microPET/MR平台下五种鼻咽癌动物模型的纵向评估
Jingjing Shi et al., Preprint, 2021
总结
鼻咽癌（NPC）是东亚和东南亚人群中最常见的恶性肿瘤之一。为了使新型抗癌药物能够从发现阶段快速过渡到临床试验评估阶段，microPET/MR在小动物成像中的潜力对于这些药物的早期体内测试和开展联合临床试验具有重要意义。为了更好地了解该疾病的潜在发病机制以及开发新的治疗策略，患者来源的异种移植瘤（PDXs）已被用作临床前研究中的重要模型。在鼻咽癌研究中，XenoC15和XenoC17是最广泛使用的PDXs，另外两种可用的PDXs是Xeno2117和Xeno666。这些PDXs已经传代超过25年，预计已失去其原始的遗传和病理特性。在过去十年中可用的传统鼻咽癌细胞系中，只有C666-1能更好地代表临床鼻咽癌。近年来，建立了几个新的鼻咽癌异种移植瘤和细胞系用于研究：C17、Xeno76、Xeno23、NPC43；但它们的纵向生长模式和代谢特征仍不清楚。
本研究旨在利用nanoScan PET/MRI 3T系统，对两种已建立的鼻咽癌（NPC）动物模型（C666-1、C17）和三种新型模型（Xeno76、Xeno23和NPC43）的肿瘤生长和代谢活性进行纵向评估。注射18F-氟代脱氧葡萄糖（18F-FDG）的小鼠每周成像两次，连续3-7周。通过标准化摄取值（SUV）量化18F-FDG摄取，并以SUV均值肿瘤与肝脏比值（SUVRmean）表示。比较五种NPC模型的SUVRmean和组织学特征。分析结果显示，不同NPC肿瘤类型的肿瘤生长和代谢模式各不相同。与C666-1相比，C17具有最佳的生长速率和更高的肿瘤代谢活性。C666-1生长速率较快，但由于苏木精和伊红染色证实存在坏死，其在终点的SUVRmean较低。NPC43和Xeno76由于严重坏死，生长速率相对较慢，SUVRmean较低。Xeno23生长速率最慢，但SUVRmean相对较高。本研究建立了一个成像平台，用于表征不同NPC模型的生长和代谢模式，该平台能够很好地展示药物治疗效果，支持其在NPC新型药物发现和评估中的应用。
来自nanoScan PET/MRI 3T的结果
将肿瘤细胞皮下注射到每只NOD.CB17-Prkdcscid/J小鼠（雄性，4-5周龄，每种模型n=5）的右侧腰部。当肿瘤体积达到50-100 mm3时，将小鼠随机分为药物治疗组（每周腹腔注射4 mg/kg顺铂）或对照组。
在注射癌细胞或植入肿瘤碎片后，当每只小鼠的肿瘤可触及时，即开始进行nanoScan PET/MRI监测。在进行nanoScan PET/MRI扫描前，小鼠禁食过夜，但可自由饮水。通过侧尾静脉注射9.25 ± 0.37 MBq的18F-FDG。连续3-7周，每周对动物进行两次扫描。对所有小鼠进行T1和T2加权成像（T1WI和T2WI）以评估肿瘤大小，在注射放射性示踪剂后60分钟进行20分钟的静态PET扫描。为了评估药物治疗效果，在治疗前后分别进行18F-FDG PET扫描以比较肿瘤摄取情况。使用InterViewFusion软件分析图像：在图像上手动绘制肝脏和肿瘤的感兴趣区域（VOIs），通过标准化摄取值（SUV）量化18F-FDG摄取。为了进行可比分析，将肝脏的18F-FDG摄取量作为VOI量化的内部参考背景。肿瘤的SUVmax和SUVmean通过SUVmean_liver进行标准化，并以SUVmax_ratio（SUVRmax）和SUVmean_ratio（SUVRmean）表示。
结果显示
首先，对nanoScan PET/MRI系统的重复性进行了测试：多项研究表明，在空腹状态下，小鼠肝脏对葡萄糖的摄取是稳定的，且SUVmean_liver（肝脏平均标准摄取值）已被用作标准化放射性示踪剂积累的背景值。因此，本文采用SUVmean_liver来评估nanoScan PET/MRI成像系统的重复性。对所有五种小鼠模型的初始肝脏摄取和终点肝脏摄取进行了分析，分析中纳入了总共50个数据点。Bland-Altman图显示，两个时间点之间的平均差异为0.0196（95%一致性界限：-0.099至0.14）。初始和终点之间SUVmean_liver的变异系数（CoV）为6.95%±5.02%。所有数据点均位于一致性区间内。初始和终点肝脏摄取之间未观察到显著差异。结果表明，肝脏SUVmean具有极好的一致性，表明microPET/MR成像系统稳定且能够产生可重复的结果。
〉监测肿瘤摄取的纵向变化揭示了不同肿瘤类型之间高度可变的肿瘤代谢模式：C17具有最佳的生长速率、较高的平均标准摄取值（SUVRmean）和较少的坏死。C666-1生长迅速，SUVRmean较低，且坏死较多。NPC43和Xeno76生长缓慢，SUVRmean也较低，且坏死广泛。在这些模型中，Xeno23的生长速率最慢，但其SUVRmean较高。
〉为了将正电子发射断层扫描（PET）图像和放射自显影与苏木精和伊红（H&E）染色进行比较，在实验结束时提取肿瘤，并对肿瘤切片进行组织学分析。PET图像和放射自显影图像上显示的低摄取区域经H&E染色证实为坏死区域。
〉SUVRmean与非坏死区域面积之间存在强正相关
〉由于C17肿瘤模型生长速度令人满意且肿瘤代谢活性高，我们将其作为最佳肿瘤模型，对其进行了含顺铂的标准化疗。连续4周给予4 mg/kg顺铂。结果显示肿瘤明显受到抑制。统计分析显示，治疗组与对照组在肿瘤体积和平均标准摄取值（SUVmean）方面存在显著差异。免疫组织化学染色也证实了这一结果。
