癌症转移和免疫治疗反应的灵敏、非免疫原性体内成像
Joseph R. Merrill, Alessandra Inguscio,Taemoon Chung, Breanna Demestichas, Libia A. Garcia, Jill Habel, David Y. Lewis, Tobias Janowitz, and Scott K. Lyons
Cell Stress, 2023 Aug
摘要
表达报告基因的肿瘤非侵入性成像是一种流行的临床前方法，用于研究体内肿瘤的发展和对治疗的反应，因为它能够区分肿瘤信号和背景噪声。然而，所使用的转基因（如萤火虫荧光素酶）具有免疫原性，因此在免疫功能健全的宿主中表达时会影响结果。鉴于癌症免疫学和免疫治疗目前是研究和治疗开发中最具影响力的领域之一，这是一个重要的局限性。本文提出了一种非免疫原性的临床前肿瘤成像方法。该方法基于小鼠钠碘转运蛋白（mNIS）的表达，能够在免疫功能健全的肿瘤模型中灵敏、非侵入性地检测同基因肿瘤细胞，而不会因外源性转基因蛋白或选择标记的表达而产生额外的免疫原性。表达NIS的肿瘤细胞会内化γ发射的[99mTc]高锝酸盐离子，因此可以通过单光子发射计算机断层扫描（SPECT）进行检测。我们使用免疫功能健全的C57BL/6小鼠胰腺导管腺癌肝转移模型，证明该技术能够通过精确且可量化的全身SPECT/CT成像，检测非常早期的转移性病变并纵向评估免疫治疗反应。
mNIS-SPECT成像具有多项明显的研究优势：
〉mNIS的表达可以通过SPECT（使用[99mTc]高锝酸盐）或PET（使用[18F]TFB）进行检测
〉它在大多数身体部位都能提供肿瘤病变相对于正常组织的非常高的图像对比度
〉伽马辐射被上覆组织最小程度地衰减或散射
〉NIS介导的放射性示踪剂摄取是间接依赖ATP的，因此坏死或以其他方式失去活力的肿瘤细胞不会产生信号
图3：通过mNIS-SPECT在体内检测转移性病变。
（A和B）图A展示了一个具有代表性的SPECT/CT最大强度投影（MIP）图像，图B展示了一个主要在肝脏发展的转移性mNIS+/GH-胰腺肿瘤的二维冠状切片图像，这些图像是在通过门静脉引入肿瘤细胞5周后拍摄的。请注意，甲状腺和唾液腺、胃和膀胱（在图A中用绿色箭头标出）是内源性NIS表达或探针排泄的部位，并不代表肿瘤发展的部位。（C）图C是在图A和图B中成像的同一只小鼠在5天后尸检时拍摄的肝脏肿瘤（黄色箭头）照片（另见图S2和S3）。
图4：使用基于mNIS的SPECT/CT监测转移性胰腺癌（PDAC）肿瘤的治疗反应。
（A和B）（A）肿瘤植入、成像和药物治疗的实验流程示意图。（B）两个实验组中代表性小鼠在植入野生型或（C）KRT19敲除肿瘤细胞后的冠状SPECT/CT图像：研究入组时（最左侧图像，NR-1组植入后第15天，R-1组植入后第14天）；以及开始αPD-1治疗后（第0天）。“S”表示胃（一种内源性NIS表达较高的器官）。黄色箭头表示肝转移，洋红色箭头表示肝外转移（即肠内转移）。使用以下指标确定每只受试者治疗后的反应数据：（D）SUVsum，（E）SUVmax，（F）高于5 SUV阈值的总表观体积，以及（G）肝病变数量。受试者NR-1至NR-2：sgScramble KRT19野生型肿瘤细胞。受试者R-1至R-3：sgKRT19敲除肿瘤细胞。
