89Zr-DBN标记细菌用于PET/MRI成像：比较[89Zr]Zr草酸盐与[89Zr]Zr磷酸盐的标记效率新策略

《Nuclear Medicine and Biology》：Radiolabelling bacteria with 89Zr-DBN for PET/MRI: comparing [89Zr]Zr oxalate and [89Zr]Zr phosphate

本文推荐了一种基于89Zr-DBN（去铁胺-异硫氰酸盐双功能螯合剂）的细菌放射性标记新方法，通过比较[89Zr]Zr草酸盐与[89Zr]Zr磷酸盐的标记效率，证实[89Zr]Zr草酸盐具有更高的螯合效率（94.8% vs 66.6%）和更好的细菌活性保持能力。该技术为微生物组（Microbiota）在体（in vivo）动态分布研究提供了标准化PET（正电子发射断层扫描）/MRI（磁共振成像）成像方案。

　　

Highlight

细菌培养

共生菌Lactobacillus crispatus ATCC33820在MRS培养基中厌氧培养20-24小时（37°C）。益生菌Escherichia coli Nissle 1917在TSB培养基中需氧振荡培养16-18小时（37°C）。

⁸⁹Zr-DBN的合成

[⁸⁹Zr]Zr磷酸盐购自3D Imaging LLC公司。[⁸⁹Zr]Zr草酸盐由劳森研究所回旋加速器与放射性化学设施内部生产或从Jubilant Radiopharma购买。将双功能螯合剂DBN与在HEPES缓冲液中中和至pH 7的[⁸⁹Zr]Zr磷酸盐（用1 M K₂CO₃滴定）或在磷酸盐缓冲盐水（PBS）中中和至pH 7的[⁸⁹Zr]Zr草酸盐（用2 M Na₂CO₃滴定）混合。通过放射性薄层色谱（radio-TLC）评估同位素螯合效率。

结果

为了开发一种可靠且经济高效的用⁸⁹Zr标记细菌的方法，我们改进了一种最初为哺乳动物细胞设计的两步标记方案。该方法使用[⁸⁹Zr]Zr磷酸盐和双功能螯合剂DBN，DBN包含一个用于结合⁸⁹Zr的DFO（去铁胺）部分和一个用于共价连接细胞表面蛋白伯胺的异硫氰酸盐基团。由于该放射性标记策略涉及两个不同的步骤——⁸⁹Zr与DBN的螯合以及随后与细菌的结合——我们首先比较了使用[⁸⁹Zr]Zr磷酸盐和[⁸⁹Zr]Zr草酸盐时DBN的螯合效率。

讨论

追踪体内细菌对于理解它们在健康和疾病中的作用至关重要。这在诸如炎症性肠病等情况下尤其相关，肠道微生物组的失衡可能导致慢性炎症和全身效应。研究细菌的去向、持久时间以及它们与宿主组织的相互作用，为了解疾病机制和治疗反应提供了宝贵的见解。对于此类应用，混合PET/MRI是一种强大的工具，因为它结合了PET的高灵敏度和定量能力与MRI出色的软组织对比度和功能成像能力。然而，实现这一潜力的关键在于开发能够有效标记活细菌而不损害其生存能力的放射性示踪剂。

结论

本研究首次提出了一种使用基于DBN的方法用⁸⁹Zr标记活细菌细胞的标准化且可重复的方法。通过改进哺乳动物细胞标记策略并针对细菌系统进行优化，我们展示了一种经济高效的方案，该方案在保持细菌存活的同时实现了高效标记。该方法在来自两个不同门（革兰氏阳性兼性厌氧菌和革兰氏阴性需氧菌）的细菌中得到验证，强调了其作为细菌放射性标记通用平台的潜力。凭借⁸⁹Zr的有利成像特性（半衰期78.4小时，低平均正电子能量），该方法为使用PET/MRI进行细菌生物分布的长期、非侵入性监测铺平了道路，最终有助于推进微生物组研究和基于微生物的治疗方法。