文摘
目的。本研究旨在调查西妥昔单抗(Cet) F (ab的可行性 )2片段(Cet-F (ab )2-)基于单光子发射断层扫描/计算机断层扫描(SPECT / CT)评估表皮生长因子受体(EGFR)表达在消化系统肿瘤小鼠模型。方法。Cet-F (ab )2使用免疫球蛋白G-degrading酶合成的酿脓链球菌(ide)蛋白酶和纯化蛋白质珠子。产品及其体外稳定在正常生理盐水和1%牛血清白蛋白与钠十二烷基sulfate-polyacrylamide凝胶电泳分析。表皮生长因子受体表达在人类结肠肿瘤细胞系HT29和人类胃肿瘤细胞系MGC803验证利用免疫印迹和免疫细胞化学。Cet-F (ab )2与5(6)共轭-carboxytetramethylrhodamine succinimidyl酯来演示其绑定MGC803和HT29细胞的能力。Cet-F (ab )2与NHS-MAG共轭3为99米Tc放射性标记。最好的成像时间是决定使用一个biodistribution试验1、4、16、24小时后注射的99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2示踪剂。此外,99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2SPECT / CT进行MGC803 HT29肿瘤裸鼠。结果。HT29细胞表皮生长因子受体表达较低而MGC803细胞表现出高表皮生长因子受体表达。Cet-F (ab )2和完整的西妥昔单抗显示类似的高度绑定MGC803细胞而不是HT29细胞的能力。Cet-F (ab )2和99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2显示良好的体外稳定性。biodistribution试验表明,目标在16 h(不属预定目标的比例是最高的 , )示踪剂注射后。的99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2的SPECT / CT成像显示快速和持续的示踪剂摄取MGC803肿瘤而不是HT29肿瘤图像对比度高,这与体外结果是相一致的。结论。SPECT / CT成像使用99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2使表皮生长因子受体在小鼠EGFR-positive肿瘤的评价,表明非侵入性评估的潜在效用的表皮生长因子受体在肿瘤。
1。介绍
胃癌和结肠癌是常见的消化系统肿瘤,与发病率排名第五1)和第三(2在所有的肿瘤,分别。胃癌和结肠癌肿瘤死亡的五大原因之一。许多患者在晚期已经当诊断,因此通常不适合根治手术。进展的评估目标点在靶向治疗有助于提高治疗效果和改善癌症患者的生存在过去几十年。表皮生长因子受体(EGFR)、表皮生长因子受体细胞增殖信号转导,与抑制肿瘤细胞增殖,血管生成,肿瘤侵犯、转移、凋亡3,4]。针对EGFR单克隆抗体(mAb)治疗已经证明高治疗效果在诊所(5- - - - - -7]。然而,只在癌症患者治疗反应总是实现EGFR高表达。
传统的计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)在肿瘤诊断和分期主要揭示解剖变化。特定分子的表达在肿瘤是很难证明的。单光子发射计算机断层扫描/计算机断层扫描(SPECT / CT)基于免疫探针(immuno-SPECT / CT)是一种常见的分子成像方法,它利用放射性标记的抗体,想象一个特定的标志(8- - - - - -10]。表皮生长因子受体靶向治疗疗效的高度取决于肿瘤的表皮生长因子受体表达。虽然病理结果的黄金标准,获取样本的方法通常是侵入性和不方便。西妥昔单抗(Cet),一个美国食品和药物管理局(FDA)批准马伯,广泛用于治疗消化道肿瘤的表皮生长因子受体高表达。然而,非侵入性的方法,可以有效地分类患者高表皮表达肿瘤强化表皮生长因子受体靶向治疗是罕见的。
一般完整抗体的分子量约150 kDa,使血液中的新陈代谢很慢(其生物半衰期( )总是> 3天)(11]。因此,为核医学immunoimaging礼物重要的辐射问题。酶消化会产生F (ab )2片段(约100 kDa)从一个完整的抗体降低分子量但保留antigen-binding站点和免疫学的绑定活动完整抗体(9,12]。在目前的研究中,我们编造的99米F (ab Tc-labeled西妥昔单抗 )2片段(Cet-F (ab )2)作为探针biodistribution和SPECT / CT成像评估消化系统肿瘤的表皮生长因子受体在小鼠模型。
2。材料和方法
2.1。细胞培养
HT29人类结肠癌和MGC803人类胃肿瘤细胞系来自上海钟山周巧鑫生物技术有限公司有限公司(上海,中国)和孵化杜尔贝科修改鹰的介质(Servicebio,武汉,中国)含10% heat-inactivated胎牛血清(Gibco的边后卫,沃尔瑟姆,妈,美国)。
2.2。老鼠和试剂
所有按照协议进行了动物实验动物伦理委员会批准中山医院,复旦大学。八周大的雄性BALB / c裸小鼠(20 g)来自查尔斯河(中国,北京)。Anti-EGFR马伯(# ab52894)是从Abcam(英国剑桥)。辣根过氧化物酶共轭山羊anti-rabbit免疫球蛋白(H + L) (# GB23303), Cy3-conjugated山羊anti-rabbit免疫球蛋白(H + L) (# GB21303),和DAPI (# G1012)来自Servicebio(武汉,中国)。反β肌动蛋白马伯(# 4970)从细胞信号技术(美国波士顿)。西妥昔单抗(# A2000)来自塞莱克(上海,中国)。酿脓链球菌免疫球蛋白G-degrading酶(ide)蛋白酶(# 20412 es84)是从Yeasen(上海,中国)。
2.3。西方墨点法
MGC803和HT29细胞被播种在6-well盘子和融合增长到70%。细胞细胞溶解使用radioimmunoprecipitation分析裂解缓冲+ 1毫米PMSF (Servicebio,武汉,中国)在4°C 30分钟。上层清液收集和蛋白质浓度由分光光度计量化。然后,蛋白质与蛋白质变性加载缓冲10分钟的100°C。总蛋白(20μg)加载到凝胶(EpiZyme、上海、中国)Muticolor Prestained蛋白质梯子(EpiZyme、上海、中国)。电泳是在80 V 30分钟,然后执行120 V 60分钟。所有的蛋白质被转移到PVDF膜。脱脂牛奶(5%)的膜被阻断缓冲区2 h在室温(20°C)和孵化一夜之间在4°C兔子anti-EGFR抗体(1:1000稀释,Abcam),兔抗β肌动蛋白马伯(1:10000稀释,细胞信号技术)。接下来,膜清洗三次TBS-Tween 20和孵化与山羊anti-rabbit免疫球蛋白抗体(Servicebio 1: 5000年,武汉,中国)在室温下2小时。洗膜扫描和定量分析使用Tanon 4200成像系统(Tanon、上海、中国)。分析了表皮生长因子受体表达和规范化β肌动蛋白的蛋白质之间的比较MGC803 HT29细胞使用ImageJ 1.44便士(美国国立卫生研究院的贝塞斯达,MA)。
2.4。制备Cet-F (ab )2
西妥昔单抗与ide孵化蛋白酶为30分钟37°C消化缓冲区(50毫米磷酸钠,150毫米氯化钠,pH值6.6)。蛋白质的消化产品孵化1 h和离心机的珠子。Fc部分附加的珠子被沉积物而纯化Cet-F (ab )2仍然在上层清液。Cet-F (ab )2和西妥昔单抗进行评估钠十二烷基sulfate-polyacrylamide凝胶电泳(sds - page) 4 - 15%凝胶在150 V 1 h。Cet-F (ab的稳定性 )2在PBS和1% bsa通过sds - page评估。
2.5。免疫细胞化学
Cet-F (ab )2西妥昔单抗和共轭5 (6)-carboxytetramethylrhodamine succinimidyl酯(5 (6)-TAMRA,西安瑞希生物技术,西安,中国)2 h, 1: 3摩尔比率Cet-F (ab )25 (6)-TAMRA /西妥昔单抗5 (6)-TAMRA碳酸盐缓冲(pH值9.0)。荧光产品纯化使用PD-10列通过移除多余的染料。后MGC803细胞培养在6-well板块融合40%,他们与66.67 nmol / L TAMRA-Cet-F (ab孵化 )2或TAMRA-cetuximab过夜。图像使用奥林巴斯捕捉到一个成像系统(奥林巴斯、东京、日本)。
2.6。的制备99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2
图1显示了合成路线99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2。总之,西妥昔单抗与镁孵化3在室温下2 h的碳酸盐缓冲(pH值9.0)。西妥昔单抗对镁的摩尔比率31:5,根据先前所描述的方法(13- - - - - -15]。的杂志3cet(中央东部东京)是使用Zeba旋转脱盐纯化柱7 K MWCO(热费希尔科学、沃尔瑟姆,妈,美国)。玛格3-Cet-F (ab )2使用ide蛋白酶制备和纯化的Fc部分使用蛋白质珠子(Epizyme生物医学技术,中国上海)。图S1显示了杂志的特征3cet(中央东部东京)和杂志3-Cet-F (ab )2通过sds - page(补充文件)。cheator-to-antibody比率的产品是由液相色谱-光谱法(质)(美国Bioaccord,水域,米尔福德)。总之,杂志3cet(中央东部东京)孵化了ide蛋白酶为30分钟37°C消化缓冲区(50毫米磷酸钠,150毫米氯化钠,pH值6.6)。蛋白质的消化产品孵化1 h和离心机的珠子。Fc部分附加的珠子被沉积物而纯化杂志3-Cet-F (ab )2仍然在上层清液。凝胶排阻高效液相色谱(SEC-HPLC)进行确定无线电产品的纯度使用安捷伦1260无穷II Bio-Inert系统(美国圣克拉拉安捷伦)Tosoh生物科学啧啧凝胶(G3000SWXL, )在20°C和a Bioscan b - fc - 1000辐射探测器(能量范围:0-20 M cpm,埃克特和齐格勒集团Hopkinion,美国)。流动相是PBS (pH值7.4)。流量被设定为0.5毫升/分钟。样品是用紫外检测器检测到220海里。为99米Tc标签,100μg杂志3-Cet-F (ab )2被添加到45的综合解决方案吗μL醋酸铵(0.25米)和15μL酒石酸缓冲区,然后不超过25岁μL(约5 mCi)99米Tc-pertechnetate发电机洗出液添加。后立即涡流,3μ我刚做好的1毫克/毫升SnCl2∙2 H2O的解决方案是补充道。合并后的解决方案是在室温下孵化1 h在涡流。99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2从标记纯化减少99米Tc PD-10脱盐列。Radio-HPLC进行确定的放射化学纯度99米Tc-MAG3-cet-F (ab )2同一台机器,流动相、流速如上所述。
2.7。稳定、竞争和绑定的测定99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2
的稳定性99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2决心在1×磷酸盐(PBS)和1%牛血清白蛋白(BSA) 1、6、12、24小时。展开剂是1:2 (v / v) 0.9%生理盐水和甲醇的混合物。竞争分析, MGC803细胞被播种在24-well盘子1.25 -1280纳米标记西妥昔单抗和10纳米99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2在37°C和孵化60分钟。上层清液被丢弃,细胞被洗两次冰1×PBS和收获放射性测定使用γ计数器。结合试验, MGC803细胞和HT29细胞每一个被播种24-well盘子。99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2(0.1 - 4海里)在PBS溶液添加到盘子和孵化室温1 h。然后,上层的丢弃,而细胞被洗两次测定冰1×PBS和收获的放射性物质。绑定结果包括最大绑定能力( )和离解常数( )获得通过GraphPad棱镜(GraphPad Inc .)、拉霍亚、钙、美国)。
2.8。小鼠模型制备
动物研究都是按照协议执行动物伦理委员会批准中山医院,复旦大学。皮下MGC803和HT29肿瘤诱导在6周大的男性裸体小鼠,通过注入他们的右下方侧翼 肿瘤细胞悬浮在200年μL PBS。肿瘤监测每隔一天。
2.9。Biodistribution和Micro-SPECT / CT成像
MGC803肿瘤小鼠( )注射18.5兆贝可(50μg)99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2。后1、6、16、24 h,四只老鼠从每组是牺牲和解剖。肿瘤、血液和主要组织/器官(包括心、肺、肝、肾、脾、结肠、胃、骨和肌肉)收获和体重。使用γ计数器样本组织放射性测量。组织的放射性浓度是每g表示为注射剂量比例(% ID / g),和肌肉的肿瘤(T / M)比率被定义为积压在肿瘤放射性比侧的肌肉。实验重复三次。
Micro-SPECT / CT扫描进行了使用纳米SPECT / CT扫描仪(美国华盛顿特区BioScan)。99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2(18.5兆贝可/ 50μg /鼠标)是通过尾静脉注入小鼠肿瘤。16小时后,老鼠通过2%异氟烷吸入麻醉。CT进行第一次使用以下参数:框架决议, ;管电压,45千伏峰值;目前,0.15马;和曝光时间,500 ms /框架。每个扫描了7分钟。SPECT进行CT扫描后同样的床位置和以下参数:四个高分辨率的锥形准直仪9-pinhole板块;能量峰值,140 keV;窗口宽度,10%;分辨率,1毫米/像素;矩阵, ;和扫描时间,70 s /投影,24的预测。平均每个鼠标扫描在42分钟。三维ordered-subset期望最大化使用HiSPECT图像重建算法。重建SPECT / CT数据被转移到InVivoScope(1.43版本,BioScan)后处理。
2.10。免疫荧光
deparaffinization和水化后,HT29 MGC803肿瘤切片在5% BSA在PBS缓冲孵化1 h。然后,片在兔子孵化anti-EGFR抗体(1:200)在一夜之间在4°C。在PBS洗涤后,切片沾CY3-conjugated山羊anti-rabbit抗体(1:100)1 h。三个PBS洗,核用DAPI染色。使用一个奥林巴斯成像系统图像被抓获。
2.11。统计分析
给出的数据 (SD)由至少三个独立的实验。学生 - - - - - -测试申请使用GraphPad棱镜组间比较。所有的测试都是双向的,和一个统计< 0.05被认为是具有统计学意义的价值。
3所示。结果
3.1。MGC803 HT29细胞表皮生长因子受体表达水平
MGC803细胞中EGFR表达和HT29细胞被免疫印迹量化。MGC803细胞明显更高的相对表达比EGFR /β肌动蛋白比HT29细胞体外( vs。 , )(图2(一个))。免疫细胞化学显示更强的荧光强度在MGC803细胞,这与免疫印迹结果(图是相一致的2 (b))。
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3.2。分子量、亲和力和Cet-F (ab的稳定 )2
sds - page显示Cet-F (ab的分子量 )2和西妥昔单抗是100 kDa 150 kDa,分别(图3(一个))。荧光显微镜显示TAMRA-Cet-F (ab )2有类似的亲和力与TAMRA-Cet相比MGC803细胞(图3 (b))。sds - page显示Cet-F (ab )2有极好的稳定性在PBS或1% bsa孵化之后,> 90%完好无损,直到24小时(图3 (c))。
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3.3。成功制备镁3-Cet-F (ab )2和99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2
描述成功的杂志3-Cet-F (ab )2准备使用高效液相色谱图所示4。杂志的整体结合率3每Cet-F (ab )2由质(图0.74S2)。描述的99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2利用sds - page可以在图中找到S3。被SEC-HPLC收音机纯度99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2在净化约82.2%。与PD-10脱盐净化后列,放射化学纯度约93.63%(图5(一个))。最后准备的具体活动和放射性浓度1.48兆贝可/μ分别g和296兆贝可/毫升。的99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2有极好的稳定性,> 90%剩下完整的24 h在生理盐水(NS)和1% BSA(图5 (b))。试验表明,竞争绑定99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2有极好的MGC803特异性肿瘤细胞(图5 (c))。无标号西妥昔单抗与> 1000倍浓度几乎挡住了99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2绑定MGC803肿瘤细胞(< 3%)。捏造的99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2提出了高亲和力MGC803细胞具有更高( 摩尔配体/单元)和较低(0.6147海里),相比HT29细胞( 摩尔配体/细胞, )。这些结果表明,MGC803细胞都更高的总表皮生长因子受体表达水平和Cet-F (ab )2比HT29细胞亲和力。
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3.4。体外Biodistribution、SPECT / CT成像和免疫荧光
量化99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2吸收1、6、16和24小时注射后,体外biodistribution MGC803肿瘤小鼠模型进行了研究。99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2吸收在MGC803肿瘤1 6 16和24小时接受 , , ,和 ,分别和T / M比率 , , ,和 ,分别(图6(一))。在16 h,/(肿瘤肝 ), /(肿瘤肾, ),和/(肿瘤血液, )比率明显高于相应的结果在1 h ( , , ,分别),6 h ( , , ,)、24小时( , , ,分别分别)。这些结果表明,99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2主要是由肝脏和肾脏代谢。背景辐射在胃、结肠和骨头是最少的,这是在协议与成像数据。SPECT / CT成像(图6 (b))的皮下肿瘤表现出显著增加放射性物质积累在MGC803肿瘤(高表达EGFR)比HT29肿瘤(低EGFR表达)(/: vs。 , )。免疫荧光显示,MGC803肿瘤切片有更强的荧光强度比HT29肿瘤切片,这是与免疫印迹和免疫细胞化学结果一致(图6 (c))。斯皮尔曼相关分析澄清了T / M之间的关系比SPECT / CT成像和集成密度/面积(IntDen /区域)免疫荧光( , ,图6 (d))。这些结果表明,99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2是一个很好的针对表皮生长因子受体在肿瘤的示踪剂。
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4所示。讨论
表皮生长因子受体广泛表达于几乎所有的癌症类型,和它的高表达与肿瘤病人的结果(16]。几项研究已经表明,消化系统肿瘤患者受益于EGFR-targeted疗法使用西妥昔单抗(17- - - - - -19]。不可切除的肿瘤患者,很难评估通过病理表皮生长因子受体表达。因此,非侵入性评估EGFR的表达尤为重要。西妥昔单抗,表皮生长因子受体抑制剂广泛应用于临床实践,适用于非侵入性评价的表皮生长因子受体(20.,21]。
Immuno-SPECT结合了高特异性的抗体和SPECT成像的灵敏度高22,23]。与宠物相比,SPECT的一个优点是价格。通常,实现最好的成像对比radionuclide-labeled完整抗体(约150 kDa)要求≥48小时(8,10,24]。因此,这使得它不适合成像放射性核素半衰期较短。例如,对于99米Tc ( ),SPECT成像中使用最广泛的,它是不可能实现的最佳成像时间标签完整的抗体时急剧衰减。如果一个核素长半衰期用于标签是一个完整的抗体,这将允许成就最好的成像时间(> 48 h)戏剧性的腐烂之前,问题高辐射引起的延迟肿瘤吸收峰值和缓慢的间隙会出现,这将阻碍临床翻译。关于辐射问题,pretargeting成像策略是有利的,允许注入修改马伯首次与一个可预测的时间积累到目标站点。然后,小分子放射性配体可以共轭pretargeted马伯注入成像而迅速清除多余的放射性配体(25,26]。最有前途的pretargeting方法是基于逆电子需求( )Diels-Alder (IEDDA)环加成作用之间的1、2、4,5-terazine (Tz)和transcyclooctene (TCO),已广泛应用于肿瘤成像研究[26,27]。最近,Tz / TCO-based和西妥昔单抗pretargeted成像策略成功地用于评估表皮生长因子受体在结直肠癌(28]。然而,昂贵的合成成本Tz TCO分子和两个注射造成的不便阻碍其临床使用。因此,合成一个新的探测器具有高特异性和相对较小的分子量是必要的。
凡戴克et al。29日,30.)准备Cet-F (ab )2片段通过胃蛋白酶消化和成功应用的成像头部和颈部癌症的表皮生长因子受体表达。在这里,我们使用ide消化获取Cet-F (ab )2从胃蛋白酶消化,这是完全不同的。与胃蛋白酶相比,ide是一个独特的半胱氨酸蛋白酶消化抗体在单个氨基酸网站枢纽区以下,适合抗体来自多个来源(例如,人类,老鼠,兔子,猴子,羊、嵌合免疫球蛋白,和Fc融合蛋白),具有高特异性和快速的反应时间(30 - 60分钟内)。凡戴克et al。29日用胃蛋白酶获得Cet-F (ab )2需要更长的反应时间(4小时)和严格的反应条件( )。此外,胃蛋白酶消化更多的限制性位点相比ide (31日,32]。
Cet-F (ab的分子量 )2大约是100 kDa,因此导致更快的间隙小,相比它的完好无损。山口et al。24和福利等。33)发现完整的最佳成像时间点cetuximab-targeted成像是48 - 72 h,它们证实biodistribution化验和PET成像。相比之下,最好的时间点99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2基于成像通过biodistribution试验确定在本研究16 h。虽然分子量降低只有大约三分之一(150 kDa 100 kDa)清除率明显改善。因此,99米Tc适用于标记示踪,肯定会减少病人辐射暴露在未来如果翻译到诊所。此外,免疫细胞化学和sds - page显示Cet-F (ab )2有相似的能力,完整的西妥昔单抗与表皮生长因子受体在肿瘤细胞上。此外,Cet-F (ab )2NS和1% BSA有极好的稳定性。体外,免疫印迹和免疫细胞化学分析显示对MGC803细胞表皮生长因子受体的表达高于HT29细胞,而编造的99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2提出了高亲和力MGC803细胞具有更高( 配体/单元)和较低(0.6147海里),相比HT29细胞( 配体/细胞, )。这些结果表明良好的亲和力和目标的能力99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2表皮生长因子受体。biodistribution研究表明/比例达到约 16小时后99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2注入。因此,我们考虑16 h最好的成像时间点。在SPECT / CT成像,MGC803肿瘤有显著提高99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2吸收比HT29肿瘤,与体外结果一致。
5。结论
SPECT / CT成像使用99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2显示快速、持续高radionuclide-uptake EGFR-positive消化肿瘤图像对比度高,这表明潜在的无创性评价表皮生长因子受体在肿瘤。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者在合理的请求。
伦理批准
所有适用的机构和/或国家动物保健和使用指南。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关。
作者的贡献
基准线,科学博士,和D.C. conceived and designed this study. D.S., Z.X., and Z.S. were involved in synthesizing the probe used in this study. D.S. and Y.Z. performed the experiments. D.S. and G.L. wrote and edited the main manuscript. D.C. and G.L. controlled the quality of this study and received funding for this study. Dai Shi and Yiqiu Zhang contributed equally to this work.
确认
我们想感谢Shaoli歌教授和博士建平张从生物医学成像中心,复旦大学和上海工程研究中心分子成像探针,对他们的技术支持本研究。这项研究是由上海“医学人才的新星”青年发展计划(批准号:hwjrs2019 - 72),中国国家自然科学基金会(格兰特号码:81901796)和上海市重点临床专业项目(批准号:SHSLCZDZK03401)。
补充材料
支持数据说明的形成和特征99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2。图S1:完整的sds - page的形象说明镁的质量控制3cet(中央东部东京)和杂志3-Cet-F (ab )2。图S2:质镁的结果3cet(中央东部东京)和杂志3-Cet-F (ab )2。图S3:表征99米Tc-MAG3-Cet-F (ab )2。(补充材料)