生物发光成像是用于定位肿瘤和转移一个众所周知的工具,但是这些图像的量化通常需要复杂的计算和特定仪器。我们描述了易于使用luminoscore方法,基于精确采集条件,不需要计算,并且使肿瘤负荷和处理响应于在小鼠模型中进行监测。
Although bioluminescence imaging (BLI) shows promise for monitoring tumor burden in animal models of cancer, these analyses remain mostly qualitative. Here we describe a method for bioluminescence imaging to obtain a semi-quantitative analysis of tumor burden and treatment response. This method is based on the calculation of a luminoscore, a value that allows comparisons of two animals from the same or different experiments. Current BLI instruments enable the calculation of this luminoscore, which relies mainly on the acquisition conditions (back and front acquisitions) and the drawing of the region of interest (manual markup around the mouse). Using two previously described mouse lymphoma models based on cell engraftment, we show that the luminoscore method can serve as a noninvasive way to verify successful tumor cell inoculation, monitor tumor burden, and evaluate the effects of in situ cancer treatment (CpG-DNA). Finally, we show that this method suits different experimental designs. We suggest that this method be used for early estimates of treatment response in preclinical small-animal studies.
早期肿瘤细胞的检测仍是一个挑战,是用于增强癌症治疗功效的关键。 体内生物发光成像(BLI)是一个非常敏感的,非侵入性的光学技术,广泛用于小动物监测肿瘤。萤火虫萤光素酶表达细胞通常用于此类实验1,2。此氧氧化D-萤光素与分子氧,但需要两个辅因子-镁离子和三磷酸腺苷3。萤火虫萤光素酶更适合于比海肾萤光素酶4,因为它的量子产率是更高的体内成像。
该氧化的衬底 – 氧化萤光素 – 自发发射光子返回到其基本状态,然后变为无效。所发射的光子具有围绕530nm的最大波长。高灵敏度摄像机可以从一个小动物的内部检测所述发光光子和提供,使得它POSS图像IBLE来定位肿瘤细胞。
通过光子计数准确量化肿瘤负荷的能力可以作为量化处理功效的强有力的和灵敏的工具。因为治疗效果可以越早检测,这种敏感性可能使人们有可能确定在哪个处理成为有效的确切时刻。
总发射光子的绝对定量是非常复杂的。收集光子的数目取决于肿瘤的深度和在光子通过发射的器官。基于组织吸收系数校正系数可以计算出如 图5所示 ,但肿瘤细胞数目的绝对定量需要知道由每个肿瘤细胞发射的光子的数量。而且,萤光素酶表达,像许多报告基因( 例如 ,荧光蛋白)不是均匀的,即使是在从一个单一的克隆6衍生的细胞群。路西法的数量在细胞中酶蛋白不能被精确地计算。标准化实验条件成立从而出现一个可靠的半定量分析的关键。
我们采用的方法luminoscore两个不同的小鼠淋巴瘤模型7,8,9。在这些模型中,同基因的肿瘤细胞注射到眼睛或皮肤获得,分别一次眼内淋巴瘤(PIOL)模型和皮下淋巴瘤(SCL)模型下。在每个这些原位模型,处理是在就地施用时,肿瘤接种PIOL七天后,当肿瘤已经达到在SCL其最大直径为0.5到0.7厘米
我们使用了luminoscore方法监测原位 CpG疗法的效果,先前显示为7,10,11有效。 CpG的是一个寡核苷酸序列和TLR9,一配体,其反过来是由众多的CE表达的细胞内受体免疫系统的LLS,包括树突细胞,B淋巴细胞,单核细胞,和天然杀伤细胞。的CpG-DNA是包含CpG基(CG)的免疫刺激基序的20聚体的DNA序列;控制(ODN控制)是一样的20聚体的DNA序列,所不同的是免疫刺激的CG序列被反转(GC)。在我们所研究的鼠淋巴瘤TLR9接合诱导凋亡10,激活免疫系统12,从而显著降低肿瘤负荷7,11。
在这里,我们描述了量化肿瘤负荷,并通过生物发光图像处理响应的标准方法。此方法依赖于成像过程的不同方面,从采集到的分析,以优化的可靠性,重现性,非用户的依赖,以及统计学意义。生物发光定量指标分配给每个鼠标;这个值,我们称之为luminoscore,可以进行比较,不仅动物,但人之间所以实验之间。
在这项工作中,我们着重于生物发光成像的过程,以及由luminoscore方法图像量化。我们显示用于验证注射,监测肿瘤负荷,并评估原位癌症治疗的功效本方法的有效性。每个点都是在代表结果说明使用不同的小鼠模型突出luminoscore方法的适应性实验。
由器官和组织的光吸收保持生物发光成像的限制,虽然这种限制是固有的任何光学成像模态。在我们的方法的上下文中,预期的解剖结构上的luminoscore的影响具有低可变性提供的研究是在一个给定的模型(位置和鼠标链)进行,允许随后的比较。生物发光不需要激励光,因此在体内成像比荧光更适于全身。
空间分辨率也是生物发光成像的限制,并从其中的生物发光的光子发射的脏器精确位置仍然困难。然而,该模型的良好的知识可以在肿瘤部位的定性位置帮助。在此基础生物发光法的唯一输出是luminoscore。位置不影响luminoscore因为INTERES的手动加价指定地区T(ROI)覆盖了整个鼠标。最后,萤火虫萤光素酶需要氧气。因此,生物发光成像通常会低估坏死肿瘤。再次,需要在模型的这个方面的一个很好的了解。
在本文中,我们的目标不是在评估的CpG的功效作为抗肿瘤的药物(这已被证明7,9,11),但描述允许生物发光数据集进行比较的方法。 我们确实描述量化旨在帮助标准化为在不同的地方在不同的时间比较不同试验中获取协议肿瘤负荷的方法和不需要计算机计算。以确保重现性和正确光子通量定量,所述成像设备必须与自制设备的光基准进行校准或所推荐的提供者的商业设备。
我们的协议需要认真注意的几个关键points:(一)首先,将小鼠麻醉的质量是用于获得清晰的图像,尤其是在具有长曝光时间的情况下的关键。 (二)该量化单元必须始终是光子通量,因为辐射取决于每个小鼠的表面积,并且可能是不相关的,用于比较不同的小鼠。 (三)的生物发光图像必须不含有饱和的像素,因为这些会偏压luminoscore。 (四)返回和前采集需要收集从肿瘤部位( 即,前采集不一定检测来自肿瘤的背面光子)发射的所有光子。各种不同的ROI附图luminoscore方法的发展过程中进行了测试。仅手动加价产生更有可能是统计学显著(数据未示出),结果令人满意。
Inoue等推荐的75毫克萤光素/ kg的剂量13。通过使用剂量为150毫克/公斤,而不是,成像的定时之后荧光素的管理保持不变,我们要确保高原持续整个长时间曝光的收购。荧光素必须在整个收购过程中过量的反应物。根据不同的模型,感兴趣的区域可以适于,如我们在我们提请每只动物2的ROI在SCL模型显示。在SCL模型中,治疗被注射时,肿瘤在其最大的直径,以限制可变性达到0.5厘米的植入。根据不同的小鼠中,肿瘤可能已经生长不同。标准化和比较小鼠,我们决定使用,揭示两翼肿瘤的相对生长处理和非处理侧之间的比率。
如果没有信号从注入小鼠预期为正,观察或者(i)细胞的数量是非常低,该信号是检测阈值以下;或(ii)小鼠缺乏氧气,需要立即治疗。
几个定量bioluminesc的ENCE分析由不同的作者描述需要复杂的计算和仪器( 例如 ,3D生物发光断层扫描)接近发出的生物发光的光子5,15的绝对定量。另外,对再现量化生物发光,特别是在肿瘤模型中,与2D生物发光成像的方法没有达成共识。我们的目的是规范图像采集协议,以限制用户的依赖。
CpG的原位注射接种肿瘤后两款车型降低肿瘤负荷。该luminoscore方法可以作为监测肿瘤免疫治疗的其他车型肿瘤负荷的工具。监测肿瘤负荷提供了一个可以提高我们的肿瘤的生长和转移性机制的理解不与肿瘤微环境的干扰一种非侵入性的方法。这和不使用这种方法的治疗有反应的动物的识别是通过S的增强验证uccessful肿瘤细胞注射在实验的开始。
在这里,我们使用A20.IIA-luc2细胞表现出luminoscore方法的适应性在SCL模式。然而,这种方法可以使用其它细胞系,只要它们表达荧光素酶,或适用于任何其他肿瘤模型中的T细胞研究(肿瘤特异性细胞毒性T细胞,调节性T细胞等 )的情况下。在罕见疾病的基因治疗的上下文中的体内基因转移的监视也可以使用luminoscore方法完成。
最后的数据显示,基于生物发光luminoscore方法能够比较实验之间,提供了灵活性和适应性,具体的实验需要,是无创纵向临床前研究的有用工具。
The authors have nothing to disclose.
我们感谢科德利埃俱乐部研究中心(CEF,巴黎,法国),Genethon(埃夫里,法国) 和Genopole(CERFE,埃夫里,法国)的动物设施。我们感谢乔·安·卡恩对她的手稿仔细阅读。这项研究是由研究所国家德拉桑特的Et德拉Rechercher MEDICALE,巴黎第五大学,皮埃尔与玛丽·居里大学,协会倒拉RECHERCHE癌症中心,突尼斯方向兴业德拉RECHERCHE科学研究,法突尼斯CMCU支持项目,ThématiquesIncitatives德Genopole(ATIGE)的资金操作。 JC是由生命科学学院博士生前沿,并通过从INCA(国立研究所杜癌症)的奖学金支持。 RBA是从DGRS-INSERM和CMCU助学金获得者。 SD从国家研究所杜癌症获得了资助。
CpG 1826 | Invivogen | Sequence: 5_-TCCATGACGTTCCTGACGTT Catalog number: tlrl-1826 |
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ODN 1826 control | Invivogen | Sequence: 5_-TCCATGAGCTTCCTGAGCTT Catalog number: tlrl-1826c |
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D-luciferin potassium salt | Interchim | Catalog number: FP-M1224D | |
Ketamin | Virbac, France | ||
Xylazin | Bayer Healthcare | Rompun 2% | |
A20.IIA-luc2 cell line | A20.IIA transfected with pGL4.50[luc2/CMV/hygro]7 (Promega E1310) |
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Mice | Balb/cByj | Six-weeks old females from Charles River | |
IVIS lumina Biolumienscence imager | Perkin Elmer | ||
Living Image software | Perkin Elmer | Used for measuring photon flux on images and drawing ROIs | |
R software (opensource) | R-project | Used for statistic tests | |
Hamilton Precision Serynge 10µL | Hamilton | Product number 7642-01100 | |
Eye ointment | Lacrinorm | ||
Dissecting microscope | ZEISS | Stemi 305 |