Cerenkov Luminiscens Imaging (CLI) för cancerbehandling övervakning
Summary
Användning av Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) för övervakning preklinisk cancerbehandling beskrivs här. Denna metod utnyttjar Cerenkov strålning (CR) och optisk avbildning (OI) för att visualisera radiomärkta prober och ger därmed ett alternativ till PET i preklinisk terapeutisk övervakning och drog screening.
Abstract
I molekylär avbildning, positronemissionstomografi (PET) och optisk avbildning (OI) är två av de viktigaste och därmed mest använda formerna 1-3. PET kännetecknas av utmärkt känslighet och kvantifiering förmåga medan OI är noterbar för icke-strålning, relativt låg kostnad, kort skanning tid, hög genomströmning, och bred tillgänglighet till grundforskare. Men båda metoderna har sina brister också. PET lider av dålig rumslig upplösning och hög kostnad, medan OI är huvudsakligen begränsat till prekliniska applikationer på grund av sin begränsade vävnadspenetration tillsammans med framstående spridning optiska signaler genom tjockleken av levande vävnader.
Nyligen en bro mellan PET och OI har vuxit med upptäckten av Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) 4-6. CLI är en ny avbildning modalitet som utnyttjar Cerenkov strålning (CR) för bilden radionuklider med OI instrument. Ryska Nobel Laureate Alekseyevich Cerenkov och hans kollegor upptäckte ursprungligen CR 1934. Det är en form av elektromagnetisk strålning som utsändes när en laddad partikel färdas med en hastighet superluminal i ett dielektriskt medium 7,8. Den laddade partikeln, vare positron eller elektron, stör det elektromagnetiska fältet i mediet genom att förskjuta elektroner i sina atomer. Efter att ha passerat av störningar fotoner emitteras som de fördrivna elektronerna återgår till grundtillståndet. Till exempel var en 18 F sönderfall uppskattas ge ett genomsnitt på 3 fotoner i vatten 5.
Sedan dess uppkomst har CLI undersökts för dess användning i en mängd olika prekliniska applikationer inklusive in vivo tumöravbildning, reportergen bildbehandling, radiotracer utveckling, multimodalitet avbildning, bl.a. 4,5,9,10,11. Den viktigaste anledningen till CLI har haft stor framgång hittills är att den nya tekniken drar nytta av den låga COst och bred tillgång till OI till bild radionuklider som används för att avbildas endast dyrare och mindre tillgängliga nukleära avbildningsmetoder såsom PET.
Här presenterar vi metoden för att använda CLI för att övervaka cancer läkemedelsterapi. Vår grupp har nyligen undersökt denna nya ansökan och validerade dess genomförbarhet av en proof-of-concept studien 12. Vi visade att CLI och PET uppvisade utmärkta korrelationer mellan olika tumörxenografter och sonder avbildning. Detta överensstämmer med den övergripande principen om CR som CLI huvudsak visualiserar samma radionuklider som PET. Vi valde bevacizumab (Avastin, Genentech / Roche) som vår terapeutiskt medel eftersom det är ett välkänt angiogeneshämmare 13,14. Mognad av denna teknik inom en snar framtid kan tänkas ha en betydande inverkan på preklinisk läkemedelsutveckling, screening, samt terapi övervakning av patienter som får behandling.
Protocol
Discussion
CLI framstår som en lovande molekylär avbildning teknik som har funnit möjligheter i många grundläggande applikationer forskningsinstitut och även kliniska användning 4,5,15,16,17. De stora fördelarna med CLI jämfört med traditionella nukleära avbildningsmetoder såsom PET härrör från användningen av OI instrument som är lättare att använda, som kännetecknas av korta förvärv och hög genomströmning, betydligt billigare och mer allmänt tillgängliga för forskare. Dessutom vad som skilje…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi erkänner stöd från National Cancer Institute (NCI) R01 CA128908 och Stanford Medical Scholar Research Fellowship. Ingen annan potentiell intressekonflikt relevant för den här artikeln har rapporterats.
Materials
| Name | Company | Catalogue Number |
| 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 |
Riferimenti
- Weissleder, R., Mahmood, U. Molecular imaging. Radiology. 219 (2), 316 (2001).
- Chen, K., Chen, X. Positron emission tomography imaging of cancer biology: current status and future prospects. Semin. Oncol. 38 (1), 70 (2011).
- Solomon, M., Liu, Y., Berezin, M. Y., et al. Optical imaging in cancer research: basic principles, tumor detection, and therapeutic monitoring. Med. Princ. Pract. 20 (5), 397 (2011).
- Liu, H., Ren, G., Miao, Z., et al. Molecular Optical Imaging with Radioactive Probes. PLoS One. 5 (3), e9470 (2010).
- Robertson, R., Germanos, M. S., Li, C., et al. Optical imaging of Cerenkov light generation from positron-emitting radiotracers. Phys. Med. Biol. 54 (16), N355 (2009).
- Xu, Y., Liu, H., Cheng, Z. Harnessing the power of radionuclides for optical imaging: Cerenkov luminescence imaging. J. Nucl. Med. 52 (12), 2009 (2011).
- Cerenkov, P. Visible emission of clean liquids by action of g-radiation. Dokl Akad Nauk SSSR. 2, 451 (1934).
- Cerenkov, P. A. Visible radiation produced by electrons moving in a medium with velocities exceeding that of light. Phys Rev. 52 (4), 0378 (1937).
- Boschi, F., Calderan, L., D’Ambrosio, D., et al. In vivo 18F-FDG tumour uptake measurements in small animals using Cerenkov radiation. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 38 (1), 120 (2011).
- Liu, H., Ren, G., Liu, S., et al. Optical imaging of reporter gene expression using a positron-emission-tomography probe. J. Biomed. Opt. 15 (6), 060505 (2010).
- Park, J. C., Yu, M. K., An, G. I., et al. Facile preparation of a hybrid nanoprobe for triple-modality optical/PET/MR imaging. Small. 6 (24), 2863 (2010).
- Xu, Y., Chang, E., Liu, H., et al. Proof-of-concept study of monitoring cancer drug therapy with cerenkov luminescence imaging. J. Nucl. Med. 53 (2), 312 (2012).
- Ellis, L. M. Bevacizumab. Nat. Rev. Drug Discov. , (2005).
- Hochster, H. S. Bevacizumab in combination with chemotherapy: first-line treatment of patients with metastatic colorectal cancer. Semin. Oncol. 33, (2006).
- Dothager, R. S., Goiffon, R. J., Jackson, E., et al. Cerenkov radiation energy transfer (CRET) imaging: a novel method for optical imaging of PET isotopes in biological systems. PLoS One. 5 (10), e13300 (2010).
- Hu, Z., Liang, J., Yang, W., et al. Experimental Cerenkov luminescence tomography of the mouse model with SPECT imaging validation. Opt. Express. 18 (24), 24441 (2010).
- Park, J. C., Il An, G., Park, S. I., et al. Luminescence imaging using radionuclides: a potential application in molecular imaging. Nucl. Med. Biol. 38 (3), 321 (2011).
- Holland, J. P., Normand, G., Ruggiero, A., et al. Intraoperative imaging of positron emission tomographic radiotracers using Cerenkov luminescence emissions. Mol. Imaging. 10 (3), 177 (2011).
- Liu, H., Carpenter, C. M., Jiang, H., et al. Intraoperative imaging of tumors using Cerenkov luminescence endoscopy: a feasibility experimental study. J. Nucl. Med. , (2012).
