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Method Article
Se describe un método relativamente simple para ex vivo de imágenes en vivo de las interacciones célula-estroma tumoral dentro de la metástasis de pulmón, utilizando reporteros fluorescentes en ratones. Uso de hilado de disco microscopía confocal, esta técnica permite la visualización de células vivas durante al menos 4 horas y podría adaptarse para estudiar otras condiciones inflamatorias pulmonares.
La metástasis es una causa importante de morbilidad y mortalidad relacionada con el cáncer. La metástasis es un proceso de múltiples etapas y debido a su complejidad, los procesos celulares y moleculares exactos que gobiernan la diseminación metastásica y el crecimiento siguen siendo difícil de alcanzar. Imágenes en vivo permite la visualización de las interacciones dinámicas y espaciales de las células y su microambiente. Los tumores sólidos metástasis comúnmente a los pulmones. Sin embargo, la localización anatómica de los pulmones plantea un reto a intravital de imágenes. Este protocolo proporciona un método relativamente sencillo y rápido para la ex vivo de imágenes en vivo de las interacciones dinámicas entre las células tumorales y su estroma circundante dentro de la metástasis pulmonar. Usando este método, la motilidad de las células cancerosas, así como las interacciones entre las células cancerosas y las células del estroma en su microambiente pueden ser visualizados en tiempo real durante varias horas. Mediante el uso de ratones transgénicos fluorescentes reportero, una línea de células fluorescentes, inyectable marcado con fluorescenciamoléculas y / o anticuerpos, múltiples componentes de la microambiente de pulmón pueden ser visualizados, tal como los vasos sanguíneos y las células inmunes. Para la imagen de los diferentes tipos de células, se ha utilizado un disco giratorio microscopio confocal que permite formación de imágenes continuo a largo plazo con la adquisición rápida de imágenes, de cuatro colores. películas a intervalos compilados a partir de imágenes recogidas a través de múltiples posiciones y planos focales muestran las interacciones entre metastásico en vivo y células inmunes durante al menos 4 horas. Esta técnica se puede utilizar además para probar la quimioterapia o la terapia dirigida. Además, este método podría ser adaptado para el estudio de otras patologías relacionadas con los pulmones que pueden afectar el microambiente de pulmón.
The deadliest aspect of cancer is metastasis, which accounts for more than 90% of cancer-related morbidity and mortality1. Metastasis is a multistep process and due to its complexity, the exact cellular and molecular mechanisms that govern metastatic dissemination and growth are still elusive. To metastasize, tumor cells in the primary tumor must detach from their neighboring cells and basement membrane, cross through the extracellular matrix, intravasate, travel via blood or lymphatic vessels, extravasate at the secondary site, and finally, survive and establish secondary tumors. In addition to the properties of the tumor cells, the contribution from the microenvironment, which includes the adjacent stroma along with the normal counterparts of the cancer cells, is crucial for the seeding and establishment of metastatic lesions2.
Traditional methods to study metastatic seeding and growth examine static states, as tissues are excised and sectioned for histology. These data only generate a snapshot of this highly dynamic process. Although some useful information can be gained from these studies, the complicated process by which tumor and stromal cells interact during metastatic formation cannot be adequately assessed by these methods. Furthermore, it is not possible to gain insights into tumor or stromal cell migration patterns, which are important in establishing a colony at the distant site. In order to effectively study the metastatic process, it is essential to visualize various interactions between cancer cells and their microenvironment in a continuous manner and at real time.
The lung is a common site for metastases from solid tumors as breast, colorectal, pancreatic cancer, melanoma and sarcoma3. Intravital imaging was previously used to study cell-cell interaction in various primary tumor and metastatic models4,5. Methods of lung imaging in mice, including intravital imaging, lung section imaging, and an ex vivo pulmonary metastasis assay have been published6–9. Intravital imaging of mouse lungs utilizes a thoracic suction window to stabilize the lungs6. This method is used for time-lapse imaging of the lung microcirculation and alveolar spaces. The anatomical location of the lungs poses a challenge to intravital imaging. In order to access the lungs, the chest cavity must be opened which leads to loss of negative pressure and collapsed lungs. This method only allows the visualization of a small part of the lungs and is technically demanding; an unnecessary complication in studies that examine processes that are independent of blood flow. Moreover, this method also requires gating out movement caused by breathing. This is done either by collecting images between breaths or during post image acquisition analyses10. The alternative ex vivo lung section imaging provides stability and depth, and also prepares lung parenchyma for immunostaining7. However, the lengthy sectioning process leads to an extensive delay between the time of animal sacrifice and the start of the imaging session. Moreover, the process of sectioning a mouse lung causes considerable amount of cell death8, thus interfering with the quality and quantity of imaging samples and perhaps needlessly altering tumor-stroma interactions. In order to technically bridge between the methods of intravital imaging and lung section imaging, while exploiting the advantages of the two techniques, a relatively fast and easy method for ex vivo lung imaging was developed. This method was achieved by imaging of non-sectioned whole lung lobes. Using this method, the motility of cancer cells as well as interactions between cancer cells and stromal cells in their microenvironment can be visualized in real time for several hours.
Todos los procedimientos descritos deben realizarse de conformidad con las directrices y regulaciones para el uso de animales vertebrados, incluyendo la aprobación previa de la Atención Institucional local de Animales y el empleo (IACUC).
1. Generación de metástasis pulmonar ex vivo para imágenes en vivo (transgénica o vena de la cola de inyección)
NOTA: Las metástasis pulmonares se pueden generar mediante la utilización de modelos de ratones genéticamente modificados o (iv) la inyección intravenosa de las células cancerosas.
2. El etiquetado de los componentes de interés en el microambiente metastásico (transgénico y / o inyectables)
NOTA: El etiquetado se puede lograr por los ratones transgénicos y / o por varios inyectables. Asegúrese de utilizar diferentes colores fluorescentes para el etiquetado de los diversos tipos de células.
3. Preparación de Materiales antes de la disección
4. Preparación de inyecciones
NOTA: Dependiendo de la vida media y la respuesta preferida, inyecte la etiqueta fluorescente anticuerpos y / o moléculas fluorescentes ya sea inmediatamente antes de su sacrificio de un animal o de un par de horas a días antes.
5. Preparación de los pulmones ex vivo para imágenes en vivo
NOTA: Trate de trabajar como estéril y cuidado posible para evitar problemas innecesarios de las células inmunes dentro de los pulmones.
Figura 1. Protocolo para la preparación de los pulmones para imágenes en directo. (A) La exposición de la tráquea después de la preparación del ratón. (B) Pequeño recorte realizado en la tráquea expuesta paralelo a los anillos cartilaginosos. (C) 20 G aguja insertada 4-5 mm en la tráquea. (D) La instilación de 400 l 2% de baja temperatura de fusión de agarosa en los pulmones. (E) Inflpulmones ATED separados del ratón. (F) Los lóbulos separados después de la inflación. (G) lóbulos colocado en un pocillo de una placa de imagen de 24 pocillos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
6. Adquisición y Análisis de Imágenes
NOTA: Las imágenes pueden ser adquiridas con una variedad de hilado disco microscopio confocal con el apoyo de varios programas de software. En este protocolo, ya sea μManager con un disco giratorio microscopio confocal por encargo o Zen con un microscopio confocal de girar el disco disponible en el mercado se utiliza para la adquisición de la imagen, mientras que Imaris se utiliza para la edición y el análisis de la película.
Usando el hilado disco microscopía confocal, diversos sistemas modelo del ratón y los inyectables, el microambiente metastásico puede ser visualizado y seguimiento en el tiempo. El uso de un MMTV-PYMT; ACTB-ECFP; c-fms-EGFP triple modelo de ratón transgénico, diferentes componentes celulares están marcadas fluorescentemente (Figura 2A, Película 1). La estructura típica del parénquima pulmonar puede ser visualizado en el canal de CFP ya que todas las c?...
Este manuscrito describe un método detallado para la ex vivo de imágenes en vivo de metástasis de pulmón en modelos de ratón de la metástasis. Este protocolo de formación de imágenes proporciona una visualización directa de las interacciones célula-tumor del estroma dinámicas y espaciales dentro del microambiente de pulmón. Es un método relativamente fácil y rápido que permite obtener imágenes fiables de metástasis de pulmón durante al menos 4 horas. Películas adquiridos a partir de estos exp...
The authors have no conflicts of interest to disclose. All animal experiments were conducted in accordance with IACUC approved protocols, UCSF.
We thank Nguyen H. Nguyen for her technical help and Audrey O’Neill for support with the Zeiss Cell Observer spinning-disk confocal microscope. This work was supported by a Department of Defense postdoctoral fellowship (W81XWH-11-01-0139) and the Weizmann Institute of Science-National Postdoctoral Award Program for Advancing Women in Science (to V.P.).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
MMTV-PyMT/FVB mice | Jackson Laboratory | 2374 | Female mice |
ACTB-ECFP/FVB mice | UCSF Werb lab | Female mice | |
c-fms-EGFP/FVB mice | UCSF Werb lab | Female mice | |
FVB mice | Jackson Laboratory | 1800 | Female mice |
GFP+ VO-PyMT cells | UCSF Werb lab | ||
70,000 kDa Dextran, rhodamine-conjugated | Invitrogen | D1818 | Dilute to 4mg/ml in 1 x PBS and store at -20 °C. Use 0.4 mg per animal. |
10,000 kDa Dextran, Alexa Fluor 647 conjugated | Invitrogen | D22914 | Dilute to 4mg/ml in 1 x PBS and store at -20 °C. Use 0.4 mg per animal. |
Anti-mouse Gr-1 antibody Alexa Fluor 647 | UCSF Monoclonal antibody core | Stock 1mg/ml. Use 7 ug per animal. | |
Anesthetic | Anesthesia approved by IACUC, used for anesthesia and/or euthanesia | ||
1X PBS | UCSF cell culture facility | ||
PBS, USP sterile | Amresco INC | K813-500ML | Ultra pure grade for i.v. injection |
Styrofoam platform | Will be used as dissection board | ||
Fine scissors sharp | Fine Science Tools | 14060-11 | |
Forceps | Roboz Surgical Store | RS-5135 | |
Hot bead sterilizer | Fine Science Tools | 18000-45 | Turn ON 30min before use |
Air | UCSF | ||
Oxygen | UCSF | ||
Carbon dioxide | UCSF | ||
1 mL syringe without needle | BD | 309659 | |
27 G x 1/2 needle | BD | 305109 | for i.v. injection |
20 G x 1 needle, short bevel | BD | 305178 | |
Low-melting-temperature agarose | Lonza | 50111 | To make 10 ml of solution, weigh 0.2 g of agarose, add to 10 ml 1 x PBS, and heat to dissolve. Agarose will solidify at room temperature, so maintain in a 37 °C water bath until used for inflation. |
RPMI-1640 medium without phenol red | Life Technologies | 11835-030 | |
24 well Imaging plate | E&K scientific | EK-42892 | |
Glass cover slides, 15 mm | Fisher Scientific | 22-031-144 | |
Digital CO2 and temperature controller | Okolab | DGTCO2BX | http://www.oko-lab.com |
Climate chamber | Okolab | http://www.oko-lab.com | |
Cell Observer spinning disk confocal microscope | Zeiss | ||
Zen software | Zeiss | ||
Inverted microscope | Carl Zeiss Inc | Zeiss Axiovert 200M | |
ICCD camera | Stanford Photonics | XR-Mega-10EX S-30 | |
Spinning disk confocal scan-head | Yokogawa Corporation | CSU-10b | |
Imaris | Bitplane | ||
mManager | Vale lab, UCSF | Open-source software |
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