इस प्रोटोकॉल में, हम वर्णन कैसे [18f] -2-fluoro-2-deoxy-D-ग्लूकोज पोजीट्रान उत्सर्जन टोमोग्राफी और गणना टोमोग्राफी का उपयोग करने के लिए (18एफ FDG पीईटी/इमेजिंग को मापने के लिए ट्यूमर चयापचय प्रतिक्रिया करने के लिए लक्षित थेरेपी में MLN0128 एक Kras/Lkb1 उत्परिवर्ती माउस फेफड़ों के कैंसर के मॉडल और उच्च संकल्प पूर्व vivo autoradiography और मात्रात्मक प्रोटोकॉल के साथ युग्मित इमेजिंग ।
उन्नत ट्यूमर की एक बानगी है एरोबिक glycolysis करने के लिए एक स्विच है कि आसानी से मापा जाता है [18f] -2-fluoro-2-deoxy-D-ग्लूकोज पोजीट्रान उत्सर्जन टोमोग्राफी (18एफ-FDG पीईटी) इमेजिंग. सह KRAS आद्य-oncogene और LKB1 ट्यूमर दमन जीन में उत्परिवर्तनों फेफड़ों के कैंसर में लगातार घटनाओं रहे है कि ड्राइव hypermetabolic, glycolytic ट्यूमर विकास । विकास और इन ट्यूमर के चयापचय को विनियमित एक महत्वपूर्ण मार्ग rapamycin (mTOR) मार्ग है, जो प्रभावी ढंग से चयनात्मक उत्प्रेरक mTOR कळेनासे अवरोधकों का उपयोग कर लक्षित किया जा सकता है की यंत्रवत लक्ष्य है । mTOR अवरोध करनेवाला MLN0128 चूहों Kras और Lkb1 सह उत्परिवर्तनों, के साथ ट्यूमर असर में glycolysis दबा, केरल चूहों के रूप में भेजा । केरल चूहों में चिकित्सा प्रतिक्रिया पहले 18एफ द्वारा मापा जाता है-FDG पीईटी और गणना टोमोग्राफी (सीटी) इमेजिंग से पहले और MLN0128 की डिलीवरी के बाद । 18F-FDG पीईटी/सीटी का उपयोग करके, शोधकर्ताओं को लक्षित चिकित्सा के साथ एक चिकित्सीय हस्तक्षेप के बाद फेफड़ों के कैंसर के आनुवंशिक रूप से इंजीनियर माउस मॉडल (GEMMs) में ग्लूकोज चयापचय में गतिशील परिवर्तन को मापने के लिए सक्षम हैं । यह पूर्व vivo autoradiography और morphometric सॉफ्टवेयर का उपयोग कर एक मात्रात्मक immunohistochemical (qIHC) विश्लेषण के बाद है । qIHC के उपयोग का पता लगाने और ठहराव के रूप में अच्छी तरह से अलग ट्यूमर विकृतियों के लक्षण वर्णन के रूप में उपचार के बाद में विशिष्ट परिवर्तन के लिए सक्षम बनाता है । पीईटी इमेजिंग के युग्मन मात्रात्मक प्रोटोकॉल करने के लिए एक प्रभावी रणनीति में vivo में चयापचय और चिकित्सीय प्रतिक्रियाओं की पहचान करने के लिए है रोग के माउस मॉडल ।
हमारे अनुसंधान की जांच और जिगर कळेनासे B1 में उत्परिवर्तन के साथ कैंसर लक्ष्यीकरण पर ध्यान केंद्रित किया है (LKB1, भी STK11 के रूप में भेजा) उत्परिवर्ती कैंसर1। LKB1 एक मास्टर ट्यूमर शमन करनेवाला है कि AMP कळेनासे (AMPK) विकास और चयापचय के विनियमन के लिए अग्रणी के सक्रियकरण के माध्यम से mTOR जटिल 1 (mTORC1) दमित है । इसलिए, LKB1 की हानि एक अनर्गल mTORC1 सक्रियण की ओर जाता है, एक glycolytic चयापचय phenotype में HIF1-अल्फा परिणामी के सक्रियण सामांयतः Warburg प्रभाव2,3,4के रूप में जाना जाता है । LKB1 निष्क्रिय उत्परिवर्तनों सीधे एक दुर्लभ पारिवारिक कैंसर पूर्व स्वभाव Peutz के रूप में जाना जाता सिंड्रोम के विकास के लिए सीसा-Jeghers सिंड्रोम (PJS) कि सौम्य गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल hamartomas5 के रूप में जाना जाता है जंतु के विकास की विशेषता है , 6 , 7. इसके अलावा, LKB1 अक्सर oncogenic KRAS hypermetabolic और आक्रामक मानव फेफड़े ट्यूमर8,9में जिसके परिणामस्वरूप के साथ सह-रूपांतरों ।
Lkb1 से संबंधित रोग आसानी से चूहों में मॉडलिंग कर रहे हैं । चूहों में Lkb1 की heterozygous निष्क्रियता hamartomas सही मॉडलिंग PJS10,11,12,13के विकास की ओर जाता है । इसके अतिरिक्त, Lkb1 उत्परिवर्तनों कि आसानी से चूहों में मॉडलिंग कर रहे हैं दोहराऊंगा फेफड़ों के कैंसर phenotypes, त्वचा, अग्ंयाशय, और स्तन14। ट्रांसजेनिक चूहों के फेफड़े के ऊतकों में Kras/Lkb1 के सह उत्परिवर्तन, recombinase oncogenic Kras G12D और एलील विलोपन के एक Cre biallelic-मध्यस्थता सक्रियण का उपयोग कर, आक्रामक और Lkb1 फेफड़ों के ट्यूमर के गठन में परिणाम15 ,16. KrasG12Dके लक्षण वर्णन; Lkb1-/- (केरल) फेफड़ों के ट्यूमर चूहों से अलग से पता चलता है इन ट्यूमर एक उच्च mTORC1 सक्रियण है और अत्यधिक glycolytic हैं, ग्लूकोज के दोनों प्रत्यक्ष metabolite माप का उपयोग कर या स्तनपान या की खपत को मापने [18F]-2- गणना टोमोग्राफी (सीटी) के साथ पोजीट्रान उत्सर्जन टोमोग्राफी (पीईटी) द्वारा fluoro-2-deoxy-डी-ग्लूकोज (18एफ-FDG) 17. LKB1 उत्परिवर्ती ट्यूमर में mTORC1 हाइपर-सक्रियकरण इन कैंसर के इलाज के लिए mTOR के दोनों allosteric और उत्प्रेरक कळेनासे अवरोधकों के परीक्षण के लिए एक स्पष्ट औचित्य प्रदान करता है ।
पिछले एक अध्ययन में, हम का प्रदर्शन किया है कि allosteric mTORC1 अवरोध करनेवाला rapamycin (रॅप) के विकास को सफलतापूर्वक बाधित और जठरांत्र में glycolysis (सैनिक) ट्यूमर का उपयोग कर एक Lkb1+/- ट्रांसजेनिक माउस मॉडल की PJS3. रॅप वर्तमान में गुर्दे सेल कार्सिनोमा के उपचार के लिए एक एजेंट चिकित्सा के रूप में मंजूरी दे दी है, लेकिन NSCLC18,19,20में सीमित प्रभावकारिता दिखाया । रॅप एक allosteric mTORC1 अवरोध करनेवाला है और अगली पीढ़ी के mTOR उत्प्रेरक कळेनासे अवरोधकों के विकास के द्वारा पर सुधार किया जा सकता है कि mTOR परिसरों 1 और 2 (mTORC1 और mTORC2, क्रमशः)21का एक और लगभग पूरा निषेध उद्धार । MLN0128 के रूप में दवाओं अब नैदानिक अध्ययन में मूल्यांकन किया जा रहा है और प्रारंभिक चरण नैदानिक परीक्षण22,23। हमारी प्रयोगशाला से एक ताजा अध्ययन का प्रदर्शन किया है कि MLN0128 मानव फेफड़ों के ट्यूमर सेल लाइनों में एक शक्तिशाली mTOR अवरोधक और vivo में फेफड़ों के कैंसर के केरल GEMMs में15,16है । MLN0128 इन चूहों24में फेफड़े के ट्यूमर के विकास और ग्लूकोज चयापचय दबा दिया ।
इस अध्ययन में, हम अच्छी तरह से विशेषता adenoviral Cre-प्रेरित फेफड़े के कैंसर के एक वातानुकूलित सक्रिय लोक्स द्वारा शुरू की माउस मॉडल-रोक-लोक्स-KRASG12D oncogene15,25का लाभ ले लो । ये KrasG12D चूहे Lkb1 Lkb1 उत्पन्न करने के लिए floxed के alleles (Krasएल/एल) वाले चूहों के साथपार कर गए थे; Lkb1l/l (केरल) चूहों16. adeno-या lentivirus व्यक्त Cre recombinase के intranasal वितरण के बाद, एल. ए. चूहों 4 सप्ताह के बाद ट्यूमर प्रेरण जल्दी घावों का विकास । 6 सप्ताह तक, एल. ए. चूहों में ट्यूमर एडिनोमेटस ट्यूमर से एक अधिक घातक, आक्रामक ट्यूमर फेफड़ों के कार्सिनोमा की विशिष्ट phenotype, और 8-10 सप्ताह तक, चूहों एक १००% penetrance16,26के साथ फ्रैंक कार्सिनोमा विकसित ।
दोनों पीईटी/सीटी इमेजिंग और मात्रात्मक immunohistochemistry आणविक और चयापचय प्रतिक्रियाओं के रूप में के रूप में अच्छी तरह से MLN012817जैसे लक्षित चिकित्सा के वितरण के बाद ट्यूमर में चिकित्सीय प्रतिक्रियाओं का निर्धारण करने के लिए उपयोग किया जा सकता है, २६,२७. यहां वर्णित एक प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल है कि 18एफ FDG पीईटी इमेजिंग का इस्तेमाल एक MLN0128-लक्षित चिकित्सा के लिए चयापचय प्रतिक्रिया को मापने है । परिमाणात्मक प्रोटोकॉल के साथ पीईटी इमेजिंग युग्मन mTOR निषेध के लिए आणविक प्रतिक्रिया की माप के रूप में के रूप में अच्छी तरह से ट्यूमर के बोझ और ट्यूमर प्रोटोकॉल के ठहराव में सक्षम बनाता है ।
इस अनुच्छेद के एक इमेजिंग आधारित प्रयोगात्मक दृष्टिकोण है कि 18एफ FDG पालतू/qIHC के साथ सीटी इमेजिंग का उपयोग किया क्रम में mTOR अवरोधक MLN0128 की डिलीवरी के बाद फेफड़े के ट्यूमर में दोनों चयापचय और आणविक प्रतिक्रियाओं को मापने के लिए । MLN0128 प्रभावी रूप से 18एफ FDG खपत कम, ट्यूमर में एक महत्वपूर्ण चयापचय प्रतिक्रिया का संकेत है । पालतू/सीटी इमेजिंग immunohistochemistry करने के लिए जोड़ने के द्वारा, हम स्थानिक 3 डी पीईटी/सीटी छवियों के लिए खोदी ट्यूमर रजिस्टर करने के लिए और एक सेलुलर और आणविक स्तर पर पूरे ट्यूमर की एक विस्तृत परीक्षा प्रदर्शन करने में सक्षम थे । यह यह पुष्टि करने के लिए संभव बनाया है कि MLN0128 mTOR संकेतन हिचकते हैं, इस प्रकार ट्यूमर में दवा के लिए एक पर लक्ष्य आणविक प्रतिक्रिया की पुष्टि. अंत में, मात्रात्मक प्रोटोकॉल का लाभ लेने के द्वारा, हम नक्शा और अलग ट्यूमर परिगलन से समग्र ट्यूमर द्रव्यमान के रूप में विशिष्ट ट्यूमर विकृतियों, कर रहे थे, स्क्वैमस सेल कार्सिनोमा से ग्रंथिकर्कटता को परिभाषित, और microPET इमेजिंग पूरक ।
MicroPET वर्तमान में लगभग 1 मिमी के एक स्थानिक संकल्प द्वारा सीमित है । इसके अलावा, 18एफ FDG प्रतिधारण कुछ ऊतकों में प्लाज्मा ग्लूकोज का स्तर, प्रकार और संवेदनाहारी जोखिम की अवधि, पर्यावरण के तापमान, और पशु के सामान्य स्वास्थ्य, जो प्रभाव हो सकता है सहित विभिन्न कारकों से प्रभावित किया जा सकता 18 F-FDG फार्माकोकाइनेटिक्स30. इन मापदंडों इस प्रोटोकॉल के लिए अनुकूलित किया गया है, लेकिन प्रत्येक पशु मॉडल के लिए अनुकूलित किया जाना चाहिए । 18F-FDG के Reproducibility अध्ययन चूहों में चमड़े के नीचे ट्यूमर के इमेजिंग का मतलब% आईडी के लिए भिन्नता का एक गुणांक लगभग 15% का प्रदर्शन, सुझाव है कि एक व्यक्ति माउस के ट्यूमर चिकित्सीय प्रतिक्रिया 18 द्वारा मूल्यांकन F-FDG पालतू इस सीमा से बड़ा होना चाहिए विश्वसनीय और महत्वपूर्ण31माना जाता है ।
सेलुलर और पालतू खोजकर्ताओं के भी उपसेलुलर वितरण ऊतक autoradiography द्वारा बाद में दाग और सह qIHC के साथ पंजीकृत वर्गों के साथ मूल्यांकन किया जा सकता है । सह सीटी के साथ पीईटी पंजीकरण एक पालतू छवि एक संरचनात्मक संदर्भ में रखा जा करने के लिए अनुमति देता है; यह भी कम कोमल ऊतक कंट्रास्ट के साथ, अत्यंत मूल्यवान है । सीटी द्वारा कोमल ऊतक इसके विपरीत की कमी चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) के साथ दूर किया जा सकता है । इसके अलावा, प्रतिदीप्ति इमेजिंग के लिए glycolysis में vivoका आकलन किया जा सकता है, लेकिन फोटॉन अवशोषण और फेफड़े गुहा में तितर बितर सटीक quantitation या खोज संवेदनशीलता३२को प्रभावित कर सकते हैं । सारांश में, पूरे पशु पीईटी का उपयोग/मात्रात्मक प्रोटोकॉल के साथ सीटी इमेजिंग उपचारात्मक हस्तक्षेप के बाद ट्यूमर जीव विज्ञान के एक सटीक और वास्तविक समय नक्शा प्रदान करता है ।
Multispectral इमेजिंग (MSI) किसी भी स्थिति में लागू होता है जहां एक रंग छवि का उपयोग किया जा सकता है । बेहद कम से कम, msi एक रंग छवि के रूप में एक ही जानकारी प्रदान करता है, और कुछ अनुप्रयोगों के लिए, msi एक साधारण ब्रॉड-बैंड तीन-रंग (RGB) छवि से एक नमूने के वर्णक्रमीय गुणों के बारे में अधिक विस्तृत जानकारी प्रदान कर सकते हैं । सामांय में, msi की सीमाएं रंग इमेजिंग के वे हैं, सिवाय इसके कि msi धीमी है और छवियों को प्राप्त करने के लिए अधिक समय लेता है । morphometric सॉफ्टवेयर reproducible प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल किया गया था, छवियों के लिए सटीक विभाजन परिणाम और सामग्री की तालिकामें वर्णित है. वहां अतिरिक्त व्यावसायिक रूप से उपलब्ध उत्पादों है कि ऊतक विभाजन और प्रोटोकॉल के ठहराव के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।
कैंसर चयापचय की जटिलता Warburg प्रभाव और ग्लूकोज चयापचय३३,३४से परे फैली हुई है । यह बहुत संभावना है कि ट्यूमर आसानी से एक एजेंट उपचार है कि glycolysis बाधित करने के लिए अनुकूल होगा । एमिनो एसिड चयापचय पर निर्भरता अच्छी तरह से कैंसर में प्रलेखित किया गया है, और यह उंमीद है कि ट्यूमर ऐसे glutamine, glycine के रूप में अमीनो एसिड की एक मेजबान पर भरोसा करते हैं, और serine, साथ ही साथ अंय चयापचयों जैसे मुक्त फैटी एसिड३५,३६, ३७. 18एफ-FDG के अलावा, जांच के रूप में इस तरह के 18एफ-और 11सी-लेबल glutamine, choline, एसीटेट, 1-(2 ‘-Deoxy-2’-fluoroarabinofuranosyl) cytosine (FAC), और fluorothymidine (FLT) सफलतापूर्वक छवि एमिनो एसिड के लिए इस्तेमाल किया गया है, न्यूक्लियोटाइड, और लिपिड कैंसर के पशु मॉडलों में चयापचय३८,३९,४०,४१। स्वचालन और अतिसूक्ष्म अनुरेखक radiochemistry उच्च संकल्प के साथ मिलकर प्रौद्योगिकियों, उच्च संवेदनशीलता पालतू स्कैनर विभिन्न जैविक प्रक्रियाओं को मापने के लिए पीईटी की पहुँच में सुधार होगा४२,४३. चयापचय वृद्धि की समझ के रूप में, यह तार्किक है कि पीईटी radiotracers की प्रदर्शनियों के रूप में अच्छी तरह से वृद्धि होगी, शोधकर्ताओं और चिकित्सकों को सक्षम करने के लिए इनवेसिव प्रोफ़ाइल ट्यूमर चयापचय ।
पीईटी/सीटी इमेजिंग और मात्रात्मक प्रोटोकॉल का उपयोग एक नैदानिक जरूरत है, जो तेजी से नैदानिक उपयोग में बेंच खोजों अनुवाद करने के लिए है पते । यह पूरा करने के लिए, शोधकर्ताओं को सही चिकित्सकीय प्रतिक्रिया के रूप में अच्छी तरह से दवाओं के लिए अधिग्रहण प्रतिरोध, जो पालतू/ इसके अलावा, पालतू/सीटी और फेफड़े के ट्यूमर के immunohistochemical विश्लेषण रोगियों के लिए देखभाल के मानक के रूप में उपयोग किया जाता है, और इस प्रकार, सीधे नैदानिक अभ्यास में अनुवाद कर रहे हैं । महत्वपूर्ण बात, पीईटी/सीटी इमेजिंग आसानी से चिकित्सा प्रतिरोधी ट्यूमर है, जो शोधकर्ताओं को अलग और एक आणविक स्तर पर पूछताछ के लिए बेहतर रोग के तंत्र को समझने के लिए कर सकते है की पहचान करता है । यह एक चलने प्रक्रिया है कि यह बेहतर प्रतिरोध और डिजाइन नैदानिक अनुवाद के लिए और अधिक प्रभावी चिकित्सीय रणनीतियों के तंत्र को समझने के लिए संभव बना दिया है ।
The authors have nothing to disclose.
हम कैलिफोर्निया लॉस एंजिल्स के विश्वविद्यालय ‘ Crump नैदानिक इमेजिंग प्रौद्योगिकी केंद्र के पालतू जानवरों के साथ उनकी सहायता के लिए/सीटी इमेजिंग, अनुवाद पैथोलॉजी कोर प्रयोगशाला और सांख्यिकी कोर कैलिफोर्निया लॉस एंजिल्स विश्वविद्यालय में ‘ डेविड Geffen दवा के ट्यूमर नमूना तैयारी और विश्लेषण के साथ उनकी सहायता के लिए स्कूल । धन के लिए, डेविड बी Shackelford CTSI और KL2 अनुवाद विज्ञान पुरस्कार अनुदान संख्या KL2TR000122 और UL1TR000124 द्वारा UCLA में चिकित्सा के डेविड Geffen स्कूल में और प्रतिरक्षा विभाग द्वारा समर्थित किया गया था फेफड़ों के कैंसर अनुसंधान कार्यक्रम शोधों अनुसंधान भागीदारी W81XWH-13-1-0459 और ACS RSG-16-234-01-TBG. शॉन टी बेली एक NIH T32 प्रशिक्षण अनुदान HL072752 द्वारा UCLA में डेविड Geffen स्कूल चिकित्सा के माध्यम से समर्थन किया गया था । एंथनी जोंस UCLA ट्यूमर सेल जीवविज्ञान प्रशिक्षण कार्यक्रम द्वारा समर्थित है (USHHS रूथ एल Kirschstein संस्थागत राष्ट्रीय अनुसंधान सेवा पुरस्कार # T32 CA009056) । Gihad Abdelhady एक NIH/NCI विविधता अनुपूरक R01CA208642 द्वारा समर्थित है ।
G8 PET/CT | Perkin Elmer | CLS139564 | Used for 18F-FDG PET and CT imaging of mice |
Axio Imager.M2 | Zeiss | 490020-0003-000 | Acquiring images of FFPE lung tumor sections |
Inform software | Perkin Elmer | CLS135781 | Morphometric used for image analysis of tumor pathologies |
Glut1 antibody | Alpha Diagnostics | GT12-A | IHC staining of FFPE lung tumor sections |
Phospho-S6 Ribosomal Protein (Ser235/236) (D57.2.2E) XP™ Rabbit mAb | Cell Signaling Technologies | 4858 | IHC staining of FFPE lung tumor sections |
MX35 Premier microtome blades | Thermo Fisher Scientific | 3051835 | Microtome blades for sectioning tissue for autoradiography |