Este artigo detalha a metodologia para radiomarcação de um anticorpo monoclonal anti-CD19 humano-específico e como usá-lo para quantificar células B no sistema nervoso central e tecidos periféricos de um modelo de esclerose múltipla em camundongos usando imagens PET in vivo, contagem gama ex vivo e abordagens de autorradiografia.
A esclerose múltipla (EM) é a doença desmielinizante mais comum do sistema nervoso central (SNC) que afeta adultos jovens, muitas vezes resultando em déficits neurológicos e incapacidade à medida que a doença progride. Os linfócitos B desempenham um papel complexo e crítico na patologia da EM e são alvo de várias terapêuticas em ensaios clínicos. Atualmente, não há como selecionar com precisão os pacientes para terapias específicas com células B ou quantificar de forma não invasiva os efeitos desses tratamentos sobre a carga de células B no SNC e órgãos periféricos. A tomografia por emissão de pósitrons (PET) tem um enorme potencial para fornecer informações quantitativas altamente específicas sobre a distribuição espaço-temporal in vivo e a carga de células B em indivíduos vivos.
Este trabalho relata métodos para sintetizar e empregar um traçador PET específico para células B CD19+ humanas em um modelo bem estabelecido de MS em camundongos conduzido por células B, a encefalomielite autoimune experimental (EAE), que é induzida com glicoproteína humana recombinante de oligodendrócitos 1-125. Aqui são descritas técnicas otimizadas para detectar e quantificar células B CD19+ no cérebro e na medula espinhal usando imagens PET in vivo . Além disso, este artigo relata métodos simplificados para contagem gama ex vivo de órgãos relevantes para a doença, incluindo medula óssea, medula espinhal e baço, juntamente com autorradiografia de alta resolução da ligação do traçador CD19 em tecidos do SNC.
A EM é um distúrbio neurológico imunomediado; A apresentação única em cada paciente pode tornar o manejo desafiador tanto para os pacientes quanto para os clínicos1. A doença em si é caracterizada pela presença de lesões desmielinizantes e infiltração de células imunes no cérebro e na medula espinhal, resultando em comprometimento físico e cognitivo2. O paradigma tradicional de que a EM é uma doença mediada por células T foi desafiado pela primeira vez em um ensaio clínico de fase II de rituximabe3, uma terapia direcionada ao subconjunto CD20+ de células B. Desde então, foram desenvolvidas terapias adicionais com células B que têm como alvo CD194, um biomarcador de células B pan-B que é expresso em uma gama mais ampla de células B, o que pode ser diagnóstico e terapeuticamente vantajoso. Além disso, os métodos existentes para avaliar a eficácia do tratamento (isto é, monitorar o número de recidivas e a atividade da ressonância magnética [RM]) não permitem medidas precoces de resposta, colocando os pacientes em risco significativo de danos ao SNC devido à seleção e otimização da terapia subótima. Assim, há uma necessidade crítica de estratégias para monitorar células imunes específicas, como as células B CD19+ , em tempo real no SNC e na periferia de pacientes com EM.
A imagem por PET é uma técnica de imagem robusta que permite a visualização in vivo de corpo inteiro de um determinado alvo de interesse, como CD19. Enquanto coletas de sangue, registros de taxas de recidiva e monitoramento de lesões por meio de ressonância magnética fornecem instantâneos sobre a eficácia do tratamento, a imagem PET pode permitir que pesquisadores e clínicos monitorem a eficácia de uma terapia em todo o corpo. Essa abordagem proativa para o monitoramento terapêutico permite que os médicos avaliem a eficácia da medicação em tempo real, permitindo ajustes rápidos conforme necessário. O monitoramento da localização e densidade das populações celulares associadas à doença também permite a avaliação longitudinal da gravidade usando informações anatômicas específicas do paciente. Portanto, é essencial estabelecer métodos analíticos reprodutíveis para utilizar de forma confiável todo o potencial da imagem por PET em ambientes clínicos e pré-clínicos.
Este trabalho descreve métodos (Figura 1) para realizar imagens de PET, contagem gama ex vivo e autorradiografia (ARG) de células B CD19+ com um anticorpo monoclonal (mAb) anti-humano CD19 marcado com 64, conhecido como 16C4-TM (64-hCD19-mAb), no modelo experimental de encefalomielite autoimune (EAE) de MS induzida em camundongos transgênicos expressando CD19 humano (hCD19) usando a glicoproteína 1-125 de oligodendrócitos de mielina recombinante humana (MOG1-125). Também fornecemos métodos para avaliar a ligação do radiotraçador de forma precisa e reprodutível no cérebro e na medula espinhal, ambos locais críticos de patogênese frequentemente gravemente afetados neste e em outros modelos neurodegenerativos. Essas técnicas permitem a investigação não invasiva do papel das células B na patologia da doença e têm o potencial de serem traduzidas clinicamente para avaliar a eficácia de terapias anti-células B na EM.
Este artigo descreve um método simplificado para obtenção de imagens de células B CD19+ humanas em um modelo de EM em camundongos usando CD19-PET. Devido à apresentação heterogênea da EM e às diferentes respostas aos tratamentos, seu manejo na clínica pode ser desafiador e novas abordagens para seleção e monitoramento terapêutico são extremamente necessárias. A imagem por PET pode servir como uma ferramenta poderosa para monitorar a progressão da doença e a resposta individual à terapia de depleção de células B. Além da SM, a imagem por PET-CD19 pode ser usada para monitorar a depleção de células B após o tratamento em subtipos de linfomas e leucemia ou outras doenças mediadas por células B. Este protocolo e dados representativos mostram a utilidade da imagem de células B em doenças neurológicas.
Para estudar células B CD19+ humanas no contexto da EM, escolhemos o modelo MOG1-125 EAE dependente de células B7. Semelhante a outros modelos de EAE, esse modelo apresenta sintomas de paralisia progressiva e infiltração de células imunes no SNC. No entanto, o modelo MOG1-125 é único por ser um modelo conduzido por células B: camundongos contêm números variados de células B no espaço subaracnóideo nas meninges, tronco cerebral, parênquima e ventrículos. Esses linfócitos podem estar esparsamente espalhados por essas regiões e/ou formar estruturas semelhantes a folículos, o que também é observado em humanos comEM8,9. Além de usar camundongos virgens como controles, um kit de indução completo somente com adjuvante de Freund (CFA) pode ser usado (ou seja, uma emulsão de indução idêntica à que é dada a camundongos EAE sem a proteína MOG). No modelo de camundongo EAE, a barreira hematoencefálica (BHE) é disfuncional e permite a passagem de entidades maiores, como anticorpos. O radiotraçador CD19-mAb só se ligará e permanecerá no SNC se as células B estiverem presentes; o traçador voltará a circular para o pool sanguíneo se as células B não estiverem presentes. Demonstramos isso usando contagem gama e autorradiografia ex vivo de tecidos do SNC por perfusão antes de medir os níveis de radioatividade nos tecidos. Também demonstramos isso em publicações anteriores relatando o uso de radiotraçadores PET baseados em mAb (ou seja, abordagens de imagem imunoPET) para detectar células B no SNC 1,2.
O quelante DOTA foi utilizado por ter sido utilizado em exames clínicos de PET com peptídeos e anticorpos marcados com cobre-64, e nosso objetivo é traduzir o hCD19-mAb para exames clínicos de imagem de pacientes com EM. O DOTA tem afinidade de ligação adequada ao cobre-64 in vivo. A estabilidade in vivo é muito importante porque 64livre vai para o fígado e pode obscurecer o sinal do radiotraçador ligado; Assim, é importante medir o sinal no fígado para calcular o sinal relativo em comparação com outros órgãos. O músculo é tipicamente tomado como um tecido de controle, mas no caso do EAE, pode haver inflamação presente nos músculos. A meia-vida de 64é de 12,7 h, o que dá tempo suficiente para o DOTA-hCD19-mAb se ligar ao seu alvo, garantindo que o sinal possa ser medido por PET. Ao preparar o conjugado, reações de teste em pequena escala (75-125 μg) devem ser realizadas para determinar a quantidade de DOTA a ser adicionada ao mAb para produzir a relação DOTA/mAb desejada (por exemplo, uma reação de 6-10 vezes o excesso de DOTA-NHS-éster por mol mAb pode fornecer um conjugado de 1-2 DOTA/mAb). O tempo de reação e a temperatura (por exemplo, 2-4 h ou durante a noite a 4 °C ou temperatura ambiente) também influenciam a relação DOTA/mAb e devem ser otimizados. Uma titulação com cobre não radioativo pode ser realizada para calcular o número de DOTAs por mAb; no entanto, recomendamos a realização de MALDI-MS e/ou LC-MS para resultados mais confiáveis e precisos.
A razão DOTA/mAb calculada é um valor médio para uma determinada amostra e alguma variação é esperada. Para MALDI, várias tomadas são tomadas por amostra para os mAbs conjugados e não conjugados. Em seguida, calculamos a razão entre conjugado e não conjugado para determinar o número médio de DOTA/mAb. A relação DOTA/mAb é importante porque muitos quelantes interromperão a ligação de anticorpos e muito poucos levarão a marcação radiológica inconsistente e sinal baixo. A razão deve ser muito próxima entre os lotes de conjugado para manter a intensidade de sinal consistente e a cinética de ligação; Idealmente, o mesmo lote de conjugado deve ser usado para todos os experimentos dentro de um estudo particular. Uma técnica promissora para reduzir os efeitos potenciais sobre a imunorreatividade devido à possível superconjugação é utilizar a conjugação sítio-específica10 , em que a conjugação do quelante é sítio-seletiva sobre os glicanos de cadeia pesada do anticorpo, garantindo, assim, a adição de 1 quelante por mAb.
As condições da reação de radiomarcação devem ser otimizadas para garantir a mais alta eficiência de marcação e rendimento, uma vez que diferenças no anticorpo, razão DOTA/mAb e atividade molar de 64, entre outras condições, afetarão a marcação radioativa. O uso da razão conjugada ideal de 64para mAb pode permitir que o radiotraçador seja usado sem purificação, reduzindo o tempo necessário para a marcação radiológica e a perda devido à coluna de fluxo de gravidade e ao decaimento radioativo. Uma atividade molar consistente e confiável também pode ser alcançada quando a mesma razão conjugada de 64para mAb é usada, o que é especialmente importante ao comparar resultados em várias coortes de camundongos ou estudos de imagem. As condições da ITLC também podem ser modificadas para se adequar a cada usuário. Se a purificação for necessária, uma alíquota deve ser guardada para HPLC e/ou espectrofotometria UV/Vis para que a atividade molar possa ser calculada.
É importante ressaltar que o uso de anticorpos radiomarcados para exames de imagem pode ser um desafio. É essencial que o anticorpo utilizado para o radiotraçador seja biologicamente inerte para não ter efeito fisiológico. Além disso, como os anticorpos têm uma longa residência sanguínea, deve-se esperar tempo suficiente para a circulação, ligação e depuração de um determinado mAb para garantir um sinal-para-fundo adequado sem comprometer a qualidade da imagem. Normalmente, esperar por 20-48 h por um mAb marcado com 64 é suficiente, mas deve-se obter imagens em 2, 4, 6, 12, 24, 48 h após a injeção ao avaliar um novo traçador PET mAb para determinar o melhor ponto de tempo para a obtenção de imagens em um determinado modelo de roedor. O mesmo vale para a aquisição de imagens ARG com a maior relação sinal-fundo. As imagens representativas deste protocolo foram obtidas 18-20 h após a injeção, embora outros momentos possam ser usados dependendo do radioisótopo utilizado. Diferentes anticorpos que se ligam a diferentes epítopos de CD19 produzirão resultados variados e devem ser rigorosamente caracterizados.
Ao analisar o sinal da medula espinhal, é importante posicionar os ratos de costas na cama de varredura para reduzir o movimento causado pela respiração. Além disso, a colocação supina pode ajudar a endireitar a coluna vertebral em camundongos que têm curvatura espinhal aumentada devido à progressão da doença EAE. Outro aspecto importante a ser considerado quando se pretende detectar sinal na coluna vertebral e na medula espinhal é evitar a injeção de MOG1-125 no flanco, pois os locais de injeção podem ligar o traçador devido à resposta imune associada nessas áreas. A proximidade do local da injeção pode interferir na análise da medula espinhal; Assim, as injeções no tórax são preferíveis para a aplicação aqui descrita.
As técnicas de análise de imagem utilizadas são específicas para exames de imagem do SNC. Uma ferramenta de atlas cerebral dentro do software de análise de imagens fornece resultados reprodutíveis e confiáveis, desde que o registro de PET e TC seja preciso. Usar o atlas cerebral 3D semi-automatizado e ajustá-lo para se ajustar ao crânio de cada rato permite ROIs consistentes entre os animais. Como atualmente não existe uma abordagem automatizada ou semi-automatizada para analisar o sinal na medula espinhal, as ROIs manuais devem ser desenhadas. Notavelmente, ao quantificar as células B CD19+ (ou qualquer tipo de célula presente na medula óssea e na medula espinhal), é fundamental eliminar ao máximo o sinal proveniente da coluna vertebral e da medula óssea. A razão para isso é que camundongos virgens são conhecidos por conter mais células B CD19+ em sua medula óssea do que camundongos EAE, nos quais as células B saem da periferia para se infiltrar no SNC 5,11. Este sinal da medula óssea pode obscurecer o verdadeiro sinal na medula espinhal.
Para delinear o verdadeiro sinal da medula espinhal e, ao mesmo tempo, minimizar a contribuição do sinal da coluna vertebral e da medula óssea, o limiar de Otsu da imagem de TC pode ser usado para fazer uma ROI imutável para a coluna vertebral. Uma ROI da medula espinhal separada pode então ser facilmente desenhada dentro da coluna vertebral. A mesma técnica também pode ser aplicada para medir a medula óssea no fêmur. Este é um método muito útil para obter informações sobre a ligação do traçador na medula espinhal. No entanto, devido à resolução espacial relativamente baixa da PET e a questões relacionadas ao efeito de volume parcial ao escanear pequenas regiões anatômicas de camundongos, o uso de técnicas confirmatórias ex vivo adicionais (por exemplo, contagem gama, ARG) permite a validação da ligação do radiotraçador na medula espinhal sem a presença de sangue, líquido cefalorraquidiano ou sinal de transbordamento da coluna vertebral.
O sinal na medula espinhal cervical/torácica tende a variar nos camundongos EAE, dependendo da gravidade da doença e de quantas células B infiltram durante a resposta imune adaptativa. Essa variação no número de células B que se infiltram, bem como a pequena quantidade de células B no SNC em comparação com aquelas na medula óssea pélvica/espinhal de camundongos virgens, pode tornar a quantificação in vivo do tecido da medula espinhal desafiadora em camundongos. Dada a resolução espacial do PET em imagens de pequenos animais, o sinal da medula óssea pode transbordar para o sinal da medula espinhal. A biodistribuição ex vivo e a autorradiografia completadas aqui ajudam a validar o sinal PET das vértebras versus tecido da medula espinhal. Os camundongos são perfundidos antes da dissecção para remover qualquer traçador não ligado no pool de sangue para que os resultados da contagem gama e da autorradiografia reflitam o traçador que está realmente ligado em cada órgão, em vez do traçador que está no pool de sangue nesse órgão.
Radiotraçadores circulam através do sangue, e com traçadores de anticorpos, especificamente, muitas vezes há radiotraçador não ligado presente no sangue por semanas após a injeção inicial. Uma vez que estamos fazendo imagens do cérebro e da medula espinhal, que têm muitos vasos sanguíneos, é importante entender qual parte do sinal é realmente devido à ligação do traçador no cérebro/tecido de interesse versus o presente no pool sanguíneo. Assim, é necessário dividir o sinal cerebral por sinal no pool coração/sangue. No cenário clínico, as mesmas técnicas de análise de imagem do limiar de Otsu das vértebras e ROIs dos tecidos da medula espinhal podem ser usadas para quantificação. Dado o maior volume de tecido em humanos em comparação com camundongos, deve haver significativamente menos impacto dos efeitos parciais de volume, levando a uma melhor precisão e negando a necessidade de técnicas ex vivo para confirmar os achados in vivo . O uso de PET na clínica permitirá que os médicos personalizem a terapia para cada paciente, dependendo de sua carga individual de células B.
O ARG é particularmente útil para a aquisição de imagens de alta resolução para permitir um delineamento mais preciso da localização espacial da ligação do traçador em pequenas regiões, como tronco cerebral e cerebelo. Os mesmos cortes e/ou cortes adjacentes podem ser guardados para coloração imunoistoquímica para confirmar a presença de células B. Previamente coramos tecidos do SNC com CD45R/B220 (Figura Suplementar S1) para correlacionar o número de células B com o sinal PET eARG5,9. A coloração pode então ser comparada espacialmente com os resultados da ARG para verificar se o sinal do radiotraçador corresponde ao padrão de coloração. As células B podem estar presentes em grupos ou difusamente por todo o tronco cerebral; A sensibilidade do PET é suficientemente alta para medir o sinal, o que é encorajador para a tradução clínica. Para ARG da medula espinhal, a remoção da medula espinhal das vértebras garante que o sinal medido seja devido à ligação do traçador no tecido da medula espinhal em vez da medula óssea e/ou sangue, o que pode obscurecer as imagens de PET devido a efeitos parciais de volume.
Semelhante à ARG, a contagem gama ex vivo permite a quantificação do sinal radioativo em órgãos individuais. Para esta técnica em particular, é importante medir o peso úmido dos tecidos e garantir que eles estejam no fundo de seus respectivos tubos antes de colocá-los no contador gama. Os tubos devem ser marcados com o número do rato e tecido, de modo a que o tubo correto seja utilizado; O tubo é então pesado em uma balança calibrada e os órgãos são inseridos até o décimo mais próximo de um micrograma (0,0001 mg). Alguns tecidos são extremamente pequenos e a diferença na massa do tubo antes e depois será da ordem de 0,0001 mg. Os tecidos devem ser pesados imediatamente após a dissecção para evitar perda de umidade, o que resulta em uma massa menor. Após a pesagem, os tubos do cérebro e da medula espinhal devem ser preenchidos com PBS para evitar a secagem antes de congelar esses tecidos para ARG.
The authors have nothing to disclose.
Somos gratos pelo apoio da instalação de imagem de pequenos animais SCi3 em Stanford e do Dr. Frezghi Habte por sua assistência técnica com o PET/CT. LC-MS é realizada pela equipe principal da instalação principal de Espectrometria de Massa da Universidade de Stanford (SUMS) e agradecemos a equipe por fornecer esse serviço. Agradecemos à Horizon Therapeutics por gentilmente fornecer o hCD19-mAb e a Jodi Karnell em particular por sua orientação técnica e apoio. Este trabalho foi financiado pelo NIH NINDS (1 R01 NS114220-01A1).
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