Nous décrivons l’imagerie optique des souris infectées par Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis) utilisant journaliste enzyme fluorescence (REF). Ce protocole facilite la détection sensible et spécifique de M. tuberculosis dans des modèles animaux précliniques pour recherche de vaccin, la thérapeutique et la pathogenèse.
Fluorescence de journaliste enzyme (REF) utilise des substrats spécifiques d’enzymes présents dans les organismes cibles d’intérêt pour l’imagerie ou détection par fluorescence ou bioluminescence. Nous utilisons un BlaC, une enzyme exprimée constitutivement par toutes les souches de M. tuberculosis . Réf permet la quantification rapide de bactéries dans les poumons des souris infectées. Le même groupe de souris peut être photographié à plusieurs points dans le temps, considérablement réduire les coûts, énumérant les bactéries plus rapidement, permettant de nouvelles observations dans les interactions hôte-pathogène et augmentant la puissance statistique, depuis plus d’animaux par groupe sont facilement maintenus . REF est extrêmement sensible en raison de la nature catalytique du reporter enzymatique BlaC et spécifique en raison du transfert d’énergie de fluorescence personnalisé résonance (FRET) ou substrats fluorogéniques utilisés. REF ne nécessite pas de souches recombinantes, assurer des interactions hôte-pathogène normal. Nous décrivons l’imagerie de M. tuberculosis infection en utilisant un substrat frette avec émission maximale à 800 nm. La longueur d’onde du substrat permet l’imagerie des tissus profonds sensibles chez les mammifères. Nous énoncerons infection aérosol de souris par M. tuberculosis, anesthésie des souris, l’administration du substrat REF et imagerie optique. Cette méthode a été appliquée avec succès à l’évaluation des interactions hôte-pathogène et l’efficacité des antibiotiques ciblant M. tuberculosis.
Le faible taux de croissance de M. tuberculosis est un obstacle majeur dans le diagnostic rapide de la tuberculose1,2,3. Alors que la culture basée diagnostic prend des semaines pour produire des résultats, frottis pour bactéries acido-résistantes a limites diagnostiques4 enfants5 et patients co-infectés par le virus de l’immunodéficience humaine6,7. Technologies d’imagerie optique ont été récemment reconnus comme une alternative aux méthodes traditionnelles de diagnostics de la tuberculose8,9. La fluorescence et la bioluminescence peuvent être utilisés pour l’image optiquement M. tuberculosis dans les animaux vivants en temps réel10,11,12,13,14, 15,16,17,18,19. Imagerie optique a l’avantage d’une évaluation rapide et précise d’une infection par M. tuberculosis20,21,22.
Nous exposons les détails pour l’imagerie optique de M. tuberculosis dans des souris vivantes à l’aide de REF. Cette méthode est très spécifique et sensible23,24 et semblable aux autres méthodes optiques, est moins cher que d’autres méthodes de la tuberculose (TB), imagerie25, y compris la tomodensitométrie (TDM)26, magnétique résonance d’imagerie (IRM)27et F-fluorodésoxyglucose TEP/CT (F-FDG TEP/CT)28. Réf utilise des substrats fluorescents ou bioluminescentes personnalisés qui, par clivage par une enzyme bactérienne, produire un produit fluorescent8,29. Par conséquent, il a l’avantage de ne pas nécessiter un journaliste mycobactérienne recombinant strain30,31. Le substrat de la frette décrit se compose d’un fluorochrome et un extincteur relié par une β-lactame qui est hydrolysé par BlaC (β-lactamase), naturellement exprimée constitutivement par la tuberculose-complexe Mycobacterium8, 32. les bactéries générer directement des signaux en raison de l’activité catalytique REF qui permet l’amplification par plusieurs ordres de grandeur et de sensibilité de détection de M. tuberculosis.
Le substrat REF utilisé dans cette étude a pénétration tissulaire excellente dans les animaux vivants et réduit à fond en raison de sa longueur d’onde. Avec ce substrat de longueur d’onde, il est possible d’atteindre un seuil de détection de M. tuberculosis de près de 100 colonies formant des unités (UFC) in vitro et < 1000 UFC dans les poumons de souris in vivo (animaux)8, 33. Réf peut servir comme outil de diagnostic pour crachat, matériaux cliniques et même directement chez les patients avec micro systèmes endoscopiques16,32,33,34 due à sa grande sensibilité et spécificité. REF peut être appliqué à n’importe quelle contrainte clinique de la tuberculose, car il utilise une enzyme bactérienne produite naturellement, BlaC, pour détection présente chez toutes les souches. Ces caractéristiques font de REF pour faciliter la thérapeutique d’imagerie en général un outil précieux dans la recherche préclinique de la tuberculose et vaccin évaluation ainsi que l’analyse de la pathogenèse, mais également en fin de compte peuvent être appliquées au diagnostic de la tuberculose patients.
Lors de l’utilisation des techniques d’imagerie, comme REF, il y a des stratégies clés qui permettent de générer des données solides et cohérentes. Imagerie optique produit une lumière diffusée dans les tissus qui peut influer sur la profondeur de pénétration, car il est difficile de capter la lumière émise dans toutes les directions. Utilisation d’un fluorophore d’infra-rouge proche (NIR) substrat Ref imagerie ayant une longueur d’onde d’excitation et d’émission dans la Querange de 700 à 900 nm facilite l’absorption minimale du signal fluorescent de tissus de mammifères. Le substrat conçu personnalisé a été construit en reliant un fluorophore NIR, IRDye 800Cw à un extincteur, IRDye QC-1, par un lactame permettant de fluorescence par résonance énergétique axée sur le transfert trempe. IRDye a pénétration tissulaire excellente et caractéristiques de diffusion de la lumière et n’a pas de tout effet nocif évident sur mammifères36, dépolluées par 24 h. Fluorescence du sang et organes signal significativement augmentations débuté 4 h après administration de substrat, atteignant maximale niveaux 6 h après l’administration.
La dose infectieuse bactérienne, le mode d’administration de la dose infectieuse et le substrat ainsi que des moments d’imagerie après l’infection en effectuant des études pilotes devraient être normalisés avant d’entreprendre des expériences importantes et complexes. Études pilotes peuvent réduire considérablement les délais et les coûts lorsqu’un grand nombre d’animaux d’imagerie parce qu’une procédure standard peut être optimisée avant de faire l’expérience clé. Charge bactérienne doit être déterminée dans les organes/tissus d’intérêt suite à l’imagerie corps entier à l’aide de trans-illumination et ex vivo l’imagerie pulmonaire utilisant des épi-illumination pour valider la source du signal et de déterminer la qualité de la corrélation avec le nombre de bactéries présentes8. Études pilotes permettra de mieux comprendre dans le seuil de détection, de la plage dynamique de la technique ou de déterminer les conditions expérimentales optimales pour l’imagerie.
Les principaux avantages de l’utilisation de REF imagerie comme par rapport à d’autres stratégies fluorescents et bioluminescents sont sa haute sensibilité et sa capacité de représenter naturel M. tuberculosis souches. Réf d’imagerie utilise l’enzyme catalytiquement robuste BlaC qui est conservée dans tous les isolats cliniques de M. tuberculosis et des souches du complexe tuberculosis. La grande sensibilité de REF imagerie est due au taux rapid catalytique de BlaC en combinaison avec la rétention du produit fluorescent clivé par la cellule hôte. Signal en continu augmente aussi longtemps que le substrat est disponible, ce qui entraîne une accumulation presque illimitée de niveau du signal dans les cellules infectées et les tissus. Cette sensibilité accrue de REF imagerie par rapport aux autres approches d’imagerie permet de détection spécifique de M. tuberculosis les deux in vitro et in vivo,8,23,24, 29.
Réf d’imagerie peut être utilisé pour la détection bactérienne sans modifications génétiques permettant son application directe sur n’importe quel modèle d’infection, ou l’autre laboratoire animaux8,37 ou le matériel clinique humain29,38 . REF peut être utilisé pour détecter et un large éventail d’agents pathogènes39,40, l’image étant donné que les substrats fluorogéniques peuvent élaborer de nombreuses cibles enzymatiques autres que BlaC comme les protéases, kinases, ureases et β-galactosidases. Mais attention il faudrait réfléchir à la cible afin de s’assurer il affiche des caractéristiques optimales pour l’imagerie. BlaC représente une enzyme bon modèle pour les caractéristiques qui assurera l’application réussie de cette stratégie. Réf d’imagerie fournit une lecture immédiate sur la charge bactérienne présente dans les poumons lors d’infections, qui accélère grandement des progrès dans l’étude de la pathogenèse de la tuberculose, étant donné que la détermination du nombre de bactéries exige normalement de trois à six semaines, mais même dans les plus les organismes en croissance rapide, cette approche permettra d’économiser beaucoup de temps. REF pourrait également servir à discriminer des carcinomes de la tuberculose, un problème majeur dans le diagnostic des lésions nodulaires dans les patients41,,42. REF est un nouvel outil pour accélérer l’imagerie de la tuberculose translationnelle et peut même être appliqué aux humains, permettant potentiellement prédiction rapide des résultats thérapeutiques.
Isoflurane | VETONE | 501027 | |
CNIR800 | Custom synthesized | ||
Fatal Plus solution | Vortech Pharmaceutical Ls, Ltd | ||
7H9 Middlebrook broth | BD | 271310 | |
OADC Middlebrook enrichment | BD | 212351 | |
Sporcidin | RE-1284F | ||
7H11 Middlebrook Agar | BD | 212203 | |
Madison Chamber | |||
IVIS Spectrum | Perkin Elmer | 124262 | |
XGI-8-gas Anesthesia System | Perkin Elmer | ||
Living Imaging software | Perkin Elmer | ||
Transparent nose cones | Perkin Elmer | ||
M. tuberculosis strain CDC1551 | ATCC | ||
Female BALB/C mice, 5-7 weeks | Jackson Laboratory |