تحليل 18"فدج التصوير" PET/CT كأداة لدراسة بكتريا السل العدوى والعلاج في الإنسان عدم الرئيسات
Summary
نقدم هنا، بروتوكولا لوصف تحليل التصوير PET/CT فدج و 18في المقدمات غير البشرية التي قد أصيبوا السل م لدراسة عملية المرض، والعلاج من تعاطي المخدرات، وإعادة تنشيط المرض.
Abstract
بكتريا السل لا يزال عامل المعدية رقم واحد في العالم اليوم. مع ظهور سلالات مقاومة للمضادات الحيوية، طرق جديدة ذات الصلة سريرياً وهناك حاجة إلى تقييم عملية المرض وشاشة لعلاجات المضادات الحيوية واللقاحات المحتملة. وقد أنشئت Computed التصوير المقطعي بالبوزيترون/”التصوير المقطعي” (PET/CT) كأداة قيمة لدراسة عدد من الأمراض مثل السرطان ومرض الزهايمر، والإصابة بالتهاب/. المبينة هنا هي عدد من الاستراتيجيات التي استخدمت لتقييم الصور PET/CT في macaques cynomolgus التي يصاب إينترابرونتشيالي بجرعات منخفضة من السل م. من خلال تقييم حجم الآفة على الأشعة المقطعية والإقبال على 18وفلوروديوكسيجلوكوسي (فدج) في الآفات والغدد الليمفاوية في صور الحيوانات الأليفة، تظهر هذه الأساليب المذكورة أن التصوير PET/CT يمكن التنبؤ بالتطور المستقبلي لنشاط مقابل المرض الكامنة الميل لإعادة تنشيط من حالة العدوى كامنة. بالإضافة إلى ذلك، من خلال تحليل المستوى الإجمالي لالتهاب الرئة، تحدد هذه الأساليب فعالية المضادات الحيوية من العقاقير المضادة السل م في نموذج الحيوانية الموجودة ذات الصلة سريرياً أكثر. أساليب تحليل الصورة هذه بعض من أقوى الأدوات في الترسانة مكافحة هذا المرض كما لا يمكن لها أن تقيم عددا من الخصائص للإصابة والعلاج من تعاطي المخدرات فحسب، بل أيضا الترجمة مباشرة إلى إعداد سريرية لاستخدامها في الإنسان الدراسات.
Introduction
متفطره ابتلي البشر لآلاف السنين ويسبب وفيات أكثر من أي عامل المعدية الأخرى الوحيدة في العالم اليوم. في عام 2015، هناك 10.5 مليون حالات جديدة لمرض السل (TB) على الصعيد العالمي1 مع معظم الحالات النابعة من الهند، وإندونيسيا، والصين، ونيجيريا، وباكستان وجنوب أفريقيا. وضع تقديرات الوفيات العالمية من السل في 1.4 مليون شخص خلال تلك الفترة الزمنية نفسها. هذه القيمة ما يقرب من 25 ٪ أقل من معدل الوفاة قبل 100 سنة. على الرغم من أن المخدرات السل حساسة يمكن علاجها، النظام المطولة التي تتطلب أدوية متعددة والامتثال مصدر قلق. واستأثرت ظهور سلالات (المقاوم) المقاوم للعقاقير المتعددة ~ 580,000 حالات السل الجديدة في عام 2015. ويقدر معدل نجاح العلاج للمرضى مع سلالات المقاوم السل م فقط إلى حوالي 50%. حتى أكثر مثيرة للقلق هو ظهور سلالات (XDR) على نطاق واسع مقاومة السل م، ومقاومة للعقاقير المتاحة تقريبا كل. وبالتالي، هناك حاجة إلى تقنيات جديدة داخل مجال بحوث السل التي تعزز القدرة على تشخيص السل، زيادة فهم عملية الأمراض المناعية، والسماح لفحص استراتيجيات الوقاية، بما في ذلك المضادات الحيوية وعلاجات جديدة أنظمة ودراسات نجاعة اللقاح.
هو السل م عصيات acid-fast هوائية تتسم فعلياً بجدار الخلية الخارجي معقدة للغاية وحركية النمو البطيء. عموما تحدث العدوى عن طريق استنشاق البكتيريا الفردية الواردة في قطرات الضبوبيه التي يطردون من فرد بالأعراض أو المصابة أثناء السعال والعطس، أو الغناء. من الأفراد المعرضين التي تتطور العدوى، تطوير فقط 5-10% من الناس السل النشط السريرية. 90% المتبقية لديها طائفة متفاوتة من أعراض العدوى التي تتراوح من الإصابة السريرية للا مرض على الإطلاق، التي تصنف سريرياً العدوى (لتبي) السل الكامنة2،3. من السكان أن هذه العدوى أعراض، ستضع 10% تقريبا السل النشط بإعادة تنشيط العدوى الواردة في حياتهم. خطر إعادة تنشيط هائلة تزداد إذا كان الشخص مع العقود لا تظهر عليهن أعراض الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية أو يخضع للعلاج العقاقير المثبطة للمناعة، مثل تنف مثبطات4،،من56. ويعرض أيضا مرض السل النشط كطائفة، مع معظم الناس بعد أن السل الرئوي، الذي يؤثر على الرئتين والغدد الليمفاوية الصدرية. ومع ذلك، يمكن أن تصيب السل م. أي جهاز، حيث أن العدوى يمكن أن يقدم أيضا في مواقع خارج الرئة من المشاركة.
السمة المميزة مرضية للإصابة السل م بنية منظمة كروية من الخلايا المضيفة، تسمى الحبيبي. الضامة، والخلايا T والخلايا ب هي المكونات الرئيسية الحبيبي، مع أرقام متغير من العَدلات7. غالباً ما مركز الحبيبي نخرية. وهكذا، حبيبية تعمل المكروية محصنة بقتل أو تحتوي على العصيات، منع الانتشار إلى أجزاء أخرى من الرئتين. ومع ذلك، السل م. يمكن تخريب قتل قبل الحبيبي، وتستمر داخل هذه الهياكل لعقود. رصد متسقة ومنتظمة لتطوير مرض السل النشط بعد عدوى جديدة أو إعادة تنشيط لتبي غير عملي وتحديا علمياً ومضيعة للوقت. تقنيات دراسة هذه العمليات طوليا، في البشر ونماذج الحيوانات الشبيهة بالإنسان، وهي مفيدة للغاية للمجتمع العلمي في تعزيز فهم تعقيدات كثيرة الإصابة السل م والمرض.
وهي PET/CT تقنية مفيدة للغاية تصوير التي استخدمت لدراسة طائفة واسعة من الدول المرض في البشر ونماذج حيوانية8. الحيوانات الأليفة هي تقنية وظيفية تستخدم المركبات المشعة التي تنبعث منها البوزيترون كمراسل. يتم عادة فونكتيوناليزيد هذه النظائر المشعة إلى مجمع ايضية، مثل السكر، أو إلى مجموعة استهداف الذي يهدف إلى ربط مستقبلات للفائدة. ولما قوية بما فيه الكفاية لاختراق الأنسجة الإشعاعات المنبعثة من النظائر المشعة في الحيوانات الأليفة، تركيزات منخفضة للغاية يمكن استخدامها الذي يسمح للدراسة دون مستويات التشبع في استهداف مستقبلات المركبات وفي تركيز منخفضة بما يكفي ليكون له تأثير على التمثيل الغذائي عمليات عند استخدام عوامل مثل 2-ديوكسي-2-(18و) مخفضات-د-الجلوكوز (فدج). التصوير المقطعي هو تقنية تصوير ثلاثية الأبعاد بالأشعة سينية التي تستخدم مستويات متفاوتة من توهين الأشعة السينية لتحديد الخصائص الفيزيائية للأجهزة داخل الجسم9. عندما يقترن مع الحيوانات الأليفة، والتصوير المقطعي يستخدم كمخطط لتحديد مواقع محددة والهياكل التي تظهر الإقبال راديوتراسير الحيوانات الأليفة. PET/CT هو أداة قوية للتصوير في فيفو البشر ونماذج حيوانية مصاب بعدوى السل م التي أدت إلى العديد من الأفكار الهامة في الآلية المرضية، استجابة للعلاج من تعاطي المخدرات، مرض الطيف، إلخ6 ،10،،من1112. ويصف هذا العمل محددة PET/CT الأساليب التحليلية لدراسة مرض السل في نماذج الرئيسيات غير البشرية طوليا باستخدام معلمات مثل حجم الورم، وامتصاص فدج في الآفات الفردية وكله اللذة فدج العقدة الليمفاوية والرئة، وكشف خارج الرئة المرض6،10،،من1112.
ويصف هذه المخطوطة منهجيات للتصوير التحليل في المقدمات غير البشرية (NHPs)، على وجه التحديد macaques سينومولوغوس، التي تستخدم لتقييم طوليا تطور المرض والعلاج من تعاطي المخدرات عقب العدوى مع السل م. . نهبس نموذج حيوانية قيمة لأنه عند تلقيح مع جرعة منخفضة من سلالة اردمان السل م ، الحيوانات تظهر مجموعة متنوعة من نتائج المرض مع ~ 50% وضع مرض السل النشط والحيوانات المتبقية بعد الإصابة بأعراض (أي السيطرة على العدوى، لتبي)، تقديم النموذج الأقرب إلى الطيف الأمراض السريرية، ينظر في البشر3،،من1314،،من1516. يتم تشغيل تنشيط لتبي في ماكاكويس بنفس العوامل التي تسبب إعادة التنشيط في البشر، والأمثلة التي تشمل فيروس نقص المناعة البشرية (فيروس نقص المناعة البشرية، فيروس نقص المناعة القردي (سيف) باستخدام الإصدار المكاك من فيروس نقص المناعة البشرية)، ونضوب CD4 أو الورم عامل نخر (تنف) تحييد13،16. وبالإضافة إلى ذلك، يقدم macaques مع أمراض مشابهة جداً لأن ينظر في البشر، بما في ذلك حبيبية المنظمة التي تشكل في الرئتين أو أجهزة أخرى17. وهكذا، قدم هذا النموذج معلومات هامة بشأن التفاعلات الممرض المضيف الأساسية في الإصابة السل م ، فضلا عن معرفة قيمة حول أنظمة العقاقير واللقاحات المضادة للدرن14،18 , 19 , 20 , 21.
تصوير PET/CT يوفر القدرة على تتبع مظهر، والتوزيع، وتطور حبيبية الفردية. واستخدمت هذا العمل أساسا فدج كتحقيق، التي، التماثلية جلوكوز، ودمج الخلايا المضيفة نشاط أيضي، مثل الضامة والعدلات واللمفاويات8، كلها في حبيبية. وهكذا، فدج وكيل لالتهاب المضيف. ويستخدم تحليل الإجراءات المفصلة هنا أوسيريكس، عارض DICOM مستخدمة على نطاق واسع متاحة لشراء واستخدام. أساليب تحليل الصورة ووصف تتبع الشكل والحجم، والنشاط الأيضي (عن طريق امتصاص فدج) من حبيبية الفردية على مر الزمن، ويستخدم التصوير كمخطط لتحديد آفات محددة عند نيكروبسي الحيوانية. بالإضافة إلى ذلك، أسلوب منفصل وضعت يوضحها الجمع امتصاص فدج في الرئة عتبة محددة (≥ 2.3 من سيارات الدفع الرباعي) ويستخدم هذه القيمة لتقييم الفروق بين المجموعات التجريبية والتحكم عبر الدراسات التي تتراوح من اللقاح المحاكمات لنماذج الإصابة المشتركة. تدعم هذه البيانات أن يرتبط هذا المقياس العام لامتصاص فدج في الرئتين بعبء البكتيرية، مما يوفر معلومات حول حالة المرض. يمكن إجراء تحليلات مماثلة على استيعاب فدج الليمفاوية الصدرية لدراسة تطور المرض، وكذلك. البروتوكول التالي يصف عملية تجريبية من العدوى الحيوانية من خلال تحليل الصور.
Protocol
Representative Results
Discussion
يمكن استخدام البيانات التي تم الحصول عليها من الحيوانات الأليفة/CT القياسات البديلة لجوانب كثيرة من عدوى السل م أن ينتبه دون مثل هذه التكنولوجيا. PET/CT أكثر حساسية من تكنولوجيا الأشعة السينية، التي غالباً ما تستخدم في الدراسات ماكاكويس. PET/CT يوفر المعلومات الهيكلية والمكانية والوظيفية….
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
المؤلفون أن نشيد رودجرز مارك لتحدد إجراءات العدوى ولام أوين كارني و Lopresti ريان للتوجيه في وضع هذه الإجراءات التصوير. التمويل اللازم لهذا العمل قد قدمت قبل بيل وميليندا غيتس (J.L.F.، P.L.L.)، المعاهد الوطنية للصحة، والمعاهد الوطنية للحساسية و AI111871 R01 الأمراض المعدية (P.L.L.)، والوطنية القلب الرئة والدم المعهد R01 HL106804 (ي . 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 |
References
- Barry, C. E., et al. The spectrum of latent tuberculosis: rethinking the biology and intervention strategies. Nat Rev Microbiol. 7 (12), 845-855 (2009).
- Lin, P. L., Flynn, J. L. Understanding latent tuberculosis: a moving target. J Immunol. 185 (1), 15-22 (2010).
- Pawlowski, A., Jansson, M., Skold, M., Rottenberg, M. E., Kallenius, G. Tuberculosis and HIV co-infection. PLoS Pathog. 8 (2), e1002464 (2012).
- Keane, J. TNF-blocking agents and tuberculosis: new drugs illuminate an old topic. Rheumatology (Oxford). 44 (6), 714-720 (2005).
- Lin, P. L., et al. PET CT Identifies Reactivation Risk in Cynomolgus Macaques with Latent M. tuberculosis. PLoS Pathog. 12 (7), e1005739 (2016).
- Flynn, J. L., Klein, E., Dick, T., Leong, V. D. J. . A color atlas of comparative pulmonary tuberculosis histopathology. , 83-106 (2011).
- Signore, A., Mather, S. J., Piaggio, G., Malviya, G., Dierckx, R. A. Molecular imaging of inflammation/infection: nuclear medicine and optical imaging agents and methods. Chem Rev. 110 (5), 3112-3145 (2010).
- James, M. L., Gambhir, S. S. A molecular imaging primer: modalities, imaging agents, and applications. Physiol Rev. 92 (2), 897-965 (2012).
- Coleman, M. T., et al. PET/CT imaging reveals a therapeutic response to oxazolidinones in macaques and humans with tuberculosis. Sci Transl Med. 6 (265), (2014).
- Coleman, M. T., et al. Early Changes by (18)Fluorodeoxyglucose positron emission tomography coregistered with computed tomography predict outcome after Mycobacterium tuberculosis infection in cynomolgus macaques. Infect Immun. 82 (6), 2400-2404 (2014).
- Lin, P. L., et al. Radiologic Responses in Cynomolgus Macaques for Assessing Tuberculosis Chemotherapy Regimens. Antimicrob Agents Chemother. 57 (9), 4237-4244 (2013).
- Diedrich, C. R., et al. Reactivation of latent tuberculosis in cynomolgus macaques infected with SIV is associated with early peripheral T cell depletion and not virus load. PLoS One. 5 (3), e9611 (2010).
- Lin, P. L., et al. The multistage vaccine H56 boosts the effects of BCG to protect cynomolgus macaques against active tuberculosis and reactivation of latent Mycobacterium tuberculosis infection. J Clin Invest. 122 (1), 303-314 (2012).
- Lin, P. L., et al. CD4 T cell depletion exacerbates acute Mycobacterium tuberculosis while reactivation of latent infection is dependent on severity of tissue depletion in cynomolgus macaques. AIDS Res Hum Retroviruses. 28 (12), 1693-1702 (2012).
- Mattila, J. T., Diedrich, C. R., Lin, P. L., Phuah, J., Flynn, J. L. Simian immunodeficiency virus-induced changes in T cell cytokine responses in cynomolgus macaques with latent Mycobacterium tuberculosis infection are associated with timing of reactivation. J Immunol. 186 (6), 3527-3537 (2011).
- Scanga, C. A., Flynn, J. A., Kaufmann, S. H. E., Rubin, E. J., Zumla, A. . Tuberculosis. , 243-258 (2015).
- Kita, Y., et al. Development of therapeutic and prophylactic vaccine against Tuberculosis using monkey and transgenic mice models. Hum Vaccin. 7, 108-114 (2011).
- Langermans, J. A., et al. Divergent effect of bacillus Calmette-Guerin (BCG) vaccination on Mycobacterium tuberculosis infection in highly related macaque species: implications for primate models in tuberculosis vaccine research. Proc Natl Acad Sci U S A. 98 (20), 11497-11502 (2001).
- Okada, M., et al. Novel prophylactic and therapeutic vaccine against tuberculosis. Vaccine. 27 (25-26), 3267-3270 (2009).
- Reed, S. G., et al. Defined tuberculosis vaccine, Mtb72F/AS02A, evidence of protection in cynomolgus monkeys. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (7), 2301-2306 (2009).
- Capuano, S. V., et al. Experimental Mycobacterium tuberculosis infection of cynomolgus macaques closely resembles the various manifestations of human M. tuberculosis infection. Infect Immun. 71 (10), 5831-5844 (2003).
- Srinivas, S. M., et al. A recovery coefficient method for partial volume correction of PET images. Ann Nucl Med. 23 (4), 341-348 (2009).
- Kumar, R., et al. Role of modern imaging techniques for diagnosis of infection in the era of 18F-fluorodeoxyglucose positron emission tomography. Clin Microbiol Rev. 21 (1), 209-224 (2008).
- Martin, C. J., et al. Digitally Barcoding Mycobacterium tuberculosis Reveals In Vivo Infection Dynamics in the Macaque Model of Tuberculosis. MBio. 8 (3), (2017).
- Lin, P. L., et al. Metronidazole prevents reactivation of latent Mycobacterium tuberculosis infection in macaques. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (35), 14188-14193 (2012).
- Lin, P. L., et al. Tumor necrosis factor neutralization results in disseminated disease in acute and latent Mycobacterium tuberculosis infection with normal granuloma structure in a cynomolgus macaque model. Arthritis Rheum. 62 (2), 340-350 (2010).
- Phuah, J., et al. Effects of B Cell Depletion on Early Mycobacterium tuberculosis Infection in Cynomolgus Macaques. Infect Immun. 84 (5), 1301-1311 (2016).
- Martinez, V., Castilla-Lievre, M. A., Guillet-Caruba, C., Grenier, G., Fior, R., Desarnaud, S., Doucet-Populaire, F., Boue, F. (18)F-FDG PET/CT in tuberculosis: an early non-invasive marker of therapeutic response. Int J Tuberc Lung Dis. 16 (9), 1180-1185 (2012).
- Malherbe, S. T., et al. Persisting positron emission tomography lesion activity and Mycobacterium tuberculosis mRNA after tuberculosis cure. Nat Med. 22 (10), 1094-1100 (2016).
- Chen, R. Y., et al. PET/CT imaging correlates with treatment outcome in patients with multidrug-resistant tuberculosis. Sci Transl Med. 6 (265), (2014).
