Ein Mausmodell eines dorsalen Hautfaltenfensterkammertumors für die kombinierte Intravitalmikroskopie und Magnetresonanztomographie in der translationalen Krebsforschung

Zusammenfassung

Die Translation von Befunden der Intravitalmikroskopie wird durch das geringe Eindringen in das Gewebe erschwert. Hier beschreiben wir ein Mausmodell mit dorsaler Fensterkammer, das die Co-Registrierung der Intravitalmikroskopie und klinisch anwendbarer Bildgebungsmodalitäten (z. B. CT, MRT) für eine direkte räumliche Korrelation ermöglicht und so die klinische Translation von Befunden der Intravitalmikroskopie möglicherweise rationalisiert.

Zusammenfassung

Präklinische intravitale Bildgebung wie Mikroskopie und optische Kohärenztomographie haben sich in der Krebsforschung als wertvolle Werkzeuge erwiesen, um die Mikroumgebung des Tumors und sein Ansprechen auf die Therapie sichtbar zu machen. Diese bildgebenden Verfahren haben eine Auflösung im Mikrometerbereich, werden aber in der Klinik aufgrund ihrer geringen Eindringtiefe in das Gewebe nur begrenzt eingesetzt. Klinisch anwendbarere Bildgebungsmodalitäten wie CT, MRT und PET haben eine viel größere Eindringtiefe, aber eine vergleichsweise geringere räumliche Auflösung (mm-Skala).

Um präklinische Befunde aus der intravitalen Bildgebung in die Klinik zu übertragen, müssen neue Methoden entwickelt werden, um diese Lücke zwischen Mikro- und Makroauflösung zu schließen. Hier beschreiben wir ein Mausmodell mit dorsaler Hautfaltenfensterkammer, das entwickelt wurde, um präklinische intravitale und klinisch anwendbare (CT und MR) Bildgebung im selben Tier zu ermöglichen, und die Bildanalyseplattform, die diese beiden unterschiedlichen Visualisierungsmethoden miteinander verbindet. Wichtig ist, dass der beschriebene Fensterkammeransatz es ermöglicht, die verschiedenen Bildgebungsmodalitäten in 3D unter Verwendung von Passermarken auf der Fensterkammer für eine direkte räumliche Übereinstimmung zu koregistrieren. Dieses Modell kann sowohl für die Validierung bestehender klinischer Bildgebungsverfahren als auch für die Entwicklung neuer Verfahren durch direkte Korrelation mit "Ground Truth"-Hochauflösungsbefunden im Intravital verwendet werden.

Schließlich kann das Ansprechen des Tumors auf verschiedene Behandlungen - Chemotherapie, Strahlentherapie, photodynamische Therapie - mit dieser Methodik unter Verwendung präklinischer und klinisch anwendbarer Bildgebungsmodalitäten longitudinal überwacht werden. Das hier beschriebene Modell des dorsalen Hautfaltenfensterkammertumors und die Bildgebungsplattformen können daher in einer Vielzahl von Krebsforschungsstudien verwendet werden, beispielsweise bei der Übertragung präklinischer intravitaler Mikroskopie-Befunde in klinisch anwendbarere Bildgebungsmodalitäten wie CT oder MRT.

Einleitung

Die Mikrogefäße des Tumors sind ein wichtiger Bestandteil der Tumormikroumgebung, der ein Ziel für die Therapie und eine Determinante für das Ansprechen auf die Behandlung sein kann. Im präklinischen Umfeld wird das Mikrogefäßsystem typischerweise mittels Intravitalmikroskopie in orthotopen oder heterotopen Fensterkammer-Tiermodellen untersucht ^1,2. Dies hat mehrere Vorteile gegenüber histologischen Untersuchungen, da die Bildgebung in lebendem Gewebe erfolgt und der Tumor über mehrere Wochen oder sogar Monate longitudinal überwacht werden kann ^2,3. Di....

Protokoll

Alle tierischen Verfahren wurden in Übereinstimmung mit dem Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Versuchstieren durchgeführt, der vom Canadian Council on Animal Care herausgegeben wurde. Die Experimente wurden nach einem Protokoll durchgeführt, das vom University Health Network Institutional Animal Care and Use Committee in Toronto, Kanada, genehmigt wurde.

1. Landmarkierung der Tumorinokulation

HINWEIS: "Landmarkierung" bezieht sich auf den Prozess der Markierung der Haut der Maus, um anzuzeigen, wo die Tumorzellen injiziert werden sollten, um die DSFC-Platzierung zu optimieren. Diese Landm....

Diskussion

In dieser Arbeit haben wir einen Workflow entwickelt, um sowohl intravitale Mikroskopie als auch klinisch anwendbare Bildgebung (CT, MRT und PET) am selben Tier durchzuführen. Dies geschah mit dem Ziel, präklinische Mikroskopie-Befunde durch direkte Korrelation der Intravitalmikroskopie mit klinischen Bildgebungsmodalitäten wie der MRT in die Klinik zu übertragen. Obwohl herkömmliche DSFC-Konstruktionen aus Metall ^2,3 bestehen, haben wir die DSFC durch die V.......

Materialien

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