Análisis de 18FDG PET/CT la proyección de imagen como una herramienta para estudiar la tuberculosis del Mycobacterium infección y tratamiento en Primates no humanos
Summary
Aquí, presentamos un protocolo para describir el análisis de la proyección de imagen de 18F-FDG PET/CT en primates no humanos que han sido infectadas con M. tuberculosis para estudiar el proceso de la enfermedad, tratamiento farmacológico y la reactivación de la enfermedad.
Abstract
Mycobacterium tuberculosis sigue siendo el principal agente infeccioso en el mundo hoy. Con la aparición de cepas resistentes a los antibióticos, se necesitan nuevos métodos clínicamente relevantes que evalúan el proceso de la enfermedad y la pantalla para potenciales tratamientos antibiótico y vacuna. Tomografía computarizada/tomografía por emisión de positrones (PET/CT) se ha establecido como una valiosa herramienta para el estudio de una serie de afecciones como el cáncer, la enfermedad de Alzheimer y la inflamación, infección. Aquí figuran una serie de estrategias que han sido empleados para evaluar imágenes de PET/CT en Macacos cangrejeros que infectan intrabronchially con dosis bajas de M. tuberculosis. A través de la evaluación del tamaño de la lesión en la TC y la absorción de 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) en las lesiones y ganglios linfáticos en imágenes PET, estos métodos descritos muestran que la proyección de imagen PET/CT puede predecir el desarrollo futuro del activo versus enfermedad latente y la propensión a la reactivación del estado latente de la infección. Además, analizando el nivel general de inflamación del pulmón, estos métodos determinan antibióticos eficacia de drogas contra M. tuberculosis en el modelo animal existente más clínicamente relevante. Estos métodos de análisis de imagen son algunas de las herramientas más poderosas en el arsenal contra esta enfermedad no sólo pueden evaluar una serie de características de la infección y tratamiento de drogas, pero también son directamente traducibles a un ajuste clínico para su uso en humanos estudios.
Introduction
Mycobacterium tuberculosis ha plagado a los seres humanos durante milenios y causa más mortalidad que cualquier otro agente infeccioso único en el mundo de hoy. En el año 2015, fueron 10,5 millones casos nuevos de tuberculosis (TB) a nivel mundial1 con la mayoría de los casos provienen de la India, Indonesia, China, Nigeria, Pakistán y Sudáfrica. Estimaciones Coloque la cifra global de TB en 1,4 millones de personas durante el mismo período de tiempo. Este valor es casi un 25% inferior a la tasa de muerte hace 100 años. Aunque TB sensible de la droga es tratable, el régimen es prolongado que requieren múltiples medicamentos y cumplimiento es un motivo de preocupación. La aparición de multi resistente (MDR) cepas representaron ~ 580.000 de los nuevos casos de tuberculosis en 2015. La tasa de tratamiento exitoso de pacientes con cepas MDR de M. tuberculosis sólo se estima que aproximadamente 50%. Aún más alarmante es la aparición de la extensivamente resistente (XDR) las cepas de M. tuberculosis, que son resistentes a casi todos disponibles de la droga. Por lo tanto, se necesitan nuevas técnicas dentro del campo de investigación de TB que mejoran la capacidad de diagnosticar TB, aumentar la comprensión inmunológica del proceso de la enfermedad y permiten la proyección de nuevos tratamientos y estrategias de prevención como antibiótico regímenes y estudios de eficacia de la vacuna.
M. tuberculosis es un bacilo acid-fast aeróbico que físicamente se caracteriza por su muy compleja pared celular externa y la cinética de crecimiento lento. La infección generalmente ocurre por inhalación de bacterias individuales en aerosolized gotitas que son expulsadas de un individuo sintomático infectado al toser, estornudar o cantar. De los individuos expuestos que desarrollan la infección, sólo 5-10% de las personas desarrollan tuberculosis clínica activa. El 90% restante tiene un espectro variable de infecciones asintomáticas que va desde la infección subclínica a ninguna enfermedad, que se considera clínicamente de latente (ITBL) la infección de TB2,3. De la población que tiene esta infección asintomática, aproximadamente el 10% desarrollará tuberculosis activa por la reactivación de la infección contenida en su vida. Dramáticamente el riesgo de reactivación aumenta si una persona con contratos de infección asintomática por VIH o somete a tratamiento con un fármaco inmunosupresor, como TNF inhibidores4,5,6. Enfermedad TB activa también se presenta como un espectro, con la mayoría de las personas con TB pulmonar, que afecta a los pulmones y los ganglios linfáticos torácicos. Sin embargo, M. tuberculosis puede infectar cualquier órgano, de manera que la infección puede también en sitios extrapulmonares de la implicación.
El sello patológico de la infección por M. tuberculosis es una organizada estructura esférica de las células del huésped, llamado granuloma. Macrófagos, células T y las células de B son componentes principales del granuloma, con un número variable de neutrófilos7. El centro del granuloma a menudo es necrótico. Así, los granulomas funcionan como un microambiente inmunológico para matar o contienen los bacilos, prevención de propagación a otras partes de los pulmones. Sin embargo, M. tuberculosis puede subvertir la matanza por el granuloma y persisten dentro de estas estructuras durante décadas. Monitoreo regular y consistente para el desarrollo de la enfermedad de TB activa después de una nueva infección o la reactivación de la ITBL es impráctico, científicamente difícil y desperdiciador de tiempo. Técnicas que estudian estos procesos longitudinalmente, en seres humanos y en modelos animales como humanos, son extremadamente útiles para la comunidad científica para promover la comprensión de las muchas complejidades de M. tuberculosis infección y enfermedad.
PET/CT es una técnica muy útil que se ha empleado para estudiar una amplia gama de Estados de enfermedad en humanos y modelos animales8. El PET es una técnica funcional que utiliza compuestos radiactivos emisores de positrones como reportero. Estos radioisótopos son funcionalizados típicamente un compuesto metabólico, como la glucosa, o a un grupo de objetivo que se diseña para atar a un receptor de interés. Puesto que la radiación emitida por isótopos PET es lo suficientemente potente como para penetrar el tejido, se pueden utilizar concentraciones muy bajas que permite estudio debajo de los niveles de saturación en compuestos dirigidos a receptores y a una concentración lo suficientemente baja para no tienen impacto en el metabolismo procesos al usar agentes tales como 2-deoxy – 2-(18F) Fluoro-D-glucosa (FDG). CT es una técnica de imagen de radiografía tridimensional que utiliza diferentes niveles de atenuación de rayos x para identificar las características físicas de los órganos dentro del cuerpo9. Cuando se combina con PET, CT se utiliza como un mapa para determinar localizaciones específicas y las estructuras que muestran la absorción de un radiotrazador PET. PET/CT es una poderosa herramienta para obtener imágenes en vivo de los seres humanos y modelos animales infectados con M. tuberculosis infección que ha llevado a muchos conocimientos profundos e importantes en la patogenia, respuesta a tratamiento farmacológico, espectro de la enfermedad, etcetera6 ,10,11,12. Este trabajo describe métodos analíticos específicos de PET/CT para estudiar TB en modelos de primates no humanos longitudinalmente mediante parámetros tales como tamaño del granuloma, captación de FDG en las lesiones individuales, toda avidez FDG pulmonar y ganglionar y detección de extrapulmonar enfermedad6,10,11,12.
Este manuscrito describe métodos de análisis en primates no humanos (NHPs), específicamente cangrejeros macacos, que se utilizan para evaluar longitudinalmente la progresión de la enfermedad y el tratamiento de la droga después de la infección con M. tuberculosis de de imágenes . NHPs son un modelo animal valioso porque cuando inoculados con una dosis baja de cepa Erdman de M. tuberculosis , los animales muestran una variedad de los resultados de la enfermedad con el ~ 50% desarrollo de TB activa y el resto de los animales con infección asintomática (es decir, control de la infección, ITBL), proporcionando el modelo más cercano al espectro clínico de la enfermedad en los seres humanos3,13,14,15,16. Reactivación de ITBL en macacos se activa por los mismos agentes que causan reactivación en los seres humanos, que algunos ejemplos de virus de inmunodeficiencia humana (VIH, usando virus de la inmunodeficiencia de simian (SIV) como la versión de macaco del VIH), agotamiento CD4 o tumor necrosis factor (TNF) neutralización13,16. Además, macacos presentan patología que es muy similar a la observada en los seres humanos, incluyendo los granulomas organizados que se forman en los pulmones o en otros órganos17. Así, este modelo ha proporcionado importantes conocimientos sobre las interacciones huésped-patógeno básica en la infección por M. tuberculosis , así como valiosos conocimientos sobre fármacos y vacunas para la tuberculosis14,18 , 19 , 20 , 21.
Proyección de imagen PET/CT proporciona la capacidad para seguir la aparición, distribución y evolución de los granulomas. Este trabajo sobre todo ha utilizado FDG como una sonda que, como un análogo de la glucosa, incorpora host metabólicamente activa las células, como macrófagos, neutrófilos y linfocitos8, todos los cuales están en los granulomas. Así, la FDG es un proxy para la inflamación de host. Los procedimientos de análisis detallados en el presente documento utiliza OsiriX, un ampliamente utilizado Visor DICOM disponible para compra y uso. Los métodos de análisis de imagen se describe la forma, tamaño y actividad metabólica (vía captación FDG) de granulomas individuales la pista con el tiempo y utiliza la proyección de imagen como un mapa para identificar lesiones específicas sobre necropsia de animales. Además, se ha desarrollado un método independiente que cuantifica la suma de la absorción FDG en el pulmón por encima de un umbral específico (SUV ≥ 2,3) y este valor se utiliza para evaluar las diferencias entre el control y grupos experimentales a través de estudios que van desde vacunas ensayos a los modelos de coinfección. Estos datos apoyan que esta medida global de captación FDG en los pulmones se correlaciona con la carga bacteriana, proporcionando así información sobre el estado de la enfermedad. Similares análisis se pueden realizar en la captación FDG de ganglios torácicos para estudiar la progresión de la enfermedad así. El siguiente protocolo describe el proceso experimental de infección animal mediante análisis de imagen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Los datos adquiridos de TEP/TC pueden utilizarse como medidas sustitutas para muchos aspectos de la infección por M. tuberculosis que sería inobservable sin dicha tecnología. PET/CT es más sensible que la tecnología de rayos x, que a menudo se utiliza en estudios de macacos. PET-TAC proporciona información estructural, espacial y funcional. Los análisis descritos anteriormente tienen muchas aplicaciones prácticas como seguimiento de la progresión de la enfermedad, evaluar la eficacia del tratamiento far…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean reconocer a Mark Rodgers para contornear los procedimientos de infección y L. Eoin Carney y Brian Lopresti de orientación en el establecimiento de estos procedimientos por imágenes. Fondos para este trabajo ha sido facilitada por la Fundación Bill y Melinda Gates (J.L.F., PLL), National Institutes of Health, institutos nacionales de alergia y AI111871 de R01 de enfermedades infecciosas (PLL), National Heart Lung and R01 HL106804 (J de sangre Instituto . 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 |
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