Tet-on调控报告基因酪氨酸酶用于光声、PET及MRI多模态显像的实验研究

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目的:放射性核素标记苯甲酰胺(benzamide, BZA)类小分子化合物具备与黑色素特异性结合的特性。本研究制备一种新型18F标记苯甲酰胺类似物,18F-5-氟-N-(2-(二乙氨基)乙基)吡啶甲酰胺(18F-5-fluoro-N-(2-(Diethylamino)ethyl)picolinamid,并命名为18F-5-FPN,研究通过体外细胞实验和在体显像实验,评估其对恶性黑色素瘤的靶向能力和体内代谢特点。  方法:利用GE公司的FX-XN合成模块18F-与前体5-溴-N-(2-(二乙胺基)乙基)吡啶甲酰胺(5-bromo-N-(2-(diethylamino) ethyl)picolinamide)之间发生亲核取代反应得到产物18F-5-FPN,通过高效液相色谱(high performance liguid chromatography,HPLC)对产物进行纯化及鉴定。体外培养小鼠皮肤黑色素瘤细胞 B16F10(产生黑色素)和人恶性黑色素瘤细胞 A375m(不产生黑色素),利用细胞饱和、摄取及阻断等体外实验探讨其在体外与黑色素结合的特异性。荷B16F10瘤鼠注射显像剂18F-5-FPN(3.7–5.55MBq)1min后,应用小动物正电子发射断层扫描(micro-positron emission tomography, microPET)获取动态显像图,以研究该探针在活体内的代谢特点。注射显像剂后1、2 h,荷B16F10和A375m移植瘤裸鼠行microPET静态显像、生物分布实验探讨其在体内特异性靶向黑色素的能力。荷B16F10裸鼠在18F-5-FPN PET显像后第二天行18F-FDG PET显像,比较两种探针对荷B16F10瘤鼠的特异性靶向能力。B16F10肺转移模型分别于14、21天行PET显像,进一步探讨了18F-5-FPN对黑色素瘤肺部转移病灶的探测能力。  结果:应用FX-XN合成模块成功标记并纯化18F-5-FPN,标记率为5%~8%(n=5),其放化纯大于95%,比活度为100~120 GBq/μmol,体外稳定性好,3 h放化纯仍大于95%。细胞摄取实验显示 B16F10细胞在各个时间点对18F-5-FPN的摄取明显高于A375m细胞,且差异有统计学意义(P<0.01),其中1 h细胞摄取达到峰值,分别为7.29±0.61%和1.05±0.09%(n=3)。PET动态显像研究显示肿瘤部位放射性摄取随时间逐渐增加,18F-5-FPN主要经肾脏快速排泄。PET静态显像B16F10肿瘤显示清晰,生物分布研究相应部位1 h和2 h的放射性摄取分为24.34±6.32、16.63±5.41%ID/g(n=5),而A375m肿瘤未见显影,其放射摄取值仅为1.75±0.92、0.61±0.12%ID/g。在过量标准品19F-5-FPN与18F-5-FPN共注射后,大部分器官放射性摄取率明显低于未阻断组,1 h肿瘤部位放射性摄取值仅为1.36±0.37%ID/g(n=4)。感兴趣区定量分析发现18F-5-FPN探针PET显像对应肿瘤/背景比值明显高于18F-FDG探针,分别为35.22±7.02和3.29±0.53,前者是后者的10倍左右。18F-5-FPN探针能及时探测到B16F10肺转移模型内微小转移病灶(直径1~2 mm)。  结论:本研究证实了18F-5-FPN可在体内/外特异性靶向黑色素,肿瘤部位亲和力高且显像剂滞留明显、理想的药代动力学特征,可以作为一种无创的分子探针用于黑色素瘤早期诊断及分期。  目的:构建以酪氨酸酶(tyrosinase, TYR)作为报告基因的Tet-on基因诱导表达系统,并以慢病毒包装,通过细胞体外实验,初步探讨应用单一报告基因TYR进行核磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)、光声显像(photoacoustic imaging, PAI)及正电子发射断层显像(positron emission tomography, PET)多模态显像的可行性。  方法:通过基因工程方法将TYR报告基因连接到带有筛选标志的Lenti-X Tet-on3G基因诱导表达系统中构建 Tet-on慢病毒载体,然后将其转染至人乳腺癌细胞系MDA-MB-231细胞并通过嘌呤霉素筛选单克隆稳定细胞系。转染后的231细胞用强强力霉素(doxorubicin, Dox)处理后被当做阳性细胞(命名为231-Tyr+Dox)和转染后231细胞未用Dox处理(命名为231-Tyr)和未转染的231细胞(命名为231)均被阴性对照组。应用Western Blot(WB)、黑色素Masson-Fontana染色、细胞免疫荧光等实验评估不同组细胞目的基因酪氨酸酶的表达。对不同实验组、不同浓度的细胞进行MRI显像和PAI显像。制备PET探针18F-5-氟-N-(2-(二乙氨基)乙基)吡啶甲酰胺(18F-5-fluoro-N-(2-(Diethylamino)ethyl)picolinamid,被命名为18F-5-FPN),对不同分组细胞进行的细胞摄取和阻断实验。  结果:成功制备以慢病毒为载体、Tet-on调控含TYR目的基因的重组系统,并通过转染,筛选并培养稳定表达细胞系。通过WB、Masson-Fontana染色、细胞免疫荧光结果显示仅有231-Tyr细胞在诱导剂Dox诱导后表达目的基因TYR。通过改变Dox孵育的剂量和时间对231-Tyr细胞黑色素产量进行精确调控。黑色素产量与Dox浓度正相关,当浓度为2000 ng/mL时达到饱和。MRI细胞显像显示231-Tyr+Dox细胞较对照组明显缩短了T1和T2弛豫时间,且T2弛豫时间缩短程度更明显。PAI细胞显像仅在231-Tyr+Dox细胞探测到PAI信号,且随着细胞浓度增加而增加。细胞摄取实验显示,231-Tyr+ Dox细胞对18F-5-FPN的摄取在60 min时最高,细胞摄取值为4.80±0.16%(n=4),阻断实验细胞摄取以对照组为参照其抑制率为54.7±3.34%,说明18F-5-FPN与TYR基因产物黑色素特异性靶向能力。  结论:本研究验证了人TYR基因通过转染,可在非黑色素MDA-MB-231细胞中诱导黑色素的产生。Tet-on系统可以精确调控报告基因表达及产量。细胞体外研究证实单一报告基因进行MRI、PET和PAI多模态显像的可行性,并且通过Tet-on调控可以达到调控报告基因表达的目的。
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