Vi beskriver en multi-vinkel roterande optisk avbildning (Maroi) systemet för in vivo kvantifiering av en fluorescerande markör levereras av saposin C (SAPC)-dioleoylphosphatidylserine (DOPS) nanovesicles. Under användning musmodeller av cancer och artrit, visar vi hur signalkurvan analysen Maroi kan användas för noggrann kartläggning och biologisk karakterisering av sjukdomsprocesser.
Vi beskriver en multi-vinkel roterande optisk avbildning (Maroi) system för in vivo-övervakning av fysiopatologiska processer märkta med en fluorescerande markör. Musmodeller (hjärntumör och artrit) användes för att utvärdera nyttan av denna metod. Saposin C (SAPC)-dioleoylphosphatidylserine (DOPS) nanovesicles taggade med CellVue Maroon (CVM) fluoroforen administrerades intravenöst. Djur placerades sedan i den roterande hållaren (MARS) av in vivo-avbildningssystemet. Bilder förvärvades i 10 ° steg över 380 °. Ett rektangulärt område av intresse (ROI) placerades över den fulla bildens bredd vid modellsjukdomsstället. Inom ROI, och för varje bild, var genomsnittliga fluorescensintensiteten beräknad efter bakgrundssubtraktion. I musmodeller studeras, de märkta nanovesicles upptogs i både de orthotopic och transgena hjärntumörer, och i de artritiska ställen (tår och vrister). Kurva analys av flervinkel imaGE ROI bestämde vinkeln med den högsta signalen. Således var den optimala vinkeln för avbildning av varje sjukdomsstället karaktäriseras. Den Maroi metoden tillämpas för avbildning av fluorescerande föreningar är en icke-invasiv, ekonomiskt, och exakt verktyg för in vivo-kvantitativ analys av sjukdomstillstånd i de beskrivna musmodeller.
Hela djur imaging har blivit ett kraftfullt verktyg i studiet av djur physiopathology. Bland aktuella bildsystem, låter MS FX PRO forskare att noggrant visualisera fluorescerande (eller självlysande) föreningar och / eller vävnader i levande möss, och samtidigt få röntgenbilder. Med den nyligen införda multi modal djur rotationssystem (MARS) en komplett, automatiserad rotation av musen uppnås för att fånga både lysrör / självlysande och röntgenbilder vid specifika vinklar 1. Bild förvärv kan programmeras så att sekventiella bildserier kan tas vid specifika, inkrementella vinklar så små som 1 °. Detta tillåter en att identifiera den optimala orienteringen av djuret, dvs. den i vilken avståndet mellan den internt genererade fluorescerande / luminiscent signal och systemets detekteringsanordning är det kortaste. Detta i sin tur underlättar noggrann ompositionering av djuret för efterföljande bildbehandling för sigssions under longitudinella studier.
I denna rapport beskriver vi att genomföra ett flervinkelrotations optisk avbildning (Maroi) systemet för in vivo kvantifiering av fluorescerande markör intensitet. Maroi signalkurva analys kan användas i longitudinella studier för direkt korrelation av fluorescerande signal distribution till exakt kart sjuka webbplatser eller biologiska processer av intresse.
Detta system användes för att övervaka upptaget av fluorescerande SAPC-DOPS nanovesicles genom orthotopic och spontana tumörer, såväl som av artritisk foci, i levande möss; det gav multispektrala och multimodala datamängder som härrör från fullständig rotations täckning av djuren. Bland de många fluorescerande prober för närvarande är tillgängliga för in vivo imaging, de som släpper ut i det nära infraröda och långt röda spektrala regioner ger lägsta störningar med hud och vävnader, och ger den högsta penetrationen och bild resolution. Vi använde CellVue Maroon (CVM) 2,3, ett långt rött fluorescerande celler länkare (Ex 647/Em 667), att märka SAPC-DOPS (SAPC-DOPS-CVM) 4-12.
Noggrann bestämning av läget och storleken av solida tumörer och inflammatoriska foci i reumatiska sjukdomar är avgörande för att genomföra adekvat behandling och följa upp sjukdomsprogression eller eftergift. Även värdefulla, bildåtergivningsstrategier (röntgen, MRI, ultraljud, röntgen datortomografi) ger ofullständiga bedömningar av sjukdomsstatus. Till exempel är artros ledskador gemensamt bedöms av röntgenstrålning, som ger information om benstrukturen men inte på mjukvävnad inflammation och förstörelse, karakteristisk för tidiga stadier av sjukdomen. Metoden Maroi presenteras här kombinerar fördelarna med både röntgen och avancerade mjukvävnadsavbildningsmetoder (t.ex. MR eller ultraljud) på ett integrerat, icke-invasiv och enklare plattform som också möjliggör en fullständig 3D-kartläggning och rekonstruktion av den sjuka vävnaden eller organet i små djur, såsom möss.
Denna metod utnyttjar den selektiva affinitet of SAPC-DOPS nanovesicles för utsatta fosfatidylserin rester, som är rikligt förekommande i membranen av cancer och inflammatoriska celler. Det avgörande för denna bindning är SAPC, en fusogen lysosomala protein med en stark affinitet för anjoniska fosfolipider såsom fosfatidylserin 7,10,11. När konjugerat till en fluorescerande prob (CVM), kan systemiskt injicerade SAPC-DOPS spåras till tumören och artros webbplatser genom fluorescens avbildning.
Begränsningar i vår metod är relaterade till dess känslighet, som för närvarande begränsar dess användning till avbildning av små djur som möss. Som med andra avbildningsmetoder, är optimal fluorescerande signal-brusförhållande begränsas av storleken på tumören eller omfattningen av artrit, och kan äventyras när imaging vävnader eller organ med hög bakgrund (autofluorescens) såsom öron (hjärnavbildnings), tarmar / avföring (buken imaging) och tassar (bakbenen imaging). I detta avseende har vi funnit att en långt rött färgämne såsom CVM proger ett bättre spektral separation och upplösning i vivo inställningen i än andra fluorescerande prober i det synliga området.
Andra fallgropar inkluderar potentiell rörelse hos djuret under avbildning, både medan sövda och efter slakt (rigor mortis). Bakbens positionering, bestämt är ofta svår att stabilisera för att undvika rörelse under rotation. I sin nuvarande tekniken är också tidskrävande, med avsökningstider så länge som 60 minuter behövs för att slutföra en fullständig rotation och förvärva bilder med hög kvalitet.
Den Maroi metoden medför ett antal fördelar jämfört med andra avbildningsmetoder. Förmågan att bilden sjuk vävnad från 38 (eller fler) olika vinklar tillåter visualisering av fluorescens som kan hindras vid bedömningen den från ett enda plan; Detta är värdefullt i djurstudier, eftersom det kan hjälpa till att minimera antalet falska negativa resultat som är resultatet av bildbehandling på olämpliga vinklar. Genom övertryckying röntgen och fluorescens bilder, kan en exakt anatomisk lokalisering av den sjuka platsen bestämmas. Slutligen ger möjlighet till levande (in vivo) bildhantering för longitudinella studier som ska utföras.
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöddes delvis av NIH / NCI Grants Number 1R01CA158372-01 (till Qi) och New Drug staten Key Project Grant Number 009ZX09102-205 (till Qi). Skriva stöd gavs av Dr Judy Racadio, och har finansierats av University of Cincinnati Institutionen för hematologi och onkologi. Vontz Kärna Imaging Lab (VCIL) vid College of Medicine vid University of Cincinnati.
Dulbecco's modified eagle medium | Gibco (Grand Island, NY) | 11965 | |
Fetal Bovine Serum | Gibco (Grand Island, NY) | 16000077 | |
Penicillin-streptomycin | Hyclone (Logan, Utah) | SV30010 | |
Dioleoylphosphatidylserine | Avanti Polar Lipids (Alabaster, AL) | 840035C | |
CellVue Maroon | Molecular Targeting Technologies, Inc. (Exton, PA) | C-1001 | |
Sephadex G25 column PD-10 | Amersham Pharmacia Biotech, (Piscataway, NJ) | 17-0851-01 | |
New Standard Stereotaxic for Rats and Mice | Harvard Apparatus (Holliston, MA) | 726335 | |
Bransonic Ultrasonic Cleaners Model 1510 | Branson Ultrasonics (Danbury,CT) | CPN-952-118 | |
Multi-spectral FX system | Bruker Corporation (Billerica, MA) | ||
Multi-angle Rotational Optical Imaging Device | Bruker Corporation (Billerica, MA) |