Αφηρημένο

μεταφοράς Amide πρωτονίων (APT) απεικόνισης είναι ένα από τα μεταφορά κορεσμού χημικής ανταλλαγής (CEST) απεικονιστικές μεθόδους που εικόνες η ανταλλαγή μεταξύ πρωτονίων των δωρεάν νερό των ιστών και των ομάδων αμιδίου (ΝΗ) της ενδογενούς κινητή πρωτεΐνες και πεπτίδια. Προηγούμενη εργασία πρότεινε την ικανότητα του ΑΡΤ απεικόνισης για χαρακτηρισμό της καρκινικών βαθμού στον όγκο του εγκεφάλου. Σε αυτή τη μελέτη, εξετάσαμε τη σκοπιμότητα της

in-vivo

ΑΡΤ απεικόνιση όγκου πνεύμονα και διερευνάται αν η μέθοδος θα μπορούσε να διαφοροποιούν τα καρκινικών τύπων σε ορθοτοπική ξενομοσχευμάτων όγκου από δύο κυτταρικές γραμμές καρκίνου του πνεύμονα τα κακοήθη. Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι ΑΡΤ απεικόνισης είναι εφικτό να ποσοτικοποιηθεί όγκων του πνεύμονα στο κινούμενο πνεύμονα. Η μετρούμενη ΑΡΤ επίδραση ήταν υψηλότερη στον όγκο που εκτίθενται πιο ενεργό πολλαπλασιασμό από ό, τι το άλλο. Η παρούσα μελέτη αποδεικνύει ότι το APT απεικόνισης έχει τη δυνατότητα να παρέχει μια δοκιμή χαρακτηρισμό για τη διαφοροποίηση των τύπων ή βαθμό του καρκίνου του πνεύμονα αναίμακτα, η οποία μπορεί τελικά να μειώσει την ανάγκη επεμβατική βιοψία με βελόνα ή εκτομή για καρκίνο του πνεύμονα

Παράθεση:. Togao O , Kessinger CW, Huang G, Soesbe TC, Sagiyama Κ, Ντιμιτρόφ I, et al. (2013) Χαρακτηρισμός του καρκίνου του πνεύμονα με αμιδικούς Proton Transfer (APT) Απεικόνιση: Ένα

In-Vivo

Μελέτη σε ένα μοντέλο ορθοτοπική ποντίκι. PLoS ONE 8 (10): e77019. doi: 10.1371 /journal.pone.0077019

Συντάκτης: Stephanie Filleur, Texas Tech University Κέντρο Επιστημών Υγείας, Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής

Ελήφθη: 27, Ιουνίου του 2013? Αποδεκτές: 27 Αύγ 2013? Δημοσιεύθηκε: 15 Οκτ 2013

Copyright: © 2013 Togao et al. Αυτό είναι ένα άρθρο ανοικτής πρόσβασης διανέμεται υπό τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Attribution, το οποίο επιτρέπει απεριόριστη χρήση, τη διανομή και την αναπαραγωγή σε οποιοδήποτε μέσο, ​​με την προϋπόθεση το αρχικό συγγραφέα και την πηγή πιστώνονται

Χρηματοδότηση:. Αυτή η έρευνα υποστηρίχθηκε από την πρόληψη του Καρκίνου & amp? Ίδρυμα Ερευνών του Τέξας (RP101243-P04) και το Εθνικό Ινστιτούτο Υγείας (RO1CA129011). Οι χρηματοδότες δεν είχε κανένα ρόλο στο σχεδιασμό της μελέτης, τη συλλογή και ανάλυση των δεδομένων, η απόφαση για τη δημοσίευση, ή την προετοιμασία του χειρογράφου

Αντικρουόμενα συμφέροντα:.. Οι συγγραφείς έχουν δηλώσει ότι δεν υπάρχουν ανταγωνιστικά συμφέροντα

Εισαγωγή

ο καρκίνος του πνεύμονα είναι η πιο κοινή αιτία του καρκίνου και η κύρια αιτία θανάτου από καρκίνο σχετίζονται τόσο στους άνδρες όσο και τις γυναίκες στις Ηνωμένες Πολιτείες. Παρά την κακή πρόγνωση, όταν ο καρκίνος του πνεύμονα είναι εκτομή στο Στάδιο 1, το ποσοστό πενταετούς επιβίωσης είναι τόσο υψηλό όσο το 70% [1]. Οι τεχνικές εξελίξεις στην υπολογιστική τομογραφία (CT) επέτρεψαν μεγαλύτερη κάλυψη όγκου με υψηλότερη ανάλυση και χαμηλότερο θόρυβο, και σήμερα υψηλής ευκρίνειας αξονική τομογραφία (HRCT) είναι η πρότυπη τεχνική απεικόνισης για την αξιολόγηση του καρκίνου του πνεύμονα [2] [3]. Παρέχει εξαιρετική ανατομική λεπτομέρεια και ο αριθμός των μικρότερων οζιδίων του πνεύμονα διαπιστώθηκαν αυξήθηκε [4]. Όταν ένας noncalcified όζος του πνεύμονα εντοπίζεται σε & lt? 10 mm, παρακολούθηση CT εξετάσεις για να παρακολουθεί την ανάπτυξη του όζου πνεύμονα εντολή. Εάν ο πνεύμονας οζίδιο μεγαλώνει, μετά βιοψία με βελόνα ή βίντεο υποβοηθούμενη θωρακοσκοπική εκτομή του όζου πνεύμονα συνιστάται αν εξακολουθεί να υπάρχει το επιχείρημα πώς ακριβώς μπορούμε να μετρήσουμε την ανάπτυξη του όζου πνεύμονα [5]. Αυτή η σημερινή κατάσταση καθυστερεί την έναρξη της θεραπείας, ακόμη και όταν αυτό είναι αναγκαίο. Επιπλέον, αθροιστική έκθεση σε ακτινοβολία που προκύπτει από επαναλαμβανόμενη χρήση της CT αυξάνει τον κίνδυνο κακοήθειας και το θέμα της μείωσης της δόσης ακτινοβολίας, επί του παρόντος, εφιστά μεγάλη προσοχή [6], [7]. Το πιο σημαντικό, παρά τις προόδους στην αξιολόγηση των μονήρων πνευμονικών όζων χρησιμοποιώντας αιμοδυναμικές πληροφορίες από CT ή βιοχημικά χαρακτηριστικά από τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (ΡΕΤ), σημαντικά τμήματα των μονήρων πνευμονικών όζων παραμένουν απροσδιόριστες για την συγκεκριμένη διάγνωση [8]. Προηγούμενες δεδομένα από πολυκεντρικές μελέτες έχουν δείξει ότι περίπου το 20% -50% των οζιδίων του πνεύμονα απομακρύνθηκαν σε χειρουργική επέμβαση ή με βιοψία βελόνας ήταν καλοήθη [9], [10]. Τα ποσοστά αυτά έχουν ακόμα ένα υπόλοιπο ανησυχίας [1]. Οι εκθέσεις αυτές δείχνουν σαφώς ότι είναι επιτακτική ανάγκη για την ανάπτυξη εναλλακτικών μεθόδων απεικόνισης που είναι άνευ ακτινοβολίας και να δώσει το δεύτερο στάδιο χαρακτηρισμό για τη διάκριση καλοήθων από κακοήθεις οζίδιο ή να διαφοροποιήσουν οζώδης τύπους ή κατηγορίες [11].

μεταφοράς χημικών ανταλλαγής ( CEST) επέστησε ιδιαίτερη προσοχή ως νέο μηχανισμό για να παράγει την αντίθεση στην απεικόνιση MR. Αυτή η νέα μέθοδος παρέχει πιο λεπτομερείς φυσιολογικές και λειτουργικές πληροφορίες από τα συμβατικά απεικόνισης MR και έχει αναδειχθεί στον τομέα της μοριακής απεικόνισης [12], [13]. Αντίθετα CEST επιτυγχάνεται με την εφαρμογή ενός παλμού προκορεσμός στη συχνότητα συντονισμού ενός βραδείας ενδιάμεσο ανταλλαγή τοποθεσία πρωτονίων (-ΝΗ, -ΟΗ, ή μέταλλο δεσμευμένο μόριο νερού) από ενδογενείς ή εξωγενείς παράγοντες. Το προκύπτον κορεσμένο ή μερικώς κορεσμένο περιστροφή μεταφέρεται χύμα νερό μέσω χημικής ανταλλαγής. Κατά συνέπεια, οι ειδικές μοριακές πληροφορίες λαμβάνονται έμμεσα μέσω του όγκου σήμα νερό που χρησιμοποιείται για ιστό εικόνας. Το καθαρό αποτέλεσμα της CEST είναι να μειωθεί ο όγκος του νερού ένταση σήματος ανιχνεύεται σε ένα πείραμα απεικόνισης, παρέχοντας έτσι αρνητική αντίθεση σε μια εικόνα [14].

Amide μεταφορά πρωτονίου (ΑΡΤ) απεικόνισης είναι μια υποομάδα της απεικόνισης CEST ότι αναφέρεται συγκεκριμένα στην χημική ανταλλαγή μεταξύ πρωτονίων του ελευθέρου ύδατος ιστού (χύμα-νερό) και αμιδικές ομάδες (-ΝΗ) ενδογενών κινητής πρωτεϊνών και πεπτιδίων. Έχει αναφερθεί ότι οι εν λόγω εναλλασσόμενα πρωτόνια είναι πιο άφθονα σε ιστούς όγκων σε σχέση με υγιείς ιστούς [15]. Όταν εφαρμόζεται σε αρουραίους εμφυτεύονται με 9 όγκους L γλοιοσαρκώματος [16], ΑΡΤ απεικόνισης ήταν σε θέση να διακρίνουν μεταξύ παθολογία επιβεβαιωμένο περιοχές όγκου και οίδημα, το οποίο δεν θα μπορούσε να επιτευχθεί με τη χρήση τυποποιημένων /Τ2-ή διάχυση-weighted imaging Τ1-, σε το οποίο τα σύνορα του όγκου εμφανίστηκε διάχυσης. Προηγούμενες εκθέσεις έδειξαν ότι CEST αποτελέσματα (ΑΡΤ αναλογίες: APTRs) βρέθηκαν να αυξηθεί κατά 3-4% σε όγκο σε σύγκριση με περινεοπλασματικής εγκεφαλικού ιστού σε ένα πειραματικό όγκο νευρογλοιακά αρουραίου σε 4.7 T [17] και ανθρώπινου όγκου εγκεφάλου σε 3 T [18] . Στην τελευταία μελέτη σε ασθενείς, οι APTRs σε 6 υψηλής ποιότητας όγκων του εγκεφάλου (κατά μέσο όρο 2,9 ± 0,6% στο πυρήνα του όγκου και 2,4 ± 0,6% στην περιφέρεια του όγκου) ήταν υψηλότερες από εκείνες στις 3 όγκους του εγκεφάλου χαμηλού βαθμού (κατά μέσο όρο 1,2 ± 0,2 %). Τεκμαίρεται ότι αυτά τα ευρήματα είναι συνεπή με την εργασία από Howe et al. [19] ο οποίος διαπίστωσε ότι αυτές οι συγκεντρώσεις κινητής πρωτεΐνης ήταν υψηλότερα σε όγκους από ό, τι στην κανονική λευκή ουσία, και αυξάνεται με βαθμό όγκου στον ανθρώπινο εγκέφαλο.

Σε αντίθεση με την απεικόνιση του εγκεφάλου,

in-vivo

MRI του πνεύμονα είναι δύσκολο λόγω των εγγενών δυσκολιών που σχετίζονται με τις ιδιότητες του οργάνου, συμπεριλαμβανομένων των αναπνευστικών και καρδιακών αντικείμενα κίνησης, σοβαρή ευαισθησία του μαγνητικού πεδίου που προκύπτουν από μεγάλες διασυνδέσεις αέρα-ιστού [20], [21]. Ειδικότερα, οι έντονες επιδράσεις ευαισθησία στον πνεύμονα μπορεί δυναμικά μεταβάλλει το μαγνητικό πεδίο κατά τη διάρκεια ομοιογένεια αναπνευστικού κύκλου και έτσι μπορεί να προκαλέσει μετατοπίσεις στις συχνότητες συντονισμού των διαφόρων πισίνες πρωτόνιο στον ιστό. Οι στόχοι της μελέτης μας είναι να ελεγχθεί η σκοπιμότητα της APT απεικόνιση των όγκων του πνεύμονα σε ένα ζωντανό ποντίκι και να διερευνήσει κατά πόσον APT απεικόνισης μπορεί να είναι μια χαρακτηρίζουν δοκιμή των όγκων του πνεύμονα. Σε αυτή τη μελέτη, εξετάσαμε το αναπνευστικό περιφραγμένη ΑΡΤ απεικόνισης υπό αερισμό επί ορθοτοπική ξενομοσχευμάτων όγκου από δύο κακοήθεις κυτταρικές σειρές καρκίνου του πνεύμονα: το ένα είναι ανθρώπινο πνεύμονα αδενοκαρκινώματος, Α549, και το άλλο είναι καρκίνωμα πνεύμονος ποντικού Lewis (LLC). Είναι γνωστό ότι LLC είναι μια εξαιρετικά κακοήθης καρκίνος και δείχνει πιο επιθετική εξέλιξη από Α549 μετά από μεταμόσχευση στον πνεύμονα [22], [23].

Υλικά και Μέθοδοι

Πρωτόκολλο ζώων

τα πρωτόκολλα των ζώων εγκρίθηκαν από τη Φροντίδα και Χρήση Επιτροπής Θεσμικών ζώων στο UT Southwestern Medical Center, και τα πειράματα διεξήχθησαν σύμφωνα με τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας των κατευθυντήριων γραμμών σχετικά με τη χρήση των πειραματόζωων. Οι ορθοτοπική μοντέλα του καρκίνου του πνεύμονα σε ποντίκια εισήχθησαν με τη μέθοδο που αναφέρθηκε προηγουμένως [22]. Εν συντομία, θηλυκά αθυμικά ποντίκια (25-30 g) ενέθηκαν ενδοφλεβίως μέσω της φλέβας της ουράς με 0.5 × 10

6 Α549 κύτταρα (n = 6) ή κύτταρα LLC (n = 6). Οι όγκοι αφέθηκαν να αναπτυχθούν για να δείξει περίπου 1,0 × 10

6-7 σχετική ένταση φωτός σε βιο-φωταύγεια απεικόνισης (BLI) και υποβάλλεται σε μελέτη MRI. Όλα τα ζώα θυσιάστηκαν και οι πνεύμονες συλλέχθηκαν μετά τη συνεδρία απεικόνισης MR.

Υπό αναισθησία με 1,5-2% ισοφλουράνιο (AERRANE, Baxter Healthcare Corporation, IL) αναμίχθηκαν σε 100% οξυγόνο, 1cm, μη μεταλλικά ενδοτραχειακό σωλήνα (20-gauge) τοποθετήθηκε μέσω τραχειοστομίας. Η σωληνοειδής ζώο κατόπιν συνδέεται με ένα μικρό αναπνευστήρα ζώου (flexiVent, SCIREQ, Κεμπέκ, Καναδάς) με μία περίπου ~ 3 σωλήνας m σε ύπτια θέση με το θώρακα με κέντρο στο κέντρο του πηνίου RF όπως αναφέρθηκε προηγουμένως [24], [ ,,,0],25]. Το ζώο μηχανικό αερισμό για σταθερό πλάτος και η συχνότητα της αναπνοής σε περίπου 32 αναπνοές /λεπτό με τον οποίο εισπνοή (Ι) -για-εκπνοής (Ε) λόγος (Ι /Ε) ήταν 2/3 (Ι = 100 msec, Ε = 150 msec) και τους τελικούς λήξης για 1,6 s, αντίστοιχα. Αναπνευστική αισθητήρας τοποθετήθηκε στην κοιλιά του ποντικιού. Επιπλέον, περιορίσαμε το ενδοπνευμονική πίεση στο τέλος φάση εισπνοής ως 20 cm H

2O έτσι ώστε ο πνεύμονας διογκώθηκε μέχρις ότου το ενδοπνευμονική πίεση 20 cm H

2O.

MR Imaging

απεικόνιση MR διεξήχθη με ένα σύστημα MR μικρό ζώο 7 Τ (Varian, Inc, Palo Alto, CA) με ένα πηνίο 40 mm (ID) ραδιοσυχνοτήτων (RF). Πρώτον, χαμηλής ανάλυσης απεικόνισης πολλαπλών φέτα διεξήχθη επί θωρακική περιοχή για να επιβεβαιώσει τη θέση και τον προσανατολισμό του πνεύμονα. Αξονική Τ2 εικόνες πολλαπλών φέτα καλύπτει το σύνολο του πνεύμονα λήφθηκαν στη συνέχεια με ένα γρήγορο ακολουθία spin-echo (επανάληψη χρόνος /χρόνος ηχούς = 2500/40 msec? Οπτικό πεδίο = 30 × 30 χιλιοστά, μήτρα = 128 × 128, φέτα πάχος = 1 mm, που χωρίς κενά, ο αριθμός των διεγέρσεων = 8). Σε ένα ενιαίο 1-mm-φέτα, οριοθετούν τον όγκο (ες), APT απεικόνιση έγινε με αναπνευστικά περίφραξη στο πλαίσιο της αναπνοής απευθύνεται παραπάνω χρησιμοποιώντας μια συσκευή συμβατή MR παρακολούθηση μικρών ζώων (SA Instruments, Inc., Stony Brook, NY) . Fast εικόνες spin-echo διεξήχθησαν μετά από παλμό προκορεσμός (συνεχούς κύματος παλμού μπλοκ, Β1 = 1,7 μΤ, διάρκεια = 4 s) η οποία εφαρμόστηκε σε 25 μετατοπίσεις συχνότητας από 6 να -6 ppm με μεσοδιάστημα 0,5 ppm. Σε αυτό το σύστημα, ο παλμός 4 s-προκορεσμός εφαρμόστηκε επί 2,5 κύκλου αναπνοής και η εικόνα αποκτήθηκε στο στάδιο τελοεκπνευστική (Εικ. 1) σε κάθε όφσετ συχνότητας. Αυτό το γρήγορο spin-echo ακολουθία προσαρμόστηκε με επίκεντρο τον k-χώρο παραγγελία για να προκαλέσει την επίδραση της προκορεσμός για την αντίθεση της εικόνας. Άλλες παράμετροι απεικόνισης ήταν: TR /TE = 5400 /8.94 ms, FOV = 30 × 30 mm, που echo μήκος αμαξοστοιχίας = 16, μήτρα = 128 × 64 (ανακατασκευάστηκε με 256 × 256), NEX = 4. Μια εικόνα ελέγχου χωρίς την προκορεσμός παλμό επίσης αποκτηθεί σε φάση τελικών εκπνοής. Συνολικός χρόνος απόκτησης για κάθε ζώο ήταν περίπου 45 λεπτά.

Το ζώο μηχανικό αερισμό για σταθερό πλάτος και η συχνότητα της αναπνοής σε 32 αναπνοές /λεπτό με τον οποίο εισπνοή και εκπνοή τελικού ήταν 0,2 s και 1,6 s, αντίστοιχα. Ο πνεύμονας είχε διογκωθεί έως ότου η ενδοπνευμονική πίεση γίνεται 20 εκατοστά H

2O. Fast spin-echo εικόνες ελήφθησαν μετά από ένα παλμό προκορεσμός (παλμός μπλοκ συνεχούς κύματος, Β1 = 1,7 μΤ, διάρκεια = 4 s) στο τέλος-φάση εκπνοής.

Η

MR Ανάλυση Δεδομένων Imaging

Όλα τα δεδομένα εικόνας αναλύθηκαν με ένα πρόγραμμα γραμμένο σε διαδραστικό γλώσσα δεδομένων (IDL? Research Systems, Inc., Boulder, CO) [18] και ImageJ (version 1.43 u? National Institutes of Health, Bethesda, MD). Οι ορισμοί και η ορολογία που χρησιμοποιείται σε αυτή τη μελέτη είναι ισοδύναμα με τα προηγούμενα έγγραφα [18], [26]. Εν συντομία, ο λόγος μεταφοράς μαγνήτισης (MTR) ορίζεται ως: MTR = 1-S

sat /S

0, όπου S

καθόταν και S

0 είναι οι εντάσεις σήματος με και χωρίς παλμό προκορεσμός , αντίστοιχα. Κατά την επεξεργασία των δεδομένων, οι εικόνες που λαμβάνονται στο 25 μετατοπίσεις συχνότητας ήταν οι πρώτες οργανωμένες για να οδηγήσει το z-φάσματος. Στη συνέχεια, ο z-φάσμα προσαρμόστηκε σε μια βάση pixel-by-pixel σύμφωνα με την διαδικασία χρησιμοποιώντας ένα Gaussian εξάρτημα που ακολουθείται από τα 12

ης τάξης πολυώνυμο τοποθέτηση σε θετικές και αρνητικές πλευρές μετατοπίσεων συχνότητας, αντίστοιχα, όπως περιγράφεται στο προηγούμενη βιβλιογραφία [17], [18]. Στη συνέχεια, το αρχικό Ζ-φάσμα διορθώθηκε πίξελ-σοφό για την Β επίδραση

0 ανομοιογένεια μέσω της παρεμβολής και κεντράρισμα του Ζ-φάσματος. MTR ασυμμετρία (MTR

ασυμ) ορίστηκε ως: MTR

ασυμ = MTR (+ offset) – MTR (-offset) = S

sat (-offset) /S

0-S

sat (+ offset) /S

0.

MTR

ασυμ υπολογίζεται κατά το συμψηφισμό των ± 3,5 ppm αντανακλά APT αναλογία (APTR) και έτσι το MTR

ασυμ χάρτη σε ± 3,5 ppm καλείται ως APT-σταθμισμένη εικόνα. APT-σταθμισμένες εικόνες δημιουργήθηκαν: MTR

ασυμ (3,5 ppm) = MTR (3,5 ppm) – MTR (-3,5 ppm) = S

sat (-3,5 ppm) /S

0-S

sat (3,5 ppm) /S

0. Για τη μέτρηση της τοπικής MTR

ασυμ, κυκλική περιοχή-του-συμφερόντων (ROIs, τυπικό μέγεθος = 0.34 mm

2, Εικ. 2Β) τοποθετήθηκαν προσεκτικά τους όγκους. Όταν υπήρχαν πολλαπλούς όγκους στην εικόνα, μπορούμε κατά μέσο όρο τα αποτελέσματα για να κάνει μια αντιπροσωπευτική τιμή για το ζώο. Τα ROIs τοποθετήθηκαν επίσης στο νωτιαίο μυελό για αναφορά. Κατά συνέπεια, υπολογίσαμε διορθωθεί MTR

ασυμ στον όγκο από κανονικοποίηση χρησιμοποιώντας MTR

ασυμ στο φυσιολογικό ιστό (που μετράται MTR

ασυμ στον όγκο αφαιρείται από ότι στο νωτιαίο μυελό), ως συνήθως, στις μελέτες του εγκεφάλου [17] [18], και σε σύγκριση με τα διορθωμένα MTR

ασυμ μεταξύ δύο διαφορετικών τύπων όγκου πνεύμονα, Α549 και LLC.

Εκπρόσωπος Τ2 (αριστερά) και APT-σταθμισμένες εικόνες (δεξιά, MTR

ασυμ χάρτη σε 3,5 ppm) του Α549 (Α) και LLC (Β) όπου οι όγκοι (ανοιχτά βέλη) οριοθετείται πιο φωτεινή από τους περιβάλλοντες ιστούς, συμπεριλαμβανομένων του νωτιαίου μυελού (κλειστά βέλη) και των σκελετικών μυών. Ένα τυπικό περιοχή ενδιαφέροντος για τη μέτρηση της έντασης του σήματος σε έναν όγκο έχει αποδειχθεί (Β).

Η

Ιστολογίας

Μετά την ευθανασία, οι πνεύμονες ποντικού διογκωθεί στην κλειστή κατάσταση στήθος με τραχειακή ενστάλαξη 10% φωσφορικό ρυθμιστικό φορμαλδεΰδη. Μετά in situ στερέωση, οι πνεύμονες αφαιρέθηκαν και βυθίστηκαν σε 10% φορμαλίνη. Ο ιστός του πνεύμονα εμπεδώθηκε σε βέλτιστη ένωση θερμοκρασίας κοπής και φλας καταψύχθηκε. Ο ιστός τεμαχίστηκαν σε κρυοστάτη Leica 3050S στα 8 μm. Παθολογικές φέτες ελήφθησαν σε ένα αξονικό επίπεδο και χρωματίστηκαν για αιματοξυλίνη-ηωσίνη (ΗΕ) για μικροσκοπική εξέταση. ανοσοϊστοχημική χρώση Κί67 εκτελέστηκε με το τυπικό πρωτόκολλο [27]. Μια αύξηση στην Ki67-έκφραση υποδεικνύει μία αύξηση στην μιτωτική δραστηριότητα των κυττάρων και τον πολλαπλασιασμό.

Στατιστική Ανάλυση

Όλες οι τιμές εκφράζονται ως μέση τιμή ± τυπική απόκλιση (SD). MTR

ασυμ συγκρίθηκε μεταξύ Α549 και ομάδες LLC με t-τεστ του Student σε κάθε δεδομένη συχνότητα. Όλες οι στατιστικές αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση ενός εμπορικά διαθέσιμο λογισμικό (Prism 5.0, GraphPad Software, Inc., San Diego, CA), και

P

& lt?. 0,05 θεωρήθηκε για να υποδείξει μια στατιστικά σημαντική διαφορά

Αποτελέσματα

APT Imaging

Τα ζώα εμφάνισαν περίπου 1,0 × 10

6-7 σχετική ένταση φωτός στο BLI σε 5-7 εβδομάδες (Α549) ή 3 εβδομάδες (LLC ) μετά τις ενέσεις των καρκινικών κυττάρων, και υποβλήθηκαν στην ΑΡΤ απεικόνισης MR. Στις multi-φέτα εικόνες Τ2 εντοπιστή, ο αριθμός, το σχήμα και το μέγεθος των όγκων ήταν ποικίλες, υποδεικνύοντας ετερογενής εξέλιξη αυτών των καρκίνων. Έχουμε επιλέξει μια ενιαία αξονική πλάκα (1 mm), που οριοθετείται η μέγιστη έκταση του μεγαλύτερου όγκου για την περαιτέρω ΑΡΤ απεικόνισης MR σε κάθε ζώο. Στην επιλεγμένη εικόνα, οι μέσες μεγέθη (μέγιστη διάμετρος) των όγκων που εμπλέκονται στην ΑΡΤ μέτρηση ήταν 2,0 ± 0,5 mm στην ομάδα Α549 και 2,6 ± 1,4 mm στην ομάδα LLC όπου δεν σημασία βρέθηκε στο μέγεθος μεταξύ των ομάδων (Ρ = 0,35). Όλα τα ζώα είχαν επιτυχώς περιφραγμένη με την αναπνοή και όχι εικόνα αποδομείται από τεχνήματα αναπνευστική κίνηση σε κάθε δεδομένη μετατόπιση συχνότητας.

Το Σχήμα 2 δείχνει τις αντιπροσωπευτικές περιπτώσεις τόσο Α549 και ομάδες LLC. Τ2 εικόνες δείχνουν απλούς ή πολλαπλούς μοναχική οζίδια (ανοιχτά βέλη) στον πνεύμονα στο Α549 (Σχ. 2Α, αριστερά) ή LLC (Σχ. 2Β, αριστερά) ομάδες, αντίστοιχα. Στις APT-σταθμισμένες εικόνες (MTR

ασυμ χάρτη σε ± 3,5 ppm) του Α549 (Σχ. 2Α, δεξιά) και LLC (Εικ. 2Β, δεξιά), οι όγκοι εμφανίστηκαν πιο φωτεινή από τους περιβάλλοντες ιστούς, συμπεριλαμβανομένων του νωτιαίου μυελού (κλειστά βέλη) και των σκελετικών μυών. Η ζ-φάσμα του LLC (n = 6) ήταν περισσότερα ασύμμετρα από εκείνη του Α549 (n = 6), όπου η S

0 /S

sat (%) ήταν χαμηλότερο σε θετικό μετατοπίσεων από εκείνη στην αρνητική μετατοπίσεις (Εικ. 3Α, Β). Κατά συνέπεια, η MTR

ασυμ στην LLC ήταν σταθερά υψηλότερη από ότι σε Α549 (σε & gt? 1 ppm) και παρατηρήθηκαν οι σημαντικές διαφορές μεταξύ των ομάδων σε 2 ppm (6,0 ± 1,8% έναντι 2,9 ± 1,5%,

P

= 0,01) και σε 3,5 ppm (3,2 ± 2,9% έναντι 0,7 ± 1,3%,

P

& lt? 0,05). Η διορθωμένη MTR

asym (Σχ. 3C) μεταξύ των δύο τύπων όγκων έγινε η μέγιστη κατά 3-3,5 ppm και έδειξε σημαντική διαφορά στα 3,5 ppm (7,8 ± 3,9% έναντι 2,7 ± 1,9%,

P

& lt? 0,05, Σχήμα 3D)

Ζ-φάσματα Α549 (Α) και LLC (Β) όγκους σε σύγκριση με εκείνη του νωτιαίου μυελού ως μια επίδειξη αναφορά ότι ο όγκος LLC έχει μεγαλύτερη επίδραση CEST.. από Α549 όγκου. Διορθώνεται MTR

ασυμ φάσματα των Α549 και LLC (C) και διορθώθηκε MTR

ασυμ στα 3,5 ppm (d) δείχνουν ότι LLC έχει μια μεγαλύτερη επίδραση από ό, τι ΑΡΤ Α549, η οποία μπορεί να σχετίζεται με την κακοήθεια των όγκων. *,

P

≤0.05? **, P≤0.01? *** P≤0.001 από t-test του Student.

Η

Ιστολογίας

Σχήμα 4 κατέδειξαν τα τυπικά μικροφωτογραφίες χρωματίζονται από HE και Ki67 σε δύο τύπους όγκων. LCC (Εικ. 4C) δείχνει υψηλότερη πυκνότητα κυττάρων και μεγαλύτερα πυρήνες των κυττάρων σε σύγκριση με το Α549 (Σχ. 4Α) σε χρώση HE. χρώση Κί-67 αποκαλύπτει μεγαλύτερο κλάσμα των θετικών κυττάρων, το οποίο βρίσκεται στο LCC (Εικ. 4D) περισσότερα από το Α549 (Εικ. 4Β). Αυτό δείχνει ότι LLC διαθέτει ένα μεγαλύτερο αριθμό κυττάρων σε ενεργές φάσεις του κύκλου κυτταρικής διαίρεσης (G

1, S, G

2, και μίτωση) και έτσι είναι πιο ενεργός πολλαπλασιασμός από Α549.

αιματοξυλίνης-ηωσίνης (αρχική μεγέθυνση χ 400) αποδεικνύει ότι LCC (C) έχουν υψηλότερη πυκνότητα κυττάρων και μεγαλύτερα πυρήνες των κυττάρων σε σύγκριση με το Α549 (Α). Ki-67 χρώση (αρχική μεγέθυνση χ 200) αποκαλύπτει μεγαλύτερο κλάσμα των θετικών κυττάρων φαίνεται στο LCC (D) από ό, τι σε Α549 (Β). Αυτό δείχνει την παρουσία μεγαλύτερου αριθμού κυττάρων σε ενεργές φάσεις του κυτταρικού κύκλου (G

1, S, G

2, και μίτωση) και συνεπώς την επιθετική φύση του LCC.

Η

Συζήτηση

στην παρούσα μελέτη, απέδειξε τη σκοπιμότητα του

in-vivo

APT απεικόνιση των όγκων του πνεύμονα στο ορθοτοπικό μοντέλο ποντικού και ότι η μέθοδος ποσοτικά διακρίνονται δύο διαφορετικοί τύποι του πνεύμονα όγκων. κύριο μέλημα μας ήταν κατά πόσον η μακρά (4 s) συνεχούς κύματος παλμού προετοιμασία κατά τη διάρκεια αρκετών κύκλων του αναπνευστικού θα μπορούσε να κορεστεί το σήμα αμιδίου πρωτονίου ανταλλαγή με εκείνη του χύδην νερού ομοιογενώς σε κάθε αντισταθμιστεί πάνω από το θώρακα, συμπεριλαμβανομένων των όγκων συχνότητας. Με μια απλή αναπνευστική περίφραξη, πραγματική TR εξαρτάται από τον αναπνευστικό ρυθμό που αλλάζει συχνά σε ελεύθερη αναπνοή, που οδηγεί διαμόρφωση της έντασης του σήματος MR. Το πιο σημαντικό, αλλοίωση της αναπνευστικής συχνότητας και πλάτους προκαλεί διαφορετικές εκδρομή των όγκων στον πνεύμονα [28], [29], όπου οι όγκοι θα μπορούσαν να εκτεθούν σε διαφορετικό επίπεδο πεδίου ανομοιογένειας ή αποτέλεσμα παλμού προκορεσμός σε κάθε απόκτηση σήματος. Για να ελαχιστοποιηθούν αυτά τα αποτελέσματα, χρησιμοποιήσαμε ένα μικρό αναπνευστήρα ζώου να εισαγάγει σταθερή συχνότητα και πλάτος της αναπνοής, έτσι ώστε εφαρμόστηκαν ο παλμός προετοιμασία και την επακόλουθη απόκτηση σε μια σταθερή χρονισμού εντελώς κατά τη διάρκεια της αναπνοής (Εικ. 1). Έχουμε επιλέξει επίσης μια κεντρική k-χώρο διέταξε fast spin-echo ακολουθία καθώς είναι λιγότερο ευαίσθητα στην επίδραση της ευαισθησίας. Υπό αυτές τις συνθήκες, το ληφθέν z-φάσματα εμφάνισαν λογικά μικρές μεταβολές στα ζώα σε οποιαδήποτε δεδομένη μετατόπιση συχνότητας (Σχ. 3Α και Β) και θα μπορούσε να διακρίνει τα διάφορα είδη των όγκων στον πνεύμονα (Εικ. 3C και D).

Οι μετρηθείσες καμπύλες ασυμμετρία σε δύο τύπους όγκων δείχνουν ότι η MTR

ασυμ αυξήθηκε από το σεβασμό συντονισμού για χύμα-νερό (0 ppm) και φτάσει στο μέγιστο σε 2 ppm και στη συνέχεια ανάγεται σε υψηλότερες όφσετ (2- 5 ppm). Αυτό είναι σύμφωνο με την MTR

ασυμ παρατηρείται στους ιστούς του εγκεφάλου [16], [17], [30]. Αναφέρθηκε σε μια μελέτη NMR ότι τα πρωτόνια αμιδίου της κινητής πρωτεΐνης /πεπτιδίου πλευρικές αλυσίδες (Gln, Asn) και σκελετούς συντονίζεται σε 6,8 ppm (2 ppm προς τα κάτω από το σήμα του νερού) και στο 8/2 έως 8/4 (3,5 ppm προς τα κάτω από το εύρος ppm σήμα νερού), αντίστοιχα [31]. Αυτές είναι επίσης παρατηρηθεί σε φυσιολογικούς ιστούς, και έτσι η επίδραση φόντο ΜΤ δεν είναι συμμετρική σε σχέση με την απήχηση του νερού στην περιοχή συχνοτήτων των αλειφατικών (2-5 ppm). Αυτή η εγγενής ασύμμετρη επίδραση MT, η ενδομοριακών και διαμοριακών επιπτώσεις της πυρηνικής Overhauser (ΝΟΕ) αλειφατικών πρωτονίων του κινητού μακρομορίων και των μεταβολιτών μολύνουν το μετριέται CEST (APT) επίδραση στην παρατηρούμενη MTR

ασυμ [16], [32]. Για την εξάλειψη αυτών των επιδράσεων, το μέγεθος του APTR συχνά προσδιορίζεται από τη διαφορά του MTR

ασυμ κατά της αλλοίωσης και τις ετερόπλευρο περιοχές στις προηγούμενες μελέτες του εγκεφάλου [15], [17]. Η μελέτη μας στο ορθοτοπικό μοντέλο καρκίνου του πνεύμονα δεν έχει μια τέτοια ιστού αναφοράς από τον ετερόπλευρο φυσιολογικό πνευμονικό παρέγχυμα δεν έχει σχεδόν κανένα σήμα. Ως εκ τούτου, επιχειρήσαμε να χρησιμοποιήσει το νωτιαίο μυελό ως ένα ιστό αναφοράς (Σχ. 3Α και Β). Η MTR

ασυμ στο νωτιαίο μυελό ήταν -4 έως -1%, η οποία ήταν περίπου ίδιο επίπεδο και σύμφωνα με αυτές που αναφέρθηκαν στους φυσιολογικούς ιστούς του εγκεφάλου [16], [17]. Η διορθωμένη MTR

ασυμ (το MTR

ασυμ αφαιρείται από ότι στο νωτιαίο μυελό) σε αμφότερες τις ομάδες αυξάνονται από 1 ppm και φτάσει το μέγιστο σε 3,5 ppm και έδειξε στατιστική σημαντικότητα μεταξύ των ομάδων Α549 και LLC στο 1.5 – 3.5 ppm (Σχ. 3C). Η διορθωμένη MTR

ασυμ στα 3,5 ppm θα μπορούσε να κάνει διάκριση μεταξύ δύο τύπων όγκων? ήταν υψηλότερη σε σχέση με το LLC Α549 (Σχ. 3D).

Προηγούμενη μελέτη έδειξε ότι BLI πρόσφερε μια απλή και γρήγορη τεχνική για την αξιολόγηση της ανάπτυξης του όγκου σε μοντέλα τρωκτικών του εγκεφαλικού όγκου μη επεμβατικά, το οποίο συσχετίζεται καλά με MRI [33 ]. BLI αποδείχθηκε επίσης να είναι ένας αξιόπιστος προσέγγιση για την παρακολούθηση της ανάπτυξης των ανθρώπινων κυττάρων καρκίνου του πνεύμονα σε ορθοτοπική μοντέλα ποντικού [23]. Γι ‘αυτό χρησιμοποιείται BLI να αποφασίσει το χρονοδιάγραμμα για την εφαρμογή του APT απεικόνισης σε κάθε ζώο. Οι χρόνοι για να δείξει 1.0 × 10

6-7 σχετική ένταση φωτός μετά την ένεση των καρκινικών κυττάρων ποικίλες και ήταν κάπως διαφορετική μεταξύ των δύο ομάδων (5-7 εβδομάδες για Α549 και 3 εβδομάδες για LLC). Αν και είναι δύσκολο να εξασφαλιστεί το αν το αναπτυξιακό στάδιο ήταν ισοδύναμη μεταξύ των ομάδων, το μέγεθος των όγκων που μετρώνται ΑΡΤ δεν ήταν διαφορετική μεταξύ των ομάδων (Ρ = 0,14). Αποκαλύφθηκε ότι ο LLC έδειξε πυκνότερη κυτταρικότητα και πιο ενεργό πολλαπλασιασμό στην ιστολογική εξέταση (Εικ. 4). Τα αποτελέσματά μας ήταν σύμφωνα με το αποτέλεσμα αναφέρεται ότι LLC δείχνει πιο επιθετικό προφίλ από Α549 [22], [23]. Δεδομένου ότι δεν υπάρχει ορθοτοπικό μοντέλο ζώου της καλοήθους πνευμονικών όζων, εμείς προηγουμένως μετρηθεί APTR με πανομοιότυπο πρωτόκολλο απεικόνισης σε διάφορους τύπους κυτταρικών σειρών in vitro [34]. Στη μελέτη, η APTR σε ένα φυσιολογικό πνεύμονα κυτταρική γραμμή (HSAEC1-ΚΤ) ήταν πολύ χαμηλότερη από εκείνη των κακοήθων κυτταρικών γραμμών όγκου (Α549 και Η1299). Περαιτέρω, η APTR στην κανονική κυτταρική σειρά αυξήθηκε σημαντικά μετά το κύτταρο οδηγήθηκε ογκογένεση. Με βάση τα αποτελέσματα αυτά, πιστεύουμε ότι η παρατηρούμενη διορθωμένη APTR μεταξύ των ομάδων θα μπορούσε να αντανακλά διαφορετικές συγκέντρωση ιστού της κινητής πρωτεϊνών /πεπτιδίων. Έτσι, υποθέτουν ότι τα αποτελέσματα θα αποκαλύψει το δυναμικό της ΑΡΤ απεικόνισης για τον χαρακτηρισμό των καρκινικών τύπων που έχουν διαφορετικά ιστολογικά χαρακτηριστικά, ιδίως μεταξύ καλοήθων και κακοήθων. Για να διαλευκανθεί αν APT απεικόνισης θα μπορούσε να διαφοροποιήσει μεταξύ συγκεκριμένους τύπους όγκων του πνεύμονα, π.χ. μεταξύ των μη-μικροκυτταρικό καρκίνο του πνεύμονα ή μεταξύ μη μικροκυτταρικός καρκίνος του πνεύμονα και μικροκυτταρικό καρκίνωμα του πνεύμονα, περαιτέρω μελέτες είναι απαραίτητες για την ποσοτικοποίηση σχέση μεταξύ APTR και «κακοήθεια» χρησιμοποιώντας διάφορους τύπους /ποιότητες των όγκων του πνεύμονα.

Αν και δεν ποσοτικά πεδίο ανομοιογένειας που μπορεί να αλλάξει κατά την αναπνοή στον πνεύμονα, τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι ΑΡΤ απεικόνισης είναι εφικτό να ποσοτικοποιηθεί όγκων του πνεύμονα στο κινούμενο πνεύμονα όταν ο παλμός προετοιμασία και απόκτηση πλήρως συγχρονισμένη με σταθερή αναπνοή. Δεδομένου ότι είναι δύσκολο να ελεγχθεί αναπνοής σε ασθενείς, θα πρέπει να αξιολογήσει περαιτέρω την επίδραση της κίνησης στην APT σήματος και πώς μπορούμε να ξεπεράσουμε αυτό το θέμα. Έχουμε αποδείξει ότι τα αναπνευστικά περίφραξη θα συμβάλει στην υλοποίηση της απεικόνισης CEST σε ανθρώπινο νεφρό [35]. Αν η μέθοδος θα μπορούσε να εκτελεστεί υπό αναμονή της αναπνοής (~ 20 s) με μια γρήγορη ακολουθία απεικόνισης όπως κλειδαρότρυπας CEST [36], αυτό θα βοηθήσει επίσης να μειώσουν τις δυσκολίες που σχετίζονται με αναπνευστική κίνηση. Αυτές οι ιδέες σε συνδυασμό με παραδείγματα διαχείρισης κίνησης [37] μπορεί να προωθήσει την κλινική μετάφραση της μεθόδου στον πνεύμονα.

Καθώς εξακολουθεί να συγχέεται να εξαγάγετε APT αποτέλεσμα, η μέτρηση θα μπορούσε να βελτιωθεί με ισχυρές ιδέες για μελλοντικές μελέτες. Κατ ‘αρχάς, z-φάσματα μπορούν να παρεμβληθούν με μεγαλύτερη ακρίβεια από αύξηση του αριθμού των μετατοπίσεων συχνότητας που μετρούνται πράγματι, ιδίως για τις περιοχές συχνοτήτων που δείχνει τις κορυφές για το APT (± 2-5 ppm) και χύμα νερό (± περίπου 1 ppm). Επαρκής αριθμός των αντισταθμιστικών οφελών θα πρέπει να αποφασίζεται με την εξέταση για το σύνολο του χρόνου σάρωσης, ιδιαίτερα για μελέτη του ανθρώπου. Η μετατόπιση των χύμα κορυφή νερού από τον Β

0 ανομοιογένεια είναι πιο αποτελεσματικά υπολογίζεται και διορθώνεται με τη συλλογή B

0 χάρτη [38]. Εάν η χημική στόχος μετατόπιση είναι πιο κοντά στο συντονισμό ύδατος και της κορυφής του νερού στο ζ-φάσματος ευρύτερο (επίδραση απευθείας κορεσμός νερού είναι διακεκριμένος), Β

0 διόρθωση μπορεί να είναι αποτελεσματική με τη χρήση της μεθόδου [WASSR (κορεσμός νερού αντιστοίχησης βάρδια) ,,,0],39] αν και δεν ήταν η περίπτωση στην παρούσα μελέτη. Για να μειωθούν οι επιπτώσεις από το φόντο MT και το πεδίο ανομοιογένεια, Scheidegger et al. ανέφεραν APT-SAFARI (κορεσμός σχήμα-κορεσμού με ακτινοβολία RF εναλλασσόμενη συχνότητα) με μια παλμική μονάδα κορεσμού εκτός συντονισμού που ακολουθείται από μια ενιαία φέτα ΕΡΙ αναγνώσεως στην οποία ± 3,5 ppm ταυτόχρονα κορεσμένο [40]. Για να έχετε ιστού αναφορά σε όγκους του πνεύμονα συζητήθηκε παραπάνω, η ανάπτυξη της ακολουθίας CEST σε συνδυασμό με το εξαιρετικά σύντομο χρόνο ηχούς (UTE) MRI [24], [25] ή SWIFT (σκούπισμα απεικόνισης με μετασχηματισμού Fourier) -CEST [41], στο οποίο επιτρέπει την παραγωγή MR σήμα από πνευμονικό παρέγχυμα μπορεί να είναι αποτελεσματική.

Εν κατακλείδι, η παρούσα μελέτη αποδεικνύει ότι APT απεικόνισης είναι εφικτή και έχει τη δυνατότητα να παρέχει ειδική για τον καρκίνο απεικόνισης για να χαρακτηρίσει τους τύπους ή βαθμό του καρκίνου του πνεύμονα αναίμακτα. Η μέθοδος μπορεί να είναι μια δοκιμασία χαρακτηρισμού των όγκων του πνεύμονα και μπορεί τελικά να μειώσει την ανάγκη επεμβατικών βιοψία βελόνα ή εκτομή. Μπορεί να είμαστε σε θέση να αποφασίσει την κατάλληλη θεραπεία, ξεκινήστε αρχή της θεραπείας και την παρακολούθηση της εξέλιξης του όγκου ή για την αξιολόγηση της ανταπόκρισης στη θεραπεία.

Ευχαριστίες

Συγγραφείς ευχαριστώ Δρ. Zhou και van Zijl στο Johns Hopkins University για την παροχή ενός προγράμματος για την ανάλυση των z-φάσματα και Drs. Lenkinski στο UT Southwestern Medical Center και Hatabu στο νοσοκομείο Brigham και Γυναικών για τις χρήσιμες συζητήσεις.