背侧皮褶窗室肿瘤小鼠模型在转化癌症研究中用于联合活体显微镜和磁共振成像

摘要

活体显微镜检查结果的转化因其对组织的浅深度渗透而受到挑战。在这里，我们描述了一种背窗腔小鼠模型，该模型能够共同配准活体显微镜和临床适用的成像模式（例如，CT、MRI）以实现直接的空间相关性，从而可能简化活体显微镜检查结果的临床转化。

摘要

临床前活体成像（如显微镜和光学相干断层扫描）已被证明是癌症研究中用于可视化肿瘤微环境及其对治疗反应的宝贵工具。这些成像模式具有微米级分辨率，但由于它们对组织的穿透深度较浅，因此在临床上的使用受到限制。更临床适用的成像方式，如 CT、MRI 和 PET，具有更大的穿透深度，但空间分辨率（毫米级）相对较低。

为了将临床前活体影像学检查结果转化为临床，必须开发新方法来弥合这种 微观到巨集 分辨率的差距。在这里，我们描述了一种背侧皮褶窗室肿瘤小鼠模型，该模型旨在在同一只动物中实现临床前活体 和 临床应用（CT和MR）成像，以及将这两种不同的可视化方法联系起来的图像分析平台。重要的是，所描述的窗口室方法使得可以使用窗口室上的基准标记在3D中共同配准不同的成像模式，以实现直接的空间一致性。该模型可用于验证现有的临床成像方法，以及通过与“地面真相”高分辨率生命体检结果直接关联来开发新的临床成像方法。

最后，可以使用这种方法使用临床前和临床适用的成像方式纵向监测肿瘤对各种治疗（化疗、放疗、光动力疗法）的反应。因此，本文描述的背侧皮褶窗口室肿瘤小鼠模型和成像平台可用于各种癌症研究，例如，将临床前活体显微镜检查结果转化为更临床适用的成像模式，如CT或MRI。

引言

肿瘤微血管系统是肿瘤微环境的重要组成部分，可以作为治疗的靶点和治疗反应的决定因素。在临床前环境中，通常使用原位或异位窗口室动物模型中的活体显微镜研究微血管系统 ^1,2。与组织学研究相比，这有几个优点，因为成像是在活组织中进行的，并且肿瘤可以在数周^甚至数月内进行纵向监测^2,3。这些研究可以利用活体显微镜的高分辨率成像能力来研究向肿瘤输送治疗药物 ^4,5、治疗耐药的原因⁶ 以及微血管对抗血管生成治疗 ^7,8 和放疗 ^2,9 等疗法的反应。

活体显微镜在临床前癌症研究中显然发挥着重要作用;然而，如何在临床上测量肿瘤微环境特征呢？微血管信息在临床上可用于测量血液供应和肿瘤细胞缺氧，这对于确定放疗中的治疗耐药性¹⁰

研究方案

所有动物程序均按照加拿大动物护理委员会制定的《实验动物护理和使用指南》进行。实验是根据加拿大多伦多大学健康网络机构动物护理和使用委员会批准的协议进行的。

1. 肿瘤接种里程碑

注意：“地标”是指在小鼠皮肤上标记的过程，以指示应将肿瘤细胞注射到何处以优化 DSFC 放置。该里程碑式程序应在接种前一天或接种前 1 天进行。免疫功能低下的 NOD。本研究采用Cg-Rag1tm1Mom Il2rgtm1Wjl/SzJ（NRG）雌性小鼠。

1. 使用5%异氟烷进行诱导，使用2%异氟烷进行维持（氧气流速设置为0.5L / min）麻醉小鼠。通过将鼠标放在包裹在高压灭菌手术垫中的加热垫上来保持体温。
2. 通过剃须准备小鼠进行肿瘤细胞接种，然后施用医用脱毛膏。30-60 秒后，使用湿的消毒纸巾彻底去除脱毛膏。使用兽用眼部润滑剂以防止干燥。
3. 用酒精棉签对皮肤进行消毒。
4. 轻轻地拉直鼠标的身体，并沿着鼠标的脊柱提起皮肤。使用手术记号笔，在小鼠的一侧帐篷皮肤中心画一个点。该点应位于小鼠胸椎的中心。
   注意：这将是肿瘤的所需位置。

2.肿瘤接种

注意：在这项研究中，我们使用人类胰腺癌细胞系....

讨论

在这项工作中，我们开发了一种工作流程，可以在同一只动物中进行活体显微镜检查和临床适用的成像（CT、MRI 和 PET）。这样做的目的是通过将活体显微镜检查与临床成像方式（如MRI）的直接关联，将临床前显微镜检查结果转化为临床。尽管传统的 DSFC 设计由金属 ^2,3 制成，但我们通过使用由生物相容性塑料树脂制成的 3D 打印窗室，将 DSFC 调整为与 MR .......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Cell Culture Materials
BxPC-3 Human Pancreatic Cancer Cells	ATCC (American Type Culture Collection)	CRL-1687
Corning Matrigel Basement Membrane Matrix, LDEV-free, 10 mL	Corning	354234
Corning Stripettor Ultra Pipet Controller	Corning	07-202-350
Dulbecco Phospphate buffered saline without Calcium, Magnesium, or phenol red, 500 mL	Gibco	14190144
Fetal Bovine Serum (Canada), 500 mL	Sigma-Aldrich	F1051-500ML
Penicillin-Streptomycin 100x (liquid,stabilized, sterile-filtered, cell culture tested)	Sigma-Aldrich	P4333-100ML
RPMI Medium 1640 (1x), liquid; with L-Glutamine, 500 mL	Gibco	11875093
TrypLE Express Enzyme, 500 mL	Gibco	12605028
Window Chamber Materials
12 mm Glass Coverslip	Harvard Apparatus	CS-12R No. 1.5
Connex 500 3D Printer	Stratasys	N/A
Biocompatible clear MED610 resin	Stratasys	RGD810
Loctite AA 3105 UV curable glue	Loctite	LCT1214249
Window chamber back frame	Trimech Inc	N/A
Window chamber fiducial marker	Trimech Inc	N/A
Window Chamber front frame	Trimech Inc	N/A
Window chamber support clip	Trimech Inc	N/A
inoculation and Surgery Materials
BD SafetyGlide Insulin Syringes with Permanently Attached Needles, 0.5 mL, 29 G x 1/2"	BD	CABD305932
Betadine Solution	Betadine	AP-B002C2R98U
Cidex OPA 14 Day Solution 3.8 L	ASP	JOH20394
Disposable Surgical Underpads 23 inch x 24 inch	Kendall	7134
Eye lubricant	Optixcare	50-218-8442
Hair removal cream	Nair	‎061700222611
Halstead Hemostatic Forceps	Almedic	7742-A12-150
Heating pad	Sunbeam	B086MCN59R
Iris Scissors	Almedic	7601-A8-690
Isoflurane	Sigma	792632
Metacam	Boehringer Ingelheim Animal Health USA Inc	NDC 0010-6015-03
NOD.Cg-Rag1tm1Mom Il2rgtm1Wjl/SzJ mouse	the Jackson laboratory	7799
Peanut Clipper & Trimmer	Wahl	8655-200
SOFSILK Nonabsorbable Surgical Suture #5-0 with 3/8" Taper point needle (17 mm) (Wax Coated,Braided Black Silk, Sterile)	Syneture	VS880
Splinter Forceps	Almedic	7725-A10-634
MR Imaging
3D printed window chamber immobilization device.			custom 3D printed, refer to figure 3 for details.
Convection heating device	3M Bair Hugger	70200791401
Drug injection system	Harvard Apparatus	PY2 70-2131	PHD 22/2200 MRI compatible Syringe Pump
Gadovist 1.0	Bayer	2241089
Respiratory monitoring system	SAII	Model 1030	MR-compatible monitoring and gating system for small animals.
Tail vein catheter (27 G 0.5" )	Terumo Medical Corp	15253
Optical Imaging
3D printed imaging stage			Custom 3D printed, refer to supplementary figure 3 for details.
12 V 7 W Flexible Polyimide Heater Plate Thin Adhesive PI Heating Film 25 mm x 50 mm	BANRIA	B09X16XCVS	Heating element used for mouse body temeprature regulation.
DC power supply	BK Precission	1761	Used to power the heating element.
Leica MZ FLIII	Leica Microsystems	15209
svOCT imaging system			In-house made imaging system. Details can be found in reference 23.
Software
MATLAB Software	MathWorks	R2020A