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16.05.2019 | Brief Article

Target-Specific Imaging of Cathepsin and S100A8/A9 Reflects Specific Features of Malignancy and Enables Estimation of Tumor Malignancy

Zeitschrift:
Molecular Imaging and Biology
Autoren:
Anne Helfen, Nils Große Hokamp, Christiane Geyer, Walter Heindel, Christoph Bremer, Thomas Vogl, Carsten Höltke, Max Masthoff, Katarzyna Barczyk-Kahlert, Johannes Roth, Moritz Wildgruber, Michel Eisenblaetter
Wichtige Hinweise

Electronic supplementary material

The online version of this article (https://​doi.​org/​10.​1007/​s11307-019-01370-1) contains supplementary material, which is available to authorized users.
Anne Helfen and Nils Große Hokamp contributed equally to this work.

Publisher’s Note

Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.

Abstract

Purpose

Tumor development and metastasis are dependent on tumor infiltrating immune cells which form a characteristic tumor microenvironment (TME). Activated monocytes secrete the protein heterodimer S100A8/A9 promoting TME formation. Monocyte-dependent proteases facilitate local tumor cell invasion by degradation of the extracellular matrix. We aimed for target specific in vivo imaging of S100A8 and proteases to provide differentiating biomarkers for local tumor growth and metastatic potential.

Procedures

Murine breast cancer cells of the 4T1 model with graduated metastatic potential (4T1 and 4T07: both hematogenous metastasis > 168FAR: lymph-node metastasis > 67NR: no metastasis) were orthotopically implanted into female BALB/c mice. At 4 mm size, tumors were investigated by injecting the protease-specific probe ProSense 750EX (PerkinElmer, 4T1 n = 7, 4T07 n = 10, 168FAR n = 16, 67NR n = 15) and anti-S100A8-Cy5.5 (n = 6 each) and performing fluorescence reflectance imaging at 0 and 24 h after injection. In vivo imaging was validated with immunohistochemistry.

Results

At 24 h, S100A8-specific signals in 4T1 and 4T07 were significantly higher (1714.05/1683.45 AU) as compared to 168FAR and 67NR (174.85/167.95 AU, p = 0.0012/p = 0.0003), reflecting the capability of hematogenous spread. Protease-specific signals were significantly higher in 4T1 and 4T07 (348.01/409.93 AU) as compared to 168FAR (214.91 AU) and 67NR (129.78 AU p < 0.0001 each), reflecting local vessel invasion and tumor cell shedding. Immunohistology supported the in vivo imaging results.

Conclusions

Non-invasive in vivo imaging of S100A8 and monocytic proteases allows for differentiation of the tumors’ local invasive and systemic metastatic potential in reflecting the TME formation. While proteases augment local tumor cell invasion, solid metastases seem to be dependent on a pro-tumoral microenvironment.

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