Analyse van ¹⁸FDG-PET/CT Imaging als een hulpmiddel voor studeren Mycobacterium tuberculosis infectie en behandeling in niet-menselijke primaten

Mycobacterium tuberculosis mens voor millennia heeft geteisterd en veroorzaakt meer sterfte dan alle andere enkele besmettelijke agentia in de wereld vandaag. In 2015 waren er 10,5 miljoen gemelde nieuwe gevallen van tuberculose (TB) wereldwijd¹ met de meerderheid van de gevallen afkomstig uit India, Indonesië, China, Nigeria, Pakistan en Zuid-Afrika. Raming plaats de globale dodentol van TB aan 1,4 miljoen mensen in die periode. Deze waarde is bijna 25% lager is dan het sterftecijfer 100 jaar geleden. Hoewel gevoelige TB drug behandelbaar is, het regime is lang vereisen meerdere medicijnen en compliance is een bron van zorg. De opkomst van multi-resistente (MDR) stammen verantwoord ~ 580,000 van de nieuwe TB gevallen in 2015. Het tarief van de succesvolle behandeling van patiënten met MDR stammen van M. tuberculosis wordt alleen geschat op ongeveer 50%. Nog meer verontrustend is de opkomst van uitgebreid (XDR) resistentie van M. tuberculosis, die resistent zijn tegen bijna elke beschikbare drug. Dus zijn nieuwe technieken nodig binnen het onderzoeksveld TB die verbeteren de mogelijkheid voor de diagnose van TB, de immunologische begrip van het ziekteproces te vergroten, en zorgen voor de screening van nieuwe behandelingen en preventiestrategieën met inbegrip van antibioticum regimes en vaccin werkzaamheid studies.

M. tuberculosis is een aërobe zuurvaste bacillus die fysiek wordt gekenmerkt door zijn zeer complexe buitenste celwand en kinetiek van de trage groei. Infectie treedt in het algemeen op inademing van individuele bacteriën bevatte in aërosol druppeltjes die een symptomatisch, besmette persoon zijn uitgezet bij hoesten, niezen of zingen. Van de blootgestelde personen die infectie ontwikkelen, ontwikkelen slechts 5-10% van de mensen actieve klinische TB. De resterende 90% hebben een wisselende spectrum van asymptomatische infecties die varieert van subklinische infectie tot geen ziekte helemaal niet, die allemaal klinisch is geclassificeerd als latente TB infectie (LTBI)^2,3. Van de bevolking dat deze asymptomatische infectie heeft, zal ongeveer 10% actieve TB ontwikkelen door reactivering van de ingeperkte infectie in hun leven. Het risico van reactivering drastisch verhoogt als een persoon met asymptomatische infectie contracten HIV of behandeling met een immunosuppressieve drug, zoals TNF remmers^4,5,6ondergaat. Actieve TB ziekte ook presenteert als een spectrum, bij de meeste mensen hebben pulmonaire TB, die de longen en lymfklieren thoracale treft. M. tuberculosis kan echter orgel, infecteren, zodat de infectie kan ook aanwezig in Extrapulmonale sites van betrokkenheid.

De pathologische kenmerk van M. tuberculosis infectie is een georganiseerde bolvormige structuur van cellen van de gastheer, genaamd de granuloma. Macrofagen, T-cellen en B-cellen zijn belangrijke onderdelen van de granuloma, met een variabel aantal neutrofielen⁷. Het centrum van de granuloma is vaak necrotische. Dus, granulomas fungeren als een immuun communicatie om te doden of bevatten de bacillen, voorkomen van verspreiding naar andere delen van de longen. M. tuberculosis kan echter ondermijnen doden door de granuloma en binnen deze structuren aanhouden voor decennia. Consistente en regelmatige monitoring van de ontwikkeling van actieve TB ziekte na nieuwe infectie of reactivering van LTBI is onpraktisch, wetenschappelijk uitdagende en tijdrovend. Technieken die in de lengterichting, bestuderen van deze processen in mens en mens-achtig diermodellen, zijn uiterst nuttig voor de wetenschappelijke gemeenschap in het bevorderen van het inzicht in de vele complexiteit van M. tuberculosis infectie en ziekte.

PET/CT is een uiterst nuttig beeldvormende techniek die heeft gewerkt aan het bestuderen van een breed scala aan ziekte staten in mens en diermodellen⁸. Het huisdier is een functionele techniek die radioactieve stoffen positron-emitting als verslaggever gebruikt. Deze radio-isotopen zijn meestal matiemaatschappij naar een metabole compound, zoals glucose, of van een gerichte groep die is ontworpen om te binden aan een receptor van belang. Aangezien de straling van PET isotopen krachtig genoeg om te penetreren weefsel is, zeer lage concentraties inzetbaar waardoor voor studie onder het niveau van de verzadiging in de receptor-targeting verbindingen en met een laag genoeg concentratie hebben geen invloed op de stofwisseling processen bij het gebruik van agenten zoals 2-deoxy – 2-(¹⁸F) Fluoro-D-glucose (FDG). CT is een driedimensionale röntgenfoto beeldvormende techniek die gebruikmaakt van verschillende niveaus van x-ray demping te identificeren van de fysieke kenmerken van de organen binnen het lichaam⁹. Wanneer in paren gerangschikt met wordt PET, CT gebruikt als een kaart om te bepalen van specifieke locaties en structuren die de opname van een PET radiotracer Toon. PET/CT is een krachtig hulpmiddel voor in vivo imaging van zowel mens en diermodellen besmet met M. tuberculosis -infectie die heeft geleid tot vele belangrijke inzichten in de pathogenese, reactie op medicamenteuze behandeling, ziekte spectrum, enz^{6 ,10,11,12}. Dit werk beschrijft specifieke PET/CT analytische methoden om te studeren TB in niet-menselijke primaten modellen overlangs met behulp van parameters zoals granuloma grootte, FDG opname in individuele laesies, hele Long- en lymfeklier FDG avidity en detectie van Extrapulmonale ziekte^6,10,11,12.

Dit manuscript wordt beschreven methoden van imaging analyse in niet-menselijke primaten (NHPs), specifiek cynomolgus Makaken, die worden gebruikt om de progressie van de ziekte en medicamenteuze behandeling na infectie met M. tuberculosis lengterichting te evalueren . NHPs zijn een waardevolle diermodel omdat wanneer geënt met een lage dosis van M. tuberculosis Erdman stam, dieren een grote variatie van ziekte resultaten met ~ 50 tonen % ontwikkelen van actieve Tuberculose en de resterende dieren asymptomatische infectie (d.w.z. controle van de besmetting, LTBI), die het dichtst model tot het spectrum van de klinische ziekte gezien in mens^{3,13,14,15,16}. Reactivering van LTBI in Makaken wordt geactiveerd door de dezelfde agenten die reactivering bij de mens veroorzaken, waarin van voorbeelden humaan immunodeficiëntie virus (HIV, met behulp van simian immunodeficiëntie virus (SIV) als de makaak versie van HIV), CD4 uitputting of tumor necrose factor (TNF) neutralisatie^13,16. Daarnaast presenteren Makaken pathologie die is zeer vergelijkbaar met die bij de mens, met inbegrip van de georganiseerde granulomas die vormen in de longen of andere organen¹⁷gezien. Dus, dit model heeft verstrekt belangrijke inzichten in de fundamentele gastheer-pathogeen interacties in M. tuberculose infectie, evenals de waardevolle kennis over drugs regimes en vaccins voor tuberculose^{14,18 , 19 , 20 , 21}.

PET/CT beeldvorming biedt de mogelijkheid om het uiterlijk, de distributie en de progressie van individuele granulomas volgen. Dit werk heeft FDG voornamelijk gebruikt als een sonde, die, als een analoog van glucose, in metabolisch actief gastheer cellen, zoals neutrofiele granulocyten, macrofagen en lymfocyten^{8 integreert}, die allemaal in de granulomen. Dus, is FDG een proxy voor host ontsteking. De analysemethodes gedetailleerde gebruikt hierin OsiriX, een veel gebruikte DICOM viewer beschikbaar voor aankoop en gebruik. De beschreven methoden voor de analyse van afbeelding bijhouden van de vorm, grootte en metabole activiteit (via FDG opname) van individuele granulomas na verloop van tijd en imaging gebruikt als een kaart voor het identificeren van specifieke letsels op dierlijke necropsie. Bovendien een afzonderlijke methode ontwikkeld die kwantificeert de sommatie van FDG opname in de longen boven een bepaalde drempel (SUV ≥ 2.3) en gebruikt deze waarde om te evalueren van verschillen tussen controle en experimentele groepen over studies variërend van vaccin proeven met modellen van co-infectie. Deze gegevens ondersteunen die deze algemene maatregel van FDG opname in de longen is gecorreleerd met bacteriële belasting, dus het verstrekken van informatie over de status van de ziekte. Soortgelijke analyses kunnen worden uitgevoerd op de opname van FDG thoracale lymfklieren te bestuderen van de progressie van de ziekte. Het volgende protocol beschrijft het experimentele proces van dierlijke infectie door beeldanalyse.