Photon detection equipment for real time non-invasive in vivo bioluminescent imaging

Doelstelling:
Wanneer in diermodelstudies de uitgroei van normale - of tumorcellen, virussen, liposomen of bacteriën moet worden bestudeerd is het van groot belang om te kunnen waarnemen hoe deze cellen c.q. micro-organismen zich in het proefdier verdelen, hoe ze vervolgens uitgroeien dan wel verdwijnen en hoe ze bijvoorbeeld reageren op een therapeutische interventie. Voorbeelden daarvan zijn de uitgroei van tumoren, het ontstaan en de lokalisatie van metastasen, maar ook het kunnen volgen van deze tumoren tijdens het toepassen van chemotherapie of cellulaire therapie. Dit kan echter ook de uitgroei van normale cellen na een stamceltransplantatie of de uitgroei van stamcellen bij botvorming betreffen. Maar het kan ook het waarnemen van de reactie van het immuunsysteem op een besmetting met micro-organismen betreffen of een immuunreactie tegen een tumor of zijn metastasen.

Vraag en taakstelling
Een standaardbenadering is het ontwikkelen van een diermodel dat een “reproduceerbare” groei van normale of tumorcellen vertoond, die wordt waargenomen door op bepaalde tijdstippen dieren uit het experiment nemen om vervolgens m.b.v. in vitro analyse de aantallen normale of tumorcellen dan wel micro-organismen worden gemeten. Hierbij is dus voorkennis nodig van de lokalisatie van het onderwerp van studie. Daarnaast zijn er grote aantallen dieren nodig om de noodzakelijke statische betrouwbaarheid te kunnen behalen. Bij dit project is voor een totaal andere benadering gekozen. Enkele jaren gelden is een nieuwe technologie ontwikkeld die het mogelijk maakt om cellen of micro-organismen genetisch te markeren door het inbrengen van het luciferse-gen dat afkomstig is van de vuurvlieg. In de cellen wordt hierdoor het luciferase eiwit geproduceerd. Als vervolgens luciferine wordt “aangeboden”, dan zal dit door het luciferase (enzym) producerende cellen worden omgezet. In aanwezigheid van zuurstof en ATP als energiebron, worden er fotonen vrijgemaakt. Deze kunnen gemeten worden m.b.v. een extreem gevoelige camera (cooled charge coupled device CCCD). Ook wanneer deze reactie in levende dieren verloopt kan met de CCCD hiervan een opname worden gemaakt door de dieren onder narcose 10-20 minuten te “belichten”. Behalve dat de plaats waar deze reaktie plaatsvindt kan eveneens de hoeveelheid geproduceerd licht nauwkeurig gekwantificeerd worden. Dit biedt de mogelijkheid tot vrij exacte lokalisatie van cellen c.q. micro-organismen alsmede de “grootte” van het target te bepalen. Doordat de dieren in het experiment op regelmatige tijdstippen onderzocht kunnen worden, kunnen de veranderingen (toename/afname) in geproduceerde (normale of tumor) cellen of micro-organismen worden waargenomen. De effectiviteit van een toegepaste chemo-of cellulaire therapie kan met deze technologie uitstekend worden onderzocht.

Bij het project “Photon detectie camera for real time non-invasive in vivo imaging”, zijn de volgende onderzoeken/onderzoeksgroepenbetrokken.
a] Genetische modificatie van hematopoietische stamcellen (afd Hematologie UMCU). b] Suicide gen therapie in de context van allogene stamceltransplantatie, (afd.Hematologie, UMCU); c] Tissue engineering van bot t.b.v. spinal fusion (Dept. of Orthopedics), d] Ontwikkeling van Corona virale vectoren (afd. Virologie Veterinaire Faculteit, UU); e] Anti-angiogenese bij de behandeling van solide tumoren (afd Medische Oncologie, UMCU); f] Mechanisme van T cel differentiatie en activatie (Dept. of Immunology, UMCU, GDL-UU); g] Interventie bij arthritis (Inst. of Infectious Diseases and Immunology, Veterinaire Faculteit, UU).

De doelstelling van het project was om te onderzoeken in hoeverre de “in vivo imaging” technologie ingezet zou kunnen worden bij de verschillende onderzoeken zoals dat door bovengenoemde onderzoeksgroepen van het UMC Utrecht wordt uitgevoerd.