Ekstrapulmoner Tüberküloz Tespiti için Süperparamanyetik Demir Oksit Nanoprobukların Sentezi, Karakterizasyonu ve Uygulanması
Summary
Mycobacterium tuberculosis antijenleri için serolojik tanı testlerini geliştirmek için ekstrapulmoner tüberkülozu tespit etmek için süperparamanyetik demir oksit nanoprobları geliştirdik.
Abstract
Süperparamanyetik demir oksit (SPIO) nano partikülleri ve Mycobacterium tuberculosis yüzey antikorlarından (MtbsAb) oluşan moleküler görüntüleme sondası, ekstrapulmoner tüberküloz (ETB) için görüntüleme hassasiyetini artırmak için sentezlendi. Bir SPIO nanoprobub sentezlendi ve MtbsAb ile konjuge edildi. Saflaştırılmış SPIO-MtbsAb nanoprobutem ve NMR kullanılarak karakterize edildi. Sondanın hedefleme yeteneğini belirlemek için SPIO-MtbsAb nanoprobları in vitro görüntüleme tahlilleri için Mtb ile kuluçkaya yatırıldı ve manyetik rezonans (MR) ile in vivo araştırma için Mtb-inoprole farelere enjekte edildi. Mtb ve THP1 hücrelerinin manyetik rezonans görüntüleme (MRG) kontrast geliştirme azaltma SPIO-MtbsAb nanoprob konsantrasyonu ile orantılı gösterdi. Mtb enfekte fareleriçine intravenöz SPIO-MtbsAb nanoprobe enjeksiyon 30 dakika sonra, granülomatöz sitenin sinyal yoğunluğu 14 kat T2 ağırlıklı MR görüntüleri ile pbs enjeksiyonu alan fareler ile karşılaştırıldığında geliştirilmiştir. MtbsAb nanoprobları ETB tespiti için yeni bir yöntem olarak kullanılabilir.
Introduction
Küresel olarak, ekstrapulmoner tüberküloz (ETB) tüberküloz (TB) olgularının önemli bir oranını temsil eder. Bununla birlikte, ETB tanısı genellikle cevapsız veya gecikmiş nedeniyle sinsi klinik sunum ve tanı testlerinde kötü performans; yanlış sonuçlar arasında asit hızlı basiller için negatif balgam yaymaları, histopatolojide granülomatöz doku eksikliği veya Kültür Mycobacterium tuberculosis ‘in (Mtb) başarısızlığı sayılabilir. Tipik vakalara göre, ETB daha az sıklıkta ortaya çıkar ve Mtb basilinin çok az serbestliğini içerir. Buna ek olarak, genellikle lenf düğümleri, plevra ve osteoartiküleralanlar1 gibi ulaşılabilmek zor sitelerde lokalize edilir. Bu nedenle, bakteriyolojik doğrulamariskli ve zor kılan yeterli klinik örneklerin elde edilmesi için invaziv prosedürler, gerekli2,3,4.
ETB için ticari olarak mevcut antikor algılama testleri klinik algılama için güvenilmez çünkü duyarlılık geniş bir yelpazede (0.00-1.00) ve özgüllük (0.59-1.00) kombine tüm ekstrapulmoner siteler için5. Enzime bağlı immünspot (ELISPOT) interferon-γ, kültür filtrat proteini (CFP) ve erken salgı antijenik hedef (ESAT) için tahliller gizli ve aktif Tüberküloz tanısı için kullanılmıştır. Ancak, sonuçlar ETB tanısı için farklı hastalık siteleri arasında değişir6,7,8. Buna ek olarak, cilt PPD (saflaştırılmış protein türevi) ve QuantiFERON-TB sık yanlış negatifsonuçlar9 sağladı. QuantiFERON-TB-2G etkilenen organdan bir örnek gerektirmez ve bu alternatif bir tanıaracı6 olabilir tam bir kan immün reaktivite tahlili,10,11. Genellikle TB menenjit için kullanılan diğer tanı yöntemleri, polimeraz zincir reaksiyonu gibi, hala çok emin klinik tanı dışlamak için duyarsız12,13. Bu konvansiyonel testler ekstrapulmoner enfeksiyon bölgesini keşfetmek için yeterli tanısal bilgi göstermez. Bu nedenle, yeni tanı yöntemleri klinik olarak gereklidir.
Moleküler görüntüleme, vivo14,15’tehastalık süreçlerinin spesifik moleküler hedeflerini doğrudan tarayabilen yeni araçlar tasarlamayı amaçlamaktadır. Süperparamanyetik demir oksit (SPIO), Bir T2 ağırlıklı NMR kontrast ajan, önemli ölçüde özgüllük ve manyetik rezonans duyarlılığı artırabilir (MR) görüntüleme (MRG)16,17. Bu yeni fonksiyonel görüntüleme yöntemi, ligand-reseptör etkileşimleri yoluyla doku değişikliklerini moleküler düzeyde tam olarak çizebilir. Bu çalışmada, SPIO nano partiküllerinden oluşan yeni bir moleküler görüntüleme sondası, ETB tanısı için Mtb yüzey antikor (MtbsAb) ile eşleşecek şekilde sentezlendi. SPIO nanoproblar muayene altında doku ve organları minimal invaziv18,19. Ayrıca, bu nanoproblar paramanyetik özellikleri nedeniyle düşük konsantrasyonlarda hassas MR görüntüleri gösterebilir. Buna ek olarak, SPIO nanoproblar demir iyonlarının varlığı normal fizyolojinin bir parçası olduğu için en az alerjik reaksiyonlar ortaya çıkargörünür. Burada ETB’yi hedef alan SPIO-MtbsAb nanoproblarının duyarlılığı ve özgüllüğü hem hücre hem de hayvan modellerinde değerlendirildi. Sonuçlar, nanoprobların ETB tanısı için ultra duyarlı görüntüleme ajanları olarak uygulanabilir olduğunu göstermiştir.
Protocol
Representative Results
Discussion
İlgili çalışmalara benzer şekilde, SPIO-MtbsAb nanoprobları ile ilgili bulgularımız Mtb27,28için önemli bir özgüllük göstermiştir. Fare modellerinde tb enjeksiyonundan 1 ay sonra deri altı Mtb granülomu bulundu. Tipik Tüberküloz granülomatöz histoloji bulguları lenfosit infiltrasyonu, epiteloid makrofajvarlığı ve nevasaskülarizasyon dur. Asit hızlı basiller Tüberküloz lezyonlarına dağıldı ve MtbsAb immünohistokimya bulgularını…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Ekonomi Bakanlığı Tayvan mali destek için müteşekkir (verir NSC-101-2120-M-038-001, MOST 104-2622-B-038 -007, MOST 105-2622-B-038-004) bu araştırma çalışması gerçekleştirmek için. Bu el yazması Wallace Akademik Düzenleme tarafından düzenlenmiştir.
Materials
| (benzotriazol-1-yloxy) tripyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate | Sigma-Aldrich | ||
| 1-hydroxybenzotriazole | Sigma-Aldrich | ||
| dextran(T-40) | GE Healthcare Bio-sciences AB | ||
| epichlorohydrin, 2,2'-(ethylenedioxy)bis(ethylamine) | Sigma-Aldrich | ||
| ferric chloride hexahydrate | Fluka | ||
| ferrous chloride tetrahydrate | Fluka | ||
| Human monocytic THP-1 | |||
| M. bovis BCG | Pasteur Mérieux | Connaught strain; ImmuCyst Aventis | |
| MRI | GE medical Systems | 3.0-T, Signa | |
| NH4OH | Fluka | ||
| NMR relaxometer | Bruker | NMS-120 Minispec | |
| Sephacryl S-300 | GE Healthcare Bio-sciences AB | ||
| Sephadex G-25 | GE Healthcare Bio-sciences AB | ||
| SPECTRUM molecular porous membrane tubing, 12,000 -14,000 MW cut off | Spectrum Laboratories Inc | ||
| TB surface antibody- Polyclonal Antibody to Mtb | Acris Antibodies GmbH | BP2027 | |
| transmission electron microscope | JEOL | JEM-2000 EX II |
Referências
- Small, P. M., et al. Treatment of tuberculosis in patients with advanced human immunodeficiency virus infection. New England Journal of Medicine. 324, 289-294 (1991).
- Alvarez, S., McCabe, W. R. Extrapulmonary tuberculosis revisited: a review of experience at Boston City and other hospitals. Medicina. 63, 25-55 (1984).
- Ozbay, B., Uzun, K. Extrapulmonary tuberculosis in high prevalence of tuberculosis and low prevalence of HIV. Clinics in Chest Medicine. 23, 351-354 (2002).
- Ebdrup, L., Storgaard, M., Jensen-Fangel, S., Obel, N. Ten years of extrapulmonary tuberculosis in a Danish university clinic. Scandinavian Journal of Infectious Diseases. 35, 244-246 (2003).
- Steingart, K. R., et al. A systematic review of commercial serological antibody detection tests for the diagnosis of extrapulmonary tuberculosis. Postgraduate Medical Journal. 83, 705-712 (2007).
- Liao, C. H., et al. Diagnostic performance of an enzyme-linked immunospot assay for interferon-gamma in extrapulmonary tuberculosis varies between different sites of disease. Journal of Infection. 59, 402-408 (2009).
- Kim, S. H., et al. Diagnostic usefulness of a T-cell based assay for extrapulmonary tuberculosis. Archives of Internal Medicine. 167, 2255-2259 (2007).
- Kim, S. H., et al. Diagnostic usefulness of a T-cell-based assay for extrapulmonary tuberculosis in immunocompromised patients. The American Journal of Medicine. 122, 189-195 (2009).
- Pai, M., Zwerling, A., Menzies, D. Systematic review: T-cell-based assays for the diagnosis of latent tuberculosis infection: an update. Annals of Internal Medicine. 149, 177-184 (2008).
- Kobashi, Y., et al. Clinical utility of a T cell-based assay in the diagnosis of extrapulmonary tuberculosis. Respirology. 14, 276-281 (2009).
- Paluch-Oles, J., Magrys, A., Kot, E., Koziol-Montewka, M. Rapid identification of tuberculosis epididymo-orchitis by INNO-LiPA Rif TB and QuantiFERON-TB Gold In Tube tests: case report. Diagnostic Microbiology and Infectious Disease. 66, 314-317 (2010).
- Kaneko, K., Onodera, O., Miyatake, T., Tsuji, S. Rapid diagnosis of tuberculous meningitis by polymerase chain reaction (PCR). Neurology. 40, 1617 (1990).
- Bhigjee, A. I., et al. Diagnosis of tuberculous meningitis: clinical and laboratory parameters. International Journal of Infectious Diseases. 11, 348-354 (2007).
- Miyawaki, A., Sawano, A., Kogure, T. Lighting up cells: labelling proteins with fluorophores. Nature Cell Biology. , 1-7 (2003).
- Weissleder, R., Mahmood, U. Molecular imaging. Radiology. 219, 316-333 (2001).
- Gupta, A. K., Gupta, M. Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials. 26, 3995-4021 (2005).
- Talelli, M., et al. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles encapsulated in biodegradable thermosensitive polymeric micelles: toward a targeted nanomedicine suitable for image-guided drug delivery. Langmuir. 25, 2060-2067 (2009).
- Cho, W. S., et al. Pulmonary toxicity and kinetic study of Cy5.5-conjugated superparamagnetic iron oxide nanoparticles by optical imaging. Toxicology and Applied Pharmacology. , 106-115 (2009).
- Mahmoudi, M., Simchi, A., Milani, A. S., Stroeve, P. Cell toxicity of superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Journal of Colloid and Interface Science. 336, 510-518 (2009).
- Chen, T. J., et al. Targeted folic acid-PEG nanoparticles for noninvasive imaging of folate receptor by MRI. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 87, 165-175 (2008).
- Chen, T. J., et al. Targeted Herceptin-dextran iron oxide nanoparticles for noninvasive imaging of HER2/neu receptors using MRI. Journal of Biological Inorganic Chemistry. 14, 253-260 (2009).
- Weissleder, R., et al. Ultrasmall superparamagnetic iron oxide: an intravenous contrast agent for assessing lymph nodes with MR imaging. Radiology. 175, 494-498 (1990).
- Wang, J., Wakeham, J., Harkness, R., Xing, Z. Macrophages are a significant source of type 1 cytokines during mycobacterial infection. Journal of Clinical Investigation. 103, 1023-1029 (1999).
- Angra, P., Ridderhof, J., Smithwick, R. Comparison of two different strengths of carbol fuchsin in Ziehl-Neelsen staining for detecting acid-fast bacilli. Journal of Clinical Microbiology. 41, 3459 (2003).
- Woods, A. E., Ellis, R. . Laboratory Histopathology- A Complete Reference. 1st edn. , 6-11 (1994).
- Lee, C. N., et al. Super-paramagnetic iron oxide nanoparticles for use in extrapulmonary tuberculosis diagnosis. Clinical Microbiology and Infection. 18, 149-157 (2012).
- Lee, H., Yoon, T. J., Weissleder, R. Ultrasensitive detection of bacteria using core-shell nanoparticles and an NMR-filter system. Angewandte Chemie International Edition. 48, 5657-5660 (2009).
- Fan, Z., et al. Popcorn-shaped magnetic core-plasmonic shell multifunctional nanoparticles for the targeted magnetic separation and enrichment, label-free SERS imaging, and photothermal destruction of multidrug-resistant bacteria. Química. 19, 2839-2847 (2013).
- Nishie, A., et al. In vitro imaging of human monocytic cellular activity using superparamagnetic iron oxide. Computerized Medical Imaging and Graphics. 31, 638-642 (2007).
- von Zur Muhlen, C., et al. Superparamagnetic iron oxide binding and uptake as imaged by magnetic resonance is mediated by the integrin receptor Mac-1 (CD11b/CD18): implications on imaging of atherosclerotic plaques. Atherosclerosis. 193, 102-111 (2007).
