生物发光成像:体内监测肿瘤发展、疾病扩散和治疗效果

原位实体瘤生长监测

在过去的20年中，BLI方法和工具的有效性和敏感性导致了较为广泛的应用目录：蛋白质 - 蛋白质相互作用，遗传筛查，细胞周期调节剂，寄生感染，干细胞植入跟踪，NK的研究细胞迁移及最重要的，临床前肿瘤学。yaboapp体育官网大量的研究表明BLI成像在时间评估肿瘤发育的能力。^3.当肿瘤生长不能通过卡钳测量确定并依赖于动物的临床症状，依赖于动物的减肥或肿瘤负担评估等临床症状时尤其重要。在下面显示的例子中，动物护理和使用根据AAALAC认可的设施的动物福利法规进行了IACUC议定书审查和批准。

图2显示了非侵入性BLI在监测深部组织肿瘤发展中的价值。NCI-H460-Luc2人肺癌异种移植物原位移植(OT) (1x10^5.雌性裸鼠的左肺细胞/小鼠）。BLI（图2，左上角）显示胸腔中的肿瘤早于肿瘤细胞植入后8天检测到8天（由于在第28天所见的最大信号，图像中未见），并且在下一个肿瘤负担增加2周。小鼠在研究期间经历了平均体重减轻18.3％的百分比，可能是疾病相关（未显示），并且在肿瘤细胞植入后28天安乐死。尸检揭示了主要肿瘤的显着生长，在整个胸腔内大量发展。在图2中，左下左，颅内植入雌性白血病C57BL / 6小鼠，用GL261-Luc2 Syngeneic鼠胶质瘤细胞植入甲术（1×10^6.细胞/小鼠）。植入后7天可在大脑中检测到肿瘤。在该模型中，与疾病进展相关的体重减轻很常见，肿瘤植入后11天可检测到，而死亡的中位时间约为21天。人乳腺腺癌细胞mda - mb -231- lucl - d3h2ln在心内注射后形成骨病变(1x10^5.细胞/小鼠）在女性裸鼠中。肿瘤细胞注射后21天清晰可见骨病变，肿瘤的数量和肿瘤总量增加到未来3周（图2，右侧，顶部和底部）。小鼠在32天经历了最大体重减轻16.2％。体重损失主要与模型的侵略性（未显示）有关。来自这些研究的外带信息是BLI可以是一种强大的工具，用于实时和非侵入性地研究各种肿瘤类型，而不仅仅依赖于可能的疾病的临床症状，或者可能不会伴随着增加肿瘤负担。

成像血液恶性肿瘤

Covance拥有超过80种独特的血液恶性肿瘤细胞系，以市场相关的血液恶性肿瘤模型引领行业，特别是在过继细胞治疗(ACT)，也被称为细胞免疫治疗领域。^4.BLI在评估血液病播散性恶性肿瘤的进展和治疗反应时是至关重要的。纵向研究在4种不同的人类血液癌细胞核供应国集团静脉注入小鼠肿瘤负荷随时间增加的表现所有的模型(图3)强调BLI价值重复评估疾病进展和严重程度,以及理解biodistribution全身肿瘤的信号。

ACT不断发展，为患者提供更好、更个性化的选择。CAR-T细胞是针对肿瘤细胞表达的抗原或标记物的自体或异体T细胞。yaboapp体育官网临床前在活的有机体内在将这些新疗法转化为诊所之前，对Car-T细胞的功效和安全性评估至关重要。图4中所示的研究旨在测试在NSG小鼠中植入IV的人Raji-Lucb细胞淋巴瘤细胞中不同的Car-T制剂和剂量。3种不同的Car-T构建体显着抑制肿瘤负荷和延长的存活，突出了该价值BLI为这些新细胞免疫治疗的发展。

监测治疗效果

辐射

显然，BLI的一个关键优势之一是能够跟踪抗肿瘤疗法随时间在同一动物中的​​功效，导致使用的动物数量减少。在图5所示的实施例中，用NCI-H1975-LUC人非小细胞肺癌植入雌性裸鼠，以模仿肺转移到大脑。小鼠接受了两种分级辐射的疗程（2Gy; 5天，两个周期为5天），由Radsource RS-2000辐照器提供。对照组是辐照的。随着时间的推移获得了BLI图像并证明了辐射显着降低了肿瘤负荷（第19天，P <0.05），寿命增加160％（P <0.05，未显示）。在这个实验中，我们能够量化治疗响应在活的有机体内，在监测疗效以及设计和精炼新的治疗方法时至关重要。

检查点抑制和联合治疗

检查点抑制，单独或与辐射组合的影响在植入甲虫中植入雌性白化C57BL / 6小鼠中的鼠同胞增量GL261-LUC2胶质瘤细胞。用小动物放射研究平台（SARRP; Xstrahl Inc.）递送的辐射治疗小鼠，以单一的7.5Gy剂量，抗小鼠PD-1（克隆RMP1-14,10mg / kg）或两种疗法的组合。如图6（左）所示，BLI信号已经检测到肿瘤后细胞植入后6天，并在未来几周内进行。所得生物发光信号（右）的定量显示治疗对肿瘤负担的影响。抗MPD-1治疗导致2.6天肿瘤生长延迟和1/8肿瘤游离幸存者（TFS），而辐射导致16.6天肿瘤生长延迟和2/8 TFS。辐射和抗MPD-1治疗的组合导致显着的38.6天肿瘤生长延迟和7/8小鼠完全缓解。在体内深入的恶性肿瘤中测量抗肿瘤反应的传统方法基于终端，经常，耗时的读出。如在这些例子中所示，整合在活的有机体内BLI成像使我们能够从肿瘤治疗的“黑盒子”转变为实时评估个体反应，提供更灵活的调整和更快速的改进治疗。

多峰性

BLI可以与其他成像方式耦合以询问不同的生物途径。为了说明这个应用程序，我们使用了Syngeneic 4T1-Luc2-1A4小鼠乳腺腺癌细胞注入免疫有态度的BALB / C小鼠的乳腺脂肪垫。当肿瘤达到〜300毫米时^3.，近红外成像剂，令人援助^TM值750注射IV以检测与侵袭性乳腺癌生长相关的组织蛋白酶活性。pros^TM值750是一种光学沉默的剂，在用组织蛋白酶切割时变得荧光。如图7所示，BLI和FLI肿瘤信号在肿瘤中易于检测。然而，BLI和FLI信号并不完全叠加，这是预期的，所述荧光素酶由所有活肿瘤细胞产生，而荧光信号不仅被限制在肿瘤细胞，而且是其他肿瘤相关细胞，主要是巨噬细胞，负责乳沟和乳沟负责对组织蛋白酶的吸收^TM值750探头。因此，可以使用多模来询问不同的生物学在活的有机体内， 同时地。

概括

深层组织癌症和癌症转移的小鼠模型主要依赖于终端评估，如组织重量，结节计数和/或组织学分析，用于评估肿瘤负担。自20多年前的介绍以来，BLI已成为一种无价的技术，可以随着时间的推移跟踪生物发光的癌细胞系的生长动态，并响应各种治疗方法在活的有机体内，最小化研究中的动物数量，因为可以随时间成像，而无需终端评估。除了提供替代建立的侵入性或放射性同位素依赖性非侵入性成像模式的替代方案之外，BLI还为各种科学领域产生了重大贡献。

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¹Contag Ch，Spilman SD，Contag Pr，Oshiro M，Eames B，Dennery P，Stevenson DK，Benaron Da。使用生物发光记者可视化生物哺乳动物中的基因表达。photochem photobiol 1997;66：523-531。

²荧光素酶cDNA的克隆及荧光素酶活性的表达大肠杆菌．Proc。国家的。学会科学。美国1985年;82年,7870 - 7873。

^3.Jenkins de，Oei Y，Hornig Ys，Yu Sf，Dusich J，Purnio T，Contag Pr。生物发光成像（BLI）改善和改进肿瘤生长和转移的传统小鼠模型。Clin Exp Metastasis，2003;20（8）：733-744。

^4.https://www.cancerresearch.org/immunotherapy/troatment-types/adoptive-cell-therapy.

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