Non-invaziv<emIn vivo</em> Aktive Edilebilir Floresan Görüntüleme Ajanını Kullanan İnflamatuvar MMP Aktivitesinin Flüoresan Optik Görüntülemesi
Summary
Bu yazıda, iltihaplanmanın iki farklı deneysel modelindeki temel matris metalloproteinazların in vivo aktivitesini görselleştirmek için aktive edilebilir bir optik görüntüleme probu kullanılarak floresan görüntülemenin uygulanmasını açıklanmaktadır.
Abstract
Bu çalışma, enflamasyon, iki farklı fare modellerinde, görüntüleme matriks metalloproteinaz (MMP) bir aktive flüoresan sonda ile -Aktiflik yoluyla in vivo olarak floresans optik görüntüleme (Ol) için invazif olmayan bir yöntem açıklanmaktadır: romatoid artrit (RA), ve bir kayıt hipersensitivite reaksiyonu (CHR) modeli. yakın kızılötesi (NIR) penceresinde bir dalga boyuna sahip ışık (650-950 nm) 650 nm'nin altında kıyasla daha derin bir doku penetrasyonu ve en az bir sinyal emilimini sağlar. floresan OI kullanılarak en önemli avantajlardan biri, ucuz, hızlı ve farklı hayvan modellerinde uygulanması kolay olmasıdır.
Aktive floresan probları inaktive eyalette optik sessiz, ancak bir proteaz tarafından aktive edildiği zaman, son derece flüoresan hale gelir. Aktif MMP'ler doku tahribatına yol açan ve RA ve CHR olarak gecikmeli tipte aşırı duyarlılık reaksiyonları (DTHRs) hastalık ilerlemesinde önemli bir rol oynar. Ayrıca, MMPler olanKıkırdak ve kemik bozulması için anahtar proteazlar ve pro-inflamatuar sitokinlere yanıt olarak makrofajlar, fibroblastlar ve kondrositler tarafından indüklenir. Burada, MMP-2, -3, -9 ve -13 gibi anahtar MMP'ler tarafından aktive edilen bir prob kullanıyor ve RA ve kontrol farelerinde, hastalık indüksiyondan 6 gün sonra da MMP aktivitesinin yakın kızılötesi floresan OI için bir görüntüleme protokolü tanımlıyoruz Sağlıklı kulaklara kıyasla sağ kulakta akut (1x meydan okuma) ve kronik (5x meydan okuma) CHR bulunan farelerde olduğu gibi.
Introduction
Romatoid artrit (RA) veya psoriyaz vulgaris gibi otoimmün hastalıklar, gecikmiş tip hipersensitivite reaksiyonları (DTHR) olarak derecelendirilmektedir. 1 RA yaygın erozif sinovit ve eklem yıkımı ile karakterize otoimmün bir hastalıktır. 2 İnflamasyonlu artritik eklemler inflamatuar hücrelerin infiltrasyonu ve proliferasyonunu, proinflamatuar hücrelerin artmış ekspresyonunu, pannus oluşumuna, kıkırdağa ve kemik yıkımına yol açtığını göstermektedir. Matriks metalloproteinazlar (MMP'ler) ile kollajen gibi ekstraselüler matriks moleküllerinin bölünmesi, doku dönüştürme ve anjiyogenez için gereklidir ve doku parçalanmasına neden olur. 5 , 6 Kontak aşırı duyarlılık reaksiyonları (CHR), nötrofillerin bir araya toplanması ile karakterizedir ve oksidatif patlamaya neden olur. 7 Benzer şekilde RA, CHR'deki MMP'ler invol'durkronik enflamasyonu oluşturmak amacıyla doku dönüşümü, hücre göçü ve anjiyogenez ved.
RA araştırmak için, glukoz-6-fosfat izomeraz (GPI) Serumda enjeksiyon fare modeli kullanılmıştır. GPI karşı antikorlar ihtiva eden transgenik K / BxN farelerden 8 serum, romatizmal iltihabı, GPI-serumu enjekte edildikten sonra 6. günde şişme ayak bileği, maksimum 24 saat (1.1) içinde gelişmeye başlayan sonra saf BALB / c farelerine enjekte edildi. Kronik CHR analiz etmek için, C57BL / 6 fareleri karın trinitrochlorobenzene (TNCB) ile duyarlı hale getirildi. sağ kulak hassasiyeti 1 hafta sonra başlayarak 5 kata kadar meydan (aynı zamanda 1.1 ve 1.2).
Invaziv olmayan küçük hayvan OI esas olarak klinik öncesi araştırmalarda kullanılır fluorescent- chemiluminescent- ve biyolojik olarak ışık veren sinyallerin, in vivo araştırma dayanan bir tekniktir. alınan yarı nicel veriler Molec yönelik anlayışıSağlıklı ve deneysel hayvan modellerinin organ ve dokularındaki ular mekanizmalarını ve uzunlamasına takip ölçümlerini ( örn . , In vivo terapötik yanıt profillerini değerlendirmek için) sağlar. Uzunlamasına çalışmaların büyük bir avantajı, hayvan sayılarının azaltılmasıdır; çünkü aynı hayvanlar, zaman noktası başına farklı fareler kullanmak yerine, birkaç zaman noktasında yapılan takip çalışmalarında ölçülebilir. OI'nın çözümü, deney hayvanlarında organların ve hatta daha küçük doku yapılarının ayrıntılı fonksiyonel görüntülemesine olanak tanır.
Dar transmisyon spektrumu, ışık geçirmez bir "karanlık kutu" ile dağınık ışığa karşı koruma ve -70 ° C'ye kadar birçok cihazda soğutulan hassas bir şarj kuplajlı cihaz (CCD) kamera ile özel uyarma ve emisyon filtreleri kullanımı , Floresans sinyallerinin son derece spesifik ve hassas ölçümlerini sağlar.
Uyarıcı ile floresan ajanlar kullanarak – vekızıl ötesine yakın fluoresans penceresinde emisyon spektrumu (650-950 nm), bir sinyal-gürültü oranı önemli ölçüde geliştirilebilir. yakın kızılötesi fluoresans pencere hemoglobin ve su ile sinyalin nispeten düşük bir emme yanı sıra düşük bir arkaplan otomatik floresans ile karakterize edilir. 9 Bu küçük hayvan dokusu içinde yukarı 2 cm bir penetrasyon derinliğine sağlar. OI-sondalar ile doğrudan (bir floresan etiketli antikor ile) bir hedef adres ya da (proteazlar ile), hedef doku içinde aktif hale getirilebilir. Aktive OI problar bağlı başka bir etki, molekül içindeki uyarım enerji aktaran bir söndürme kısım, Förster rezonans enerji transferi (FRET) kendi inaktive edilmiş biçimde optik olarak sessizdir. boya (örneğin, bir proteaz tarafından) ile bölünmesi durumunda enerji artık molekül içinde aktarılır ve bir flüoresan sinyal OI ile tespit edilebilir. Bu yüksek specificit ile OI sondaları tasarlanmasını sağlayanFarklı biyolojik süreçler ve mükemmel sinyal / gürültü oranları için.
Aşağıdaki protokol, in vivo MMP-2, -3, -9 ve -13 aktivitesini ve inflamasyonun iki deneysel modelini (RA, CHR) görüntülemeye yönelik bir Aktive Edilebilir OI probu kullanarak hayvanların hazırlanmasını, OI ölçümlerini detaylı olarak açıklamaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
OI klinik öncesi araştırma, in vivo, moleküler görüntüleme yayılmayan için çok yararlı hızlı ve pahalı olmayan bir araçtır. OI özel bir mukavemeti iltihabik cevaplar gibi yüksek dinamik işlemleri izlemek için özelliğidir. Dahası, OI bir hafta gün arasında değişen geniş bir zaman süresi için bir hastalığın seyrini takip etmesini sağlar.
Çok zamana ve maliyet açısından verimli olarak OI, pozitron emisyonu tomografisi (PET) ya da manyetik …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz mükemmel teknik destek için Daniel Bukala Natalie Altmeyer ve Funda Cay teşekkür ederim. Biz taslağın düzenlenmesi için Jonathan Cotton Greg Bowden ve Paul Soubiran teşekkür ederim. Bu çalışma CRC 156 (proje C3) üzerinden Werner Siemens-Vakfı ve Eberhard Karls Üniversitesi Tübingen ( '' Promotionskolleg '') Tıp Fakültesi tarafından ve DFG tarafından desteklendi.
Materials
| 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 0.28×0.61mm | 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 (100µl) | 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).
