Analyse de 18FDG TEP/CT d’imagerie comme un outil pour étudier Mycobacterium tuberculosis Infection et traitement chez les Primates Non humains
Summary
Nous présentons ici un protocole visant à décrire l’analyse de l’imagerie F-FDG TEP/CT 18chez les primates non humains qui ont été infectés par M. tuberculosis pour étudier les processus de la maladie, traitement médicamenteux et la réactivation de la maladie.
Abstract
Mycobacterium tuberculosis demeure l’agent infectieux numéro un dans le monde aujourd’hui. Avec l’émergence de souches résistantes aux antibiotiques, les nouvelles méthodes cliniquement pertinentes sont nécessaires qui évaluent le processus de la maladie et l’écran pour des traitements antibiotiques et de vaccins potentiels. Tomographie par émission de positons/Computed Tomography (PET/CT) a été créé comme un outil précieux pour étudier un certain nombre d’affections comme le cancer, la maladie d’Alzheimer et l’inflammation/infection. Décrites ici sont un certain nombre de stratégies qui ont été utilisées pour évaluer les images de la TEP/CT chez les macaques cynomolgus infectés intrabronchially avec de faibles doses de M. tuberculosis. Par l’évaluation de la taille de la lésion sur CT et absorption de 18F-fluorodésoxyglucose (FDG) dans les lésions et les ganglions lymphatiques dans les images de PET, ces méthodes décrites montrent que l’imagerie TEP/CT peut prédire développement futur des actifs contre la maladie latente et la propension à la réactivation d’un état latent de l’infection. En outre, en analysant le niveau global de l’inflammation pulmonaire, ces méthodes déterminent antibiotiques efficacité des médicaments contre la tuberculose M. chez le modèle animal existant plus cliniquement pertinent. Méthodes d’analyse de ces images sont certains des outils plus puissants dans l’arsenal contre cette maladie car non seulement ils évaluer un certain nombre de caractéristiques de l’infection et traitement de la toxicomanie, mais ils sont aussi directement traduisibles dans un cadre clinique pour une utilisation chez l’homme études.
Introduction
Mycobacterium tuberculosis sévit dans les humains depuis des millénaires et provoque une mortalité plus que tout autre agent infectieux unique dans le monde aujourd’hui. En 2015, il y a 10,5 millions nouveaux cas de tuberculose dans le monde1 avec la majorité des dossiers en provenance de l’Inde, Indonésie, Chine, Nigéria, Pakistan et Afrique du Sud. Estimations placer le bilan mondial de la tuberculose à 1,4 millions de personnes au cours de cette même période. Cette valeur est plus faible que le taux de mortalité de près de 25 % il y a 100 ans. Bien que la drogue TB sensible est traitable, le schéma thérapeutique est long nécessitant des médicaments multiples et conformité est une préoccupation. L’émergence de souches pharmacorésistantes de (MDR) multi représente ~ 580 000 des nouveaux cas de tuberculose en 2015. Le taux de réussite du traitement de patients avec des souches de M. tuberculosis MDR est évalué à environ 50 % seulement. Encore plus alarmant est l’émergence d’intensivement résistant (XDR) souches de M. tuberculosis, qui résistent à presque tous les médicaments disponibles. Ainsi, les nouvelles techniques sont nécessaires dans le champ de recherche de TB qui améliorent la capacité à diagnostiquer la TB, accroître la compréhension immunologique de la maladie et permettre le dépistage des nouveaux traitements et des stratégies de prévention, y compris les antibiotiques schémas et études d’efficacité de vaccins.
M. tuberculosis est un bacille acido-alcoolo-résistants aérobie physiquement caractérisé par son très complexe paroi cellulaire externe et la cinétique de croissance lente. L’infection survient généralement par inhalation des bactéries individuelles contenues dans des gouttelettes en aérosol qui sont expulsés d’une personne symptomatique, infectée lors de toux, éternuements ou chant. Les personnes exposées qui développent une infection, seuls 5 à 10 % des personnes développent tuberculose clinique. Les 90 % restants ont un spectre plus ou des infections asymptomatiques qui varie entre une infection infraclinique et aucune maladie du tout, qui est classée cliniquement latente TB infection (ITL)2,3. De la population qui a cette infection asymptomatique, environ 10 % développeront une tuberculose active par la réactivation de l’infection contenue dans leur vie. Le risque de réactivation considérablement augmente si une personne ayant des contrats infection asymptomatique par le VIH ou subit un traitement avec un médicament immunosuppresseur, tels que les inhibiteurs TNF pour4,5,6. Tuberculose active se présente également comme un spectre, avec la plupart des gens ayant une tuberculose pulmonaire, qui touche les poumons et les ganglions thoraciques. Toutefois, M. tuberculosis peut infecter n’importe quel organe, afin que l’infection peut également présenter dans des sites extrapulmonaires de la participation.
Le cachet pathologique de M. tuberculosis infection est une structure sphérique organisée des cellules de l’hôte, appelé le Granulome. Macrophages, les lymphocytes T et les lymphocytes B sont des composants majeurs du Granulome, avec un nombre variable de neutrophiles7. Le centre du Granulome est souvent nécrotique. Ainsi, les granulomes fonctionnent comme un microenvironnement immunitaire pour tuer ou contiennent des bacilles, empêchant la propagation à d’autres parties des poumons. Toutefois, M. tuberculosis peut renverser l’assassinat par le Granulome et persistent au sein de ces structures pendant des décennies. Constante et régulière de surveillance pour le développement d’une tuberculose active après une nouvelle infection ou réactivation de l’ITL est impraticable, scientifiquement difficile et chronophage. Techniques qui étudient ces processus longitudinalement, dans les êtres humains et humain-comme des modèles animaux, sont extrêmement utiles à la communauté scientifique à mieux appréhender les nombreuses complexités de M. tuberculosis infection et la maladie.
TEP/CT est une technique d’imagerie extrêmement utile qui ait été employée pour étudier une vaste gamme d’États de la maladie chez les humains et les animaux modèles8. Animal de compagnie est une technique fonctionnelle qui utilise des composés radioactifs positrons comme journaliste. Ces radio-isotopes sont fonctionnalisés en général à un composé métabolique, tels que le glucose, ou à un groupe de ciblage qui vise à lier à un récepteur d’intérêt. Étant donné que les radiations émises par les isotopes du PET est assez puissante pour pénétrer les tissus, très faibles concentrations peuvent être utilisées qui permet d’étudier sous les niveaux de saturation en ciblant les récepteurs composés et à une concentration suffisamment faible pour avoir aucun effet sur le métabolisme les processus lorsque vous utilisez des agents tels que 2-désoxy – 2-(18F) Fluoro-D-glucose (FDG). CT est une technique d’imagerie à rayons x en trois dimensions qui utilise différents niveaux d’atténuation des rayons x pour identifier les caractéristiques physiques des organes dans le corps de9. Lorsqu’il est associé avec PET, CT est utilisé comme une carte pour déterminer des endroits spécifiques et des structures qui montrent l’absorption d’un radiotraceur PET. TEP/CT est un outil puissant pour l’imagerie in vivo des humains et des modèles animaux infectés par M. tuberculosis infection qui a conduit à beaucoup de renseignements importants sur la pathogenèse, réponse aux traitements médicamenteux, spectre de la maladie, etc.6 ,10,11,12. Cet ouvrage décrit les méthodes d’analyse semi-spécifiques TEP/CT pour étudier la TB dans les modèles de primate non humain longitudinalement à l’aide de paramètres tels que la taille du Granulome, capture de FDG dans les lésions individuelles, toute avidité FDG pulmonaire et les ganglions lymphatiques et détection d’extrapulmonaire la maladie6,10,11,12.
Ce manuscrit décrit les méthodes d’analyse chez les primates non humains (PSN), plus précisément les macaques cynomolgus, qui servent à évaluer longitudinalement progression de la maladie et le traitement de la toxicomanie suite à une infection avec M. tuberculosis d’imagerie . PSN est un précieux modèle animal car lorsqu’ils sont inoculés avec une faible dose de souche de M. tuberculosis Erdman, animaux présentent une variété de maladies à environ 50 % de développer une tuberculose active et les animaux restants ayant une infection asymptomatique (par exemple contrôle de l’infection, ITL), fournissant le modèle le plus proche pour le spectre de la maladie clinique chez l’homme3,13,14,15,16. Réactivation de l’ITL chez les macaques est déclenchée par les mêmes agents qui provoquent la réactivation chez l’homme, dont on peut citer virus d’immunodéficience (HIV, à l’aide de virus de l’immunodéficience simienne (SIV) que la version de macaque du VIH), l’appauvrissement de CD4 ou tumeur facteur de nécrose (TNF) neutralisation13,16. En outre, macaques présentent avec la pathologie qui est très similaire à celle observée chez l’homme, y compris les granulomes organisés qui se forment dans les poumons ou d’autres organes17. Ainsi, ce modèle a fourni des renseignements importants sur les interactions hôte-pathogène base de M. tuberculosis infection, ainsi que des connaissances précieuses sur les régimes médicamenteux et des vaccins pour la tuberculose14,18 , 19 , 20 , 21.
L’imagerie TEP/CT offre la possibilité de suivre l’apparition, la distribution et la progression des granulomes individuels. Ce travail a principalement utilisé le FDG comme sonde, qui, comme un analogue du glucose, incorpore dans les cellules de l’hôte métaboliquement actives, telles que les macrophages, les neutrophiles et les lymphocytes8, qui sont dans les granulomes. Ainsi, le FDG est un proxy pour inflammation de l’hôte. Les procédures d’analyse détaillées ci-après utilise OsiriX, un viewer DICOM largement utilisé disponible pour l’achat et l’utilisation. Les méthodes d’analyse image décrits suivre la forme, la taille et l’activité métabolique (via la captation FDG) des granulomes individuels au fil du temps et utilise l’imagerie comme une carte d’identification des lésions spécifiques à la nécropsie animale. En outre, une méthode distincte a été élaborée qui quantifie la sommation de l’absorption FDG dans le poumon au-dessus d’un seuil spécifique (SUV ≥ 2,3) et utilise cette valeur pour évaluer les différences entre le contrôle et les groupes expérimentaux dans les différentes études allant du vaccin essais de modèles de la co-infection. Ces données confirment que cette mesure globale de la capture FDG dans les poumons est en corrélation avec la charge bactérienne, fournissant ainsi des informations sur l’état de la maladie. Des analyses semblables sont possibles sur l’absorption FDG des ganglions thoraciques pour étudier la progression de la maladie aussi bien. Le protocole suivant décrit le processus expérimental d’infection animale grâce à l’analyse de l’image.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les données acquises de la TEP/CT peuvent servir de mesures de substitution pour de nombreux aspects de l’infection à M. tuberculosis qui seraient non observables sans une telle technologie. TEP/CT est beaucoup plus sensible que la technologie des rayons x, qui est souvent utilisée dans les études de macaques. TEP/CT fournit des informations structurelles, spatiales et fonctionnelles. Les analyses décrites ci-dessus ont de nombreuses applications pratiques telles que le suivi de progression de la maladie,…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à remercier Mark Rodgers décrivant les procédures de l’infection et L. Eoin Carney et Brian Lopresti d’orientation dans l’établissement de ces procédures d’imagerie. Ce travail a été financé par la Fondation Bill et Melinda Gates (J.L.F., P.L.L.), National Institutes of Health, National Institutes of Allergy et infectieuses Maladies R01 AI111871 (P.L.L.), National Heart Lung et sang Institut R01 HL106804 (J . L.F.), R01 HL110811.
Materials
| 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 |
Riferimenti
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