بالقرب من العلاج الضوئي بالأشعة تحت الحمراء لنماذج الماوس للنشر الجنبي
Summary
العلاج الضوئي بالأشعة تحت الحمراء القريب (NIR-PIT) هو استراتيجية علاجية ناشئة للسرطان تستخدم جهاز امتصاص ضوئي للأجسام المضادة (IR700Dye) يترافق مع ضوء NIR لتدمير الخلايا السرطانية. هنا، نقدم طريقة لتقييم تأثير مضاد للورم من NIR-PIT في نموذج الماوس من سرطان الرئة الجنبي المنتشر ورم الظهارة المتوسطة الجنبي الخبيث باستخدام التصوير الإضاءة الحيوية.
Abstract
يمكن تقييم فعالية العلاج الضوئي بالموطنين بدقة أكبر باستخدام نموذج فأر تقويم العظام مقارنة بصورة تحت الجلد. يمكن استخدام نموذج نشر الجنبي لتقييم طرق العلاج لأمراض داخل الصدر مثل سرطان الرئة أو ورم الظهارة المتوسطة الجنبي الخبيث.
العلاج الضوئي بالأشعة تحت الحمراء القريب (NIR-PIT) هو استراتيجية علاج السرطان التي تم تطويرها مؤخرا التي تجمع بين خصوصية الأجسام المضادة التي تستهدف الورم مع السمية الناجمة عن امتصاص ضوئي (IR700Dye) بعد التعرض لضوء NIR. وقد أبلغ عن فعالية NIR-PIT باستخدام مختلف الأجسام المضادة; ومع ذلك، أظهرت تقارير قليلة فقط التأثير العلاجي لهذه الاستراتيجية في نموذج تقويم العظام. في هذه الدراسة، نظهر مثالا على تقييم فعالية نموذج سرطان الرئة المنشور الجنبي، والذي عولج باستخدام NIR-PIT.
Introduction
لا يزال السرطان أحد الأسباب الرئيسية للوفيات على الرغم من عقود من البحث. أحد الأسباب هو أن العلاج الإشعاعي والعلاج الكيميائي تقنيات شديدة التوغل ، مما قد يحد من فوائدها العلاجية. تحظى العلاجات الخلوية أو الجزيئية المستهدفة، وهي تقنيات أقل توغلا، باهتمام متزايد. العلاج الضوئي هو طريقة العلاج التي تعزز بشكل تآزري التأثير العلاجي من خلال الجمع بين العلاج المناعي والعلاج الضوئي. يعزز العلاج المناعي مناعة الورم من خلال زيادة المناعة في البيئة الدقيقة للورم والحد من قمع المناعة ، مما يؤدي إلى تدمير الأورام في الجسم. يدمر العلاج الضوئي الأورام الأولية بمزيج من الحساسات الضوئية والأشعة الخفيفة ، وتعزز المستضدات الخاصة بالورم الصادرة من الخلايا السرطانية مناعة الورم. يمكن علاج الأورام بشكل انتقائي باستخدام أجهزة الحساسية الضوئية لأنها محددة وانتقائية للخلايا المستهدفة. طريقة العلاج الضوئي تشمل العلاج الضوئي (PDT) ، والعلاج الحراري الضوئي (PTT) ، والعلاجات القائمة على الكيمياء الضوئية1.
العلاج الضوئي بالأشعة تحت الحمراء القريب (NIR-PIT) هو طريقة تم تطويرها مؤخرا للعلاج الضوئي المضاد للتشوير الذي يجمع بين العلاج القائم على الكيماويات الضوئية والعلاج المناعي1،2. NIR-PIT هو علاج مستهدف جزيئيا يستهدف جزيئات سطح خلية محددة من خلال اقتران صبغة الفثالوسيانين السيليكونية القريبة من الأشعة تحت الحمراء ، IRdye 700DX (IR700) ، إلى جسم مضاد أحادي النسيلة (mAb). يتم تدمير غشاء الخلية من الخلية المستهدفة عند التشعيع مع ضوء NIR (690 نانومتر)3.
مفهوم استخدام العلاج بالضوء المستهدف من خلال الجمع بين الحساسات الضوئية التقليدية والأجسام المضادة أو PDT المستهدفة هو أكثر من ثلاثة عقود من العمر4،5. وقد حاولت الدراسات السابقة لاستهداف وكلاء PDT التقليدية عن طريق ربطها بالأجسام المضادة. ومع ذلك ، كان هناك نجاح محدود لأن هذه المترافقات كانت محاصرة في الكبد ، بسبب رهاب الماء من الحساسات الضوئية6،7. وعلاوة على ذلك، فإن آلية NIR-PIT مختلفة تماما عن آلية PDT التقليدية. تولد أجهزة الحساسية الضوئية التقليدية إجهاداأكسديا ينتج عن تحويل الطاقة الذي يمتص طاقة الضوء ، ويخلع إلى حالة متحمسة ، وينتقل إلى الحالة الأرضية ، ويسبب موت الخلايا المبرمج. ومع ذلك ، يسبب NIR-PIT نخرا سريعا عن طريق تدمير غشاء الخلية مباشرة عن طريق تجميع الأجهزة الحساسة للضوء على الغشاء من خلال تفاعل كيميائي ضوئي8. NIR-PIT متفوقة على PDT المستهدفة التقليدية في نواح كثيرة. تحتوي أجهزة الحساسية الضوئية التقليدية على معاملات انقراض منخفضة ، مما يتطلب ربط أعداد كبيرة من أجهزة الحساسية الضوئية بجزيء واحد من الأجسام المضادة ، مما قد يقلل من تقارب الربط. معظم أجهزة الحساسية الضوئية التقليدية هي مسعورة ، مما يجعل من الصعب ربط البخاخات الضوئية بالأجسام المضادة دون المساس بحماستها المناعية أو تراكم هدف الجسم الحي. تمتص الحساسات الضوئية التقليدية الضوء عادة في النطاق المرئي، مما يقلل من اختراق الأنسجة.
وقد تم الإبلاغ عن العديد من الدراسات على NIR-PIT التي تستهدف الأورام داخل الصدر مثل سرطان الرئة ورم الظهارة المتوسطة الجنبي الخبيث (MPM)9،10،11،12،13،14،15،16،17. ومع ذلك، إلا أن تقارير قليلة وصفت فعالية NIR-PIT في MPM نشر الجنبي أو نماذج سرطان الرئة9،10،11،12. ويعتقد أن نماذج الورم تحت الجلد xenograft لتكون نماذج الورم القياسية وتستخدم حاليا على نطاق واسع لتقييم آثار antitumor من العلاجات الجديدة18. ومع ذلك ، فإن البيئة الدقيقة للورم تحت الجلد ليست متساهلة لتطوير بنية نسيج مناسبة أو حالة تلخص بشكل صحيح النمط الظاهري الخبيث الحقيقي19،20،21،22. من الناحية المثالية ، ينبغي إنشاء نماذج أمراض العظام لتقييم أكثر دقة لآثار مضادات الورم.
هنا، نظهر طريقة لتقييم الفعالية في نموذج الماوس لسرطان الرئة الجنبي المنتشر، والذي عولج باستخدام NIR-PIT. يتم إنشاء نموذج فأر النشر الجنبي عن طريق حقن الخلايا السرطانية في تجويف الصدر وأكد باستخدام التلألؤ لوسيفراز. عولج الفأر بحقنة وريدية من mAb مترافقة مع IR700 وNIR التشعيع في الصدر. تم تقييم التأثير العلاجي باستخدام التلألؤ لوسيفيراز.
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذه الدراسة، أظهرنا طريقة لقياس التأثير العلاجي ل NIR-PIT على نموذج النشر الجنبي لل MPM. وقد تم قتل الخلايا بشكل انتقائي للغاية باستخدام NIR-PIT؛ وهكذا، فإن الأنسجة الطبيعية تضررت بالكاد23،24،25. مع هذا النوع من القتل الانتقائي…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
اي
Materials
| 0.25w/v% Trypsin-1mmol/l EDTA 4Na Solution with Phenol Red | Wako | 209-016941 | for cell culture |
| 1mL syringe | TERUMO | SS-01T | for mice experiment |
| 30G needle | Nipro | 1907613 | for mice experiment |
| BALB/cSlc-nu/nu | Japan SLC | ||
| Collidal Blue Staining Kit | Invitrogen | LC6025 | use for gel protein staining |
| Coomassie (bradford) Plus protein assay | Thermo Fisher Scientific Inc (Waltham, MA, USA) | PI-23200 | for measuring the APC concentration |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Wako | 043-07216 | use for conjugation of IR700 |
| D-Luciferin (potassium salt) | Cayman Chemical | 14681 | for bioluminescence imaging and DLIT |
| GraphPad Prism7 | GraphPad software | for statistical analysis | |
| Image Studio | Li-Cor Biosciences | for analyzing 700 nm fluorescent image | |
| IRDye 700DX Ester Infrared Dye | LI-COR Bioscience (Lincoln, NE, USA) | 929-70011 | |
| isoflurane | Wako | 095-06573 | for mice anesthesia |
| IVIS Spectrum CT | PerkinElmer | for capturing bioluminescent image and DLIT | |
| Living Image | PerkinElmer | for analyzing bioluminescent image and DLIT | |
| Na2HPO4 | SIGMA-ALDRICH (St. Louis, MO, USA) | S9763 | use for conjugation of IR700 |
| NIR Laser | Changchun New Industries Optoelectronics Technology | MRL-III-690R | for NIR irradiation |
| Novex WedgeWell 4 to 20%, Tris-Glycine, 1.0 mm, Mini Protein Gel, 12 well | Invitrogen | XP04202BOX | use for SDS-PAGE |
| NuPAGE LDS Sample Buffer (x4) | Invitrogen | NP0007 | use for SDS-PAGE |
| Optical power meter | Thorlabs (Newton, NJ, USA) | PM100 | for measuring the output of the NIR laser |
| PBS(-) | Wako | 166-23555 | |
| Pearl Trilogy imaging system | Li-Cor Biosciences | for capturing 700 nm fluorecent image | |
| Penicilin-Streptomycin Solution (x100) | Wako | 168-23191 | for cell culture |
| Puromycin Dihydrochloride | ThermoFisher | A1113803 | for luciferase transfection |
| RediFect Red-Fluc-Puromycin Lentiviral Prticles | PerkinElmer | CLS960002 | for luciferase transfection |
| RPMI-1640 with L-glutamine and Phenol Red | Wako | 189-02025 | for cell culture |
| Sephadex G25 column (PD-10) | GE Healthcare (Piscataway, NJ, USA) | 17-0851-01 | use for conjugation of IR700 |
| UV-1900i | Shimadzu | for measuring the APC concentration |
Referências
- Xu, X., Lu, H., Lee, R. Near Infrared Light Triggered Photo/Immuno-Therapy Toward Cancers. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 8, (2020).
- Mitsunaga, M., et al. Cancer cell-selective in vivo near infrared photoimmunotherapy targeting specific membrane molecules. Nature Medicine. 17, 1685-1691 (2011).
- Kobayashi, H., Choyke, P. L. Near-Infrared Photoimmunotherapy of Cancer. Accounts of Chemical Research. 52, 2332-2339 (2019).
- Oseroff, A. R., Ohuoha, D., Hasan, T., Bommer, J. C., Yarmush, M. L. Antibody-targeted photolysis: Selective photodestruction of human T-cell leukemia cells using monoclonal antibody-chlorin e6 conjugates. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 83, 8744-8748 (1986).
- Mew, D., Wat, C. K., Towers, G. H., Levy, J. G. Photoimmunotherapy: treatment of animal tumors with tumor-specific monoclonal antibody-hematoporphyrin conjugates. Journal of Immunology. 130, 1473-1477 (1983).
- Vrouenraets, M. B., et al. Development of meta-tetrahydroxyphenylchlorin-monoclonal antibody conjugates for photoimmunotherapy. Pesquisa do Câncer. 59, 1505-1513 (1999).
- Goff, B. A., et al. Photoimmunotherapy and biodistribution with an OC125-chlorin immunoconjugate in an in vivo murine ovarian cancer model. British Journal of Cancer. 70, 474-480 (1994).
- Sato, K., et al. Photoinduced Ligand Release from a Silicon Phthalocyanine Dye Conjugated with Monoclonal Antibodies: A Mechanism of Cancer Cell Cytotoxicity after Near-Infrared Photoimmunotherapy. ACS Central Science. 4, 1559-1569 (2018).
- Sato, K., Nagaya, T., Choyke, P. L., Kobayashi, H. Near infrared photoimmunotherapy in the treatment of pleural disseminated NSCLC: Preclinical experience. Theranostics. 5, 698-709 (2015).
- Nishinaga, Y., et al. Targeted Phototherapy for Malignant Pleural Mesothelioma: Near-Infrared Photoimmunotherapy Targeting Podoplanin. Cells. 9, 1019 (2020).
- Sato, K., et al. Near infrared photoimmunotherapy prevents lung cancer metastases in a murine model. Oncotarget. 6, 19747-19758 (2015).
- Sato, K., Nagaya, T., Mitsunaga, M., Choyke, P. L., Kobayashi, H. Near infrared photoimmunotherapy for lung metastases. Cancer Letters. 365, 112-121 (2015).
- Isobe, Y., et al. Near infrared photoimmunotherapy targeting DLL3 for small cell lung cancer. EBioMedicine. 52, 102632 (2020).
- Nakamura, Y., et al. Near infrared photoimmunotherapy in a transgenic mouse model of spontaneous epidermal growth factor receptor (EGFR)-expressing lung cancer. Molecular Cancer Therapeutics. 16, 408-414 (2017).
- Nagaya, T., et al. Near infrared photoimmunotherapy with avelumab, an anti-programmed death-ligand 1 (PD-L1) antibody. Oncotarget. 8, 8807-8817 (2017).
- Sato, K., et al. Spatially selective depletion of tumor-associated regulatory T cells with near-infrared photoimmunotherapy. Science Translational Medicine. 8, (2016).
- Sato, K., et al. Comparative effectiveness of light emitting diodes (LEDs) and lasers in near infrared photoimmunotherapy. Oncotarget. 7, 14324-14335 (2016).
- Sato, K., Choyke, P. L., Kobayashi, H. Photoimmunotherapy of Gastric Cancer Peritoneal Carcinomatosis in a Mouse Model. PLoS One. 9, 113276 (2014).
- McLemore, T. L., et al. Comparison of intrapulmonary, percutaneous intrathoracic, and subcutaneous models for the propagation of human pulmonary and nonpulmonary cancer cell lines in athymic nude mice. Pesquisa do Câncer. 48, 2880-2886 (1988).
- Manzotti, C., Audisio, R. A., Pratesi, G. Importance of orthotopic implantation for human tumors as model systems: relevance to metastasis and invasion. Clinical & Experimental Metastasis. 11, 5-14 (1993).
- Lwin, T. M., Hoffman, R. M., Bouvet, M. Advantages of patient-derived orthotopic mouse models and genetic reporters for developing fluorescence-guided surgery. Journal of Surgical Oncology. 118, 253-264 (2018).
- Sordat, B. C. M. . From Ectopic to Orthotopic Tumor Grafting Sites: Evidence for a Critical Role of the Host Tissue Microenvironment for the Actual Expression of the Malignant Phenotype. , 43-53 (2017).
- Sato, K., et al. Photoimmunotherapy: comparative effectiveness of two monoclonal antibodies targeting the epidermal growth factor receptor. Molecular Oncology. 8, 620-632 (2014).
- Nakajima, T., et al. The effects of conjugate and light dose on photo-immunotherapy induced cytotoxicity. BMC Cancer. 14, 389 (2014).
- Nagaya, T., et al. Near infrared photoimmunotherapy of B-cell lymphoma. Molecular Oncology. 10, 1404-1414 (2016).
- Sato, K., et al. Near infrared photoimmunotherapy in the treatment of disseminated peritoneal ovarian cancer. Molecular Cancer Therapeutics. 14, 141-150 (2015).
- Colin, D. J., Bejuy, O., Germain, S., Triponez, F., Serre-Beinier, V. Implantation and monitoring by pet/ct of an orthotopic model of human pleural mesothelioma in athymic mice. Journal of Visualized Experiments. 2019, (2019).
- Opitz, I., et al. Local recurrence model of malignant pleural mesothelioma for investigation of intrapleural treatment. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 31, 772-778 (2007).
- Bunn, P. A., Kelly, K. New chemotherapeutic agents prolong survival and improve quality of life in non-small cell lung cancer: a review of the literature and future directions. Clinical Cancer Research. 4, 1087-1100 (1998).
- Astoul, P., Wang, X., Hoffman, R. Patient-like nude-mouse and scid-mouse models of human lung and pleural cancer (review). International Journal of Oncology. 3, 713-718 (1993).
- Yamaguchi, H., Pantarat, N., Suzuki, T., Evdokiou, A. Near-infrared photoimmunotherapy using a small protein mimetic for HER2-overexpressing breast cancer. International Journal of Molecular Sciences. 20, (2019).
- Jing, H., et al. Imaging and selective elimination of glioblastoma stem cells with theranostic Near-Infrared-Labeled CD133-Specific antibodies. Theranostics. 6, 862-874 (2016).
- Burley, T. A., et al. Near-infrared photoimmunotherapy targeting EGFR-Shedding new light on glioblastoma treatment. International Journal of Cancer. 142, 2363-2374 (2018).
- Nagaya, T., et al. Near infrared photoimmunotherapy using a fiber optic diffuser for treating peritoneal gastric cancer dissemination. Gastric Cancer. 22, 463-472 (2019).
- Nagaya, T., et al. Endoscopic near infrared photoimmunotherapy using a fiber optic diffuser for peritoneal dissemination of gastric cancer. Cancer Science. 109, 1902-1908 (2018).
- Harada, T., et al. Near-infrared photoimmunotherapy with galactosyl serum albumin in a model of diffuse peritoneal disseminated ovarian cancer. Oncotarget. 7, 79408-79416 (2016).
- Journals, O. JNCI Journal of the National Cancer Institute Way to Better DNA. Annals of Internal Medicine. 37, 1-9 (2008).
