Bu makale, insana özgü bir anti-CD19 monoklonal antikorun radyo-etiketlenmesi için metodolojiyi ve bunun in vivo PET görüntüleme, ex vivo gama sayımı ve otoradyografi yaklaşımlarını kullanarak bir fare multipl skleroz modelinin periferik dokularındaki B hücrelerini ölçmek için nasıl kullanılacağını detaylandırmaktadır.
Multipl skleroz (MS), genç erişkinleri etkileyen en yaygın demiyelinizan merkezi sinir sistemi (MSS) hastalığıdır ve genellikle hastalık ilerledikçe nörolojik defisitlere ve sakatlığa neden olur. B lenfositleri MS patolojisinde karmaşık ve kritik bir rol oynar ve klinik çalışmalarda çeşitli terapötiklerin hedefidir. Şu anda, spesifik anti-B hücre tedavileri için hastaları doğru bir şekilde seçmenin veya bu tedavilerin CNS ve periferik organlardaki B hücre yükü üzerindeki etkilerini invaziv olmayan bir şekilde ölçmenin bir yolu yoktur. Pozitron emisyon tomografisi (PET) görüntüleme, canlı deneklerde B hücrelerinin in vivo uzay-zamansal dağılımı ve yükü hakkında oldukça spesifik, nicel bilgi sağlama konusunda muazzam bir potansiyele sahiptir.
Bu makale, insan rekombinant miyelin oligodendrosit glikoprotein 1-125 ile indüklenen MS’in iyi kurulmuş bir B hücresi güdümlü fare modelinde, deneysel otoimmün ensefalomiyelit (EAE) insan CD19+ B hücrelerine özgü bir PET izleyiciyi sentezleme ve kullanma yöntemlerini bildirmektedir. Burada açıklananlar, in vivo PET görüntüleme kullanılarak beyin ve omurilikteki CD19+ B hücrelerini tespit etmek ve ölçmek için optimize edilmiş tekniklerdir. Ek olarak, bu makale, kemik iliği, omurilik ve dalak dahil olmak üzere hastalıkla ilgili organların ex vivo gama sayımı için kolaylaştırılmış yöntemleri ve CNS dokularında CD19 izleyici bağlanmasının yüksek çözünürlüklü otoradyografisini bildirmektedir.
MS, bağışıklık aracılı nörolojik bir bozukluktur; Her hastadaki benzersiz sunum, hem hastalar hem de klinisyenler için yönetimi zorlaştırabilir1. Hastalığın kendisi, beyinde ve omurilikte demiyelinizan lezyonların ve immün hücre infiltrasyonunun varlığı ile karakterizedir, bu da fiziksel ve bilişsel bozulmaya neden olur2. MS’in T hücresi aracılı bir hastalık olduğu geleneksel paradigma, ilk olarak, B hücrelerinin CD20 + alt kümesini hedef alan bir tedavi olan rituksimab3’ün dönüm noktası niteliğindeki bir faz II klinik çalışmasında sorgulandı. O zamandan beri, hem tanısal hem de terapötik olarak avantajlı olabilen, daha geniş bir B hücresi aralığında eksprese edilen bir pan B hücresi biyobelirteci olan CD194’ü hedefleyen ek B hücre tedavileri geliştirilmiştir. Ayrıca, tedavi etkinliğini değerlendirmek için mevcut yöntemler (yani, nüks sayısının ve manyetik rezonans görüntüleme [MRI] aktivitesinin izlenmesi) erken yanıt ölçümlerini sağlamaz – bu nedenle hastaları yetersiz tedavi seçimi ve optimizasyonu nedeniyle önemli CNS hasarı riskine sokar. Bu nedenle, MS hastalarının CNS ve çevresinde CD19 + B hücreleri gibi spesifik bağışıklık hücrelerini gerçek zamanlı olarak izlemek için stratejilere kritik bir ihtiyaç vardır.
PET görüntüleme, CD19 gibi belirli bir ilgilenilen hedefin in vivo, tüm vücut görselleştirmesine izin veren sağlam bir görüntüleme tekniğidir. Kan alımları, nüks oranlarının kayıtları ve MRI yoluyla lezyon izleme, tedavi etkinliğine ilişkin anlık görüntüler sağlarken, PET görüntüleme, araştırmacıların ve klinisyenlerin bir tedavinin tüm vücuttaki etkinliğini izlemesine izin verebilir. Terapötik izlemeye yönelik bu proaktif yaklaşım, klinisyenlerin ilaç etkinliğini gerçek zamanlı olarak değerlendirmesine olanak tanıyarak gerektiğinde hızlı ayarlamalar yapılmasını sağlar. Hastalıkla ilişkili hücre popülasyonlarının yerinin ve yoğunluğunun izlenmesi, hastaya özgü anatomik bilgileri kullanarak şiddetin uzunlamasına değerlendirilmesine de izin verir. Bu nedenle, klinik ve klinik öncesi ortamlarda PET görüntülemenin tüm potansiyelini güvenilir bir şekilde kullanmak için tekrarlanabilir analitik yöntemler oluşturmak esastır.
Bu makale, insan rekombinant miyelin oligodendrosit glikoprotein 1-125 (MOG 1-125). Ayrıca, her ikisi de bu ve diğer nörodejeneratif modellerde sıklıkla ciddi şekilde etkilenen kritik patogenez bölgeleri olan beyin ve omurilikte radyoizleyici bağlanmasını doğru ve tekrarlanabilir bir şekilde değerlendirmek için yöntemler sunuyoruz. Bu teknikler, hastalık patolojisinde B hücrelerinin rolünün invaziv olmayan bir şekilde araştırılmasına izin verir ve MS’de anti-B hücre tedavilerinin etkinliğini değerlendirmek için klinik olarak çevrilme potansiyeline sahiptir.
Bu makalede, CD19-PET kullanılarak MS’in bir fare modelinde insan-CD19+ B hücrelerinin görüntülenmesi için kolaylaştırılmış bir yöntem açıklanmaktadır. MS’in heterojen prezentasyonu ve tedavilere farklı yanıtlar nedeniyle, klinikte yönetimi zor olabilir ve tedavi seçimi ve izlemi için yeni yaklaşımlara büyük ihtiyaç vardır. PET görüntüleme, hastalığın ilerlemesini ve B hücresini tüketen tedaviye bireysel yanıtı izlemek için güçlü bir araç olarak hizmet edebilir. MS’e ek olarak, CD19-PET görüntüleme, lenfoma ve lösemi alt tiplerinde veya diğer B hücresi aracılı hastalıklarda tedaviden sonra B hücresi tükenmesini izlemek için kullanılabilir. Bu protokol ve temsili veriler, nörolojik hastalıklarda B hücrelerinin görüntülenmesinin faydasını göstermektedir.
İnsan CD19+ B hücrelerini MS bağlamında incelemek için, B hücresine bağımlı MOG1-125 EAE model7’yi seçtik. Diğer EAE modellerine benzer şekilde, bu model ilerleyici paralizi ve immün hücrelerin CNS’ye infiltrasyonu semptomları ile kendini gösterir. Bununla birlikte, MOG1-125 modeli, B hücresi güdümlü bir model olması bakımından benzersizdir: fareler, meninksler, beyin sapı, parankim ve ventriküllerdeki subaraknoid boşlukta değişen sayıda B hücresi içerir. Bu lenfositler, bu bölgeler boyunca seyrek olarak dağılabilir ve/veya MS8,9’lu insanlarda da gözlenen folikül benzeri yapılar oluşturabilir. Saf farelerin kontrol olarak kullanılmasına ek olarak, tam bir Freund’un adjuvanı (CFA) sadece indüksiyon kiti kullanılabilir (yani, MOG proteini olmayan EAE farelerine verilenle aynı indüksiyon emülsiyonu). EAE fare modelinde, kan beyin bariyeri (BBB) işlevsizdir ve antikorlar gibi daha büyük varlıkların geçmesine izin verir. CD19-mAb radyoizleyici, yalnızca B hücreleri mevcutsa bağlanır ve CNS’de kalır; B hücreleri yoksa izleyici kan havuzuna geri dönecektir. Bunu, dokulardaki radyoaktivite düzeylerini ölçmeden önce perfüze ederek CNS dokularının gama sayımı ve ex vivo otoradyografisini kullanarak gösterdik. Bunu, CNS 1,2’deki B hücrelerini tespit etmek için mAb tabanlı PET radyoizleyicilerin (yani, immünoPET görüntüleme yaklaşımları) kullanımını bildiren daha önceki yayınlarda da gösterdik.
DOTA şelatörü, bakır-64 işaretli peptitler ve antikorlar ile klinik PET görüntülemede kullanıldığı için kullanıldı ve hCD19-mAb’yi MS hastalarının klinik görüntülemesi için çevirmeyi amaçlıyoruz. DOTA, in vivo olarak bakır-64’e yeterli bağlanma afinitesine sahiptir. İn vivo stabilite çok önemlidir çünkü serbest 64Cu karaciğere gider ve bağlı radyoizleyicinin sinyalini gizleyebilir; Bu nedenle, diğer organlara kıyasla bağıl sinyali hesaplamak için karaciğerdeki sinyali ölçmek önemlidir. Kas tipik olarak bir kontrol dokusu olarak alınır, ancak EAE durumunda kaslarda iltihaplanma olabilir. 64Cu’nun yarı ömrü 12.7 saattir, bu da sinyalin PET ile ölçülebilmesini sağlarken DOTA-hCD19-mAb’ın hedefine bağlanması için yeterli zaman sağlar. Konjugatı hazırlarken, istenen DOTA/mAb oranını üretmek için mAb’ye eklenecek DOTA miktarını belirlemek için küçük ölçekli (75-125 μg) test reaksiyonları gerçekleştirilmelidir (örneğin, mol mAb başına 6-10 kat fazla DOTA-NHS-ester reaksiyonu 1-2 DOTA/mAb’lik bir konjugat). Reaksiyon süresi ve sıcaklığı (örneğin, 2-4 saat veya gece boyunca 4 °C veya oda sıcaklığında) da DOTA/mAb oranını etkiler ve optimize edilmelidir. mAb başına DOTA sayısını hesaplamak için radyoaktif olmayan bakır ile bir titrasyon gerçekleştirilebilir; ancak, daha güvenilir ve doğru sonuçlar için MALDI-MS ve/veya LC-MS yapmanızı öneririz.
Hesaplanan DOTA/mAb oranı, belirli bir numune için ortalama bir değerdir ve bazı farklılıklar beklenir. MALDI için, konjuge ve konjuge olmayan mAb’ler için numune başına birkaç çekim yapılır. Daha sonra ortalama DOTA/mAb sayısını belirlemek için konjuge ve konjuge olmayan oranını hesaplıyoruz. DOTA/mAb oranı önemlidir çünkü çok fazla şelatör antikor bağlanmasını bozar ve çok azı tutarsız radyoetiketlemeye ve düşük sinyale yol açar. Tutarlı sinyal yoğunluğunu ve bağlanma kinetiğini korumak için oran, eşlenik partileri arasında çok yakın olmalıdır; İdeal olarak, belirli bir çalışmadaki tüm deneyler için aynı eşlenik parti kullanılmalıdır. Olası aşırı konjugasyona bağlı immünoreaktivite üzerindeki potansiyel etkileri azaltmak için umut verici bir teknik, bölgeye özgü konjugasyon10’u kullanmaktır, bu sayede şelatör konjugasyonu antikorun ağır zincirli glikanları üzerinde bölge seçicidir, böylece mAb başına 1 şelatör ilavesini garanti eder.
Diğer koşulların yanı sıra antikor, DOTA/mAb oranı ve 64Cu molar aktivitedeki farklılıklar radyo-etiketlemeyi etkileyeceğinden, radyoetiketleme reaksiyon koşulları en yüksek etiketleme verimliliğini ve verimini sağlamak için optimize edilmelidir. Optimum 64Cu / mAb eşlenik oranının kullanılması, radyoizleyicinin saflaştırılmadan kullanılmasına izin vererek, yerçekimi akış kolonu ve radyoaktif bozunma nedeniyle radyo-etiketleme ve kayıp için gereken süreyi azaltabilir. Aynı 64Cu / mAb konjugat oranı kullanıldığında tutarlı ve güvenilir bir molar aktivite de elde edilebilir, bu özellikle birden fazla fare kohortu veya görüntüleme çalışmaları arasındaki sonuçları karşılaştırırken önemlidir. ITLC koşulları da her kullanıcıya uyacak şekilde değiştirilebilir. Saflaştırma gerekliyse, molar aktivitenin hesaplanabilmesi için HPLC ve/veya UV/Vis spektrofotometrisi için bir alikot kaydedilmelidir.
Görüntüleme için radyoaktif işaretli antikorların kullanılmasının zor olabileceğini unutmamak önemlidir. Radyoizleyici için kullanılan antikorun fizyolojik bir etkiye sahip olmaması için biyolojik olarak inert olması esastır. Ayrıca, antikorlar uzun bir kan ikametgahına sahip olduklarından, görüntü kalitesinden ödün vermeden uygun bir sinyal-arka plan sağlamak için belirli bir mAb’nin dolaşımı, bağlanması ve temizlenmesi için yeterince uzun süre beklenmelidir. Tipik olarak 64 Cu etiketli bir mAb için 20-48 saat beklemek yeterlidir, ancak belirli bir kemirgen modelinde görüntüleme için en iyi zaman noktasını belirlemek için yeni bir mAb PET izleyiciyi değerlendirirken enjeksiyondan 2, 4, 6, 12, 24, 48 saat sonra görüntülenmelidir. Aynısı, en yüksek sinyal-arka plan oranına sahip ARG görüntülerini elde etmek için de geçerlidir. Bu protokoldeki temsili görüntüler enjeksiyondan 18-20 saat sonra alınmıştır, ancak kullanılan radyoizotopa bağlı olarak başka zaman noktaları da kullanılabilir. CD19’un farklı epitoplarına bağlanan farklı antikorlar farklı sonuçlar verecektir ve titizlikle karakterize edilmelidir.
Omurilik sinyalini analiz ederken, solunumun neden olduğu hareketi azaltmak için fareleri tarama yatağında sırt üstü konumlandırmak önemlidir. Ek olarak, sırtüstü yerleştirme, EAE hastalığının ilerlemesi nedeniyle omurga eğriliği artmış farelerde omurgayı düzeltmeye yardımcı olabilir. Omurga ve omurilikteki sinyali tespit etmeyi hedeflerken göz önünde bulundurulması gereken bir diğer önemli husus, MOG1-125’in yan tarafa enjekte edilmesinden kaçınmaktır, çünkü enjeksiyon bölgeleri bu bölgelerdeki ilişkili bağışıklık tepkisi nedeniyle izleyiciyi bağlayabilir. Enjeksiyon bölgesinin yakınlığı omurilik analizini etkileyebilir; Bu nedenle, burada açıklanan uygulama için göğüste enjeksiyonlar tercih edilir.
Kullanılan görüntü analiz teknikleri CNS görüntülemeye özgüdür. Görüntü analiz yazılımı içindeki bir beyin atlası aracı, PET ve CT kaydı doğru olduğu sürece tekrarlanabilir ve güvenilir sonuçlar verir. Yarı otomatik 3D beyin atlasını kullanmak ve her farenin kafatasına uyacak şekilde ayarlamak, hayvanlar arasında tutarlı yatırım getirisi sağlar. Şu anda omuriliklerdeki sinyali analiz etmek için otomatik veya yarı otomatik bir yaklaşım olmadığından, manuel ROI’ler çizilmelidir. Özellikle, CD19 + B hücrelerini (veya hem kemik iliğinde hem de omurilikte bulunan herhangi bir hücre tipini) ölçerken, omurga ve kemik iliğinden kaynaklanan sinyali mümkün olduğunca ortadan kaldırmak çok önemlidir. Bunun nedeni, saf farelerin kemik iliğinde, B hücrelerinin CNS 5,11’e sızmak için çevreyi terk ettiği EAE farelerinden daha fazla CD19 + B hücresi içerdiğinin bilinmesidir. Bu kemik iliği sinyali, omurilikteki gerçek sinyali gizleyebilir.
Omurga ve kemik iliğinden gelen sinyalin katkısını en aza indirirken gerçek omurilik sinyalini tanımlamak için, BT görüntüsünün Otsu eşiklemesi, omurga için değişmez bir ROI oluşturmak için kullanılabilir. Ayrı bir omurilik ROI’si daha sonra omurga içinde kolayca çizilebilir. Aynı teknik, uyluk kemiğindeki kemik iliğini ölçmek için de uygulanabilir. Bu, omurilikteki izleyici bağlanması hakkında bilgi edinmek için çok yararlı bir yöntemdir. Bununla birlikte, PET’in nispeten düşük uzamsal çözünürlüğü ve farelerin küçük anatomik bölgelerini tararken kısmi hacim etkisi ile ilgili sorunlar nedeniyle, ek ex vivo doğrulayıcı tekniklerin (örneğin, gama sayımı, ARG) kullanılması, omurilikte kan, beyin omurilik sıvısı veya omurgadan yayılma sinyali olmadan radyoizleyici bağlanmasının doğrulanmasını sağlar.
Servikal / torasik omurilikteki sinyal, EAE farelerinde hastalığın ciddiyetine ve adaptif immün yanıt sırasında kaç B hücresinin sızdığına bağlı olarak değişme eğilimindedir. Saf farelerin pelvik / spinal kemik iliğindekilere kıyasla CNS’deki az miktarda B hücresinin yanı sıra sızan B hücrelerinin sayısındaki bu varyasyon, farelerde omurilik dokusunun in vivo kantitasyonunu zorlaştırabilir. Küçük hayvan görüntülemede PET’in uzamsal çözünürlüğü göz önüne alındığında, kemik iliğinden gelen sinyal omurilik sinyaline yayılabilir. Burada tamamlanan ex vivo biyodağılım ve otoradyografi, omurların omurilik dokusuna karşı PET sinyalinin doğrulanmasına yardımcı olur. Fareler, kan havuzundaki herhangi bir bağlanmamış izleyiciyi çıkarmak için diseksiyondan önce perfüze edilir, böylece gama sayımı ve otoradyografi sonuçları, o organdaki kan havuzundaki izleyiciden ziyade her organda gerçekten bağlı olan izleyiciyi yansıtır.
Radyoizleyiciler kanda dolaşır ve antikor izleyicileri ile, özellikle, ilk enjeksiyondan sonra haftalarca kanda genellikle bağlanmamış radyoizleyici bulunur. Birçok kan damarına sahip olan beyni ve omuriliği görüntülediğimiz için, sinyalin hangi kısmının gerçekten kan havuzunda bulunana karşı ilgilenilen beyin/dokudaki izleyici bağlanmasından kaynaklandığını anlamak önemlidir. Bu nedenle beyin sinyalini kalp/kan havuzundaki sinyale bölmek gerekir. Klinik ortamda, omurların Otsu eşiklemesi ve omurilik dokularının ROI’leri ile aynı görüntü analiz teknikleri miktar tayini için kullanılabilir. İnsanlarda farelere kıyasla daha büyük doku hacimleri göz önüne alındığında, kısmi hacim etkilerinden önemli ölçüde daha az etki olmalıdır, bu da doğruluğun artmasına ve in vivo bulguları doğrulamak için ex vivo tekniklere olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Klinikte PET kullanımı, klinisyenlerin bireysel B hücresi yüküne bağlı olarak her hasta için tedaviyi kişiselleştirmesine olanak tanıyacaktır.
ARG, beyin sapı ve beyincik gibi küçük bölgelerde izleyici bağlanmanın uzamsal konumunun daha doğru bir şekilde tanımlanmasını sağlamak için yüksek çözünürlüklü görüntüler elde etmek için özellikle yararlıdır. Aynı kesitler ve/veya bitişik kesitler, B hücrelerinin varlığını doğrulamak için immünohistokimyasal boyalar için kaydedilebilir. Daha önce CNS dokularını CD45R/B220 (Ek Şekil S1) ile boyayarak B hücrelerinin sayısını PET ve ARG sinyali 5,9 ile ilişkilendirmiştik. Boyama daha sonra radyoizleyici sinyalinin boyama modeliyle eşleştiğini doğrulamak için ARG sonuçlarıyla uzamsal olarak karşılaştırılabilir. B hücreleri, beyin sapı boyunca kümeler halinde veya yaygın olarak bulunabilir; PET duyarlılığı, sinyali ölçmek için yeterince yüksektir, bu da klinik çeviri için cesaret vericidir. Omurilik ARG için, omuriliğin omurlardan çıkarılması, ölçülen sinyalin kemik iliği ve/veya kandan ziyade omurilik dokusundaki izleyici bağlanmasından kaynaklanmasını sağlar ve bu da kısmi hacim etkileri nedeniyle PET görüntülerini gizleyebilir.
ARG’ye benzer şekilde, ex vivo gama sayımı, tek tek organlarda radyoaktif sinyalin ölçülmesini sağlar. Bu özel teknik için, tüpleri gama sayacına yerleştirmeden önce dokuların ıslak ağırlığını ölçmek ve ilgili tüplerinin dibinde olduklarından emin olmak önemlidir. Tüpler, doğru tüpün kullanılması için fare numarası ve dokusu ile etiketlenmelidir; Tüp daha sonra kalibre edilmiş bir terazide tartılır ve organlar bir mikrogramın en yakın onda birine (0.0001 mg) yerleştirilir. Bazı dokular son derece küçüktür ve öncesi ve sonrası tüp kütlesindeki fark 0.0001 mg mertebesinde olacaktır. Nem kaybını önlemek için dokular diseksiyondan hemen sonra tartılmalıdır, bu da daha düşük bir kütle ile sonuçlanır. Tartıldıktan sonra, bu dokular ARG için dondurulmadan önce kurumasını önlemek için beyin ve omurilik tüpleri PBS ile doldurulmalıdır.
The authors have nothing to disclose.
Stanford’daki SCi3 küçük hayvan görüntüleme tesisinden ve PET/CT ile ilgili teknik yardımı için Dr. Frezghi Habte’den destek için minnettarız. LC-MS, Stanford Üniversitesi Kütle Spektrometresi (SUMS) çekirdek tesisindeki çekirdek personel tarafından gerçekleştirilir ve bu hizmeti sağlayan personele teşekkür ederiz. Horizon Therapeutics’e hCD19-mAb’ı çok nazik bir şekilde sağladığı için ve özellikle Jodi Karnell’e teknik rehberliği ve desteği için teşekkür ederiz. Bu çalışma NIH NINDS (1 R01 NS114220-01A1) tarafından finanse edilmiştir.
0.5 mL 50 kDa MWCO Centrifugal filter | MiliporeSigma | UFC505008 | centrifugal filter |
64Cu-CuCl3 | Washington University in St. Louis; University of Wisonsin, Madison; or another vendor | ||
AR-2000 Radio-TLC Imaging Scanner | Eckert & Ziegler | AR-2000 | |
Autoradiography cassette | Cole Palmer | EW-21700-34 | Aluminum, 8" x 10" |
Autoradiography film | GE Life Sciences | 28-9564-78 | Storage Phosphor Screen BAS-IP SR 2025 E Super Resolution, 20 x 25 cm, screen only |
Butterfly Needle Catheter | SAI Infusion Technologies | BLF-24 | |
DOTA-NHS-ester | Macrocyclics | B-280 | |
EAE Induction Kit | Hooke Laboratories | EK-2160 | |
Geiger Counter | Ludlum | 14C | |
GNEXT PET/CT Scanner | Sofie | GNEXT | |
Hidex Automatic Gamma Counter | Hidex | AMG | |
HPLC Column | Phenomenex | 00H-2146-K0 | 5 μm SEC-s3000 400 Å, 300 x 7.8 mm |
Illustra NAP-5 column | Cytiva | 17085301 | DNA gravity column |
Image J | NIH | ARG analysis software | |
Low Protein Binding Collection Tubes (1.5 mL) | Thermo Scientific | PI90410 | |
NanoDrop Lite Spectrophotometer | Thermo Scientific | 840281400 | UV-Vis micro/nano-spectrophotometer |
PCR tubes 0.2 mL, for DNA grade | Eppendorf | 30124707 | |
Typhoon phosphor imager 9410 | GE Healthcare | 8149-30-9410 | |
VivoQuant | Invicro | Version 4 Patch 3 | PET Analysis Software; must purchase brain atlas add-on |
Zeba Spin Desalting Columns, 7K MWCO, 0.5 mL | Thermo Scientific | PI89882 | Desalting column |