Summary
この論文は、炎症の二つの異なる実験モデルにおいて、キーマトリックスメタロプロテアーゼのインビボ活性を視覚化するために活性化光イメージングプローブを用いた蛍光イメージングの応用について説明します。
Abstract
この論文では、炎症の2つの異なるマウスモデル:慢性関節リウマチ(RA)および接触(慢性関節リウマチ) におけるin vivo蛍光イメージング(OI) を介して 、活性化可能な蛍光プローブによるマトリックスメタロプロテイナーゼ(MMP)活性を画像化するための非侵襲的方法を記載する。過敏反応(CHR)モデル。近赤外(NIR)ウィンドウ(650〜950nm)の波長を持つ光は、650nm未満の波長に比べて、より深い組織浸透と最小限の信号吸収を可能にします。蛍光OIを用いることの主な利点は、異なる動物モデルで安価で、迅速かつ容易に実施できることである。
活性化可能な蛍光プローブは、それらの不活性化状態では光学的にサイレントであるが、プロテアーゼによって活性化されると高度に蛍光性になる。活性化されたMMPは、組織破壊をもたらし、遅延型過敏症反応(DTHR)(例えば、RAおよびCHR)における疾患の進行にとって重要な役割を果たす。さらに、MMPは、キー軟骨および骨の分解のためのプロテアーゼおよび炎症性サイトカインに応答して、マクロファージ、線維芽細胞や軟骨細胞によって誘導されます。ここでは、MMP-2のようなキーのMMPによって活性化されたプローブ、-3、-9および-13を使用して、同様に6日間の疾患誘導後RAおよび対照マウスにおけるMMP活性の近赤外蛍光OIのための撮影プロトコルを記述する急性(1Xチャレンジ)と健康の耳に比べ右耳の慢性(5倍の挑戦)CHRを持つマウスのように。
Introduction
関節リウマチ(RA)または尋常性乾癬などの自己免疫疾患は、遅延型過敏症反応(DTHR)として分類される。 RAは、びらん性滑膜炎および関節破壊によって特徴付けられる一般的な自己免疫疾患である。炎症細胞の浸潤と増殖、炎症細胞の発現の増加がパンヌス形成、軟骨および骨破壊をもたらすことを実証している2。マトリックスメタロプロテイナーゼ(MMPs)によるコラーゲンなどの細胞外マトリックス分子の切断は、組織の変換や血管新生に不可欠であり、組織の破壊を引き起こす。 5、6接触過敏反応(CHR)は、酸化的バーストをもたらす好中球の凝集によって特徴付けられる。 RAと同様に、CHRのMMPはインボルブ慢性炎症を確立するために、組織変換、細胞移動および血管新生に供される。
RAを調べるために、グルコース-6-リン酸イソメラーゼ(GPI) - 血清注入マウスモデルを使用した。 GPIに対する抗体を含有するトランスジェニックK / BxNマウスの血清をナイーブBALB / cマウスに注射した後、GPI血清注入後6日目に最大24時間以内にリウマチ性炎症が発生し始めた(1.1参照)。慢性CHRを分析するために、C57BL / 6マウスを腹部のトリニトロクロロベンゼン(TNCB)で感作した。右耳に感作後1週間目から5回までチャレンジした(1.1および1.2も参照)。
非侵襲的小動物OIは、前臨床研究で主に使用されている蛍光、化学発光および生物発光シグナルの生体内調査に基づく技術である。得られた半定量的データは、分子健康な器官および組織におけるウラル機構ならびに罹患実験動物モデル、及び縦フォローアップ測定値( 例えば 、インビボでの治療的応答プロファイルを評価するため)を可能にします。縦断的研究の大きな利点は、同じ動物ではなく、時点ごとに異なるマウスを用いて、いくつかの時点でフォローアップ試験で測定することができるように、動物の数が減少することです。 OIの解像度は、臓器の詳細な機能イメージングおよび実験動物におけるさらに小さな組織構造を可能にします。
狭い透過スペクトルを持つ特定の励起および発光フィルタの使用、遮光「暗箱」と-70℃に多くの装置で冷却された敏感な電荷結合素子(CCD)カメラ、によって散乱された光に対する保護、蛍光シグナルの高度に特異的かつ高感度な測定が可能となります。
excitation-と蛍光剤を使用し、近赤外蛍光ウィンドウの発光スペクトル(650から950 nm)は、信号対雑音比を大幅に向上させることができます。近赤外蛍光ウィンドウはヘモグロビン及び水による信号の比較的低い吸収ならびに低バックグラウンド自己蛍光によって特徴付けられます。 9これは、小動物の組織で最大2センチ侵入深さを可能にします。 OI-プローブが直接(蛍光標識抗体による)目標に対処することができるか、(プロテアーゼにより)標的組織中で活性化することができます。活性化OIプローブを伴う別のドメインへの分子内励起エネルギーを伝達消光部分、に蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)にそれらの不活性化形態の光学的にサイレントです。染料は(例えばプロテアーゼによって)切断された場合にエネルギーはもはや分子内に移し、蛍光シグナルがOIによって検出することができるではありません。これは、高specificitとOIプローブの設計を可能に明確な生物学的プロセスと優れた信号対雑音比が得られます。
以下のプロトコルは、動物の調製、in vivoでの MMP-2、-3、-9および-13活性および炎症の2つの実験モデル(RA、CHR)を画像化するための活性化可能OIプローブを用いたOI測定を詳細に説明する。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
本書に記載されているすべての手順は、実験動物のケアと使用のガイドラインと国際基準に従い、ドイツのテュービンゲン国家委員会の動物福祉倫理委員会によって承認されました。 8〜12週齢のBALB / cおよびC57BL / 6マウスを12時間:12時間明/暗サイクルに保ち、IVCおよび22±1℃の標準環境条件で2〜5の群で水および食べ物は自由にアクセスできます 。
材料準備
- 注射直前にそれぞれのデータシートに従って近赤外蛍光イメージングのためのOI色素を希釈する。 インビボで MMPを測定するための活性化可能なOI色素(680nmでの励起を伴う市販のプローブ)は、1.5mLの1×PBS中で20nmolの濃度で使用する準備ができている。使用する前に、溶液を静かに振り混ぜるかボルテックスする。 OI染料は、光から保護されている場合、最大6ヶ月間2〜8℃で保存することができます。 静脈内 (IV)注射は、静脈カテーテルを準備します。 0.9%生理食塩水で満たされた20 U(0.5 mL)をインスリンシリンジ(50mLのヘパリンの10個の噴射単位を含有する)、およびポリエチレンカテーテルに取り付けられた30ゲージの針を使用します。 OI染料のマウスあたり2 nmolのの推奨用量を注入します。
関節リウマチや慢性接触過敏反応の2誘導
- 関節リウマチ:
- RAを誘導するために1×PBS(200μL)で1:グルコース-6-リン酸イソメラーゼ(GPI)1に対する抗体(AB)を含む(K / BXNマウス10から得られた)血清の100μLに希釈します。 -80°Cで希釈した血清を保管してください。 RAの誘導のための詳細な手順はMonach らによって記載されています。 8。
- RAを誘導するために、その尾により穏やかに各マウスを持ち上げ、Tの0日目に希釈した血清を腹腔内(IP)の200μLを注入彼は実験します。注射後、マウスをそのケージに直接戻す。
- オプションで、AB注射の前に各足首の足首の直径を測定し、「関節炎スコア」を定義する( 図1A )。機械的測定装置(マイクロメーター)を用いてGPI血清後6日目まで毎日足首腫脹の測定を継続する。
- RAマウスの尾静脈に生体内 MMP活性を測定するために、活性化可能なOI色素を注入する(ステップ1.1~1.2) GPI血清注射後5日目およびコントロールマウスの尾静脈に注射した。尾静脈注射の24時間後に光学イメージング実験を行う。
- 接触過敏反応:
- C57BL / 6マウスの感作のために、アセトン/オイルの4:1混合物に溶解した5%TNCB溶液を調製する。
- 100%酸素(1.5L /分)で気化した1.5%イソフルランを用いてC57BL / 6マウスを麻酔する。マウスを麻酔したら、それを自己狂犬病 (1.5体積%のイソフルランチューブに接続した切断5mLのポリエチレンシリンジ)で麻酔を維持する。麻酔をかけた動物に獣医用軟膏を塗布し、麻酔下で眼の乾燥を防ぎます。
- 小さな動物の毛のトリマーを使用して慎重に(2×2 cm)腹部を剃る。動物の中で非特異的な蛍光シグナルを引き起こし、研究結果に影響を与える可能性があるため、皮膚を傷つけないでください。
- 動物を感作するために100μLピペットを使用して、剃毛した腹部領域で5%TNCB溶液80μLをゆっくりと適用する。角膜の損傷を避けるために、マウスの目が寝具に接触しないように注意しながら、ケージに軽く戻してください。
- 感作の6日後に、1%TNCB溶液(アセトン/オイルの9:1混合物に溶解)を調製し、ピペットを用いて右耳に20μLをかけて急性および慢性CHSRを誘発する。「> 1
- 100μLピペットを用いて、1%TNCB溶液20μLと右耳の両側に第1チャレンジで始まり、CHR( 図1B)を引き出すために5回(感作後15日目)に毎秒日チャレンジを繰り返します。マイクロメータ測定装置を使用して、毎日の耳の厚さを測定します。
- CHRマウスにおいてチャレンジ後12時間のin vivoでの MMPの活性を測定する活性化OI色素(680nmにおける励起を有する市販のプローブ)(ステップ1.1から1.2)を注入します。光学イメージング実験の24時間後に尾静脈注射を行う(IV)。
光イメージングのための3動物の準備
- スイッチマウス固形飼料に使用OI剤の蛍光信号の低または非蛍光飼料( 例えば 、遊離マンガン)(700nmの周りの)自家蛍光の干渉を回避するために(少なくとも3日間撮影前)。
- で動物を置きます酸素(1.5L /分)で気化した1.5vol%イソフルラン(酸素は空気で置換することができるが、1回の実験で標準化する必要がある)を用いて麻酔する。
- マウスが目に見えて麻酔されたら、それを自作ノーズコーン(1.5体積%イソフルランチューブに接続したカット5mLポリエチレンシリンジで構築)に置き、麻酔を維持する。
- 小動物ヘアトリマーを使用して、動物を注意深く標的部位(2cm×2cm)に剃ります。動物の中で非特異的な蛍光シグナルを引き起こし、研究結果に影響を与える可能性があるため、皮膚を傷つけないでください。
注:HIRは、関心領域(ROI)に依存して、OI中に蛍光シグナルを吸収することができる(マウス株に依存し、多かれ少なかれ吸収が観察される)。 - 静脈内注射のために、暖かい水の中にマウスの尾を置き、血管拡張を誘発し、アルコールで注射部位の皮膚を静かに浄化し、カテーテルを尾の先端サイト。尾静脈に20°の角度で、針の端を「カット」と注射器を再懸濁することによってカテーテルの正確な配置をテスト置きます。
- カテーテルが正しく配置されている場合は、シリンジを交換し、OIのプローブ(2ナノモル)を注入します。注入後、シリンジを交換し、完全にポリエチレンチューブのデッドボリュームをクリアするために、0.9%の食塩水の25μLを注入。
注: インビボで MMP活性を測定するために使用OI色素(680nmにおける励起を有する市販のプローブ)の組織半減期は72時間です。完全なクリアランスを確保するために、色素の再注入は、以前の7日前に注射後よりも推奨されていません。
4.光イメージング
- 視野(FOV)の中心でOI-スキャナのブラックボックスに黒いプラスチックまたは紙シートを置きます。
- 測定プロトコルを設定し、右の波長を選択し(励起:680±10 nmおよび電子ミッション:700±10 nm)を、撮像パラメータ。
注:一部のOIシステムでは、複数の画像形成色素の設定が事前に定義されています。 - 蛍光イメージングのために正しいプロトコルを選択するために、(製造業者によって提供された)画像ソフトウェアを開き、システムを初期化します。ほとんどのCCDカメラは、その使用温度まで冷却する必要があり、これは10分かかることがあります。システムの準備ができるまで、信頼性の高い結果を得るために、待ちます。
- in vivoイメージングシステム取得制御パネルがポップアップ観察し、選択された各フィルタ対は、配列中の1枚の画像を表します。この場合には、を有する市販の染料及びそれぞれ680±10nmから700±10nmでの励起および発光波長のフィルタのペアで一つの画像を取得し、(押し「を取得配列」)の測定を開始します。より詳細な手順については、製造元のマニュアルを参照してください。
- 適切な画像にラベルを付け、「イメージの編集に情報を保存します「ラベル取得」ウインドウが表示され、「取得シーケンス」の後にポップアップ表示されます。
- OI色素を注射する前に各動物のベースラインスキャンを行うか、またはナイーブコントロール動物を用いてバックグラウンドシグナルを区別する。
- OI色素の尾静脈注射後、OIシステムにおいて最も高いシグナルを測定する位置で、動物をFOVの中心に置き、測定を開始する。
注記:重要:低体温はイメージング剤の分布に大きな影響を与える可能性があります。動物の低体温を避けるために、ステージが37℃まで加熱されていることを確認してください。イメージングは、1〜5匹のマウスの群の動物と同時に行うことができる。同時に測定する動物の数に応じて、FOVのサイズを選択します。各マウスが見えるかどうかを確認するには、明るいフィールド画像を撮ることができます。
5.データ解析
注:次の画像ソフトウェアを使用してデータ分析を実行します製造業者のプロトコル。
- RAの測定には、 図2に示すように校正された光子放射の単位を使用しますが、慢性CHSRは信号強度として%(効率)で描かれます。
- ROIを手動で描画するには、ツールプレートを使用します。 RA画像の分析のために、標準化された円を使用し、各動物のすべての足首および足の中で最も高いシグナルの周りに配置する。 CHSRを分析するには、明視野画像に従って左右の耳全体にROIを配置します。
- 描かれた特定のROIの光子放出またはシグナル強度値を測定するには、「測定」を押します。システムは、描写的な統計解析のために描かれたROIの値を提供する。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ナイーブBALB / cマウスにおいて関節リウマチ(RA)を誘発するために、0日目にGPIに対する自己抗体(1×PBSで1:1希釈)を腹腔内注射した。このGPI血清における最大炎症(足首腫脹) RAモデルは注入11日後に投与される。したがって、2nmolの活性化可能なOI色素を調製し、5日目に関節炎マウスおよび健常対照動物の尾静脈に静脈注射した。注射の24時間後(6日目)に、マウスを麻酔し、セクション3 図1A )。
CHRを誘導するために、C57BL / 6マウスを、剃毛した腹部で0日目に5%TNCBで感作させた。感作後7日目に、1%TNCBを用いた右耳に対する第 1チャレンジを開始した。慢性炎症を誘発するために最大5つのチャレンジ(15日目)を行った。 7時 12分後最後のチャレンジとして、20nmolのOI色素を静脈注射した 。注射の24時間後の15日目に、OIを上記のように実施した( 図1B )。
図2は、対照アンクルと比較して、疾患誘導後6日目のRAマウスの後足、足首および前足における明らかに増強された蛍光シグナルを示す( 図2A )。 RAマウスおよび健常マウスの器官におけるMMP活性の体内分布分析は、RAマウスの関節における排他的に後足、足首および前足において強力に増強されたシグナルを示した。興味深いことに、健常対照マウスの腎臓と比較した場合、測定されたすべてのRAマウスの両方の腎臓における増強されたMMPシグナルを測定した( 図2A ;右)。さらに、RAに罹患しているかどうかにかかわらず、肝臓および腸における増強されたMMPシグナルを測定した。 RAと健常マウスとの間にはt彼は、肺、脾臓、心臓を膵臓。
慢性CHR(右耳で5つのTNCBの課題)の間、我々は、健康な左対照耳( 図2B)と比較して、右耳炎症に非常に増加MMP活性を測定しました。
したがって、我々のデータは、両方の炎症性疾患モデルにおける疾患の進行中のMMP活性の主要な役割を示しています。
生物発光と蛍光のためのツールセットは、例えば、蛍光色素のピコモル又は蛍光を発現する細胞の数についての定量化を可能にします。データは、1カウントに表示させることができる。、カメラの光子入射の未較正測定値を表示2.ラディアンス(光子)である、「秒/ cm 2で/ステラジアン光子/」の光子放出の較正された測定値を示します発光イメージングまたは3 Rに推奨adiant効率(蛍光):蛍光測定のために推奨される入射励起パワー当たりの蛍光発光輝度を示します。
OIの画像を分析しながら、輝度単位での作業の大きな利点は、そのカメラの設定は、一つの実験中に変更することができるされ、これは画像自体またはさらなる異なるIVISシステムからの比較画像を可能にする測定ROIデータに影響を与えません。
関心領域(ROI)は、光学画像でユーザからの関心の特定の領域を示しています。ツールバーは、3つの異なるROIを描くことができます:測定(測定画像のROIにおける信号強度)、平均バックグラウンド(背景測定のためにユーザ定義された領域における平均信号強度)、または対象ROIを(被験動物での識別画像)。
対象DISの場合高い非特異的バックグラウンドシグナル自体を果たし、標的ROIからのバックグラウンドシグナル(ROI)を減算することによってバックグラウンド補正ROI測定値を得ます。自家蛍光を決定するために、ゼロに近い画像最小を設定するか、自然に自分の画像の背景発光を生じました。測定された特定の画像に主に測定された自己定義(ユーザ固有)の背景画像(ROI)に画像をリンクします。
画像の半定量的分析は、リビングイメージソフトウェアを使用して関節炎および制御の両方足首において、ならびに炎症および健康な耳に関心の標準化された領域(関心領域)を描くことによって行いました。のみ記述統計分析は、動物の数が不足に起因する本稿におけるin vivoデータ、で行いました。関節炎及び健康足首または足のシグナル強度の分析は、足首を対照と比較して、関節炎で7倍増強MMP信号強度を示しました。関節炎マウスの前足では、健常動物のそれと比較して3倍高いMMPシグナル強度が検出された( 図3A )。
急性および慢性のCHRを有する耳の分析では、左のチャレンジされていない対照耳と比較して、 第 1チャレンジ後でも有意に増加したMMPシグナルが示され、 第 3チャレンジ後にさらに増加し、 第 5チャレンジまで同じレベルであった( 図3B ) 。マウスの引っ掻き傷による左耳の接触アレルゲンの混入の結果として、我々は左(TNCB攻撃されていない)コントロール耳でわずかに増加したMMPシグナルを測定した。結果は、OIによって測定されるように、GPI-関節炎および慢性炎症の間に非常に増加した蛍光シグナルによって示される、MMPの重要な役割を示す。
load / 55180 / 55180fig1.jpg "/>
図1:RAおよびCHRモデル、疾患誘導の時間経過およびOIの時間点。 (A) BALB / cマウスにおけるRA誘導の時間経過(B)およびC57BL / 6マウスにおける慢性CHR誘導。両方のモデルにおけるMMP活性を測定するためのOI色素のそれぞれのインビボイメージング時点および関連する注入時点の概要。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。
図2:RA、CHRおよび対照動物におけるMMP OI。 (A) GPI-関節炎誘導6日後の関節炎マウスおよび健常対照マウス(左側)における測定されたMMP活性の代表的結果。有意に高いシグナル(Radiance(p / s / cm 2 / sr))intensityは、健康的なマウスに比べて関節炎で観察されました。右の画像は、後肢におけるMMP活性を表示し、OI色素注射後に屠殺GPI-関節炎マウスの足首、足前部、膵臓、肺、脾臓、心臓、腎臓、肝臓及び腸を含みます。 OIは、前方足、足首及びRAマウスの後肢に高い信号とにかかわらず、マウスはGPI血清(RAマウス)または対照血清(健常対照マウス)を注射したかどうかの肝臓及び腸を発見しました。慢性CHR(左)と対照動物と耳の中(B)MMP蛍光シグナル(右)。炎症右耳(挑戦5回)耳を制御するために比べ非常に強調信号を表示します。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
<br /> 図3:OIを用いた炎症性の健康な足首および耳組織の半定量的分析。 (A)前足および足関節におけるRAおよび健常動物における蛍光シグナルの半定量的分析。関節炎の前足および足関節は、健常な足関節および前足に比べて有意に(** p <0.05)(n = 3)高いMMPシグナルを示す。データは、平均±SDとして示される。 (B) 第 1、 第 3および第 5チャレンジ後の左右の(挑戦された)耳の半定量分析。 MMPシグナルは、第1チャレンジから第5チャレンジまで有意に増加し、第3チャレンジ(** p <0.05)(n = 3)後に右チャレンジ耳で最大シグナル強度を既に示した(コントロール耳は部分的にTNCBで汚染されているこのことは、有意ではなかった増強されたシグナルを生じた)。データは平均として提示される±SEMである。両方のモデルについて、両側スチューデントのt検定を使用して、炎症(GPI関節炎の踝、右処置耳)および対照(対照踝、未処置耳)の差異を分析した。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
OIは、前臨床研究インビボ分子イメージングにおける非侵襲性のために非常に有用な迅速かつ安価なツールです。 OIの特定の強さは、炎症応答のような非常に動的なプロセスを監視する能力です。また、OIは、1つの数日から数週間の範囲の、長期間にわたって病気の経過を追跡することを可能にします。
それは非常に時間とコスト効率的であるようにOIは、陽電子放射断層撮影(PET)または磁気共鳴画像(MRI)のような他のインビボイメージングモダリティに比べていくつかの利点を有します。買収あたり最大5匹の動物を用いた高スループット分析が可能です。また、多くの異なる生物学的プロセスを標的とするプローブの多数は、利用可能です。 12はさらに、解剖学的情報を提供するために、OIは、MRIまたはX線のような他の画像化技術と組み合わせることができます。別の制限は、 例えば Fに比較して低い組織侵入深さであります独創的なPETイメージング。さらに、多くの異なる生物学的標的を標的とする大量のプローブが利用可能である。 12
麻酔の効果は、生体内イメージングにおいて過小評価されるべきではない。 OI結果に対する麻酔の特定の効果は十分に特徴付けられていないが、我々のグループは、PET画像化の結果に対する麻酔の影響をいくつかの研究で示している。 13,14,15例えば、Fuchs et al。異なる呼吸および麻酔プロトコールを使用してPETスキャンの前後にpCO 2 、pHおよび乳酸塩などの血液パラメータを分析した。意識のある酸素または空気呼吸マウスと比較して、麻酔下でのpCO 2および乳酸塩レベルの有意な変化がPET結果の有意な変化をもたらしたことが示された。彼らは、この効果は、主に酸素呼吸とサブスケンによって引き起こされると結論づけている動物の呼吸性アシドーシスにつながり、PET画像化において異なる結果をもたらす。
O 2濃度や麻酔薬の投与などの麻酔パラメータの標準化や低体温の予防は、体系的な障害を回避するのに役立ちます。もちろん、OIは物理的性質、例えば光散乱、組織自己蛍光および光減衰によって制限される9 。いくつかのグループは、OIの巨視的結果を、生体内蛍光顕微鏡法またはフローサイトメトリーのような他の技術と組み合わせることによって、これらの問題に取り組んでいる。
MMP特異的な活性化可能な蛍光プローブによるMMP活性のインビボイメージングは、CHSのような炎症のいくつかの実験モデルにおいて用いられているが、脳虚血、 16大動脈瘤、 17心筋梗塞およびアテローム性動脈硬化プラーク19だけでなく、様々な腫瘍モデル。 20
例えば、コルテス-Retamozo ら。予め感作したマウスにおけるオボアルブミンの鼻腔内適用後24時間MMP活性化プローブを注入することにより、アレルギー性気道炎症のモデルにおいて、MMPのin vivo活性を調べました。より詳細に疾患および治療応答の経過をモニターするために、さらにこのグループ合成断層OI、NIR光ファイバ気管支鏡及び生体内顕微鏡MMP活性の位置を識別するために、21。 21
他のアプローチは、in vivoでの MMP活性は、ほとんどのMMPの活性部位に結合MMPの阻害剤を使用して測定します。マッキンタイアら。 「proteolytとして働く「ポリマーベースの蛍光発生基質」を用いたin vivo腫瘍関連-MMP-7の検出を、記載さらに、Olson らは、 「活性化可能な細胞浸透性ペプチド」(ACPP)を研究した。この活性化可能な細胞浸透性ペプチドは、MMP-多くの異種移植片腫瘍モデルを標的にするが、リンカーがタンパク質分解されるまで細胞に吸着することはできない.MMP-2およびMMP-9に選択的であるACPPを調べる。
単光子放出コンピュータ断層撮影(SPECT)またはPETイメージングのための放射性同位体によるMMP阻害剤の標識は、アテローム性動脈硬化症26および癌27におけるMMP発現を研究するために使用された。最近の研究では、蛍光標識されたMMP阻害剤を、MMP活性化可能なプローブと比較した。蛍光標識されたMMP阻害剤は、より低い信号対雑音を示した比率は、活性化プローブに比べてより短い取り込み時間を要しました。
病態生理の主要な機能を評価するための新しいバイオマーカーを利用し、OIによって検証することができます。例えば、危険関連分子パターン(DAMPS)への応答は、炎症反応の間の初期の事象です。 Vogl ら。炎症の初期徴候のために敏感なバイオマーカーを開発するためにリーシュマニアによる急性耳皮膚皮膚炎、コラーゲン誘導性関節炎、感染のモデルでアラーミンS100A9に対する抗体をCy5.5標識を使用。 29
結論として、OIは、 インビボでの疾患の新たなメカニズムを明らかに新規な分子標的の特徴付け、ならびに治療効果を監視することができる前臨床研究のための迅速かつ効率的な方法を表します。それにもかかわらず、PETなどのより定量的な技術と、その後の検証プロセスが必要になる場合があります。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
著者は何も開示することはありません。
Acknowledgments
私たちは、優れた技術サポートのためにダニエル・ブカラ、ナタリー・アルトメイヤーとFundaケイに感謝します。私たちは、原稿を編集するためのジョナサン・コットン、グレッグ・ボーデンとポールSoubiranに感謝します。この作品は、CRC 156(プロジェクトC3)を通じてヴェルナーシーメンス財団とエバーハード・カールズ大学テュービンゲン(「」Promotionskolleg「」)の医学部でとDFGによってサポートされていました。
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Cornergel | Gerhard Mann GmbH | 1224635 | ophthalmic ointment |
Forene | Abbott GmbH | 4831850 | isoflurane |
U40 insulin syringe | Becton Dickinson and Company | 324876 | |
Heparin | Sintetica | 6093089 | |
High-Med-PE 0.28 x 0.61 mm | Reichelt Chemietechnik GmbH+Co | 28460 | polyethylene tubing, inner diameter 0.28 mm, outer diameter 0.61 mm |
BD Regular Bevel Needles, 30 G | Becton Dickinson & Co. Ltd. | 305106 | 30 G injection cannula |
RTA-0011 isoflurane vaporizer | Vetland Medical Sales and Services LLC | - | |
Artagain drawing paper | Strathmore Artist Paper | 446-8 | coal black |
IVIS Spectrum | Perkin Elmer | 124262 | Optical imaging system |
BD Regular Bevel Needles, 25 G | Becton Dickinson and Company | 305122 | |
2-Chloro-1,3,5-trinitrobenzene | Sigma Aldrich GmbH | 7987456F | TNCB |
MMPSense 680 | Perkin Elmer | NEV10126 | fluorescent imaging dye |
Oditest | Koreplin GmbH | C1X018 | mechanical measurment |
Miglyol 812 | SASOL | - | Oil |
BALB/C, C57BL/6 | Charles River Laboratories | - | Mice used for experiements |
PBS | Sigma Aldrich GmbH | For dilution of the RA serum | |
Pipette (100 µL) | Eppendorf | Used for TNCB application | |
shaver | Wahl | 9962 | Animal hair trimmer |
Living Image | Perkin Elmer | Imaging software to measure OI |
References
- Veale, D. J., Ritchlin, C., FitzGerald, O. Immunopathology of psoriasis and psoriatic arthritis. Ann Rheum Dis. 64, 26 (2005).
- Harris, E. D. Rheumatoid arthritis. Pathophysiology and implications for therapy. N Engl J Med. 322 (18), 1277-1289 (1990).
- Lee, D. M., Weinblatt, M. E. Rheumatoid arthritis. Lancet. 358 (9285), 903-911 (2001).
- Firestein, G. S. Immunologic mechanisms in the pathogenesis of rheumatoid arthritis. J Clin Rheumatol. 11, S39-S44 (2005).
- Pap, T., et al. Differential expression pattern of membrane-type matrix metalloproteinases in rheumatoid arthritis. Arthritis Rheum. 43 (6), 1226-1232 (2000).
- Firestein, G. S., Paine, M. M. Stromelysin and tissue inhibitor of metalloproteinases gene expression in rheumatoid arthritis synovium. Am J Pathol. 140 (6), 1309-1314 (1992).
- Schwenck, J., et al. In vivo optical imaging of matrix metalloproteinase activity detects acute and chronic contact hypersensitivity reactions and enables monitoring of the antiinflammatory effects of N-acetylcysteine. Mol Imaging. 13, (2014).
- Monach, P. A., Mathis, D., Benoist, C.
The K/BxN arthritis model. Curr Protoc Immunol. 15, 22 (2008). - Zelmer, A., Ward, T. H. Noninvasive fluorescence imaging of small animals. J Microsc. 252 (1), 8-15 (2013).
- Kouskoff, V., et al. Organ-specific disease provoked by systemic autoimmunity. Cell. 87 (5), 811-822 (1996).
- Fuchs, K., et al. In vivo imaging of cell proliferation enables the detection of the extent of experimental rheumatoid arthritis by 3'-deoxy-3'-18f-fluorothymidine and small-animal PET. J Nucl Med. 54 (1), 151-158 (2013).
- Schwenck, J., et al. Fluorescence and Cerenkov luminescence imaging. Applications in small animal research. Nuklearmedizin. 55 (2), 63-70 (2016).
- Mahling, M., et al. A Comparative pO2 Probe and [18F]-Fluoro-Azomycinarabino-Furanoside ([18F]FAZA) PET Study Reveals Anesthesia-Induced Impairment of Oxygenation and Perfusion in Tumor and Muscle. PLoS One. 10 (4), 0124665 (2015).
- Fuchs, K., et al. Oxygen breathing affects 3'-deoxy-3'-18F-fluorothymidine uptake in mouse models of arthritis and cancer. J Nucl Med. 53 (5), 823-830 (2012).
- Fuchs, K., et al. Impact of anesthetics on 3'-[18F]fluoro-3'-deoxythymidine ([18F]FLT) uptake in animal models of cancer and inflammation. Mol Imaging. 12 (5), 277-287 (2013).
- Liu, N., Shang, J., Tian, F., Nishi, H., Abe, K. In vivo optical imaging for evaluating the efficacy of edaravone after transient cerebral ischemia in mice. Brain Res. 1397, 66-75 (2011).
- Sheth, R. A., Maricevich, M., Mahmood, U. In vivo optical molecular imaging of matrix metalloproteinase activity in abdominal aortic aneurysms correlates with treatment effects on growth rate. Atherosclerosis. 212 (1), 181-187 (2010).
- Chen, J., et al. Near-infrared fluorescent imaging of matrix metalloproteinase activity after myocardial infarction. Circulation. 111 (14), 1800-1805 (2005).
- Wallis de Vries, B. M., et al. Images in cardiovascular medicine. Multispectral near-infrared fluorescence molecular imaging of matrix metalloproteinases in a human carotid plaque using a matrix-degrading metalloproteinase-sensitive activatable fluorescent probe. Circulation. 119 (20), e534-e536 (2009).
- Weissleder, R., Tung, C. H., Mahmood, U., Bogdanov, A. In vivo imaging of tumors with protease-activated near-infrared fluorescent probes. Nat Biotechnol. 17 (4), 375-378 (1999).
- Cortez-Retamozo, V., et al. Real-time assessment of inflammation and treatment response in a mouse model of allergic airway inflammation. J Clin Invest. 118 (12), 4058-4066 (2008).
- McIntyre, J. O., et al. Development of a novel fluorogenic proteolytic beacon for in vivo detection and imaging of tumour-associated matrix metalloproteinase-7 activity. Biochem J. 377, 617-628 (2004).
- Scherer, R. L., VanSaun, M. N., McIntyre, J. O., Matrisian, L. M. Optical imaging of matrix metalloproteinase-7 activity in vivo using a proteolytic nanobeacon). Mol Imaging. 7 (3), 118-131 (2008).
- Olson, E. S., et al. In vivo characterization of activatable cell penetrating peptides for targeting protease activity in cancer. Integr Biol (Camb. 1 (5-6), 382-393 (2009).
- Duijnhoven, S. M., Robillard, M. S., Nicolay, K., Grull, H. Tumor targeting of MMP-2/9 activatable cell-penetrating imaging probes is caused by tumor-independent activation). J Nucl Med. 52 (2), 279-286 (2011).
- Schafers, M., Schober, O., Hermann, S. Matrix-metalloproteinases as imaging targets for inflammatory activity in atherosclerotic plaques. J Nucl Med. 51 (5), 663-666 (2010).
- Wagner, S., et al. A new 18F-labelled derivative of the MMP inhibitor CGS 27023A for PET: radiosynthesis and initial small-animal PET studies. Appl Radiat Isot. 67 (4), 606-610 (2009).
- Waschkau, B., Faust, A., Schafers, M., Bremer, C. Performance of a new fluorescence-labeled MMP inhibitor to image tumor MMP activity in vivo in comparison to an MMP-activatable probe. Contrast Media Mol Imaging. 8 (1), 1-11 (2013).
- Vogl, T., et al. Alarmin S100A8/S100A9 as a biomarker for molecular imaging of local inflammatory activity. Nat Commun. 5, 4593 (2014).