契倫科夫光分子成像技術對胃癌裸鼠移植瘤診斷的可能性探討

作者單位：100039北京，武警總醫(yī)院消化科

契倫科夫光分子成像技術對胃癌裸鼠移植瘤診斷的可能性探討

屈亞威，查佳麗，劉海峰

【摘要】目的采用契倫科夫光分子成像(Cerenkov luminescence imaging，CLI)技術對胃癌裸鼠移植瘤進行放射性核素光學分子成像，探索契倫科夫光診斷胃癌的可行性。方法2只胃癌裸鼠移植瘤模型尾靜脈分別注射1.67×107 Bq 18F-FDG和3.34×107 Bq 18F-FDG，1 h后采集契倫科夫光，選取相同大小的ROI進行信號強度分析。成像結束后解剖出移植瘤組織和肝、腎、心臟、胃腸道、肺臟再次成像。然后進行CLI動態(tài)成像：1只胃癌裸鼠移植瘤模型尾靜脈注射1.67×107 Bq 18F-FDG，分別于注藥后40、60、80、100、120、140、160、180 min采集移植瘤部位的光學信號并進行對比。結果移植瘤部位出現(xiàn)契倫科夫光信號的濃聚，契倫科夫光信號強度與尾靜脈注射的18F-FDG的活度成正比，注射3.34×107 Bq 18F-FDG和1.67×107Bq 18F-FDG的胃癌移植瘤小鼠移植瘤部位光子數(shù)值分別為8.432×105 p/s和3.172×105 p/s。隨時間的延長，移植瘤攝取18F-FDG的契倫科夫光信號逐漸減弱。結論CLI可以實現(xiàn)胃癌裸鼠移植瘤的放射性核素光學成像，具有實現(xiàn)光學分子成像診斷胃癌的潛力。

【關鍵詞】契倫科夫光學成像；放射性核素；胃癌裸鼠移植瘤

通訊作者：劉海峰，E-mail:haifengliu333@163.com

基金項目：首都臨床特色應用研究(NO.Z141107002514099)；武警部隊科研基金(NO.WZ20130107)。

作者簡介：談濤，碩士研究生，E-mail:895743457@qq.com

【中國圖書分類號】R81.7

Research of Cerenkov luminescence imaging in gastric cancer xenograft of nude mice

QU Yawei, ZHA Jiali, and LIU Haifeng. Department of Gastroenterology, General Hospital of Chinese People’s Armed Police Forces, Beijing 100039, China

Abstract【】ObjectiveUsing Cerenkov luminescence imaging, making radionuclide optical molecular imaging of gastric cancer xenograft in nude mice, to study the feasibility of Cerenkov luminescence in diagnosis of gastric cancer. MethodsTwo gastric cancer xenografts in nude mice were injected in tail vein with 1.67× 107 Bq 18F-FDG and 3.34×107 Bq 18F-FDG, respectively. Cerenkov luminescence images were taken 1 hour after, then the same size ROI was selected for signal strength analysis. After imaging, the nude mice were killed. Images of xenograft, liver, kidney, heart, gastrointestinal tract, and lung were also taken. Then Cerenkov luminescence dynamic imaging was performed. 1 gastric cancer xenograft in nude mice was injected in tail vein with 1.67×107Bq 18F-FDG. Images were taken respectively in 40,60,80,100,120,140,160,180 min after injection, then compared. ResultsThe signal strengths of xenograft were stronger. The signal strength relied on the activity of 18F-FDG in tail vein injection. The photons of tumor on gastric cancer xenografts injected with 3.34×107 Bq 18F-FDG and 1.67×107 Bq 18F-FDG were 8.432×105 p/s and 3.172×105 p/s, respectively. The signal strength gradually weakened over time. ConclusionsCerenkov luminescence imaging can achieve gastric cancer xenograft in nude mice, with the potential of diagnosing gastric cancer by optical molecular imaging.

【Key words】Cerenkov luminescence imaging; radionuclides; gastric cancer xenograft in nude mice

契倫科夫輻射(cerenkov radiation，CR)是指高速帶電粒子在非真空的介質中穿行時，如果粒子速度大于光在該介質中運行速度時，粒子在其運動路徑的方向產生局部的極化，在其回到平衡態(tài)的過程中就會形成可見光和近紅外光子[1,2]。隨著高靈敏度的電荷耦合器件(charge coupled device，CCD)相機的發(fā)展，2009 年Robertson等首次將契倫科夫輻射應用于生物醫(yī)學成像領域，提出了契倫科夫光分子成像(Cerenkov luminescence imaging，CLI)[3]概念。由于CLI采用已應用于臨床的放射性核素標記探針，且光學成像具有低成本、特異性高等優(yōu)點，從而引起了生物醫(yī)學領域的極大關注，越來越多的研究者致力于這一新興成像領域[4-7]，已成功應用于腫瘤檢測、藥效評估、基因表達成像等小動物預臨床實驗和初步的臨床試驗[8-11]。本研究通過契倫科夫光分子成像技術對胃癌裸鼠移植瘤進行放射性核素光學分子成像，探索契倫科夫光診斷胃癌的可行性，為分子成像技術在胃癌診斷的臨床應用探索新方法。

1　材料與方法

1.1材料BGC-803人胃癌細胞由中國醫(yī)學科學院腫瘤醫(yī)院實驗中心王錚博士惠贈。先天性4～6周齡雄性Balb/c小鼠(購于中國醫(yī)學科學院實驗動物研究所)，體質量(21±3)g。將體外培養(yǎng)的BGC-803細胞以3×107細胞/ml的密度重懸于PBS緩沖液中，將6×106細胞(200 μl PBS懸液)接種于小鼠大腿內側皮下。3～4周后，當腫瘤長至直徑10～15 mm(0.8～1.3 g)后進行活體成像。實驗中，對裸鼠進行氣體麻醉[質量分數(shù)1.5%異氟烷，氧氣(0.3 L/min)]。動物實驗全部遵守武警總醫(yī)院實驗動物管理和保護條例。

1.2方法

1.2.1CLI圖像采集2只胃癌裸鼠移植瘤模型尾靜脈分別注射1.67×107Bq18F-FDG和3.34×107Bq18F-FDG，60 min后采用IVIS Spectrum進行成像，曝光時間100 s，采集移植瘤部位的光學信號。選取相同大小的ROI進行信號強度分析。成像完成后處死裸鼠，離體的移植瘤組織和肝、腎、心臟、胃腸道、肺臟采用IVIS Spectrum進行成像，曝光時間100 s。

1.2.2CLI動態(tài)成像1只胃癌裸鼠移植瘤模型尾靜脈注射1.67×107Bq18F-FDG，分別于注藥后40、60、80、100、120、140、160、180 min采用IVIS Spectrum進行成像，曝光時間100 s，采集移植瘤部位的光學信號。選取相同大小的ROI進行信號強度分析。

1.3統(tǒng)計學處理采用SPSS17.0軟件進行統(tǒng)計學處理，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2　結　　果

2.1胃癌裸鼠移植瘤契倫科夫光學成像腫瘤部位出現(xiàn)放射性核素的濃聚，尾靜脈分別注射3.34×107Bq18F-FDG和1.67×107Bq18F-FDG的胃癌移植瘤小鼠移植瘤部位ROI數(shù)值分別為：ROI1=8.432×105p/s，ROI3=3.172×105p/s；腹部正常ROI數(shù)值分別為：ROI2=2.103×105p/s，ROI4=0.795×105p/s(圖1)。表明移植瘤部位CLI信號強度強于腹部正常部位，移植瘤部位信號強度隨18F-FDG的活度增強而增強。解剖后移植瘤及不同器官成像(圖2)。

圖1　胃癌裸鼠移植瘤契倫科夫光學成像

A. 尾靜脈注射3.34×107Bq18F-FDG荷瘤鼠；

B.尾靜脈注射1.67×107Bq18F-FDG荷瘤鼠

ROI1、ROI3為移植瘤部位信號強度讀數(shù)；ROI2、ROI4為腹部的信號強度讀數(shù)

圖2　移植瘤及各臟器離體契倫科夫光學成像

2.2契倫科夫光動態(tài)成像結果結果顯示移植瘤在40、60、80、100、120、140、160、180 min的度數(shù)分別為：2.945×105、2.238×105、2.013×105、1.569×105、0.986×105、0.592×105、0.206×105、0.093×105p/s，見圖3。結果表明隨著時間的延長，移植瘤部位信號強度逐漸減弱，見圖4。

圖3　胃癌裸鼠移植瘤模型隨時間變化的契倫科夫光學成像

圖4　腫瘤部位信號強度隨時間變化的折線

3　討　　論

CLI是近年新興的光學分子成像技術，由于使用與PET相同的放射性核素探針進行成像，較原有熒光分子成像技術相比克服了探針毒性這一光學分子成像臨床轉化應用的關鍵問題。本研究基于腫瘤部位對18F-FDG高攝取的特點，發(fā)現(xiàn)移植瘤部位CLI信號強度與放射性核素活度成正比，且隨著時間的延長移植瘤的CLI信號逐漸減低，解剖后的成像結果進一步表明移植瘤部位出現(xiàn)CLI的信號濃聚，從而證實了CLI可以實現(xiàn)胃癌裸鼠移植瘤的放射性核素光學分子成像，為早期胃癌的檢測提供了新的途徑。筆者認為，腫瘤攝取放射性核素的能力與腫瘤大小、腫瘤組織的血供、腫瘤細胞的生長周期有關。由于本實驗使用的是葡萄糖代謝探針，如果使用靶向性更好的探針，可能會取得更好的信噪比。

本研究結果發(fā)現(xiàn)，契倫科夫光信號微弱，需要較長的成像曝光時間(如本研究中采用的曝光時間為100 s)，且組織穿透性差，因此如何增強契倫科夫光的信號強度為今后的研究方向。另外，契倫科夫光的波長主要集中在藍紫波段，組織穿透性弱，難以在人體表探測到胃部的契倫科夫光信號。在將來的CLI臨床應用中利用胃腸道作為天然暗室的特點，研發(fā)與內鏡結合的高靈敏、高傳導效能的契倫科夫光采集設備以實現(xiàn)早期胃癌的內窺式放射性核素光學分子成像是亟待解決的問題。

【參考文獻】

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(2015-05-08收稿2015-03-11修回)

(責任編輯郭青)