细菌和噬菌体的生物医学成像制造技术

本发明专利技术涉及细菌的非侵入性成像方法。一个实施方案包括用放射性同位素标记细菌，然后将其输送到人或动物的肠道。另一个实施方案是标记噬菌体，然后将它们施用至人或动物，以使得它们感染人或动物中已经定居的细菌(并因此与其共定位)。然后可以对噬菌体进行成像，显示出感兴趣的定居细菌的位置。在另一个实施方案中，本发明专利技术更一般地涉及用放射性金属或放射性同位素标记细菌或噬菌体以使标记的肠道细菌和体内的细菌对由功能/结构MRI和/或CT成像引导的核医学PET和SPECT成像可见。在另一个实施方案中，本发明专利技术更一般地涉及用放射性金属或放射性同位素标记细菌或噬菌体(两种或仅一种)以使肠道细菌和体内的细菌对由功能/结构MRI和/或CT成像引导的核医学PET和SPECT成像可见，或通过单独的MRI或者其与PET或SPECT的组合可见。合可见。合可见。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】细菌和噬菌体的生物医学成像


[0001]本专利技术涉及细菌的非侵入性成像方法。一个实施方案包括用放射性同位素标记细菌，然后将其输送到人或动物的肠道。另一个实施方案是标记噬菌体，然后将它们施用至人或动物，以使得它们感染人或动物中已经定居的细菌(并因此与其共定位)。然后可以对噬菌体和/或感染的细菌进行成像，显示出感兴趣的定居细菌的位置。在另一个实施方案中，本专利技术更一般地涉及用放射性同位素(包括但不限于放射性金属)标记细菌或噬菌体，以使标记的细菌和体内的细菌对由功能/结构MRI和/或CT成像引导的核医学PET和SPECT成像可见。在另一个实施方案中，通过MRI信号的变化来检测依赖于锰的细菌。如果这些依赖于锰的细菌也用放射性同位素标记，则可以将PET/SPECT和MRI信号组合以量化受试者内存在的细菌的数量。

技术介绍

[0002]已知肠道的细菌在人和动物的健康和疾病方面具有重要作用(Swank&Deitch,1996)。对此作用程度的理解受到不能对细菌进行非侵入性且定量的体内成像并且确定其位置、跨过肠屏障的透过性和向身体其他部分的迁移的限制。
[0003]活生物体中的细胞或亚细胞事件的非侵入性绘图或分子成像是一个逐步发展且不发达的领域。目前已知的体内成像方法具有多种缺点。
[0004]一种这样的成像方法是用报道基因追踪细胞。这一般使用光学平台(比如生物发光、荧光)(Mezzanotte等人，2017)，通过核医学(比如通过追踪胸苷激酶活性)(Boerman等人，2012)或通过磁共振成像(MRI)(比如利用磁小体状纳米粒子)(Goldhawk等人，2009)来进行。
[0005]对细菌的体内光学成像一般涉及插入到肠道中的侵入性光检测器和/或代谢底物比如萤光素的施用，其可能不会均匀地分布到转化的细菌中。
[0006]还已知核医学成像方法(例如，正电子发射断层扫描，PET；单光子发射计算机断层扫描，SPECT)。然而，目前的核医学成像方法需要放射性示踪剂(例如，有放射性的代谢底物)，并且通常在肠道中产生强的背景信号，其可能遮蔽来自标记细胞的目标信号，并且独立于细菌物种而被细菌吸收(Ordonez等人，2021)。
[0007]最近的使用MRI的工作(Donnelly等人，2019)表明，许多共生和泌尿致病性细菌的T2驰豫时间固有地非常短；因此使用产生铁纳米粒子的MRI报道基因(无论它们是内源性的还是外源性的)的进一步缩短可能不导致有效的MRI对比度。在具有非常短T2时间的一些细菌中，存在较大浓度的Mn，其是强顺磁性MRI造影剂。如果将
52
Mn(5.6天半衰期)加载到这些细菌中，这使得能够通过MRI以及也通过PET检测这些细菌。
[0008]因此，以提供对细菌的定量或准确定位(包括物种鉴定)的方式用报道基因对细菌进行成像仍是一个挑战。
[0009]另一种已知的体内成像方法是利用静脉内注射的放射性配体对特异性细菌细胞表面标志物进行成像。这种方法对于检测在特定组织中的细菌感染显示出一些希望
(Ordonez等人，2017，Hess等人，2018)。然而，这些方法可能不适合于检测肠道中的细菌，因为吞下的放射性配体可能导致高的肠背景放射信号，这会遮蔽来自细菌的信号。
[0010]另一种已知的体内成像方法是在摄入之前直接标记细菌，这可以使得能够追踪细菌。通过MRI使用氧化铁粒子(例如超顺磁性氧化铁(SPIO)粒子)(Shan，2011)的示踪可以成功地追踪注射的哺乳动物细胞；然而，追踪细菌是更有挑战性的，因为标记更有挑战性，并且即使能够标记细菌，考虑到基线细菌R2驰豫率通常已经较高，标记可能不会充分地改变R2驰豫性。
[0011]铁标记对于哺乳动物细胞示踪一直是有效的，但是对于许多细菌物种可能不是有效的。这是因为被称为T2的铁敏感MRI量度在许多细菌中固有地较短，不同于大部分哺乳动物细胞中的T2(Sengupta等人，2014)。注意，横向驰豫率R2是驰豫时间T2的倒数。因此，较短的T2导致较大的R2。
[0012]因此，仍需要对肠道微生物区系进行非侵入性、选择性且定量的成像。

技术实现思路

[0013]根据本专利技术的一个方面，提供了一种对受试者中的微生物区系进行成像的方法，所述方法包括：用放射性同位素标记细菌或噬菌体；将放射性同位素标记的细菌或噬菌体引入到所述受试者中；以及对所述受试者进行功能和/或结构成像。
[0014]在一些实施方案中，所述标记是对细菌、例如肠道细菌的标记。
[0015]在一些实施方案中，所述方法还包括在标记之前从所述受试者的粪便物中分离所述肠道细菌。
[0016]在一些实施方案中，其中标记肠道细菌，并且所述肠道细菌包括卷曲乳酸杆菌(Lactobacillus crispatus)ATCC33820。
[0017]在一些实施方案中，所述方法还包括在将放射性同位素标记的肠道细菌引入到所述受试者中之前将其混入粪便物中。
[0018]在一些实施方案中，引入所述放射性同位素标记的细菌包括：所述受试者对所述放射性同位素标记的细菌的摄入，或通过静脉内、动脉内、鞘内、肌内、皮内、皮下或腔内施用将所述放射性同位素标记的细菌施用到所述受试者中。
[0019]在一些实施方案中，引入所述放射性同位素标记的肠道细菌包括将所述放射性同位素标记的肠道细菌放入所述受试者的十二指肠中。
[0020]在一些实施方案中，所述放射性同位素是
89
Zr、
64
Cu或
52
Mn。
[0021]在一些实施方案中，所述放射性同位素是
89
Zr，并且用包含
89
Zr
‑
去铁敏(desferrioxamine)
‑
NCS(
89
Zr
‑
DBN)的标记试剂标记所述细菌。
[0022]在一些实施方案中，所述放射性同位素是
52
Mn。
[0023]在一些实施方案中，所述成像包括同时的正电子发射断层扫描(PET)成像和磁共振成像(MRI)。
[0024]在一些实施方案中，所述成像包括依次的正电子发射断层扫描(PET)成像和磁共振成像(MRI)。
[0025]在一些实施方案中，所述成像包括正电子发射断层扫描(PET)成像和计算机断层扫描(CT)成像。
[0026]在一些实施方案中，所述放射性同位素是
111
In、
177
Lu或
225
Ac。
[0027]在一些实施方案中，所述放射性同位素是
111
In，并且用包含
111
In
‑
DOTA
‑
NHS的标记试剂标记所述细菌。
[0028]在一些实施方案中，所述成像包括单光子发射计算机断层扫描(SPECT)成像和磁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种对受试者中的微生物区系进行成像的方法，所述方法包括：用放射性同位素标记细菌或噬菌体；将放射性同位素标记的细菌或噬菌体引入到所述受试者中；以及对所述受试者进行功能和/或结构成像。2.权利要求1所述的方法，其中所述标记是对细菌的标记。3.权利要求2所述的方法，其中所述细菌是肠道细菌。4.权利要求3所述的方法，所述方法还包括在标记之前从所述受试者的粪便物中分离所述肠道细菌。5.权利要求2所述的方法，其中标记肠道细菌，并且所述肠道细菌包括卷曲乳酸杆菌(Lactobacillus crispatus)ATCC33820。6.权利要求2
‑
5中任一项所述的方法，所述方法还包括在将放射性同位素标记的肠道细菌引入到所述受试者中之前将其混入粪便物中。7.权利要求2
‑
6中任一项所述的方法，其中引入所述放射性同位素标记的细菌包括：所述受试者对所述放射性同位素标记的细菌的摄入，或通过静脉内、动脉内、鞘内、肌内、皮内、皮下或腔内施用将所述放射性同位素标记的细菌施用到所述受试者中。8.权利要求7所述的方法，其中引入放射性同位素标记的肠道细菌包括将所述放射性同位素标记的肠道细菌放入所述受试者的十二指肠中。9.权利要求2
‑
8中任一项所述的方法，其中所述放射性同位素是
89
Zr、
64
Cu或
52
Mn。10.权利要求9所述的方法，其中所述放射性同位素是
89
Zr，并且用包含
89
Zr
‑
去铁敏
‑
NCS(
89
Zr
‑
DBN)的标记试剂标记所述细菌。11.权利要求9所述的方法，其中所述放射性同位素是
52
Mn。12.权利要求9至11中任一项所述的方法，其中所述成像包括同时的正电子发射断层扫描(PET)成像和磁共振成像(MRI)。13.权利要求9至11中任一项所述的方法，其中所述成像包括依次的正电子发射断层扫描(PET)成像和磁共振成像(MRI)。14.权利要求9至11中任一项所述的方法，其中所述成像包括正电子发射断层扫描(PET)成像和计算机断层扫描(CT)成像。15.权利要求2
‑
8中任一项所述的方法，其中所述放射性同位素是
111
In、
177
Lu或
225
Ac。16.权利要求15所述的方法，其中所述放射性同位素是
111
In，并且用包含
111
In
‑
DOTA
‑
NHS的标记试剂标记所述细菌。17.权利要求15或16所述的方法，其中所述成像包括单光子发射计算机断层扫描(SPECT)成像和磁共振成像(MRI)，任选地同时包括。18.权利要求15或16所述的方法，其中所述成像包括依次的单光子发射计算机断层扫描(SPECT)成像和磁共振成像(MRI)。19.权利要求15或16所述的方法，其中所述成像包括单光子发射计算机断层扫描(SPECT)成像和计算机断层扫描(CT)成像。20.权利要求9
‑
19中任一项所述的方法，其中所述成像包括在施用标记物后的前12小时，每两小时对所述受试者进行成像。21.权利要求20所述的方法，其中所述成像包括每两小时对所述受试者进行成像30分
钟。22.权利要求21所述的方法，其中所述成像还包括在最初的12小时后，大约每个放射性同位素物理(或生物)半衰期对所述受试者进行一次成像，直到在所述受试者中不再检测到所述放射性同位素。23.权利要求1所述的方法，其中所述标记是对噬菌体的标记。24.权利要求23所述的方法，其中所述噬菌体由于其感染待成像的细菌的能力而被选择。25.权利要求23所述的方法，其中所述噬菌体由于对待成像的细菌的特异性而被选择。26.权利要求23所述的方法，其中所述噬菌体选自LH01
‑
肌尾噬菌体科(Myoviridae)、LL5
‑
长尾噬菌体科(Siphoviridae)、T4D
‑
肌尾噬菌体科(Myoviridae)和LL12
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肌尾噬菌体科(Myoviridae)，并且待成像的细菌是大肠杆菌(E.Coli)。27.权利要求23所述的方法，其中所述噬菌体是肠道噬菌体。28.权利要求27所述的方法，所述方法还包括在标记之前从所述受试者的粪便物中分离所述肠道噬菌体。29.权利要求23
‑
28中任一项所述的方法，所述方法还包括在将放射性同位素标记的肠道细菌引入到所述受试者中之前将其混入粪便物中。30.权利要求23
‑
29中任一项所述的方法，其中引入所述放射性同位素标记的噬菌体包括：所述受试者对所述放射性同位素标记的噬菌体的摄入，或将所述放射性同位素标记的噬菌体移植到所述受试者中。31.权利要求30所述的方法，其中将放射性同位素标记的噬菌体静脉内、动脉内、鞘内、肌内、皮内、皮下或腔内施用到所述受试者中。32.权利要求30所述的方法，其中引入放射性同位素标记的肠道噬菌体包括将所述放射性同位素标记的肠道噬菌体放入所述受试者的十二指肠中。33.权利要求23
‑
32中任一项所述的方法，其中所述放射性同位素是
89
Zr、
64
Cu或
52
Mn。34.权利要求33所述的方法，其中所述放射性同位素是
89
Zr，并且用包含
89
Zr
‑
去铁敏
‑
NCS(
89
Zr
‑
DBN)的标记试剂标记所述噬菌体。35.权利要求33所述的方法，其中所述放射性同位素是
52
Mn。36.权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐纳，
申请(专利权)人：多磁公司，
类型：发明
国别省市：