24
1 Determining the Impact of New Therapeutic Approaches: Advancing Imaging in Animals webinar 7 Dec 2011 [0:00:14] Slide 1 Sean Sanders: Hello and a warm welcome to this Science/AAAS audio webinar. My name is Sean Sanders and I'm the editor for custom publishing at Science. For you today, we have the third and final webinar in the series exploring advances in imaging technology from cell to well to animal. Find the previous two webinars at www.sciencemag.org/webinar . In today's discussion, our two panelists will talk about how the use of in vivo imaging particularly fluorescence tomography allows the study of biological pathways in context, noninvasively, and in their natural state. Imaging agents used for fluorescence tomography are now even being translated into the clinic for human diagnostic applications while diseasespecific fluorescence markers are finding their way back into basic research in high content screening applications. The panel today will discuss the most important considerations when performing in vivo imaging and describe how in vivo imaging techniques have been applied in their research. They will also be available to answer questions submitted by our live webinar viewers. Slide 2 It now gives me great pleasure to welcome our speakers for this discussion. We have Dr. Patrick McConville from Molecular Imaging in Ann Arbor, Michigan and Dr. Matthias Nahrendorf from Harvard Medical School in Boston, Massachusetts. Many thanks to you both for being with us today. Before we get started, I have some useful information for our audience. You can resize or hide any of the windows in your viewing console. The widgets at the bottom of the console control what you see. Click on these to see the speaker bios or additional information about technologies related to today's discussion or even to download PDFs of the slides.

Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

1  

Determining the Impact of New Therapeutic Approaches: Advancing Imaging in Animals 

webinar 7 Dec 2011  [0:00:14] Slide 1 Sean Sanders:  Hello and a warm welcome to this Science/AAAS audio webinar. My 

name  is  Sean  Sanders  and  I'm  the  editor  for  custom  publishing  at Science. 

   For  you  today, we  have  the  third  and  final webinar  in  the  series 

exploring advances in imaging technology from cell to well to animal. Find the previous two webinars at www.sciencemag.org/webinar. In today's discussion, our two panelists will talk about how the use of in vivo  imaging particularly  fluorescence  tomography allows  the study of biological pathways in context, noninvasively, and in their natural state.  Imaging  agents  used  for  fluorescence  tomography  are  now even  being  translated  into  the  clinic  for  human  diagnostic applications while disease‐specific  fluorescence markers are  finding their  way  back  into  basic  research  in  high  content  screening applications. 

   The  panel  today  will  discuss  the  most  important  considerations 

when performing  in vivo  imaging and describe how  in vivo  imaging techniques  have  been  applied  in  their  research.  They will  also  be available to answer questions submitted by our live webinar viewers. 

 Slide 2   It  now  gives me  great  pleasure  to welcome  our  speakers  for  this 

discussion. We have Dr. Patrick McConville  from Molecular  Imaging in Ann Arbor, Michigan and Dr. Matthias Nahrendorf  from Harvard Medical School  in Boston, Massachusetts. Many thanks to you both for being with us today. 

   Before  we  get  started,  I  have  some  useful  information  for  our 

audience. You can resize or hide any of the windows in your viewing console. The widgets at the bottom of the console control what you see. Click on these to see the speaker bios or additional information about  technologies  related  to  today's  discussion  or  even  to download PDFs of the slides. 

 

Page 2: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

2  

  Each of our  speakers will  talk briefly about  their work. After which we will have a Q&A session during which our guests will address the questions submitted by our live online viewers. So if you're joining us live, start thinking about your questions now and submit them at any time by typing them into the box on the bottom left of your viewing console and clicking the submit button. If you can't see this box, click the red Q&A widget at the bottom of the screen. Please remember to keep your questions short and concise, as this will give them the best chance of being put to our panel. 

   You can also log in to your Facebook, Twitter, and LinkedIn accounts 

during the webinar to post updates or send tweets about the event, just  click  the  relevant  widgets  at  the  bottom  of  the  screen.  For tweets, you can add the hash tag, #sciencewebinar. 

   Finally,  thank  you  to  PerkinElmer  for  their  sponsorship  of  today's 

webinar.  Slide 3   Now,  I'd  like  to  introduce our  first speaker  for  today and  that's Dr. 

Patrick McConville.  Dr. McConville  is  chief  operating  officer,  chief scientific  officer,  and  a  co‐founder  of  Molecular  Imaging Incorporated, the only contract research organization dedicated to in vivo  preclinical  imaging.  He  has  over  10  years  of  experience  in multimodality small animal imaging with a drug discovery focus, and has specialized in a number of disease areas. After postdoctoral work at  the  National  Institutes  of  Health,  Dr.  McConville  joined  with academic and industry collaborators to found the first multimodality imaging  contract  research organization, MIR,  in 2003. MIR grew  to support most of the world’s top pharmaceutical companies through in vivo MRI, PET, optical, and CT  imaging capabilities. The company Molecular  Imaging was  launched  in May 2011 and  is extending  the range of  imaging modalities and associated biomarkers and disease models  available  to  industry  decision makers. Warm welcome, Dr. McConville. 

 Slide 4 to Slide 5   Thanks very much, Sean. So  thanks everyone  for attending and  I'm 

going to present a CRO perspective on the use of FMT, but I'm going to start by looking at the way imaging has evolved over the last few decades to see its prevalent use in discovery and development from a general point of view. Then I'll get into some disease endpoints and some  of  the most  prevalent  endpoints  in  how  these  are  validated and  the  concept  of  biomarker  and  target marker  from  an  imaging 

Page 3: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

3  

point  of  view,  and  then  begin  to  look  at  the  concept  of  probe‐facilitated imaging, which is where the FMT technology really comes into play.  I'm going  to  finish by presenting a  few  specific examples for  us  using  FMT  and  FMT  probes  for  inflammation  and  tumor burden tracking. 

 Slide 6   So to begin with, imaging, medical imaging has only been around for 

a short period of time really. In the  '70s, the major modalities were introduced  and  it's  only  recently  that  these modalities  have  been specialized and adopted and translated for specialized rodent work. So  the  last  5  to  10  years  has  seen  a  transition  from  the  use  of medical  imaging  in  a  largely  anatomical  and  diagnostic  fashion through to today's use, which is very prevalently in imaging function and molecular  imaging.  So, we've  seen  a  transition  from diagnosis into efficacy and a parallel  transition of  the use of  this  technology from  something  that was  pioneered within  the  academic  centers, but  that  now  has  become  very  prevalent  in  the  pharmaceutical industry and  the CROs. The next 5  to 10 years, we'll see more and more use of imaging for assessing drug safety and toxicology and not only efficacy. 

Slide 7 [0:05:29]   So, to summarize some of the major changes and concepts, imaging 

was modality centric and was a very decentralized thing where single labs would  focus  on MRI  only  for  example,  but  today  it's  become very  modality  agnostic  and  applications  are  driving  the  use  of imaging.  It's  a  centralized  concept  today.  It  was  a  complex technology  that  required  physicists  and  engineers  very  heavily. Fortunately, it still does require those types of people, me being one of  them,  but  it  is more  and more  of  a  black  box  technology  that multidisciplinary teams can utilize. It was a tool for diagnosis as I said but it's not used very heavily for disease progression and therapeutic response. It was expensive, still  is expensive unfortunately, but that will  continue  to be  the  case as  the providers  continue  to push  the boundaries  of  the  technology  so  we're  seeing  very  rapid advancements and that has expense associated with  it obviously.  It was not a  standard  in drug development, but  it now  is and as  I've mentioned, it has evolved to become a very prevalently and heavily used tool in the industry. 

 Slide 8 to Slide 9   So,  here's  the  discovery  and  development  continuum  for  drug 

research and  the  first key point here  is  that  imaging  is  today used 

Page 4: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

4  

right  across  this  spectrum.  So  it's  a  translatable  technology  and that's something that makes it very important. 

 Slide 10   But the next key concept here  is that the foundation for the use of 

imaging today more than ever is really the therapeutic areas, and so I  consider  these  therapeutic  areas  and  here  are  five  of  the major ones as the foundation for the use of imaging. These are the towers across which we would like to apply imaging broadly. 

 Slide 11   But  driving  the  use  of  imaging  really  is  the  pharmacology,  the 

questions coming  from pharmacology teams, toxicology teams, and pathologists, and  this  is why  the applications have become  so well validated and used. 

 Slide 12   So why just generally would we use imaging? We have to make sure 

that we are gaining an advantage from it. We don’t want to be using it  just  because  it's  accessible.  It  might  be  faster  enabling  early prediction.  It  could  be  better  resolved  at  the  tissue  or  sub‐tissue level  enabling  us  to  get  down  to  those  levels.  It might  be more relevant  by  providing  access  to  unique  endpoints  that  aren't accessible  through  other means,  and  the  translational  capability  is important.  If  it  is  translational and we hope  it will be a  lot of  time then the continuum for discovery and development is addressed and that  becomes  very  powerful.  A  question  often  asked  is  it  cost effective. So  I'm mentioned before  that  it  is expensive  to  invest  in the technology, but overall  its use  is cost effective  if at  least one or more of the above is true in a drug program. 

 Slide 13    So endpoints and how do we validate image based endpoints.  Slide 14   Firstly, we can group  some of  the major endpoints  into categories, 

the  first  being  anatomical where  imaging  is  used  to  diagnose  and track  disease  evolution  or  progression.  We  can  then  get  into functional endpoints.  Some of  them  are  shown here,  true  imaging where  it becomes more and more powerful and  then down at  the molecular  level  performing  true  molecular  imaging  looking  at pathways and target modulation. So  imaging, preclinical and clinical imaging  provides  this  today  and  this  is  really  a  subset  of  what's 

Page 5: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

5  

accessible  in  terms of  image‐based endpoints. You can see  that  it's not  huge  stretch  to  think  about  the  use  of  imaging  in  safety  and toxicology  even  though  it's  predominantly  used  for  efficacy  and diagnosis  today.  Some  of  the  same  endpoints  would  have applications in safety and toxicology so that's driving that evolution. 

 Slide 15   So how do we perform an assessment through an  image? What we 

have at the earliest stage is an image‐based quantifiable parameter. We have  an  image  and we  can quantify  contrast or  signal  level  in some manner, what we really need to do though  is  invalidate that. So we provide or perform some  level of validation to correlate that parameter  with  disease  progression  and  that's  what  I  would  call validation phase  I.  If  that's  successful, we  end up with  an  imaging based biomarker. At  that point, we have  something valuable  that's quantitative that can be used for decision making in drug research. 

   What  we  would  ultimately  love  to  be  able  to  do  is  to  perform 

additional validation so that we might end up with what is known as a  surrogate marker.  So  to  do  that,  we're  correlating  with  a  true clinical endpoint and we are ending up with, as I've said, a surrogate marker. So  that's  really  the Holy Grail  for any biomarker and more and  more  into  the  future,  we  hope  and  we  believe  we  will  see image‐based surrogate markers. 

 Slide 16 [0:10:18]   So, as I mentioned before, what we want to be able to do is to apply 

modalities  across  therapeutic  areas  very  broadly.  So  this  is  the challenge  of  a  core  facility  and  this  is  the  concept  I  was making before  having multiple modalities  housed with  a  single  operation and  then  being  able  to  apply  these  very  broadly.  So  it's  a  very powerful concept, but  it's a challenging one when you consider the validation that's needed. 

 Slide 17   So,  we  would  envision  having  multiple  protocols  per  imaging 

modality that creates an additional level of complexity. The multiple therapeutic areas,  the  towers  that  I mentioned  applying  it broadly across all of those, multiple models per therapeutic area, even more complexity and then we get  into safety and medical devices. That's ultimately what we'd  like to be able to do.  It becomes an unwieldy challenge in some ways, but this is the concept. 

 

Page 6: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

6  

Slide 18   So  now,  I'd  like  to  get  into  probe‐facilitated  imaging  and  FMT 

specifically and how we're using that in the industry today.  Slide 19   So  firstly,  on  imaging  probes,  an  imaging  probe  can  be  generally 

defined as a molecule or a nanoparticle that's designed to modulate imaging  contrast  in  an  image.  The  degree  of  that  modulation  is generally  dependent  on  probe  concentration,  the  voxel  level.  It's dependent on the access to tissue and the kinetics of the distribution of  that  probe  and  its  degree  of  uptake  particularly  for  captured probes and the degree of activation for activated probes. 

   Here  in  this  table  are  three major  categories  of  probes,  the  first 

being  targeted  probes.  There  are  a  number  of  examples  of  these commercially available to today. Then conditionally captured probes, the classic example is there in PET imaging, probes that are uptaken by  cells  in  a  dependent  fashion  and  then  conditionally  activated probes. This is where it gets really interesting and we're getting true molecular  imaging  through  this  type  of  probe.  The most  common examples  are  protease‐activated  probes  through  caspases, cathepsins, and MMPs. This is where the FMT comes into play and I'll show you some examples. 

 Slide 20   Here's the concept of using a probe. So initially, we assume we have 

a drug target or a biology of interest. We would then hope to choose an  animal model  that  reciprocates  that  drug  target  or  biology.  So ultimately today and more and more into the future, we want to be able to go to like a kit bag of imaging probes where we can choose a probe that tracks best to that biology or target and also to the model being used. So as a  triangle,  these  three  things  together become a powerful means  for probe‐facilitated  imaging of mechanism. That's the concept. 

 Slide 21   On the FMT,  just a  little bit on the technology as we get  into some 

examples here and particularly  the CRO perspective. As we choose technologies  in  any  core  facility,  and  I'd  argue  particularly  as  a contract  research  organization,  we  have  to  make  sure  that  the technology  checks  all  the major  boxes  and  is  going  to  have  great utilization and potential for the industry. 

 

Page 7: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

7  

  So we  get quantitative  three‐dimensional  imaging  out  of  FMT  and that's pretty unique for  in vivo optical  imaging.  It's high throughput and efficient. That's needed because we need to be able to run large studies  and  the  probe multiplexing  that's made  available  by  FMT provides even more efficient imaging because we're getting multiple readouts in a single experiment. The applications are very broad and they're really only bounded by the probe developers and we're very fortunate that we have developers like the ones at PerkinElmer that are  very  rapidly  providing  valuable  probes  for  use  with  this technology. 

   It  is a  true modality  for molecular  imaging. We're getting down  to 

disease mechanism and drug response very directly. The applications readily  go  across disease  states  and  across our  therapeutic  towers and  even  into  safety  so  that's  important  and  that's  not  always  a feature  of  a  lot  of  the more  prominent  imaging modalities.  It  has clinical translation potential, which is really the icing on the cake. So it does check all the major boxes. 

 Slide 22   What we're doing at Molecular Imaging right now is to validate FMT 

based  biomarkers  and  our  definition  of  validation  is what we  call pharma‐ready. What  that means  is  that  we're  validating  it  at  an extensive  level  to  make  sure  that  the  biomarker  correlates  with disease  progression  and  also  response  to  therapy.  That  it  also correlates with clinical measurements and biomarkers and histopath. We want to make sure that we understand the complexities of study design, how do we get  the most out of  the  technology and ensure that  it's  quantitative  and what  are  the  limitations.  Ultimately, we want to make sure we understand the advantage and value of using it versus doing something else. 

   We have to be able to do this  level of validation for every probe or 

biomarker we want to use, in every model that we want to use it in, and  ideally with each  treatment  that we want  to use  it  in parallel with. So it becomes a pretty grand undertaking. 

 Slide 23   Fortunately, some of this is already being done for us. We're not the 

first to try to do it. One great example of that is the work that came out of Jeff Peterson's  lab at PerkinElmer  in collaboration with Pfizer researchers.  I  encourage  everyone  to  pull  this  paper.  It's  a  great example of pharma‐ready validation in an RA model; it's a mouse RA model. 

Page 8: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

8  

 [0:15:46] Slide 24   Here's  the  upshot  of  what  was  done.  On  the  right,  you  see  the 

image‐based  biomarkers  that  are  accessed  through  FMT  imaging using ProSense and MMPSense and you see a very tight correlation across a number of treatments in this RA model correlating with the histopath score along the X‐axis. On the left, the traditional forms of measurements  through  clinical  score  in  paw  swelling  and  you  can see a decoupling  there. The data points are  falling off  that  straight line.  So  this  is  an  example where  FMT  provides  a more  accurate assessment  of  disease  response  in  a  model  like  this.  So  that's demonstrating true value. 

 Slide 25   How does that look at the ground level? Well, here are some imaging 

we did in an RA model of our own and you see we used a ProSense here  that  is  cathepsin  activated  and  so  with  the  inflammation response  in  the  hind  paws,  you  see  a  5  to  6  induction  of  signal increase over time as disease progresses. So that's what we're doing and then we can track a response to a therapy. 

 Slide 26   It becomes even more interesting when we multiplex and here we're 

using a bone‐targeted agent  in exactly  the same mouse and seeing an  increase  in  the  signal  level  of  this  bone‐targeted  probe  that's reading  out  bone  turnover  at  a  later  stage  in  the model  as we'd expect  the  bone  degradation  in  this model.  So we're  getting  two modes of treatment response potentially in a model like this through probe multiplexing. 

 Slide 27   Another example where we  validated  the  concept  is  in  the mouse 

sponge  granuloma  model.  It's  a  great  model  for  trying  to  prove concepts. 

 Slide 28   And  just taking a step back, here's an MRI we did  in this model and 

this  is  a  fluorinated  nanoparticle  that's  taken  up  selectively  by macrophages.  You  can  see  the  sponges  at  the  top  of  the mouse there,  on  the  dorsal  aspect  of  the  mice  here  implanted subcutaneously and the one on the right has an inflammatory agent in it so it's promoting an inflammation response. So, it's a really good 

Page 9: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

9  

model  for  looking  at  inflammation  acutely  and  you  can  see  a collection of macrophages around the sponge that are activated. 

   On  the  left  in  the PBS  control,  you don’t  see  that and  there's also 

notably  some  activated  macrophages  in  spleen  and  liver  in  the model with the CFA on the right. 

 Slide 29   So we then took this into use with FMT, with optical probes and we 

did  some  2D  reflectance  imaging  here  with  cathepsins  and  the ProSense agent, and you can see that over time, we've got our PBS sponge on the  left and now complete Freund's adjuvant sponge on the  right.  You do  see  increasing  signal  relative  to  the  control over time. So, this  is validating the concept of  imaging  inflammation  in a very acute level. 

 Slide 30   We extended that to MMP through MMPSense and this  is the data 

summarized  on  this  slide  here.  But  you  can  see  that  the  diseased animals promote much stronger signals to do with the activation of these probes. So we're getting a very quantitative and acute readout as soon as six hours after introduction of these imaging probes. 

 Slide 31   The  final example  I want  to  show before  just ending  the  talk  is  to 

look  a  little bit  at  tumor  imaging and  this  is  something  that we've been focusing on a  lot. What we embarked on  initially was a pretty ambitious program where we did perform 104 scans in a day. 

 Slide 32 to Slide 33   What we wanted to look at was a couple of things. One was a broad 

panel  of  tumors.  So  we  looked  at  17  different  subcutaneously implanted tumor types and we looked the combination of 5 different optical probes  that are used  in association with  the FMT. Then we secondly wanted to validate the concept of high throughput imaging with  FMT.  So  104  scans  in  a  day  sound  ambitious,  but  it  was something we were able to achieve relatively easily. 

 Slide 34   On this slide, you can see the results and what we've  found was  in 

conclusion  FMT  technology  can  indeed be used  for  tumor  tracking and again we're not the first to show this, there's a  lot of published evidence  of  it.  But  it was  nice  to  be  able  to  do  this  broadly  and quickly. What we found was that the best probe doesn't need to be 

Page 10: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

10  

chosen  for each model  so  you  can  see  a  couple of  flat  lines  there where  a probe didn’t  show progression of  the disease with  tumor growth.  But  importantly,  the  imaging  throughput  for  FMT  is  not limited  so as a CRO or as an  industry  lab, we  can  run  large, highly powered, industry‐relevant studies, which is an absolute prerequisite for us. 

 [0:20:25]   Big  advantage  in  trying  to  do  this with  FMT  is  that  it would  not 

require  luciferase‐transfected  cell  line  because  bioluminescence  is the more  traditional way  to  do  it.  I'm  not  saying  it would  replace bioluminescence, but there are cases where that would be valuable. It would open up the ability to use primary models for example if we can validate  it particularly  in deep tissue models where  it would be needed. 

 Slide 35 to Slide 36   Lastly,  expanded  applications.  Here,  we're  going  to  expand  the 

pharma‐ready  validation  into a number of different disease  states. Some  of  them  are  shown  on  this  slide  in  biodistribution.  So  it's  a positive  outlook  in  terms  of  the  breadth  of  applicability  for  FMT technology and what we ultimately want to do  is provide expanded use and benefit for this technology in pharmaceutical research. 

   So  that ends my  talk now. Thanks everyone  for  listening  in and  I'll 

throw it back to you, Sean.  Slide 37 Sean Sanders:  Great.  Thank  you  so  much  Dr.  McConville.  Very  interesting 

presentation and great introduction for us.  Slide 38   So we're going to move right on to our second speaker for today and 

that  is  Dr.  Matthias  Nahrendorf.  Dr.  Nahrendorf  is  currently  an assistant  professor  at  Harvard Medical  School  and  director  of  the Mouse  Imaging  Program  at  the  Center  for  Systems  Biology  at Massachusetts General Hospital. He  completed  his  joint  Ph.D.  and M.D.  studies  at  the  University  of  Heidelberg  in  Germany  before moving  to  the  University  of  Bonn  for  an  internship  and  then  the University of Wurzburg where he did his  residency,  fellowship, and postdoctoral training. Dr. Nahrendorf joined Harvard Medical School in  2004.  His  laboratory  focuses  on  the  cellular  and  molecular processes during the healing phase after myocardial infarction using the  entire  spectrum  of  imaging modalities,  including MRI,  nuclear, 

Page 11: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

11  

and optical imaging techniques, with a special interest in multimodal imaging. Dr. Nahrendorf was the recipient of the Helmholtz Prize  in 2003 and the Society of Molecular Imaging Young Investigator Award in 2005. Welcome, Dr. Nahrendorf. 

 Slide 39 Dr. Matthias Nahrendorf:  Thank you, Sean. I would like to start off by listing some advantages 

that  I  see  in  using  fluorescence  molecular  tomography  for  your research. What  we're  doing  here  really  is  noninvasive  sensing  of fluorescent  molecular  agents  and  also  increasingly  fluorescent proteins  so  the mouse doesn’t  get hurt. The method  is  really  fully quantitative  so  we  will  yield  tracer  concentrations  in  3D  volume datasets.  We  can  also  start  to  think  about  multiplex  imaging  to assess more  than  one  biomarker.  Currently,  some  of  the  systems allow up  to  four  channels and we've  spent  three  so  far with quite good success. 

   It's  also  a  modality  with  high  throughput. We  can  finish  up  one 

channel scanning  in five minutes.  It's very versatile because we rely on  fluorescence so we can combine  it with  intravital microscopy or fluorescence  histology  or  flow  cytometry  of  liquids  or  liquefied organs after we did our in vivo imaging. 

 Slide 40   So there are obviously, as to all imaging modalities, some limitations 

and  one  of  the major  limitation  is  that  light  travels  only  so  far  in tissue.  That's why we're  currently  confined  to  doing  this  in  small animals. The spatial resolution  is somewhere between 1 and 2 mm so that's about the range that we get in small animal PET imaging. As in PET imaging, the spatial information is fairly limited because what we're  looking  at  in  the  FMT  dataset  is  the  fluorescence concentration so you don’t get much anatomy with it. We usually try to  overcome  this  by  adding  an  anatomic  modality  in  a  hybrid manner. 

   We  have  to  deal  with  autofluorescence,  as  in  all  of  fluorescence 

imaging, and there are some tricks to deal with it. For instance, near the mouse we remove the hair or put mice on a non‐fluorescent diet for at least a week prior to your imaging procedure. 

 Slide 41   Now  how  does  it  really work?  I'm  showing  one  example  here.  So 

there are some academic centers  that even use a  rotational gantry where  you have  comparable  to CT  imaging,  the  laser and  the CCD 

Page 12: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

12  

camera  rotating around  the mouse. But  this  is a setup  that we are using right now where the laser moves through 80 positions beneath the mouse, and it's a transillumination setup where the CCD camera then detects  the  fluorescence and  it's positioned above  the mouse so you're really in transillumination mode. While this laser is moving through  80  different  positions,  we're  also  using  transillumination information  to  take  into  account  that  light  gets  absorbed  while travelling through tissue and that there are some scatter. 

[0:25:47]   These datasets are fed  into a reconstruction algorithm that yields a 

three‐dimensional map that's show on the right here. You can now put your region or volume of interest into that and it will give you a concentration of your fluorochrome. 

 Slide 42   If you could see  in that map, you have a  lot of blobs out there and 

you  want  to  find  out  where  is  your  signal  coming  from,  and  we routinely use either CT or MRI to give us this concomitant anatomy. There's  quite  a  neat  setup  here.  You  can  see  that  the  arrow  is pointing to fiducial markers and the top left panels show you the CT image of a mouse that's in an imaging cassette. You little imagine of this cassette on the right upper hand corner. Then the FMT dataset is on  the bottom  left  and on  the  right,  you  get  an  image of  a  fused dataset where you now can tell where your fluorescence information is coming from. 

 Slide 43   This has been especially important for imaging small targets. So, we 

are  interested  in  imaging  atherosclerosis.  You're  looking  at  a protease sensor here in apoE knockout mouse and you can see that really the atherosclerotic plaques are very small. So the upper right‐hand corner shows you where you have most of your plaques. That's the aortic root; this  is where people usually  look by histology. Then right next to that histology, you see an excised aorta, this heat map of protease activity. You see that the root is really hot, but the root is very small.  It's  just 1 mm  in diameter or so. So we use concomitant CT information to really pinpoint our fluorescence information to the root. If you don’t do this, it's harder to tell is your signal coming from the root or is it coming from a lymph node that's somewhere next to it. So  this setup  is now  routinely used.  It might not be necessary  if you're  looking at  larger targets such as tumors or  implanted tumors where you actually know where your target will be. 

 Slide 44 

Page 13: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

13  

  So,  this  slide  shows  you  a  typical  FMT‐CT  setup.  It  actually  also includes PET imaging and this is how we do it in our lab. The panel A shows  you  the  nanoparticle  platform  that we  used  in  this  specific experiment.  It's  a  nanoparticle  that  has  a  30‐nanometer  diameter and  is  targeted  to  inflammatory  cells.  It's  taken  up  avidly  by macrophages, monocytes,  and  to  some  extent  by  neutrophils  that has  a dextran  channel  that's derivatized with  some handles where we  can  attach  useful  ligands  such  as  fluorochromes  to  detect  our nanoparticle  by  FMT,  but  also  PET  isotopes  so  in  this  specific example, be clicked on FAT and  target  ligands,  targeting  ligands  so for instance peptides. 

   Then panel B shows you the image acquisition and this setup allows 

you to basically snap the animal into a holder where you first do your FMT  and  then  you  can  just  go  over  to  the  PET‐CT  setup,  which obviously  should  be  nearby  so  the mouse  doesn’t wake  up  in  the process. But it won't move so you can really then, as shown in C, fuse your channels. The particular images that you see on the right‐hand side  show  four  different  channels  for  fluorescence  information  so these are the  first top  four panels and then  fused all together with the CT on the lower right panel. 

 Slide 45   Now how quantitative  is  FMT  imaging? We used our nanoparticle, 

which has the advantage that you have a fixed ratio of a PET isotope and a fluorochrome to look into this a bit closer knowing that PET is considered  the  gold  standard  of  quantitative  noninvasive  imaging. We used two nanoparticles here, one used 18F, that’s a PET  isotope and the other copper 64, which is shown on the bottom. You see an agar  phantom  that  has  the  dilution  curve  of  our  nanoparticles  in there and as you would expect PET is more sensitive about an order of magnitude, but FMT is there, it's fairly sensitive. If you look at the correlation curves on the right, it shows you really a high correlation between the fluorochrome concentration and your PET signal. 

 [0:30:46] Slide 46   So how does that look like in vivo? We implanted tumors here in the 

flank left and right side of a mouse and did FMT, CT, and PET imaging in the same animal. So the first two panel shows you the 2D and 3D FMT‐CT information and then the second one PET. So remember, we are  looking  at  the  same  nanoparticle,  but  the  FMT  uses  the fluorochrome on the nanoparticle and the PET uses the 18F  isotope. The bottom panel shows you  fusion of all three modalities and you 

Page 14: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

14  

can see that the PET signal is a little bit larger probably because PET is somewhat more sensitive than FMT imaging. 

   Then if you just go to the correlation panels in the middle, the lower 

one  shows  you  the  in  vivo  correlation  of  optical  tomography with PET  imaging  and  on  the  right,  you  see  how  the  co‐registration worked. 

 Slide 47   So,  this  panel  shows  you  a more  advanced  setup where we  really 

pushed  the  envelope  towards  multichannel  imaging.  So,  we  did three‐channel FMT‐CT here. We used an  integrin‐targeted probe on the left then a cathepsin‐targeted protease sensor, and then you see the macrophage targeted nanoparticle, which is detected by both, by FMT and by PET‐CT. Then on  the  right, you can see  fusion of all of these  data.  This  is  interesting  because  you  can  now  look  into  a network  of  biomarkers  at  the  same  time,  for  instance  to  find  out what  does  your  drug  do  to  all  of  these  biomarkers, which  are  all considered  important.  Because  integrin  is  for  instance  involved  in angiogenesis, cathepsin protease activity  is a prognosis marker, and the macrophages are the source of proteases so you can really start to integrate. 

   Another aspect  is  if you're  testing a new probe, you might want  to 

know  how  it  actually  works  in  the  environment  of  all  of  these biomarkers  so  you  can  actually  see does  it  go  up  if  integrin  signal goes up and so forth. 

 Slide 48   So,  I have a couple of slides that show you typical applications that 

we have recently done in our lab. So, the next one will show you if it comes up. I can't see it on my screen, Sean. This should be the slide showing endocarditis. I hope you can advance to that slide. Yup, now I see it. 

 Sean Sanders:  Yup, I see it.  Dr. Matthias Nahrendorf:  Yeah. So what we did here  is we used FMT as a modality  to  really 

pursue probe development before we got  into  the more expensive and more  time  consuming PET  imaging. So, we developed a probe here to detect infective endocarditis and the end goal is to really use this in patients because we are lacking good tools to detect infection of  the  heart  valves.  Right  now,  we're  relying  on  fairly  unspecific criteria such as a new heart murmur or blood cultures, which reflects 

Page 15: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

15  

on  circulating  bacteria,  but  it  doesn't  tell  us  about  the  site  of infection. 

   So, the left upper‐hand side shows you the model that we used here. 

So, we had inserted a catheter into a mouse heart and then injected Staph  aureus  and  it  formed  the  typical  vegetation  shown  on  the histology  in  the middle  top  panel.  The  probe  that we  designed  is shown on  the  right.  It uses  and engineered prothrombin  analogue that we  first  inactivated  to  avoid  clotting  in  the blood  stream  and then derivatized this fluorochrome and later with a PET isotope, and it  binds  really  tightly  to  staphylocoagulase.  Staphylocoagulase  is secreted by Staph aureus and it's a virulent factor so what we can do now here is in vivo black culture so to speak and detect the presence of bacteria in vegetations. 

 [0:35:38]   The FMT data  is  shown on  the  lower  left. You  see Staph aureus, a 

nice signal there in the left ventricular outflow tract that if you infect the  mouse  with  a  different  bug,  you  don’t  get  any  signal.  This encouraged us to then go on and develop the PET tracer. 

 Slide 49   So,  you  can  really  use  a  modality  that's  very  efficient  and  high 

throughput to do proof of principle and then move on to develop a tracer that can go into clinical translation. I also see a role for FMT in drug development. So Pat already talked about efficacy studies and I'm showing here one example also based on our endocarditis work. So what we are doing here is we are using a drug that is known to be effective  to kill S. aureus vegetations and you can  see  that we can actually follow this by FMT imaging. 

   So on the  left‐hand side, again a mouse  infected with S. aureus and 

on the right‐hand side a mouse that was treated with antibiotics. On the  lower  left panel,  it shows you  that you now get a  fluorescence readout  in  picomole  that  tells  you  vancomycin  is  killing  off  the bacteria and my imaging target is diminished. On the right‐hand side, I thought it's interesting to show that these mice also survived better when they're treated, but if you stop the treatment, that's indicated by  therapy end,  there's actually a  recurrence of disease and  that's very close to what we see in the clinic. 

 Slide 50   I  have  another  example  here  up  next  that  shows  you  how  FMT 

imaging could be used  in drug development. It features our work  in 

Page 16: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

16  

developing nanoparticles for delivery of siRNA. So what we did here is  we  thought  of  a  concept  to  deliver  siRNA  into  inflammatory monocytes  to  silence  the  CCR2  receptor  and  that  receptor  is responsible for recruitment of monocytes into sites of inflammation. So we see this as a new concept to curb  inflammation and to do so by just specifically targeting pro‐inflammatory leukocytes. 

 Slide 51   We used FMT  imaging  to  follow  the biodistribution of our delivery 

vehicle.  So what we  did  here  is we  labeled  our  siRNA with  near‐infrared fluorochrome and dynamically imaged the mouse over time. The upper panel shows you the mouse five minutes up to two hours after  injection of  these nanoparticles and you  see on  the  left‐hand side  that  there's nice blood pool signal, and on  the  right‐hand side you see that there's quite a bit of signal in the spleen. Again, you can really quantify this over time. It gives you a nice time curve. We even fitted the blood pool signal and got a blood half‐life of eight minutes for our nanoparticles. 

   Of course, then you can follow up with fluorescence imaging shown 

in histology of the spleen on the right and that shows you that the siRNA is indeed CD11b positive monocytes in the spleen. 

 Slide 52   So, my  last slide shows you a basic science example of how we use 

FMT  imaging. One big advantage  is really that you don’t have to kill the mouse to get a molecular readout. So we designed a longitudinal study here where we induced myocardial infarction and then did two MR scans, one very early on to get the infarct size and the size of the heart and the function of the heart very early on. Then we did FMT‐MRI for our molecular markers.  In these particular experiments, we used  nanoparticles  targeted  to macrophages  and  also  a  protease marker. Then since we didn’t have to kill the mouse, we could relate our  molecular  findings  to  the  follow‐up  MRI  three  weeks  after myocardial infarction. 

   We looked at two specific cohorts here to figure out what impact the 

splenic monocyte  reservoir has on  infarct healing. So  if you  look at the FMT‐MR images that are on the left‐hand side in the middle, you see  that  if  you  take  away  the  spleen  from  these  animals,  the nanoparticle  signal  and  the  ProSense  signal  is  dropping.  Then because we don’t have to kill the mouse, we get this noninvasively, this signal, we can follow up three weeks later and find that this drop in molecular biomarker  leads to the drop  in ejection  fraction so we 

Page 17: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

17  

see this here because you take away the necessary splenic monocyte reservoir. 

 [0:40:43] Slide 53   With  this,  I  would  like  to  conclude  and  also  acknowledge  my 

collaborators who all use FMT and have fun doing so in their studies.  Sean Sanders:  Great.  Thank  you  so much,  Dr. Nahrendorf,  for  a  very  interesting 

presentation and some great work there.  Slide 54   So, we're going to move right on to our Q&A. Just a quick reminder 

to  those watching us  live,  you  can  still  submit questions,  just  type them  into  the box on  the bottom  left of your viewing console and click submit. If you don’t see this box, just click the red Q&A icon and it should appear. 

   So, Dr. Nahrendorf, I know you talked a little bit at the start of your 

talk  about  background  fluorescence,  but we  have  a  question  here that asks if you can speak a little bit more about that. What are some of  the  fluorescence  problems,  the  background  fluorescence problems that you encounter and how have they been solved? And since you'd spoken about it already maybe we'll go to Dr. McConville first and see what he has to say. 

 Dr. Patrick McConville:  Yeah, okay. Thanks, Sean. That's a great question. Fortunately, it's a 

big  challenge  when  we're  looking  at  particularly  systemic  tumor models and deep tissue tumor models because autofluorescence is a particular problem in the gut and abdomen. Fortunately, there are a few simple  things you can do  to minimize  it  through  the use of, as Matthias mentioned,  chlorophyll‐free  chow  a week  in  advance  at least  of  imaging. We  can  do  things  like  fast  the  animals  overnight similar to what we do with PET  imaging and we can use things,  like there's a product  called GoLYTELY  that will  clear  the GI  region. So, the folks at PerkinElmer have good experience with this and they're a great resource for letting you know about products and procedures for  doing  that.  But  those will  be my  comments. What  about  you, Matthias? 

 Dr. Matthias Nahrendorf:  Yes. So what we do routinely is to remove the hair from the mice just 

before  imaging so that's an  important step, and I think going to the near‐infrared  for  imaging  already  diminishes  autofluorescence.  So you  won't  really  get  rid  of  it  altogether,  but  I  think,  you  know, 

Page 18: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

18  

imaging in the near‐infrared where FMT is happening deals with this problem quite nicely. We won't be able  to completely get  rid of  it, but  if  you're  aware  of  it  especially  in  applications  where  your imaging  signal  is  fairly  low,  you  can  take  this  into  account  during analysis. 

 Sean Sanders:  Excellent. I'm going to stay with you, Dr. Nahrendorf, with a question 

on  resolution  and  this  viewer  asks whether  individual  cells  can  be seen in live animals using this technology. 

 Dr. Matthias Nahrendorf:  So I think that won't be possible. What we can do is we could look at 

population dynamics. So if you want to look at single cell resolution, what you have to do is do intravital microscope. It's obviously not as noninvasive,  it will  have  to  get  very  close  to  the  tissue  and  your penetration depth  is  limited, but there you can really see  individual cells.  But  I  think  FMT  has  a  pretty  good  capability  of  looking  into populations  and  even  doing  this  in  a  quantitative manner.  I  think that  this will  even  improve with  increased  availability  of  reporter proteins in the near‐infrared such as mCherry. So for instance if your cell population of interest expresses a reporter that you can pick up as  FMT,  you  can  follow  the  population  dynamics  over  time  or  in response to a therapy. 

 Sean Sanders:  Excellent.  I have one  for you, Dr. McConville. What  is your opinion 

on bioluminescence imaging of luciferase‐expressing cells to quantify cell retention after transplantation in infarcted myocardia? Actually, maybe this is for you, Dr. Nahrendorf. 

 Dr. Matthias Nahrendorf:  So, I think bioluminescence is good. It has really a lot of advantages. 

It's  very  sensitive  and  it  has  very  low  background. Where  it  really differs  is that  it's not fully quantitative. So you're  looking at photon counts and depending on where your  imaging signal  is  located, you know,  something  that's  close  to  the  surface will  appear  brighter, something that's deep inside the mouse is not as bright just because of effluxion. FMT controls for this and  I know that there are groups out  there  that  are  trying  to build  tomographs  for bioluminescence imaging but at this point, if I wanted to do this kind of thing, I think there are some limits with respect to quantitation. 

[0:45:45]   Having said that, I think if you're comparing cohorts where you know 

that the depth of your imaging signal will be about the same or if you want  to  follow mice  over  time,  bioluminescence  is  really  a  good modality. 

 

Page 19: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

19  

Sean Sanders:  And now one  for you, Dr. McConville.  In terms of using FMT  for PK profiling  so  looking  at  different  antibody  PK  comparisons,  how  do you overcome the issue of labeling heterogeneity? 

 Dr. Patrick McConville:  As  an  imaging  provider,  that's  something  that  we  really  rely  on 

external providers to overcome. There are a lot of kits out there now from  the  commercial  entities  to  provide  pretty  routine  and standardized  labeling,  but  it's  definitely  a  challenge.  And  these fluorophores are quite large generally so anytime we're bringing that on board even with a biologic, we've got to be prepared to assume that there could be some change to the kinetics of the antibody or the protein that's being labeled. So it's not a challenge that we take on here, but  it's definitely  a  good question  and  in doing  anything, any  type  of  labeling  of  the  molecule  when  we're  looking  at biodistribution we have to consider the effect of what the labeling is doing. 

 Sean Sanders:  Dr.  Nahrendorf,  do  you  have  any  comments  on  heterogeneity  of 

labeling efficiencies?  Dr. Matthias Nahrendorf:  It's a very important question because what you're measuring is the 

concentration  of  a  fluorochrome.  So  if,  you  know,  one  batch  of antibody  has  twice  as  much  fluorochrome  than  the  other  batch that's obviously a problem and you can't compare  it. So good QC of your probe is important and that you really need to do if you want to image cohorts and be comparative. 

 Sean Sanders:  Excellent. So this question might be able to be answered by both of 

you.  I'm sure you both have some  inputs. The viewer asks whether tumor  progression  can be monitored  live  over  a  period  of  time  in one  particular  animal  that  you  keep  alive  without  the  need  to sacrifice animals at every study time point. So, Dr. Nahrendorf, you'd like to start us off? 

 Dr. Matthias Nahrendorf:  So  it  really  depends.  I  think  you  can  do  this with  FMT.  The  best 

approach that right now is probably cutting edge and not really that far,  not  that  easily  available would  be  if  your  tumor  cells  express protein  in  the near‐infrared. What you can do more easily  is use a probe that targets something in the tumor microenvironment or the tumor cells or maybe the tumor vasculature that will give you some sort of  signal, but  then you're  really also  subject  to changes  in  the tumor  microenvironment.  If  the  tumor  for  instance  gets  less vascularized over time that may change your signal. 

 

Page 20: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

20  

Sean Sanders:  Dr. McConville?  Dr. Patrick McConville:  Yeah.  I would agree with everything Matthias  said and  I'd  just add 

that  FMT  it  can  be  done  even  now,  as  he  said,  through  activated probe use and there are a number of deactivated probes that can do this  potentially  because  tumors  fortunately  do  express  things  like MMPs  and  cathepsins  and  those  types  of  molecules.  But  the advantage of doing  it with  FMT  versus  an engineered  cell  line  is  a huge  saving  potentially  in  the  time  required  to  develop  an engineered  cell  line  that  expresses  a  near‐infrared  moiety  or luciferase  and  then  not  having  to  worry  about  the  changes  that occur in transfecting the cell with that reporter. 

 Sean Sanders:  So  I'm  guessing  that  you  could  use  this  procedure  for  longitudinal 

studies  for  tumor  development  and  response  to  antitumor treatment? 

 Dr. Patrick McConville:  Yes, yes.  Sean Sanders:  Excellent.  So  for  you,  Dr.  Nahrendorf,  for  FMT‐CT,  how  do  you 

exploit anatomical  information to  improve your 3D modeling of the FMT? 

 [0:50:02] Dr. Matthias Nahrendorf:  Well,  I  think  so groups are working on  this and building  integrated 

scanners  to  really  use prior  anatomy  information  to  improve  their FMT  reconstruction.  I  guess  this  is what  the question  is  aiming  at. Similar to what you do in PET imaging where you do an attenuation correction  scan  by  CT,  this  will  most  likely  improve  the  spatial resolution of FMT imaging so that is something that in the future will improve spatial resolution and maybe also sensitivity. 

 Sean Sanders:  Could you talk a little bit more, this viewer is asking about the major 

differences  between  bioluminescent  imaging  and  FMT  and  IR imaging  and  which  might  be  better  suited  for  deep  tissues  like pancreas  and  the  liver,  etc?  So, Dr. Nahrendorf,  you'll  start  us  on that one. 

 Dr. Matthias Nahrendorf:  Yeah. So I mean both technologies or both modalities are somewhat 

related, you're  looking at photons  traveling  to tissue, but  there are also  some  important differences. So  in bioluminescence, you don’t excite the tissue with a laser. So if you think about the firefly, it just glows, you don’t need a laser to make it glow and something similar happens  in  the mouse whereas  in FMT, you need a  laser  to excite 

Page 21: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

21  

your fluorochrome. Another difference is that in FMT imaging, you're further  to  the  near‐infrared  so  the  wavelength  is  further  out. Bioluminescence is something your emission wavelength is maybe in the  560  and  FMT  is  using  something  like  680  or  so  forth  so  you should actually get a little less absorption. 

   On the other hand, bioluminescence  imaging  is pretty sensitive and 

has a very  low background because you don’t use a  laser  to  ‐‐ and using a  laser creates more autofluorescence. The biggest difference really  from my  point  of  view  is  that  FMT  is  quantitative.  It  really quantitates  a  concentration  of  fluorochromes  and  that's  really helpful  if  you're  looking  at  comparing  cohorts.  Whereas bioluminescence  imaging  is  something  that  is  really  nice  to  do  to follow  reporter  genes  over  time  and  this  is  usually  expressed  by either cancer cells or the stem cells are also a frequent application. So, I would say that while there are some similarities, there's really a big  difference  between  both modalities,  the major  one  also  being the ability to do total quantification of the signal. 

 Sean Sanders:  Dr. McConville, anything to add?  Dr. Patrick McConville:  Yeah.  The  background  issue  is  particularly  important  when  we're 

looking at systemic models like intravenously injected leukemia cells that are populating  the body or multiple myeloma models  that are similar then bioluminescence can be very valuable for being able to quantify that without having potential background that  is  improved in the near‐infrared. In the end, both can be shown to correlate with tumor growth so  if we can correlate either one with tumor growth, we  can  at  least  argue  that  the  biomarker  is  quantitative.  It  is enabling us to make a decision or to determine the treatment effect. So,  I  don’t  think  bioluminescence  is  going  away  any  time  soon  or probably never  in  the oncology  realm, but  the  two definitely have their relative advantages and disadvantages. 

 Sean Sanders:  Great. Now  is  intracranial FMT  imaging possible? This viewer asks  if 

the  striatum  or  substantia  nigra  is  possible  to  resolve.  Dr. Nahrendorf, you might be able to best answer that. 

 Dr. Matthias Nahrendorf:  It's possible. So you  can  image  in  the brain,  this has been done.  It 

depends obviously on how  strong  your  signal  is, but  if  you have  a decent enough fluorochrome concentration, it should work. 

 Sean Sanders:  Great. I mentioned at the start of the talk that this technology or at 

least some parts of  it have been translated  into the clinic or they're 

Page 22: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

22  

looking at that. How would this be able to be done considering the penetration issue with humans, Dr. Nahrendorf? 

 Dr. Matthias Nahrendorf:  So people are looking at tissues that you can squeeze enough so you 

can  shine  the  light  through and where penetration depth  is not as big of  an  issue.  So, one  idea  is  to  look  at  the hand  in  rheumatoid arthritis. Other  people  are working  on  detecting  breast  cancer  by tomography or you  could  think about  structures  in  tissues  imaging targets  that are superficial so  there are  thoughts about  the carotid artery for instance. But for deeper tissues let's say coronary arteries, it will be very difficult. 

 [0:55:31] Sean Sanders:  Dr. McConville, and what do you see on your side?  Dr. Patrick McConville:  Very similar I would say to what Matthias had elucidated there.  Sean Sanders:  Okay.  Excellent.  So  this  one's  for  you,  Dr. McConville.  The  viewer 

says that FMT as it appeared in the second talk or appeared from the second talk that  it has  limited angle tomography. Does this have an effect  on  quantitative  accuracy  and  also  are measurements  taken from  the  images  expressed  in  absolute  or  relative  quantitative sense? 

 Dr. Patrick McConville:  Okay. Yeah, I think in the end there are limitations of course, but the 

proof  is  in the pudding,  if you will. So  I mean Matthias showed the correlation between PET based concentration of probes and FMT so the  evidence  is  that  it  is  quantitative  despite  some  of  those limitations. That would be my comment. 

 Sean Sanders:  Anything to add, Dr. Nahrendorf?  Dr. Matthias Nahrendorf:  Yeah, I agree with this. I mean obviously if you have rotational gantry 

that might improve in the spatial resolution in the Z direction, but in our hands,  it works pretty nice even  though  you don’t  really do  a rotation of the mouse. 

 Sean Sanders:  Okay.  Great.  Probably  a  quick  question,  the  viewer  asks  to  what 

extent the animal model itself impacts the outcome of the FMT work and the resolution and images that you obtain, Dr. McConville? 

 Dr. Patrick McConville:  Very much so. So the model itself will really drive the success and we 

have  to  take  into  account  a  number  of  different  features  of  the model. So, you know, that's where the choice of probe and coupling 

Page 23: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

23  

that  to  the  biology  of  interest  that's  inherent  to  that  model  is important.  So,  you  know,  we  would  start  with  a  concept  and  a hypothesis that a particular probe or a set of probes should work for tracking some aspect of disease  in some models. But then  it's up to us  to  correlate  the  readout  that  we're  getting  through  the  FMT based biomarker with what we're  intending  it to read out, which  is the disease progression and  then  secondarily  to  that,  the  response to a therapy which is another variable itself. So, yeah, it's absolutely critical. 

 Sean Sanders:  Dr. Nahrendorf?  Dr. Matthias Nahrendorf:  I agree. I mean we have to tweak our experiment  in a way to really 

make sure that imaging works well. So for instance, when we started our work on atherosclerosis, one trick that we used is make sure that we  image our mice at a time point that we know that  inflammation peaks. So I think these kinds of considerations are really decisive for the success of the imaging experiment. 

 Sean Sanders:  Great. Well we are at the end of our hour so I'm going to put out a 

final question to you both. One that I  like to give all my speakers  in these webinars  is where do  you  see  the  technology moving  in  the next 5  to 10  years or where would  you  like  it  to be  so  that  it  can really drive your research? Let's start with Dr. Nahrendorf. 

 Dr. Matthias Nahrendorf:  So I think we are really seeing a lot of improvement already in terms 

of throughput so  it's very quick. What  I  like  is that we have a  lot of channels. We have done three‐channel, four‐channel imaging so this is  something  I'm  excited  about  and  integration  with  other modalities.  I  think where we can expect a  lot of advance  is on  the probe side and the reporter protein side, I think that we will see a lot of progress there. With respect to technology, I think where we can always push the envelope and I'm sure that that will happen through integration of for  instance anatomic progress  in reconstruction that you get higher  resolution and even higher sensitivity. So,  I'm never satisfied with any resolution or any sensitivity I get so I'm hoping that we will see progress there. 

 Sean Sanders:  And Dr. McConville?  Dr. Patrick McConville:  Yeah.  From  my  perspective,  it's  all  about  the  applications  and 

validating those applications so  I'm greatly  looking  forward to huge inroads  with  expanding  probe  portfolios.  That’s  happening  at PerkinElmer and  some other providers as well. And  just expanding 

Page 24: Transcript Imaging in Animals webinar 9 Dec 2011 in... · about technologies related to today's discussion or even ... Molecular Imaging was launched in May 2011 and is extending

24  

the use into other disease areas and other types of models I think is what the future is going to show with more and more validation that goes on. Then on  the  technology  side,  I would  say  there's a  lot of potential  for  improvement,  particularly  on  the  software  side  and maybe  on  the  hardware  so  that  we  could  do  things  like  remove background more  easily  or  compensate  for  that. Maybe  even  get into  things  like  simultaneous  imaging  of  multiplex  probes  versus sequential  imaging.  So  those  sort  of  things  will  drive  I  think throughput  improvements  as  Matthias  said  and  sensitivity improvements and ultimately better applications. 

 [1:00:44] Sean Sanders:  Fantastic. Well, many, many  thanks  to both of you  for providing us 

with such fascinating talks and for answering all the questions from our online  viewers. Dr. Patrick McConville  from Molecular  Imaging and Dr. Matthias Nahrendorf from the Harvard Medical School. 

   Many  thanks  to our online audience  for all of  those questions you 

submitted. I'm sorry we didn't have a chance to get to all of them.  Slide 55   Please go to the URL that I'll be putting up now in your slide viewer 

to  learn more  about  resources  related  to  today’s  discussion,  and look  out  for  more  webinars  from  Science  available  at www.sciencemag.org/webinar. This particular webinar will be made available  to  view  again  as  an  on‐demand  presentation  within approximately 48 hours from now. 

   We'd love to hear what you thought of the webinar, just send us an 

email at the address now up in your slide viewer; [email protected].    Again,  thank  you  to  our  panel  and  to  PerkinElmer  for  their  kind 

sponsorship of today's educational seminar. Goodbye.  [1:01:49]  End of Audio