סינתזה, אפיון, ויישום של Nanoprobes תחמוצת ברזל Superמגנטית לאיתור שחפת הריאות חוץ
Summary
כדי לשפר בדיקות אבחון סרולוגית עבור אנטיגנים שחפת של פטרת , פיתחנו superparamagnetic ברזל תחמוצת הnanoprobes כדי לזהות שחפת הריאות.
Abstract
הדמיה מולקולרית בדיקה הכוללת מתכת ברזל superparamagnetic (SPIO) חלקיקים ונוגדן פטרת פני השטח של שחפת (MtbsAb) היה מסונתז כדי לשפר את רגישות ההדמיה עבור שחפת הריאות חוץ (etb). Nanoprobe SPIO היה מסונתז ומצועם עם MtbsAb. SPIO-MtbsAb nanoprobe מטוהרים התאפיין באמצעות TEM ו NMR. כדי לקבוע את היכולת המיקוד של החללית, SPIO-MtbsAb nanoprobes היו מודבטים עם Mtb עבור הדמיה מלאכותית ומוזרק לתוך עכברים Mtb-מחוסן עבור בחקירת vivo עם תהודה מגנטית (MR). הפחתת שיפור הניגודיות על דימות תהודה מגנטית (MRI) של תאים Mtb ו THP1 הראו ביחס לריכוז SPIO-MtbsAb nanoprobe. לאחר 30 דקות של הזרקה SPIO-MtbsAb nanoprobe לתוך עכברים נגועים Mtb, עוצמת האות של האתר גרגירומי היה משופר על ידי 14-קיפול ב-T2 תמונות משוקלל MR לעומת זאת בעכברים מקבל הזרקת PBS. Nanoprobes MtbsAb יכול לשמש כמודאליות הרומן עבור זיהוי ETB.
Introduction
באופן גלובלי, שחפת מחוץ לריאות (ETB) מייצגת שיעור משמעותי של מקרי שחפת (TB). עם זאת, האבחון ETB הוא החמיץ לעתים קרובות או מתעכב בגלל המצגת הקליני חתרני שלה ביצועים ירודים על בדיקות אבחון; תוצאות כוזבות כוללות רוק סמארים שליליים עבור חומצה-באקל מהיר, חוסר של רקמת גרגירואיד על histopathology, או כישלון בתרבות שחפת בתרבית (Mtb). ביחס למקרים טיפוסיים, ETB מתרחשת בתדירות נמוכה יותר וכרוכה שחרור קטן של Mtb bacilli. בנוסף, הוא מותאם בדרך כלל באתרים קשים לגישה, כגון בלוטות לימפה, pleura, ואזורים האוסטארטיקולריות1. כך, הליכים פולשניים להשגת דגימות קליניות נאותה, מה שהופך את אישור בקטיולוגי מסוכן וקשה, הם חיוניים2,3,4.
בדיקות לזיהוי נוגדנים זמין מסחרית ETB אינם אמינים עבור זיהוי קליני בגלל מגוון רחב של רגישות (0.00-1.00) וספציפיות (0.59-1.00) עבור כל האתרים הריאתי בשילוב5. חיסוני מקושר אנזים (elispot) בחני-γ, התרבות פילטרט חלבון (CFP), ואת היעד מוקדם אנטיגניים הסוד (esat) שימשו לאבחון TB הסמויה פעיל. עם זאת, התוצאות משתנות בין אתרי מחלות שונים לאבחון etb6,7,8. בנוסף, העור PPD (מטוהר חלבון נגזרות) ו בדיקת קוונטיפט-TB סיפקה לעתים קרובות תוצאות שליליות שווא9. בדיקת קוונטיפלון-TB-2g הוא שלמות הדם החיסונית החיסון המערכת, אשר אינו דורש דגימה מן האיבר המושפע וזה עשוי להיות כלי אבחון אלטרנטיבי6,10,11. שיטות אבחון אחרות המשמשות בדרך כלל עבור TB דלקת קרום העין, כגון תגובת שרשרת פולימראז, עדיין רגישות מדי כדי למנוע בביטחון אבחון קליני12,13. אלה בדיקות קונבנציונליות להפגין מספיק מידע אבחוני כדי לגלות את האתר זיהום חוץ לריאות. לפיכך, נדרשות הבדיקות הקליניות של האבחון החדשני.
הדמיה מולקולרית שואפת לעצב כלים חדשניים שיכולים להקרין ישירות מטרות מולקולריות ספציפיות של תהליכי מחלות ב vivo14,15. Superמגנטית תחמוצת ברזל (spio), הסוכן הניגוד T2 משוקלל nmr, יכול לשפר באופן משמעותי את הספציפיות והרגישות של תהודה מגנטית (MR) הדמיה (MRI)16,17. זה חדש הדמיה תפקודית מודאליות יכול בדיוק לשרטט שינויי רקמות ברמה המולקולרית באמצעות אינטראקציות ligand-הקולטן. במחקר זה, הדמיה מולקולרית חדש בדיקה, הכוללת חלקיקי SPIO, היה מסונתז למשלים עם נוגדן Mtb פני השטח (MtbsAb) עבור אבחון ETB. Spio nanoprobes הם מינימלית פולשנית לרקמות וגופים במבחן18,19. יתר על כן, nanoprobes אלה יכולים להדגים תמונות מדויקות של MR בריכוזים נמוכים בשל התכונות פאראמגנטיות שלהם. בנוסף, SPIO nanoprobes מופיעות לפחות תגובות אלרגיות משום שנוכחותם של יוני ברזל היא חלק מהפיזיולוגיה הנורמלית. כאן, הרגישות והספציפיות של SPIO-MtbsAb nanoprobes מיקוד ETB הוערכו הן תא והן דגמי בעלי חיים. התוצאות הראו כי הnanoprobes היו ישימים כמו סוכני הדמיה ultrasensitive עבור אבחון ETB.
Protocol
Representative Results
Discussion
בדומה למחקרים רלוונטיים, הממצאים שלנו לגבי spio-mtbsab nanoprobes הפגינו ספציפיות משמעותית עבור Mtb27,28. הMtb גרגירומה התת עורית נמצא 1 חודש לאחר הזרקת TB בדגמי העכבר. ממצאי היסטולוגיה של שחפת החומרים הטיפוסיים כללו הסתננות לימפוציטים, נוכחות של מקרופאגים אפיתל, ו neovasculariza…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים על התמיכה הפיננסית של משרד הכלכלה טייוואן (מענקים המועצה לבטחון לאומי-101-2120-M-038-001, רוב 104-2622-B-038-007, רוב 105-2622-B-038-004) כדי לבצע עבודת מחקר זו. כתב היד הזה נערך על ידי העריכה האקדמית וולאס.
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 |
References
- 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. Medicine. 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. Chemistry. 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).
