Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) for Cancer Therapy Overvåking
Summary
Bruk av Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) for overvåking preklinisk kreftbehandling er beskrevet her. Denne metoden tar fordel av Cerenkov Radiation (CR) og optisk imaging (OI) for å visualisere radiomerkede prober og dermed gir et alternativ til PET i preklinisk terapeutisk overvåking og narkotika screening.
Abstract
I molekylær imaging, positronemisjonstomografi (PET) og optisk imaging (OI) er to av de viktigste og dermed mest brukte modaliteter en. PET er preget av sin utmerket følsomhet og kvantifisering evne mens OI er kjent for ikke-stråling, relativ lav pris, kort skanning tid, høy gjennomstrømning, og bred tilgjengelighet til grunnleggende forskere. Men begge modaliteter har sine mangler, så vel. PET lider av dårlig romlig oppløsning og høye kostnader, mens OI er stort sett begrenset til prekliniske applikasjoner på grunn av dens begrensede vevspenetrasjon sammen med fremtredende spredende optiske signaler gjennom tykkelsen av levende vev.
Nylig en bro mellom PET og OI har dukket opp med oppdagelsen av Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) 2-4. CLI er en ny imaging modalitet som utnytter Cerenkov Radiation (CR) til bilde radionuklider med OI instrumenter. Russisk Nobel laureate Alekseyevich Cerenkov og hans kolleger opprinnelig oppdaget CR i 1934. Det er en form for elektromagnetisk stråling når en ladet partikkel reiser på en superluminal hastighet i en dielektrisk medium 5. Den ladede partikkel, enten positron eller elektron, perturbs det elektromagnetiske feltet av mediet ved å fortrenge elektronene i sine atomer. Etter å ha passert av avbrudd fotoner slippes som de fordrevne elektroner tilbake til grunntilstanden. For eksempel ble en 18 F forfallet anslått å produsere en gjennomsnittlig 3 fotoner i vann 3.
Siden fremveksten, har CLI blitt undersøkt for sin bruk i en rekke av prekliniske applikasjoner inkludert in vivo tumor avbildning, rapportørgen bildebehandling, radiotracer utvikling, multimodalitet bildebehandling bl.a. 2,3,6. Den viktigste grunnen til at CLI har hatt mye suksess så langt er at denne nye teknologien utnytter den lave kostnader og wide tilgjengeligheten av OI til bilde radionuklider, som pleide å bli fotografert bare dyrere og mindre tilgjengelig kjernefysiske bildediagnostikk som PET.
Her presenterer vi metoden med å bruke CLI å overvåke kreft medikamentell terapi. Vår gruppe har nylig undersøkt dette ny søknad og validert sin mulighetsstudie av en proof-of-concept studie 7. Vi viste at CLI og PET utstilt gode korrelasjoner mellom ulike tumorxenotransplantater og bildebehandling sonder. Dette er i tråd med det overordnede prinsippet om CR som CLI hovedsak visualiserer de samme radionuklider som PET. Vi valgte Bevacizumab (Avastin, Genentech / Roche) som vår terapeutisk middel fordi det er en velkjent angiogenese hemmer 8. Modning av denne teknologien i nær fremtid kan tenkes å ha en betydelig innvirkning på prekliniske narkotika utvikling, screening, samt terapi overvåking av pasienter som får behandling.
Protocol
Discussion
CLI fremstår som en lovende molekylær imaging teknikken som har funnet potensialer i mange grunnleggende vitenskap forskning programmer og selv klinisk bruk 2,3,9. De store fordelene med CLI fremfor tradisjonelle kjernefysiske bildediagnostikk som PET stammer fra bruken av OI instrumenter, som er enklere å bruke, preget av korte oppkjøp tid og høy gjennomstrømning, betydelig rimeligere og mer allment tilgjengelig for forskere. I tillegg er hva setter CLI bortsett fra OI generelt er bruken av β-utslipp …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi erkjenner støtte fra National Cancer Institute (NCI) R01 CA128908 og Stanford Medical Scholar Research Fellowship. Ingen andre potensielle interessekonflikter relevant for denne artikkelen ble rapportert.
Materials
| Name | Company | Catalogue Number |
| H460 Cell Line | American Type Culture Collection | ATCC Number: HTB-177 |
| RPMI 1640 Medium | Invitrogen Life Technologies | 12633-012 |
| Fetal Bovine Serum | Invitrogen Life Technologies | 10091-148 |
| Penicillin/Streptomycin | Invitrogen Life Technologies | 15640-055 |
| Phosphate-Buffered Saline | Invitrogen Life Technologies | 10010-023 |
| Female Athymic Nude Mice | Charles River Laboratories, Inc. | Strain Code: 088 |
| Bevacizumab (Avastin) | Genentech/Roche | N/A |
| MicroPET Rodent R4 | Siemens Medical Solutions USA, Inc. | N/A |
| Isoflurane (Aerrane) | Baxter | Baxter Number: AHN3637 |
| IVIS Spectrum | Caliper Life Sciences | N/A |
References
- Weissleder, R., Mahmood, U. Molecular imaging. Radiology. 219 (2), 316 (2001).
- Chen, K., Chen, X. Positron emission tomography imaging of cancer biology: current status and future prospects. Semin. Oncol. 38 (1), 70 (2011).
- Solomon, M., Liu, Y., Berezin, M. Y., et al. Optical imaging in cancer research: basic principles, tumor detection, and therapeutic monitoring. Med. Princ. Pract. 20 (5), 397 (2011).
- Liu, H., Ren, G., Miao, Z., et al. Molecular Optical Imaging with Radioactive Probes. PLoS One. 5 (3), e9470 (2010).
- Robertson, R., Germanos, M. S., Li, C., et al. Optical imaging of Cerenkov light generation from positron-emitting radiotracers. Phys. Med. Biol. 54 (16), N355 (2009).
- Xu, Y., Liu, H., Cheng, Z. Harnessing the power of radionuclides for optical imaging: Cerenkov luminescence imaging. J. Nucl. Med. 52 (12), 2009 (2011).
- Cerenkov, P. Visible emission of clean liquids by action of g-radiation. Dokl Akad Nauk SSSR. 2, 451 (1934).
- Cerenkov, P. A. Visible radiation produced by electrons moving in a medium with velocities exceeding that of light. Phys Rev. 52 (4), 0378 (1937).
- Boschi, F., Calderan, L., D’Ambrosio, D., et al. In vivo 18F-FDG tumour uptake measurements in small animals using Cerenkov radiation. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 38 (1), 120 (2011).
- Liu, H., Ren, G., Liu, S., et al. Optical imaging of reporter gene expression using a positron-emission-tomography probe. J. Biomed. Opt. 15 (6), 060505 (2010).
- Park, J. C., Yu, M. K., An, G. I., et al. Facile preparation of a hybrid nanoprobe for triple-modality optical/PET/MR imaging. Small. 6 (24), 2863 (2010).
- Xu, Y., Chang, E., Liu, H., et al. Proof-of-concept study of monitoring cancer drug therapy with cerenkov luminescence imaging. J. Nucl. Med. 53 (2), 312 (2012).
- Ellis, L. M. Bevacizumab. Nat. Rev. Drug Discov. , (2005).
- Hochster, H. S. Bevacizumab in combination with chemotherapy: first-line treatment of patients with metastatic colorectal cancer. Semin. Oncol. 33, (2006).
- Dothager, R. S., Goiffon, R. J., Jackson, E., et al. Cerenkov radiation energy transfer (CRET) imaging: a novel method for optical imaging of PET isotopes in biological systems. PLoS One. 5 (10), e13300 (2010).
- Hu, Z., Liang, J., Yang, W., et al. Experimental Cerenkov luminescence tomography of the mouse model with SPECT imaging validation. Opt. Express. 18 (24), 24441 (2010).
- Park, J. C., Il An, G., Park, S. I., et al. Luminescence imaging using radionuclides: a potential application in molecular imaging. Nucl. Med. Biol. 38 (3), 321 (2011).
- Holland, J. P., Normand, G., Ruggiero, A., et al. Intraoperative imaging of positron emission tomographic radiotracers using Cerenkov luminescence emissions. Mol. Imaging. 10 (3), 177 (2011).
- Liu, H., Carpenter, C. M., Jiang, H., et al. Intraoperative imaging of tumors using Cerenkov luminescence endoscopy: a feasibility experimental study. J. Nucl. Med. , (2012).
