Analisi di 18FDG PET/CT Imaging come strumento per studiare l'infezione di tubercolosi del micobatterio e trattamento in primati Non umani
Summary
Qui, presentiamo un protocollo per descrivere l’analisi di formazione immagine di F-FDG PET/CT 18in primati non umani che sono stati infettati con M. tuberculosis per studiare il processo di malattia, trattamento farmacologico e riattivazione di malattia.
Abstract
Tubercolosi del micobatterio rimane oggi l’agente infettivo numero uno nel mondo. Con l’emergere di ceppi resistenti agli antibiotici, sono necessari nuovi metodi clinicamente rilevanti che valutare il processo di malattia e lo schermo per potenziali trattamenti antibiotici e di vaccini. Tomografia a emissione di positroni/tomografia (PET/CT) è stata stabilita come un prezioso strumento per lo studio di una serie di afflizioni come cancro, morbo di Alzheimer e l’infiammazione/infezione. Descritte qui sono un certo numero di strategie che sono state impiegate per valutare immagini PET/CT in cynomolgus macachi infettati intrabronchially con basse dosi di M. tuberculosis. Attraverso la valutazione delle dimensioni della lesione sul CT e l’assorbimento di 18F-fluorodesossiglucosio (FDG) nelle lesioni e nei linfonodi in immagini PET, questi metodi descritti mostrano che imaging PET/TC può prevedere lo sviluppo futuro di active versus malattia latente e la propensione per la riattivazione da uno stato di infezione latente. Inoltre, analizzando il livello generale di infiammazione polmonare, questi metodi determinano efficacia antibiotica delle droghe contro M. tuberculosis nel modello animale esistente più clinicamente rilevante. Questi metodi di analisi di immagine sono alcuni degli strumenti più potenti nell’arsenale contro questa malattia come non solo sono in grado di valutare una serie di caratteristiche dell’infezione e trattamento farmacologico, ma essi sono anche direttamente traducibile in una regolazione clinica per l’uso nell’uomo studi.
Introduction
Tubercolosi del micobatterio ha afflitto gli esseri umani per millenni e provoca più mortalità rispetto a qualsiasi altro singolo agente infettivo nel mondo oggi. Nel 2015, c’erano 10,5 milioni segnalati nuovi casi di tubercolosi (TB) a livello globale1 con la maggior parte dei casi provenienti da India, Indonesia, Cina, Nigeria, Pakistan e Sudafrica. Le stime posto il tributo di morte globale da TB a 1,4 milioni di persone durante quel stesso periodo di tempo. Questo valore è quasi il 25% inferiore al tasso di morte 100 anni fa. Anche se droga sensibili TB è curabile, il regime è piuttosto lungo che richiede farmaci multipli e conformità è una preoccupazione. L’emergere di ceppi farmaco-resistenti (MDR)-multi contabilizzate ~ 580.000 di nuovi casi di TB nel 2015. Il tasso di successo del trattamento di pazienti con ceppi MDR di M. tuberculosis è solo stimato di circa il 50%. Ancora più allarmante è l’emergere di estensivamente resistente (XDR) ceppi di M. tuberculosis, che sono resistenti a quasi tutti i farmaci disponibili. Così, nuove tecniche sono necessarie all’interno del campo di ricerca di TB che migliorano la capacità di diagnosticare TB, aumentare la comprensione immunologica del processo della malattia e consentono per lo screening di nuovi trattamenti e strategie di prevenzione tra cui Antibiotico i regimi e gli studi di efficacia del vaccino.
M. tuberculosis è un bacillo acid-fast aerobico che fisicamente si caratterizza per la sua parete cellulare esterna molto complessa e la cinetica di crescita lenta. L’infezione si verifica in genere per inalazione di singoli batteri contenuti in goccioline aerosolized che vengono espulsi da un individuo infetto sintomatico durante la tosse, starnuti o canto. Di quella degli individui esposti che sviluppa l’infezione, solo 5-10% di persone sviluppare TB clinica attiva. Il restante 90% hanno una gamma varia di infezioni asintomatiche che spazia dall’infezione infraclinica a nessuna malattia a tutti, che è classificata clinicamente come TB latente (LTBI) l’infezione2,3. La popolazione che ha questa infezione asintomatica, circa il 10% svilupperà TB attiva di riattivazione dell’infezione contenuta nella loro vita. Drasticamente, il rischio di riattivazione aumenta se una persona con contratti di infezione asintomatica da HIV o subisce un trattamento con un farmaco immunosoppressivo, come TNF inibitori4,5,6. Tubercolosi attiva della malattia si presenta anche come uno spettro, con la maggior parte delle persone con TB polmonare, che colpisce i polmoni e i linfonodi toracici. Tuttavia, M. tuberculosis può infettare qualsiasi organo, così che l’infezione può anche presentare in luoghi extrapulmonary della partecipazione.
Il marchio di garanzia patologico dell’infezione di tubercolosi del M. è una struttura sferica organizzata della cellula ospite, chiamato il granuloma. Macrofagi, linfociti T e cellule di B sono componenti importanti del granuloma, con un numero variabile di neutrofili7. Il centro del granuloma è spesso necrotico. Così, i granulomi funzionano come un microambiente immunitario per uccidere o contenere i bacilli, impedendo la diffusione ad altre parti dei polmoni. Tuttavia, M. tuberculosis può sovvertire uccisione di granuloma e persistono all’interno di queste strutture per decenni. Coerente e regolare monitoraggio per lo sviluppo della malattia di TB attiva dopo nuova infezione o riattivazione della LTBI è impraticabile, scientificamente impegnativo e richiede tempo. Tecniche che studiano questi processi longitudinalmente, in esseri umani e umano-come modelli animali, sono estremamente utili per la comunità scientifica nel promuovere la comprensione delle complessità molti di M. tuberculosis infezione e malattia.
PET/CT è una tecnica di imaging estremamente utile che è stata impiegata per studiare una vasta gamma di Stati di malattia negli esseri umani e modelli animali8. PET è una tecnica funzionale che utilizza composti radioattivi emettitori di positroni come reporter. Questi radioisotopi sono funzionalizzati in genere ad un composto metabolico, come il glucosio, o a un gruppo di targeting che è progettato per legarsi a un recettore di interesse. Poiché le radiazioni emesse da isotopi PET sono abbastanza potente per penetrare il tessuto, concentrazioni molto basse possono essere utilizzate che consente studio sotto livelli di saturazione nel recettore-targeting composti e ad una concentrazione bassa abbastanza per non hanno alcun impatto su metabolica i processi quando usando gli agenti ad esempio 2-deoxy – 2-(18F) Fluoro-D-glucosio (FDG). CT è una tecnica di imaging tridimensionale a raggi x che utilizza diversi livelli di attenuazione di raggi x per identificare le caratteristiche fisiche degli organi all’interno del corpo9. Quando accoppiato con PET, CT è usato come una mappa per determinare percorsi specifici e strutture che mostrano l’assorbimento di un radiofarmaco PET. PET/CT è uno strumento potente per l’imaging in vivo sia in esseri umani e in modelli animali infettati con l’infezione di tubercolosi del M. che ha portato a molti importanti intuizioni patogenesi, risposta al trattamento farmacologico, spettro di malattia, ecc6 ,10,11,12. Questo lavoro descrive metodi analitici specifici PET/CT per studiare TB in modelli di primati non umani longitudinalmente utilizzando parametri quali la dimensione del granuloma, assorbimento di FDG nelle lesioni individuali, avidità FDG intero polmone e di linfonodo e rilevamento di extrapolmonare malattia6,10,11,12.
Questo manoscritto descrive metodologie di imaging analisi in primati non umani (NHPs), in particolare cynomolgus macachi, che vengono utilizzati per valutare longitudinalmente la progressione della malattia e trattamento farmacologico dopo l’infezione con M. tuberculosis . NHPs sono un prezioso modello animale perché quando inoculati con una dose bassa di M. tuberculosis Erdman ceppo, gli animali mostrano una varietà di risultati di malattia con ~ 50% lo sviluppo di TB attiva e gli animali restanti avendo infezione asintomatica (cioè controllare l’infezione, LTBI), fornendo il modello più vicino allo spettro clinico della malattia negli esseri umani3,13,14,15,16. Riattivazione della LTBI nei macachi è innescata dagli stessi agenti che causano la riattivazione in esseri umani, di cui sono esempi del tumore, lo svuotamento CD4 o virus dell’immunodeficienza umana (HIV, con virus dell’immunodeficienza delle scimmie (SIV) della versione di macaco dell’HIV) fattore di necrosi (TNF) neutralizzazione13,16. Inoltre, macachi presentano patologia che è estremamente simile a quello veduto in esseri umani, compreso i granulomi organizzati che si formano nei polmoni o altri organi17. Così, questo modello ha fornito importanti intuizioni delle interazioni ospite-patogeno base nell’infezione di tubercolosi del M. , come pure preziose conoscenze circa i regimi della droga e vaccini per tubercolosi14,18 , 19 , 20 , 21.
Formazione immagine di PET/CT fornisce la capacità di seguire l’aspetto, la distribuzione e la progressione dei granulomi individuali. Questo lavoro è principalmente utilizzato FDG come una sonda, che, come un analogo del glucosio, incorpora nelle cellule ospiti metabolicamente attivi, come i macrofagi, neutrofili e linfociti8, che sono tutti in granulomi. Così, il FDG è un proxy per infiammazione host. Le procedure di analisi dettagliate nel presente documento utilizza OsiriX, un visualizzatore DICOM ampiamente usato disponibile per acquisto e utilizzo. I metodi di analisi di immagine descritti traccia la forma, la dimensione e l’attività metabolica (tramite captazione di FDG) dei granulomi individuali nel tempo e utilizza imaging come una mappa per l’identificazione di lesioni specifiche all’autopsia degli animali. Inoltre, è stato sviluppato un metodo separato che quantifica la somma dell’assorbimento di FDG nel polmone sopra una determinata soglia (SUV ≥ 2.3) e utilizza questo valore per valutare le differenze tra controllo e nei gruppi sperimentali attraverso gli studi che vanno da vaccino prove di modelli di co-infezione. Questi dati sostengono che questa misura complessiva dell’assorbimento di FDG nei polmoni è correlata con carica batterica, fornendo così informazioni sullo stato di malattia. Simili analisi possono essere eseguite sulla captazione di FDG dei linfonodi toracici per studiare la progressione della malattia pure. Il seguente protocollo descrive il processo sperimentale da infezione animale attraverso analisi d’immagine.
Protocol
Representative Results
Discussion
I dati acquisiti da PET/CT utilizzabile come misure di surrogato per molti aspetti dell’infezione da M. tuberculosis che sarebbe non osservabili senza tale tecnologia. PET/CT è molto più sensibile di tecnologia a raggi x, che viene spesso utilizzata negli studi di macachi. PET/CT fornisce informazioni strutturali, spaziali e funzionali. Le analisi sopra descritte hanno molte applicazioni pratiche come monitorare la progressione della malattia, valutare l’efficacia del trattamento farmacologico e fornire fattor…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori desiderano riconoscere Mark Rodgers per delineare le procedure di infezione e L. Eoin Carney e Brian Lopresti per guida nella creazione di queste procedure di imaging. Finanziamenti per questo lavoro è stato fornito da The Bill e Melinda Gates Foundation (J.L.F., P.L.L.), National Institutes of Health, National Institutes of Allergy e R01 AI111871 di malattie infettive (P.L.L.), nazionale cuore polmone e sangue Istituto R01 HL106804 (J . L.F.), HL110811 R01.
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 |
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