor potentiële antibioticum en vaccin behandelingen evalueren nodig. Positron emissie tomografie/Computed Tomografie (PET/CT) is opgezet als een waardevol instrument voor het bestuderen van een aantal aandoeningen zoals kanker, de ziekte van Alzheimer en ontsteking/infectie. Hier geschetst zijn een aantal strategieën die zijn tewerkgesteld te evalueren PET/CT-beelden in cynomolgus Makaken die intrabronchially geïnfecteerd zijn met lage doses van M. tuberculosis. Door middel van evaluatie van de grootte van de laesie op CT en opname van 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) in de laesies en lymfklieren in PET afbeeldingen, tonen deze beschreven methoden dat PET/CT beeldvorming kan het voorspellen van toekomstige ontwikkeling van actieve versus latente ziekte en de neiging voor het opnieuw activeren van een latente staat van infectie. Bovendien, door het analyseren van het algemene niveau van Long ontsteking, bepalen deze methoden antibiotica werkzaamheid van geneesmiddelen tegen M. tuberculosis in de klinisch meest relevante bestaande diermodel. Deze afbeelding analysemethoden zijn enkele van de meest krachtige tools in het arsenaal tegen deze ziekte zoals niet alleen kunnen zij een aantal kenmerken van de infectie en medicamenteuze behandeling evalueren, maar ze ook direct worden omgezet naar een klinische setting voor gebruik in menselijke zijn studies.

Introduction

Mycobacterium tuberculosis mens voor millennia heeft geteisterd en veroorzaakt meer sterfte dan alle andere enkele besmettelijke agentia in de wereld vandaag. In 2015 waren er 10,5 miljoen gemelde nieuwe gevallen van tuberculose (TB) wereldwijd1 met de meerderheid van de gevallen afkomstig uit India, Indonesië, China, Nigeria, Pakistan en Zuid-Afrika. Raming plaats de globale dodentol van TB aan 1,4 miljoen mensen in die periode. Deze waarde is bijna 25% lager is dan het sterftecijfer 100 jaar geleden. Hoewel gevoelige TB drug behandelbaar is, het regime is lang vereisen meerdere medicijnen en compliance is een bron van zorg. De opkomst van multi-resistente (MDR) stammen verantwoord ~ 580,000 van de nieuwe TB gevallen in 2015. Het tarief van de succesvolle behandeling van patiënten met MDR stammen van M. tuberculosis wordt alleen geschat op ongeveer 50%. Nog meer verontrustend is de opkomst van uitgebreid (XDR) resistentie van M. tuberculosis, die resistent zijn tegen bijna elke beschikbare drug. Dus zijn nieuwe technieken nodig binnen het onderzoeksveld TB die verbeteren de mogelijkheid voor de diagnose van TB, de immunologische begrip van het ziekteproces te vergroten, en zorgen voor de screening van nieuwe behandelingen en preventiestrategieën met inbegrip van antibioticum regimes en vaccin werkzaamheid studies.

M. tuberculosis is een aërobe zuurvaste bacillus die fysiek wordt gekenmerkt door zijn zeer complexe buitenste celwand en kinetiek van de trage groei. Infectie treedt in het algemeen op inademing van individuele bacteriën bevatte in aërosol druppeltjes die een symptomatisch, besmette persoon zijn uitgezet bij hoesten, niezen of zingen. Van de blootgestelde personen die infectie ontwikkelen, ontwikkelen slechts 5-10% van de mensen actieve klinische TB. De resterende 90% hebben een wisselende spectrum van asymptomatische infecties die varieert van subklinische infectie tot geen ziekte helemaal niet, die allemaal klinisch is geclassificeerd als latente TB infectie (LTBI)2,3. Van de bevolking dat deze asymptomatische infectie heeft, zal ongeveer 10% actieve TB ontwikkelen door reactivering van de ingeperkte infectie in hun leven. Het risico van reactivering drastisch verhoogt als een persoon met asymptomatische infectie contracten HIV of behandeling met een immunosuppressieve drug, zoals TNF remmers4,5,6ondergaat. Actieve TB ziekte ook presenteert als een spectrum, bij de meeste mensen hebben pulmonaire TB, die de longen en lymfklieren thoracale treft. M. tuberculosis kan echter orgel, infecteren, zodat de infectie kan ook aanwezig in Extrapulmonale sites van betrokkenheid.

De pathologische kenmerk van M. tuberculosis infectie is een georganiseerde bolvormige structuur van cellen van de gastheer, genaamd de granuloma. Macrofagen, T-cellen en B-cellen zijn belangrijke onderdelen van de granuloma, met een variabel aantal neutrofielen7. Het centrum van de granuloma is vaak necrotische. Dus, granulomas fungeren als een immuun communicatie om te doden of bevatten de bacillen, voorkomen van verspreiding naar andere delen van de longen. M. tuberculosis kan echter ondermijnen doden door de granuloma en binnen deze structuren aanhouden voor decennia. Consistente en regelmatige monitoring van de ontwikkeling van actieve TB ziekte na nieuwe infectie of reactivering van LTBI is onpraktisch, wetenschappelijk uitdagende en tijdrovend. Technieken die in de lengterichting, bestuderen van deze processen in mens en mens-achtig diermodellen, zijn uiterst nuttig voor de wetenschappelijke gemeenschap in het bevorderen van het inzicht in de vele complexiteit van M. tuberculosis infectie en ziekte.

PET/CT is een uiterst nuttig beeldvormende techniek die heeft gewerkt aan het bestuderen van een breed scala aan ziekte staten in mens en diermodellen8. Het huisdier is een functionele techniek die radioactieve stoffen positron-emitting als verslaggever gebruikt. Deze radio-isotopen zijn meestal matiemaatschappij naar een metabole compound, zoals glucose, of van een gerichte groep die is ontworpen om te binden aan een receptor van belang. Aangezien de straling van PET isotopen krachtig genoeg om te penetreren weefsel is, zeer lage concentraties inzetbaar waardoor voor studie onder het niveau van de verzadiging in de receptor-targeting verbindingen en met een laag genoeg concentratie hebben geen invloed op de stofwisseling processen bij het gebruik van agenten zoals 2-deoxy - 2-(18F) Fluoro-D-glucose (FDG). CT is een driedimensionale röntgenfoto beeldvormende techniek die gebruikmaakt van verschillende niveaus van x-ray demping te identificeren van de fysieke kenmerken van de organen binnen het lichaam9. Wanneer in paren gerangschikt met wordt PET, CT gebruikt als een kaart om te bepalen van specifieke locaties en structuren die de opname van een PET radiotracer Toon. PET/CT is een krachtig hulpmiddel voor in vivo imaging van zowel mens en diermodellen besmet met M. tuberculosis -infectie die heeft geleid tot vele belangrijke inzichten in de pathogenese, reactie op medicamenteuze behandeling, ziekte spectrum, enz6 ,10,11,12. Dit werk beschrijft specifieke PET/CT analytische methoden om te studeren TB in niet-menselijke primaten modellen overlangs met behulp van parameters zoals granuloma grootte, FDG opname in individuele laesies, hele Long- en lymfeklier FDG avidity en detectie van Extrapulmonale ziekte6,10,11,12.

Dit manuscript wordt beschreven methoden van imaging analyse in niet-menselijke primaten (NHPs), specifiek cynomolgus Makaken, die worden gebruikt om de progressie van de ziekte en medicamenteuze behandeling na infectie met M. tuberculosis lengterichting te evalueren . NHPs zijn een waardevolle diermodel omdat wanneer geënt met een lage dosis van M. tuberculosis Erdman stam, dieren een grote variatie van ziekte resultaten met ~ 50 tonen % ontwikkelen van actieve Tuberculose en de resterende dieren asymptomatische infectie (d.w.z. controle van de besmetting, LTBI), die het dichtst model tot het spectrum van de klinische ziekte gezien in mens3,13,14,15,16. Reactivering van LTBI in Makaken wordt geactiveerd door de dezelfde agenten die reactivering bij de mens veroorzaken, waarin van voorbeelden humaan immunodeficiëntie virus (HIV, met behulp van simian immunodeficiëntie virus (SIV) als de makaak versie van HIV), CD4 uitputting of tumor necrose factor (TNF) neutralisatie13,16. Daarnaast presenteren Makaken pathologie die is zeer vergelijkbaar met die bij de mens, met inbegrip van de georganiseerde granulomas die vormen in de longen of andere organen17gezien. Dus, dit model heeft verstrekt belangrijke inzichten in de fundamentele gastheer-pathogeen interacties in M. tuberculose infectie, evenals de waardevolle kennis over drugs regimes en vaccins voor tuberculose14,18 , 19 , 20 , 21.

PET/CT beeldvorming biedt de mogelijkheid om het uiterlijk, de distributie en de progressie van individuele granulomas volgen. Dit werk heeft FDG voornamelijk gebruikt als een sonde, die, als een analoog van glucose, in metabolisch actief gastheer cellen, zoals neutrofiele granulocyten, macrofagen en lymfocyten8 integreert, die allemaal in de granulomen. Dus, is FDG een proxy voor host ontsteking. De analysemethodes gedetailleerde gebruikt hierin OsiriX, een veel gebruikte DICOM viewer beschikbaar voor aankoop en gebruik. De beschreven methoden voor de analyse van afbeelding bijhouden van de vorm, grootte en metabole activiteit (via FDG opname) van individuele granulomas na verloop van tijd en imaging gebruikt als een kaart voor het identificeren van specifieke letsels op dierlijke necropsie. Bovendien een afzonderlijke methode ontwikkeld die kwantificeert de sommatie van FDG opname in de longen boven een bepaalde drempel (SUV ≥ 2.3) en gebruikt deze waarde om te evalueren van verschillen tussen controle en experimentele groepen over studies variërend van vaccin proeven met modellen van co-infectie. Deze gegevens ondersteunen die deze algemene maatregel van FDG opname in de longen is gecorreleerd met bacteriële belasting, dus het verstrekken van informatie over de status van de ziekte. Soortgelijke analyses kunnen worden uitgevoerd op de opname van FDG thoracale lymfklieren te bestuderen van de progressie van de ziekte. Het volgende protocol beschrijft het experimentele proces van dierlijke infectie door beeldanalyse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

alle methoden die worden beschreven in dit werk door de Universiteit van Pittsburgh institutionele Animal Care en gebruik Comité zijn goedgekeurd. Alle procedures gevolgd institutionele bioveiligheid en straling veiligheidseisen. CT scan vereist aantrekken van lood schort en keel dekking. Biosafety Level 3 (BSL3) gewaad en procedures voor het werken met niet-menselijke primaten moeten worden gevolgd volgens de richtlijnen van de institutionele. Scannen van alle werd uitgevoerd in een faciliteit BSL3.

1. dier infectie Procedure

  1. verdoven dier met ketamine (10 mg/kg, intramusculaire) of telazol (5-8 mg/kg, intramusculaire) als dier bijwerkingen van ketamine heeft.
  2. Met behulp van een Laryngoscoop, visualiseren het strotklepje en de stembanden. Anesthetize van de stembanden door te besproeien met cetacaine spray voor ~ 1 s (niet meer dan 2 s).
  3. Een bronchoscope (2.5 mm buitendiameter) met behulp van de Laryngoscoop, begeleiden in de luchtpijp via directe visualisatie in de rechts caudal Long kwab.
  4. Een spuit bestaat uit circa 5-20 (afhankelijk van de studie) kolonievormende eenheden van M. tuberculosis in 2 mL steriele zoutoplossing bereiden en beheren van de oplossing door het bronchoscope kanaal. Een aparte spuit, bestaande uit 2 mL steriele zoutoplossing bereiden en beheren van de zoutoplossing via het kanaal van de bronchoscope gevolgd door 5 mL lucht om ervoor te zorgen volledige afzetting van bacteriën 22.
  5. De bronchoscope trekken en observeren van de aap tot volledig wakker en alert.

2. Imaging acquisitie, Histogram en wederopbouw Procedure

  1. voorbereiden dier voor imaging.
    1. Sedate dier met ketamine (10 mg/kg, intramusculaire) of telazol (5-8 mg/kg, intramusculaire) als dierlijke heeft bijwerkingen van ketamine.
      Opmerking: Dieren moeten worden 's nachts gevast risico van braken tijdens de imaging procedure te verminderen en om redenen van consistentie in FDG-PET-scans.
    2. Invoegen van een intraveneuze katheter (IV) in de saphenous ader van beide been en veilig met textieltape.
    3. Verdun een dosis van ongeveer 5 millicurie van FDG met steriele zoutoplossing tot een totale hoeveelheid van 5 mL in een plastic injectiespuit.
    4. Opnemen het niveau pre injectie radioactiviteit in de spuit met behulp van een dosis kalibrator, neem de tijd en plaats van de spuit in een voorsprong spuit houder.
    5. Langzaam inspuiten van de radioactieve dosis via de IV-katheter en volg met 5 mL steriele zoutoplossing. De injectie tijd vastleggen. Injectie tijd moet worden gecoördineerd om ongeveer 45 min - 1 h voor PET imaging.
    6. Opnemen van het niveau van de radioactiviteit na injectie van de spuit met behulp van de kalibrator van de dosis en neem de tijd. Vervreemden van de spuit in een geschikte afvalcontainer.
    7. Met behulp van een Laryngoscoop, visualiseren het strotklepje en de stembanden en anesthetize met cetacaine spray.
    8. Gids van een Endotracheale tube (3,5 - 4,5 mm is afhankelijk van de grootte van de aap) in de luchtpijp en de manchet op de ingevoegde uiteinde van de buis opblazen.
    9. Met behulp van een lange smalle strook van steriel gaas, beveiligen van de intubatie buis door inwikkeling van de strip rond de buis, piercing de strip met elke canine van het dier, dan legt een knoop met het resterende bedrag van gaas rond de brug van de snuit en ten slotte rond de rug o f de hoofd.
    10. Dekking van de ogen met kunsttranen om te voorkomen dat tijdens imaging uitdrogen.
  2. Uitvoeren CT en PET-scans.
    1. Plaats dier op bed scannen.
    2. Connect intubatie buis naar een gasmasker met de volgende instellingen: ademhalingsfrequentie = 15, piek druk = 15-17, zuurstof % = 40, PEEP (positieve einde expiratoire druk) = 3, ademhalingsvolume = 60, T ik (Inspiratory keer) = 0.4, ik: E (inspiratory aan expiratoire keer) Ratio = 1:3. 4, T plateau (inspiratory pauze voordat het verloopt) = 0,5, Peak Flow = 9.0 (deze waarden kunnen worden aangepast op basis van dierlijke specifieke pulmonaire overeenstemmen of experimentele behoeften).
    3. Start inhalant anesthesie (2% Isofluraan) via de ventilator en totdat dier toont geen reactie op fysieke stimuli.
    4. Plaats dier in een liggend met hoofd en benen ondersteund.
    5. Dier plaats binnen de CT veld-of-view en voeren een voorbeeldscan om ervoor te zorgen dat de gehele reeks van longkanker volume zal worden opgenomen in de volledige scan.
    6. Verwerven een CT-scan met de volgende parameters (helische scan, axiale FOV = 250 mm, Voltage = 140 kV, huidige = 2.0 mA, Slice dikte = 1,25 mm, scherpte = extra scherpe) Houd tijdens het uitvoeren van een ventilator adem.
      Opmerking: Contrast agent CT is optioneel. Als het uitvoeren van een scan van contrast, een vertraging is noodzakelijke tussen injectie van contrast agent en beeldacquisitie omdat bundeling van contrast agent in het hart interfereert met de juiste afbeelding reconstructie van de ruimte van de longen op de PET-scan en creëert artefact in de longen op de CT-scan
    7. Zorg dat lagere Isofluraan concentratie naar 0,7 - 0,8% tijdens de scan procedure.
    8. Plaats dier binnen de PET veld-of-view.
      Opmerking: Het systeem in de plaats voor dit werk is een inline-systeem met een aparte CT en PET-scanner. Coördinaten voor het huisdier plaatsen zijn handmatig berekend op basis van CT coördinaten.
    9. Verwerven 600 s PET beelden voor elke positie bed.
      Opmerking: De Focus 220-systeem heeft een axiale FOV van 7.6 cm. Dit werk werd uitgevoerd met behulp van de vier bed posities die handmatig tijdens post-processing gestikt zijn.
    10. Isofluraan uitschakelen, spenen dier uit ventilator geleidelijk, verwijder lucht uit de manchet van de buis ventilator en verwijderen van de buis, zodra het dier heeft herwonnen hoesten reflexen en is normaal ademt. IV-katheter verwijderen en druk op de injectieplaats te houden totdat de bloedtoevoer is gestopt.
  3. Uitvoeren PET afbeelding histogram en wederopbouw.
    1. Uitvoeren PET histogram van de afbeelding met de volgende parameters: 3D histogram met geen vloeiend, span: 3, ring verschil: 47, correctie van de wereldwijde gemiddelde deadtime.
    2. PET uitvoeren beeld wederopbouw met de volgende parameters = OSEM3D (besteld Subset verwachting maximaal-3 dimensie) algoritme met CT-gebaseerde demping, oprit projectie filter en scatter correctie een 284-delige beeld oplevert.
  4. Co register PET- en CT-beelden.
  5. Exporteer Co-registered PET- en CT DICOM-afbeeldingen op de software (bijvoorbeeld OsiriX).

3. Identificeren en analyseren van individuele letsels

  1. Open PET- en CT DICOM-afbeeldingen uit de OsiriX database in de axiale richting (CT beeld zal worden gefuseerd met de afbeelding van de PET en zullen er een aparte PET afbeeldingsvenster).
  2. Scan (of seriële scans) ingesteld op axiale geaardheid.
  3. (Overal) klikken op de CT-scan en verandert de " WL/WW " in de bovenste menubalk te " CT – Pulmonary ".
  4. Scroll door de scan om te bepalen waar de lobben van de longen beginnen en einde. (Herkennen Long scheuren.)
    1. Scroll door de volledige scan, gericht op kleine gebieden van longkanker ruimte op tegelijk.
    2. Merken dat normale Long donkere verschijnt en anatomische eigenschappen lichter (afhankelijk van de dichtheid verschijnen). Airways zwart weergegeven hoewel therapieën bijna witte lijkt.
    3. Volg schepen en airways zoals ze lijken te bewegen tijdens het scrollen door axiale segmenten.
    4. Kloven kunnen worden geïdentificeerd in gebieden waar er geen vaartuigen of airways zijn. (Dit zijn gebieden in de Long die alleen donker met geen andere anatomische structuren verschijnen.)
  5. De gesmolten PET/CT kunt identificeren laesies.
    1. Scroll door de volledige scan, gericht op kleine gebieden van de Long ruimte tegelijk.
      Opmerking: Concentreren op één Long kwab tegelijk te identificeren en tellen van laesies.
    2. Identificeren FDG-avid laesies in de longen. Ze eruit als warme bollen - zeer verschillend van longkanker achtergrond. Kleine, koude letsels zullen veel minder duidelijk en moeilijker te identificeren. Zij zal verschijnen op de scan als dichte structuren die niet bewegen tijdens het scrollen (zoals schepen).
      Opmerking: Kleine laesies en schepen erg lijken. Een gemakkelijke manier om het onderscheid tussen de twee is Beweeg de cursor over de structuur in kwestie en ga naar boven en beneden een plakje of twee. Als de structuur onder de cursor blijft, is de structuur een laesie. Als de structuur uit de buurt van de cursor beweegt terwijl het scrollen omhoog of omlaag een segment, is het meest waarschijnlijke vaartuig of luchtweg.
    3. Voor identificatiedoeleinden, gebruiken de " pijl " hulpmiddel om te verwijzen naar elke laesie op de scan.
    4. Voor de locatie verwerking, gebruik de " punt " gereedschap en klik op de laesie, zodat de ROI (regio van belang) direct in het centrum van de granuloma is. Informatie in deze ROI zal omvatten de Cartesische coördinaten (XYZ-coördinaten) waar de laesie kan worden gevonden.
  6. Gebruik de " lengte " en " ovaal " tools om grootte (mm) en FDG avidity (SUV) van elke laesie te meten.
    1. Voor het meten van grootte van een laesie, de PET-signaal te verwijderen zodat alleen de CT zichtbaar is.
    2. Kies de " lengte " hulpmiddel.
    3. Schuiven totdat het segment waarin het grootste gedeelte van de laesie is vastgesteld (het segment dat is waar de laesie lijkt te zijn grootste).
    4. Tekent een lijn over de langste lengte van de laesie. De info in deze ROI opgenomen zal vertegenwoordigen de lengte (in mm) van de diameter van de laesie.
    5. Voor het meten van de FDG avidity van een laesie, eerste klik op de PET-scan en verruim de PET. Ga naar de " WL/WW & CLUT " Osirix menu boven in het scherm en kies " WL/WW handmatig instellen " in het WL/WW dropdownmenu. Voer in het dialoogvenster, 0 in de " van " en 20 in " te " om het venster beperken van 0 tot 20 SUV.
    6. Kies de " ovaal " tool van de " muis knopfunctie " gereedschap dropdown menu.
    7. Scroll over de laesie te beoordelen het heetste gedeelte van de laesie. Teken een ovaal rond de laesie. De " ovaal " tool ROI informatie bevat beschrijvende statistiek voor alle SUV's in voxels binnen de regio. De maximale SUV binnen de regio opnemen.
    8. Als elk " ovaal " ROI vertegenwoordigt alleen de waarden van de SUV voor dat specifieke axiaal vlak van de laesie typische laesies zijn sferisch in vorm en ovalen tekenen op verschillende segmenten om ervoor te zorgen dat de werkelijke maximale SUV van de laesie is gevangen.
      Opmerking: Als de PET/CT-scans zijn handmatig gereconstrueerd, de PET- en CT-beelden kunnen niet worden perfect afgestemd. Als dit het geval is, moeten alle SUV analyses en ROIs op de PET-scan in plaats van de gesmolten PET/CT-scan worden uitgevoerd. Omdat vele laesies kleiner dan de resolutie van de PET detector kristallen zijn, worden alle gemeten SUV's voor individuele laesies ingevoerd in een herstel coëfficiënt rekenmachine werkblad waarmee een gedeeltelijke volume correctie voor elke laesie 23.

4. Total Lung FDG Avidity meetprocedure bepalen totale Long ontsteking

  1. Open PET- en CT DICOM-afbeeldingen uit de OsiriX database in de axiale richting (CT beeld zal worden gefuseerd met de afbeelding van de PET en zullen er een aparte PET afbeeldingsvenster).
  2. Voeren een segmentatie van het volume van de longen op de CT-afbeelding.
    1. Klik overal op de CT-scan om ervoor te zorgen het het actieve venster is.
    2. Ga naar de ROI dropdownmenu en selecteer " groeien regio (2D/3D) segmentatie … ".
    3. Om te vangen van de dichtheid van normale longen, de lagere drempel te-1024 en de bovenste drempel ingesteld op-200. Deze zijn indicatief van Hounsfield eenheden, hoewel het vak segmentatie heeft ze niet als zodanig naam.
    4. Zodra de boven- en ondergrenzen drempels worden geplaatst, klik ergens in de longen. De gehele Long moet worden gemarkeerd in het groen.
    5. Klik vervolgens op " berekenen " in het dialoogvenster Parameters van de segmentatie. Dit zal de grow-regio van één segment tot het volume van de gehele Long uitbreiden.
  3. Verplaatsen de " groeien regio " van de longen van de CT-scan aan de PET scan.
    1. Klik op het kleine pictogram links van de naam van de CT-scan en sleep het pictogram naar de PET scan.
    2. Selecteer " kopiëren ROIs ". Nu moet er een overlay van de longen op de PET-scan.
  4. Verwijderen ROI van CT-scan (optioneel).
    Opmerking: Het helpt om te kunnen zien van de gehele Long zonder ROIs op de CT-scan om ervoor te zorgen dat alle pathologie in de longen wordt vastgelegd. Om dit te doen, verwijder de ROIs. Zorg ervoor dat de CT-venster is actief (Klik op de CT-scan) Selecteer het ROI dropdownmenu en selecteer " verwijderen alle ROIs in deze Series. "
  5. high-density gebieden van de Long, die worden weergegeven als lege ruimten op de PET-scan invullen.
    Opmerking: Bij vele gelegenheden, er zijn gaten in de ROI op de PET-scan waar het longweefsel dichter dan-200 HU op de CT-scan was (deze stap kan worden overgeslagen als het niet optreedt).
    1. Het ROI dropdownmenu Markeer en selecteer " borstel ROIs " → " sluiten. " wanneer het dialoogvenster wordt weergegeven, schuift u de pijl naar 3 zodat de bovenkant van het dialoogvenster leest " structuur Element straal: 3 " en check " toepassen op alle ROIs met dezelfde naam. "
      Opmerking: wanneer er zijn grote delen van de ziekte (zoals consolidaties die dichtere omliggende van longweefsel), vaak sluiten de borstel ROIs zal niet volstaan met het invullen van de gehele Long. Als dit het geval is, de tussenruimten handmatig moeten worden ingevuld.
    2. Ga naar de " Mouse knopfunctie " gebied in het bovenste menu en klik op het pijltje aan de rechterkant.
    3. Selecteer de " borstel " hulpmiddel.
    4. Zodra dit gereedschap is geselecteerd, handmatig tekenen binnen de ROI te vullen in de gaten.
  6. Isoleren Long ROI op een PET-scan.
    1. Nu dat er een vertegenwoordiging van de gehele Long op het huisdier Scan, verwijdert u alle pixels buiten de Long.
    2. Markeer het ROI dropdownmenu en selecteer " pixelwaarden instellen om te … ".
    3. Klik op het selectievakje Buiten ROI en alle pixels buiten de ROI ingesteld op 0.
  7. Isoleren " hete " pathologie.
    1. Gebruiken een drempel die moet worden gebruikt als gewenst " hete. " SUV's groter dan 2.3 worden beschouwd als " warme " gebaseerd op literatuur waarden voor tuberculose laesies 24.
    2. Selecteer het ROI dropdownmenu en selecteer " pixelwaarden instellen om te … ".
    3. Klik op het selectievakje Binnen ROI. Zorg ervoor dat klikt u op de " en " vak zodat alle waarden tussen 0 en 2.3 zijn ingesteld op 0.
  8. Zorg ervoor dat alleen ziekte pathologie is verantwoord in de ROI.
    1. Opmerking zijn er gebieden (zoals de lever) die heter dan 2.3. Ervoor zorgen dat alleen gewenste gebieden zijn gevangen door het schrappen van de ROI en regio maken een andere groeien. Andere gemeenschappelijke weefsels die van invloed zijn op dit moment zijn het hart, mediastinale lymfeklieren, wervels en ribben.
    2. Markeer het ROI dropdownmenu en selecteer " verwijderen alle ROIs in this Series. " volgende, ga naar de ROI en selecteer " groeien regio (2D/3D) segmentatie … ".
    3. De drempel wijzigen om lagere drempel 2.3 en de hogere drempelwaarde 100.
    4. Scroll door de hele PET-venster, op ziekte pathologie te klikken en te klikken op " Compute. " herhalen voor elk gebied van hete ziekte. Sla de hele Long ROI met behulp van de " opslaan ROIs " optie in het menu van de ROI.
  9. Raw waarden naar een werkblad exporteren.
    1. Ga naar 2D Viewer in het dropdown menu en selecteer " Revert Series. "
    2. Ga vervolgens naar de Plugins-dropdown menubar
    3. Selecteer " ROI-Tools " → " Export ROIs. " naam en sla het bestand met geëxporteerde onbewerkte gegevens. Moet u selecteren " CSV " aan de onderkant van dit dialoogvenster.
  10. De totale FDG Avidity uit de ruwe gegevens te berekenen. Elke rij in dit werkblad vertegenwoordigt een enkel sneetje van de scan. De kolom van belang is " RoiTotal. "
    1. om te berekenen de " totale FDG avidity, " toevoegen van alle van de " RoiTotal " van de segmenten samen. Bereken de som van kolom F (RoiTotal). Dit bedrag is de totale FDG avidity meting.
    2. Als OsiriX beschikt niet over de ROI van Export plug-in, ga naar Plugins in het dropdownmenu. Selecteer " Plugins Manager … " Klik op de " downloaden … " lusje bij de bovenkant van het dialoogvenster. Selecteer " ExportROIs " van de " beschikbare plugins " dropdownmenu. Selecteer " downloaden & installeren. "

5. Analytische Procedure te bepalen FDG opname in " Hot " lymfeklieren

  1. Open PET- en CT DICOM-afbeeldingen van OsiriX database in de axiale richting (CT beeld zal worden gefuseerd met de afbeelding van de PET en zullen er een aparte PET afbeeldingsvenster).
  2. Zorgen ervoor dat tijdens het uitvoeren van handmatige analyse van de ROI op PET beelden dat het venster van de intensiteit van de afbeelding in overeenstemming zijn.
    1. Klik op het huisdier afbeeldingsvenster om ervoor te zorgen dat het actieve venster is.
    2. In het OsiriX menu, klikt u op de " WL/WW " drop-down menu en klik vervolgens op " WL/WW handmatig instellen ".
    3. Wanneer de drop-down box verschijnt in het actieve venster van het huisdier, vult u de waarde van de gewenste minimale intensiteit in de " van " veld en de gewenste maximale intensiteit de waarde in de " te " veld (bijvoorbeeld naar venster de afbeelding van de PET van 0 naar 20 SUV, typt u 0 in de " van " veld en 20 in de " te " veld).
    4. Alternatief, het is dan ook altijd het laden van afbeeldingen met dezelfde intensiteitswaarden, desgewenst in het bovenste menu markeren Osirix - > PET - > vervolgens onder " Vensterniveau & breedte " sectie, klikt u op de Gebruik vaste niveaus zeepbel en voeg de gewenste waarden op in de " van " en " te " velden.
  3. Zodra de gewenste lymfeklier is bepaald, handmatig tekenen een ROI rond de randen van de lymfeklier.
    1. Markeren de PET/CT fusion afbeelding om ervoor te zorgen dat het het actieve venster is.
    2. Zoals het is nuttig om het gebruik van een veelkleurige kleur look-up tabel voor deze analyse, om deze instelling te wijzigen: Klik op de " CLUT " dropdown box in de hoofdwerkbalk van OsiriX en selecteer de gewenste lookup tabel instelling (UCLA preferred).
    3. Tot het opstellen van een handmatige ROI rond de lymfeklier, klik op de drop-down menu aan de rechterkant van de " muis knopfunctie " in de hoofdwerkbalk en selecteer " gesloten veelhoek ". Klik op de rand van de lymfeklier die is gebaseerd op de PET windowing opzoeken tabel om het eerste punt van de ROI.
    4. Klik op een ander punt van de externe zijde van de lymfeklier en tracering totdat de lymfeklier is bijna omsloten.
    5. Om vast te stellen van het laatste punt van de ROI, dubbel klik om te sluiten in de ROI.
    6. Herhaal deze procedure met meerdere segmenten om bepaling van de maximale SUV binnen de lymfeklier.
    7. De gewenste SUV-gegevens opnemen in een apart werkblad.

6. Bepaling van FDG spier achtergrond opname over normalisatie van waarden

Opmerking: om redenen van consistentie op meerdere beeldvorming tijd punten met betrekking tot de opname van FDG- en de variatie van de metabole activiteit in het dier op andere tijden, alle PET analyse moet worden genormaliseerd naar spier en als zodanig worden aangeboden. Alle kwantitatieve gegevens van de PET gepresenteerd in dit werk wordt voorgesteld als een SUVCMR (standaard opname waarde cilinder spier Ratio).

  1. Open PET- en CT DICOM-afbeeldingen van OsiriX database in de axiale richting (CT beeld zal worden gefuseerd met de afbeelding van de PET en zullen er een aparte PET afbeeldingsvenster).
  2. Klik op de afbeelding van Co-registered-PET- en CT om ervoor te zorgen dat het het actieve venster is.
  3. Blader door de afbeelding totdat het segment met het trefpunt van de belangrijkste bronchiën (carina) is bereikt.
  4. Trekken ROIs op rug spier achtergrond SUV om waarden te verkrijgen.
    1. Selecteer de ROI dropdown gereedschap aan de rechterkant van de " muis knop optie " in het hoofdmenu van OsiriX.
    2. Markeer " ovaal " als de ROI tool.
    3. Trekken van ongeveer dezelfde grootte op de spieren gelegen posterior en zijdelings aan de wervelkolom ROIs.
    4. Klik op het pictogram links van de Co-registered PET/CT-scan en sleep het pictogram naar het venster PET.
    5. Selecteer " kopiëren ROIs ". De ROI moeten nu worden gezien op het venster van de PET scan.
    6. Op het belangrijkste menu, selecteer het " modus " checkbox en zorg ervoor dat " MIP – Max intensiteit projectie " is geselecteerd in het vervolgkeuzemenu rechts.
    7. Zorgen ervoor dat de " dikke plaat " glijdende schaal is ingesteld op 10. Dit geeft aan dat 10 segmenten worden gecombineerd op de PET-afbeelding Als een maximale intensiteit projectie waardoor een " cilinder " volume van belang (oorsprong van cilinder spier verhouding).
  5. De gemiddelde SUV-waarden van de twee ROIs opnemen in een werkblad.
  6. De twee gemiddelden om te verkrijgen van de achtergrond FDG spier opname waarde. Dit is de waarde die wordt gebruikt voor alle waarden van de verhouding tussen de opname op de doelsite en basale metabole opname.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Identificatie en analyse van individuele laesies

Individuele granulomen kunnen worden gevisualiseerd voor aantal, de grootte en FDG opname kwalitatief te begrijpen van de algemene strekking van het proces van de infectie (Figuur 1). Met behulp van deze beelden, is tellen van granulomen na verloop van tijd een kwantitatieve maat voor de verspreiding van de ziekte. Figuur 2 toont individuele granuloma graven na verloop van tijd in een groep van 10 dieren. Van de 10 dieren, drie actieve ziekte ontwikkelde en zes ontwikkelde latente infectie. Één dier bleek geen tekenen van actieve ziekte maar af en toe positieve (in maag aspirate en/of bronchoalveolar lavage monsters) voor M. tuberculosis, plaatsen binnen het spectrum van de ziekte tussen actieve en latente cultuur en dus werd verwijderd uit de analyse voor dit bijzonder experiment. Van de drie dieren met actieve ziekte, één dier militaire ziekte ontwikkeld door 12 weken na infectie en was euthanized (dit wordt aangegeven in Figuur 2 als TNTC [ook talrijke naar Count]). Vanaf 6 weken na infectie, en daarna, dieren die zou later het ontwikkelen van actieve ziekte bleek statistisch hogere aantallen granulomen dan dieren die latente infectie zou ontwikkelen.

Om beter te karakteriseren en onderscheiden granulomas tussen actieve en latente dieren, werden individuele laesies op PET-scans geanalyseerd om te bepalen of er sprake was van een verschil in FDG opname patroon tussen de twee groepen. In alle actieve infectie dieren was er een toename van FDG opname in elke granuloma van drie tot zes weken bericht infectie (figuur 3A). Daarentegen toonde de granulomen in dieren die ontwikkeld latente infectie een variatie in FDG opname met bepaalde laesies vergroten, verkleinen of tonen van de dezelfde opname van drie tot zes weken (figuur 3B). Deze resultaten worden vergeleken in groepen tonen het verschil in verandering tussen latent en actieve dieren op drie weken vs. zes weken (afbeelding 3 c) en drie weken vs. 24 weken (figuur 3D). In beide gevallen bleek de granulomen van actieve dieren een positief en significant verschillend verandering in SUV (binnen elk afzonderlijk dier (figuur 3A en 3B), en wanneer groepen van dieren (Figuur 3 c en 3D) met elkaar vergeleken.

Analyseren van FDG opname in "Hot" lymfklieren

Zoals mediastinale lymfklieren zijn niet gemakkelijk gevisualiseerd op CT-scans tenzij sterk vergroot, moeten PET beelden gebruikt worden om te identificeren deze zieke weefsels. Bij het analyseren van lymfeklieren, is het essentieel dat het beeld altijd geschaald op dezelfde maximale en minimale PET schaal om consistentie gedurende het hele proces te waarborgen. Bij het vergelijken van de MLNs van dieren die actieve of latente ziekte ontwikkeld, toonde Lin et al. door ROI analyse van MLNs dat terwijl FDG opname in lymfeklieren vergelijkbaar tussen actieve en latente dieren op 3 weken, MLNs van actieve dieren bleek aanzienlijk waren hogere opname in 6 weken11. Verschillen werden gezien een grotere mate op 8 en 12 weken (Figuur 4). Dus, PET/CT gegevens kunnen worden gebruikt om te beoordelen van aanzienlijke verschillen in de lymfklieren naast het bestuderen van granulomen in besmette dieren.

Totale Lung FDG Avidity

Als een voorbeeld van de kracht van de evaluatie van de totale Long FDG avidity, toonde Lin et al. dat verhoogde Long ontsteking in dieren klinisch geclassificeerd als LTBI met risico van reactivering6 correleert. In deze studie werden LTBI cynomolgus Makaken (besmet met lage-dosis M. tuberculosis) PET/CT beeld (6 maanden na infectie) voorafgaand aan de tumor necrose factor (TNF) neutralisatie te beoordelen van het spectrum van laesies in klinisch gedefinieerde LTBI gezien en risico van reactivering te bepalen. Dieren met hogere totale Long FDG avidity waren meer kans om opnieuw te activeren (Figuur 5). Meer dan 90% van de dieren met meer dan 103 Long FDG avidity of zichtbaar (door scan) ten minste één extra pulmonaire plaats van de infectie gereactiveerd na TNF neutralisatie. Slechts één dier dat deed niet activeren overschreden deze totale Long FDG avidity drempel. Dus, PET/CT parameters kunnen een krachtig hulpmiddel voor het voorspellen van klinische resultaten, hoewel de specifieke parameters moeten wetenschappelijk worden geïdentificeerd.

Als een voorbeeld om te tonen van nut in drug behandeling scenario's, Coleman et al. heeft een studie laten verrichten oxazolidinones testen in mens en cynomolgus Makaken waar totaal Long FDG avidity was pre medicamenteuze behandeling, en één en twee maanden na de behandeling10gemeten. Vouw wijzigingen werden berekend om drug antwoord één maand (figuur 6A) en twee maanden na de behandeling (figuur 6B) te tonen. Op beide tijdstippen toonde controledieren aanzienlijk hoger FDG avidity in de ruimte van de gehele Long dan drug-behandelde dieren. In alle van de drug-behandelde dieren, totale Long ontsteking in de twee maanden durende behandelingsschema gedaald, terwijl in de meeste van de controledieren, total Long ontsteking verhoogd na verloop van tijd of onveranderd was.

Figure 1
Figuur 1. Seriële FDG PET/CT afbeeldingen tonen een verspreiding en stabiele patroon van Granuloma evolutie in de loop van vroege infectie.
(Bovenste rij) Primaire granulomas (witte pijlen) werden eerst opgericht op 3 weken na infectie, terwijl nieuwe granulomas ontwikkeld naast bestaande laesies (groene pijlen) of in nieuwe sites (gele pijlen). Dieren die zou later het ontwikkelen van actieve TB ontwikkeld meer laesies in de loop van de infectie. (Onderste rij) Primaire granulomas (witte pijlen) van latente dieren meestal stabiel gebleven, met enkele nieuwe granulomas ontwikkelen door middel van het verloop van de ziekte. WKS PI, weken na infectie. Figuur ontleend aan Coleman et al.11 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2. Gegevens van de vertegenwoordiger van de beeltenis van de mediaan en het bereik van Granuloma geteld vanaf CT Scans vergelijken dieren met actieve infectie (rode symbolen) latente infectie(Groene symbolen).
Actieve infectie dieren had meer granulomas dan latent geïnfecteerde dieren zo spoedig zes weken na infectie. P < 0,05 (*) door de Mann-Whitney-test. Weken PI, weken na infectie. TNTC, te veel om te tellen. Figuur aangepast van Coleman et al.11 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3. Gebruik van ROI analyse op huisdier beelden naar Show dat metabole activiteit van Lung Granulomas verschilt tussen actief en latent besmette dieren tijdens de vroege infectie.
Individuele granulomen in actieve dieren hebben [A] een aanzienlijke toename van de metabole activiteit (gemeten als de standaard opname waarde genormaliseerd naar spier opname [SUVCMR]) tussen 3 en 6 weken na infectie terwijl latent geïnfecteerde dieren [B] ken niet. De verandering in de metabole activiteit in laesies tussen latent en actieve dieren als groepen werden vergeleken op 3 vs. 6 weken [C] en 3 vs. 24 weken [D] tonen dat actief besmette dieren (rode vierkantjes) een aanzienlijk grotere verandering bij opname dan latent hebben dieren (groene cirkels) op beide tijdstippen. Effen zwarte lijnen vertegenwoordigen de mediaan. De Wilcoxon rank-sum test werd gebruikt voor het analyseren van de gegevens in de panelen A en B. Voor de panelen C en D, waarden werden geanalyseerd door de Mann-Whitney-test. P < 0.0001 (*) voor alle panelen. Figuur aangepast van Coleman et al.11 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4. ROI analyse van PET beelden te tonen verschillen in FDG opname in mediastinale lymfklieren tussen dieren met actieve ziekte (rode vierkantjes) en latente ziekte (groene cirkels).
Opname was hoger in actief besmette dieren op 6, 8 en 12 weken bericht infectie. Elke stip vertegenwoordigt een afzonderlijke lymfeklier. Effen zwarte lijnen vertegenwoordigen de mediaan. P < 0,05 (*), P < 0,01 (*), en P < 0,001 (*) door de Mann-Whitney-test. Figuur aangepast van Coleman et al.11 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5. ROI analyse van totale Lung FDG Avidity metingen op zes maanden Post infectie markeren verschillen in FDG opname in dieren die activeren van latente infectie (roze vierkanten) in vergelijking met de dieren die latente (groene cirkels blijven).
Drie van de vier "geactiveerd" dieren die onder de stippellijn liggen hadden extra longziekte voorafgaand aan TNF (tumor necrose factor) neutralisatie. Elke stip vertegenwoordigt één dier. Gestippelde lijn vertegenwoordigt drempelwaarde voor waarschijnlijk reactivering risico. Effen zwarte lijnen vertegenwoordigen de mediaan. P < 0,01 (*) vanaf Mann-Whitney Test. Data aangepast van Lin et al.6 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6. Vertegenwoordiger totaal Lung FDG Avidity ROI metingen algemeen markeren wijzigen in de ontsteking in de longen vergelijken onbehandeld (rode cirkels) gemeten en Linezolid behandeld (blauwe cirkels) apen.
FDG avidity werd gemeten vóór linezolid behandeling (dagelijks 30 mg/kg) en de verandering van de vouw in totale FDG opname werd gemeten op 1 maand [A] en 2 maanden [B] na behandeling. Elke aap wordt vertegenwoordigd door een afzonderlijke cirkel. Effen zwarte lijnen vertegenwoordigen de mediaan. P < 0,01 (*) per Mann-Whitney Test. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Gegevens verkregen uit PET/CT kan worden gebruikt als surrogaat metingen voor vele aspecten van M. tuberculosis -infectie die zou onwaarneembare zonder dergelijke technologie. PET/CT is veel gevoeliger dan röntgentechnologie, die vaak wordt gebruikt in Makaken studies. PET/CT biedt structurele, ruimtelijke en functionele informatie. De hierboven beschreven analyses hebben vele praktische toepassingen zoals de monitoring van de progressie van de ziekte, beoordeling van de doeltreffendheid van medicamenteuze behandeling en verstrekken van risicofactoren voor reactivering6,10,11, 13.

Bijhouden van de verspreiding van granulomen en FDG opname van individuele laesies kan worden vergeleken tussen controle en experimentele groepen om niet alleen specifieke locatie opgeven van de infectie, maar ook het volgen van verspreiding van ziekte25. Bijvoorbeeld, in werk van Coleman et al. beschrijven van vroege infectie in cynomolgus Makaken, na de progressie van de infectie kunt bepalen of de infectie binnen een dier gaat actief blijven en verergeren of worden opgenomen door het immuunsysteem (d.w.z. LTBI)11. Dit is slechts één voorbeeld van de macht die PET/CT beeldvorming heeft bij het bestuderen van de progressie van de ziekte met betrekking tot de granulomen. Dezelfde methode kan worden gebruikt om te bestuderen van een grote verscheidenheid van experimentele parameters na verloop van tijd. Opsomming van granulomen dat door 4 weken na infectie opzet kan bijvoorbeeld een krachtige resultaat maatregel bieden voor een vaccin, aangezien de beste vaccins zou voorkomen of beperken van granuloma vestiging na uitdaging. Een ander resultaat maatregel voor vaccins kan worden in het beperken van de verspreiding. Deze maatregelen van kwantificeerbare resultaten bieden belangrijke gegevens zonder de noodzaak voor het uitvoeren van vroege necropsies op de dieren. Een beperking van de beoordeling van individuele granulomen is de gevoeligheid van de CT-scanner; visualiseren van granulomen < 1 mm in grootte is vaak niet mogelijk.

Evaluatie van de mediastinale lymfklieren (MLNs) is belangrijk bij de studie van M. tuberculosis infectie zo goed. MLNs zijn belangrijk voor T-cel priming en mensenhandel immune cellen tijdens de infectie. Echter, in bijna alle Makaken, ten minste één en soms meerdere MLNs kunnen geïnfecteerd raken. Dus, MLNs zijn een extra site van bacteriële persistentie tijdens actieve Tuberculose en LTBI, en kan dienen als een reservoir voor bacteriën, eventueel bij te dragen tot reactivering26,27. In gevallen van ernstige MLN betrokkenheid kunnen airways worden gecomprimeerd. Grote necrotische MLNs kunnen eroderen in de luchtwegen, wat leidt tot de verspreiding van de infectie. Analyseren van PET/CT gegevens over de lymfklieren is complexer dan granulomas omdat de structurele componenten van de knooppunten niet waarneembaar op CT-scans zijn. Bovendien, kan alleen de lymfklieren die metabolisch actief zijn als gevolg van FDG opname worden geanalyseerd. Vanwege dit, bij het analyseren van hete lymfklieren, is het belangrijk om ervoor te zorgen dat de afbeelding van de PET is geschaald op dezelfde maximale en minimale intensiteit schaal voor de beeldanalyse van elk te zorgen voor samenhang. Aangezien ze grote structuren kunnen, het necrotische center negatief voor FDG avidity kunnen en FDG avidity kan manier worden weergegeven na verloop van tijd worden verminderd, zelfs wanneer in de MLNs stijgt door een ziekte.

Totale Long FDG avidity vertegenwoordigt de totale ontsteking in de longen. Het bedrag van de Long ontsteking is een indicatie van de ernst van de ziekte en is gecorreleerd met bacteriële belasting6,10,28 daarom dit kwantitatieve en objectieve beoordeling heeft talrijke toepassingen. Voor het meten van totale FDG avidity, alle voxels binnen de afbeelding van een huisdier die aantonen dat een SUV van meer dan 2.3 worden gecombineerd in een enkel volume-of-interest (VOI) en de totale waarde van de SUV van het gehele VOI is de definitieve avidity-waarde. Deze waarde werd geselecteerd uit de literatuur die ten opzichte van de SUV waarden van FDG opname in Long tumoren aan diverse besmettelijke pathologieën in mens24. Het is belangrijk op te merken dat deze totaalwaarde FDG avidity beperkt tot de ziekte in de Long ruimte is en alle FDG opname niet-ziekte verwante of gelegen zijn in directe nabijheid van de longen niet moet worden beschouwd. Totale Long FDG avidity omvat bovendien niet MLNs. Terwijl de avidity van individuele granulomas en lymfklieren ons in staat stelt om te zien de variabiliteit van TB resultaten binnen de host, is FDG avidity van de totale Long onlosmakelijk verbonden met de host als een geheel te evalueren. Deze methoden ook fungeren als analyse-instrumenten voor het meten van de drug reactie op TB ziekte. Vorige werk heeft aangetoond dat TB medicamenteuze behandeling kan het verminderen van de grootte en de FDG avidity van individuele granulomas over tijd12 en deze veranderingen geassocieerd met verminderde bacteriële belasting werden. Veranderingen in de ontsteking in de volledige loop van drug regimes kunnen ook worden gebruikt om drug werkzaamheid of mislukking te beoordelen.

Vanwege de zeer gedetailleerde aard van deze procedures, kan een eerlijk bedrag van problemen oplossen noodzakelijk zijn voor het verkrijgen van de meest consistente gegevens tijdens studie. Het is het doel van deze paper te schetsen van de procedures voor het inschakelen van individuen over de hele wereld gebruiken deze technieken terwijl houdend in mening dat nauwkeurige aandacht voor detail is van essentieel belang. Personen evaluatie van beelden moeten zeer vertrouwd met de anatomie en fysiologie ter herkennen abnormaliteit binnen bepaalde scans. Afbeelding lezers moeten niet-normale sonde opname door het lichaam te erkennen omdat TB zich buiten de borstholte kan uitstrekken. Bovendien, PET- en CT registratie in beeldbewerking is niet een perfecte en incidentele afwijkingen op beeldregistratie kunnen optreden; herkennen van dit kan van vitaal belang zijn bij de beoordeling van zeer kleine ziekte functies (d.w.z. 1-2 mm granulomen). Een infectie van de pre-scan kunnen bijzonder nuttig zijn als een comparateur te identificeren van de normale Long (en andere orgel) structuren en patronen van het huisdier en herkennen die nieuwe of gewijzigde na infectie. Een ander belangrijk onderdeel aan deze analyse is de meting van de achtergrond. Alle gegevens van de PET zijn genormaliseerd naar spier opname als een fysiologische basislijn omdat FDG-opname is gebaseerd op de stofwisseling. Een combinatie van rhomboid en musculus serratus spieren in de rug worden gebruikt voor achtergrondmetingen vanwege de nabijheid van de borstholte en de relatieve consistentie bij FDG opname in snelste dieren. Dit is in het geval van M. tuberculosis -besmet Makaken, verkiezen boven het gebruik van een ander orgaan, zoals de lever, voor achtergrondmetingen zoals M. tuberculosis kan het infecteren van de lever en lever metabolisme kan worden beïnvloed bij de behandeling van dieren met diverse anti-TB geneesmiddelen. Nemen van de bovenstaande factoren in rekening alsook ervoor te zorgen dat alle afbeelding regio's-of-interest worden opgeslagen aan het einde van de analyse moet zeer reproduceerbare resultaten opleveren.

Class = "jove_content" > In samenvatting, PET/CT biedt een unieke en krachtige methode voor het onderzoeken van M. tuberculosis infectie in niet-menselijke primaten, kwantitatieve uitkomst maatregelen die betrekking op de initiële infectie, verspreiding hebben, en bacteriële belasting. Dit zorgt voor het bijhouden van de variabele resultaten van infectie over individuele dieren zonder de noodzaak voor necropsies op verschillende tijdstippen, dus besparing van middelen en vermindering van dierlijke gebruik. Deze technologie wordt rechtstreeks worden vertaald voor de mens, zoals PET/CT is gebruikt in verschillende studies om te beoordelen drugsbehandeling in TB, evenals LTBI in HIV- en HIV + onderwerpen10,29,30,31. Ten slotte, deze technologie kwantitatieve gereedschap dat is ingesteld voor het analyseren van PET/CT gegevens kunnen nuttig zijn in de toekomst voor vaccin werkzaamheid studies en kan waarschijnlijk worden gebruikt als een sjabloon voor analyse van andere besmettelijke ziekten in diermodellen en menselijke proefpersonen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

De auteurs willen erkennen Mark Rodgers voor het overzicht van de procedures van de infectie en L. Eoin Carney en Brian Lopresti voor begeleiding bij de oprichting van deze beeldvormende procedures. Financiering voor dit werk is verstrekt door de Bill en Melinda Gates Foundation (J.L.F., P.L.L.), National Institutes of Health, nationale instituten van allergie en besmettelijke ziekten R01 AI111871 (P.L.L.), nationale hart Long- en bloed Instituut R01 HL106804 (J . L.F.), R01 HL110811.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ketamine Henry Schein 23061 Henry Schein
Telazol Zoetis 4866 Henry Schein
Cetacaine Patterson Vet Generics 07-892-6862 Patterson
Sterile saline Hospira 07-800-9721 Patterson
7H11 agar BD 283810 BD Biosciences
IV catheter Surflash 07-806-7659 Patterson
18F-FDG Zevacor N/A
Endotracheal tube Jorgensen Labs Inc 07-887-0284 Patterson
Artificial tears Patterson Vet Generics 07-888-1663 Patterson
Isoflurane Zoetis 07-806-3204 Patterson
Neurologica Ceretom CT Samsung Neurologica N/A
Siemens Focus 220 microPET Siemens Molecular Imaging Systems N/A
Inveon Research Software Siemens Molecular Imaging Systems N/A
OsiriX Pixmeo N/A

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. World Health Organization. Global Tuberculosis Report 2016. , Available from: http://www.who.int/tb/publications/global_report/en/ (2017).
  2. 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).
  3. Lin, P. L., Flynn, J. L. Understanding latent tuberculosis: a moving target. J Immunol. 185 (1), 15-22 (2010).
  4. Pawlowski, A., Jansson, M., Skold, M., Rottenberg, M. E., Kallenius, G. Tuberculosis and HIV co-infection. PLoS Pathog. 8 (2), e1002464 (2012).
  5. Keane, J. TNF-blocking agents and tuberculosis: new drugs illuminate an old topic. Rheumatology (Oxford). 44 (6), 714-720 (2005).
  6. Lin, P. L., et al. PET CT Identifies Reactivation Risk in Cynomolgus Macaques with Latent M. tuberculosis. PLoS Pathog. 12 (7), e1005739 (2016).
  7. Flynn, J. L., Klein, E. A color atlas of comparative pulmonary tuberculosis histopathology. Dick, T., Leong, V. D. J. , CRC. 83-106 (2011).
  8. Signore, A., Mather, S. J., Piaggio, G., Malviya, G., Dierckx, R. A. Molecular imaging of inflammation/infection: nuclear medicine and optical imaging agents and methods. Chem Rev. 110 (5), 3112-3145 (2010).
  9. James, M. L., Gambhir, S. S. A molecular imaging primer: modalities, imaging agents, and applications. Physiol Rev. 92 (2), 897-965 (2012).
  10. Coleman, M. T., et al. PET/CT imaging reveals a therapeutic response to oxazolidinones in macaques and humans with tuberculosis. Sci Transl Med. 6 (265), (2014).
  11. Coleman, M. T., et al. Early Changes by (18)Fluorodeoxyglucose positron emission tomography coregistered with computed tomography predict outcome after Mycobacterium tuberculosis infection in cynomolgus macaques. Infect Immun. 82 (6), 2400-2404 (2014).
  12. Lin, P. L., et al. Radiologic Responses in Cynomolgus Macaques for Assessing Tuberculosis Chemotherapy Regimens. Antimicrob Agents Chemother. 57 (9), 4237-4244 (2013).
  13. Diedrich, C. R., et al. Reactivation of latent tuberculosis in cynomolgus macaques infected with SIV is associated with early peripheral T cell depletion and not virus load. PLoS One. 5 (3), e9611 (2010).
  14. Lin, P. L., et al. The multistage vaccine H56 boosts the effects of BCG to protect cynomolgus macaques against active tuberculosis and reactivation of latent Mycobacterium tuberculosis infection. J Clin Invest. 122 (1), 303-314 (2012).
  15. Lin, P. L., et al. CD4 T cell depletion exacerbates acute Mycobacterium tuberculosis while reactivation of latent infection is dependent on severity of tissue depletion in cynomolgus macaques. AIDS Res Hum Retroviruses. 28 (12), 1693-1702 (2012).
  16. Mattila, J. T., Diedrich, C. R., Lin, P. L., Phuah, J., Flynn, J. L. Simian immunodeficiency virus-induced changes in T cell cytokine responses in cynomolgus macaques with latent Mycobacterium tuberculosis infection are associated with timing of reactivation. J Immunol. 186 (6), 3527-3537 (2011).
  17. Scanga, C. A., Flynn, J. A. Tuberculosis. Kaufmann, S. H. E., Rubin, E. J., Zumla, A. , Cold Spring Harbor Laboratory Press. 243-258 (2015).
  18. Kita, Y., et al. Development of therapeutic and prophylactic vaccine against Tuberculosis using monkey and transgenic mice models. Hum Vaccin. , Suppl 7. 108-114 (2011).
  19. Langermans, J. A., et al. Divergent effect of bacillus Calmette-Guerin (BCG) vaccination on Mycobacterium tuberculosis infection in highly related macaque species: implications for primate models in tuberculosis vaccine research. Proc Natl Acad Sci U S A. 98 (20), 11497-11502 (2001).
  20. Okada, M., et al. Novel prophylactic and therapeutic vaccine against tuberculosis. Vaccine. 27 (25-26), 3267-3270 (2009).
  21. Reed, S. G., et al. Defined tuberculosis vaccine, Mtb72F/AS02A, evidence of protection in cynomolgus monkeys. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (7), 2301-2306 (2009).
  22. Capuano, S. V. 3rd, et al. Experimental Mycobacterium tuberculosis infection of cynomolgus macaques closely resembles the various manifestations of human M. tuberculosis infection. Infect Immun. 71 (10), 5831-5844 (2003).
  23. Srinivas, S. M., et al. A recovery coefficient method for partial volume correction of PET images. Ann Nucl Med. 23 (4), 341-348 (2009).
  24. Kumar, R., et al. Role of modern imaging techniques for diagnosis of infection in the era of 18F-fluorodeoxyglucose positron emission tomography. Clin Microbiol Rev. 21 (1), 209-224 (2008).
  25. Martin, C. J., et al. Digitally Barcoding Mycobacterium tuberculosis Reveals In Vivo Infection Dynamics in the Macaque Model of Tuberculosis. MBio. 8 (3), (2017).
  26. Lin, P. L., et al. Metronidazole prevents reactivation of latent Mycobacterium tuberculosis infection in macaques. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (35), 14188-14193 (2012).
  27. Lin, P. L., et al. Tumor necrosis factor neutralization results in disseminated disease in acute and latent Mycobacterium tuberculosis infection with normal granuloma structure in a cynomolgus macaque model. Arthritis Rheum. 62 (2), 340-350 (2010).
  28. Phuah, J., et al. Effects of B Cell Depletion on Early Mycobacterium tuberculosis Infection in Cynomolgus Macaques. Infect Immun. 84 (5), 1301-1311 (2016).
  29. Martinez, V., Castilla-Lievre, M. A., Guillet-Caruba, C., Grenier, G., Fior, R., Desarnaud, S., Doucet-Populaire, F., Boue, F. (18)F-FDG PET/CT in tuberculosis: an early non-invasive marker of therapeutic response. Int J Tuberc Lung Dis. 16 (9), 1180-1185 (2012).
  30. Malherbe, S. T., et al. Persisting positron emission tomography lesion activity and Mycobacterium tuberculosis mRNA after tuberculosis cure. Nat Med. 22 (10), 1094-1100 (2016).
  31. Chen, R. Y., et al. PET/CT imaging correlates with treatment outcome in patients with multidrug-resistant tuberculosis. Sci Transl Med. 6 (265), (2014).

Tags

Infectie kwestie 127 PET/CT Imaging Mycobacterium tuberculosis regio-of-interest analyse niet-menselijke primaten FDG granulomas lymfeklieren ontsteking
Analyse van <sup>18</sup>FDG-PET/CT Imaging als een hulpmiddel voor studeren <em>Mycobacterium tuberculosis</em> infectie en behandeling in niet-menselijke primaten
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

White, A. G., Maiello, P., Coleman,… More

White, A. G., Maiello, P., Coleman, M. T., Tomko, J. A., Frye, L. J., Scanga, C. A., Lin, P. L., Flynn, J. L. Analysis of 18FDG PET/CT Imaging as a Tool for Studying Mycobacterium tuberculosis Infection and Treatment in Non-human Primates. J. Vis. Exp. (127), e56375, doi:10.3791/56375 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter