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Method Article
* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Nous présentons un protocole pour l’implantation chirurgicale d’une fenêtre optique stabilisée à demeure pour l’imagerie à résolution subcellulaire du pancréas murin, permettant des études en série et longitudinales du pancréas sain et malade.
La physiologie et la physiopathologie du pancréas sont complexes. Les maladies du pancréas, telles que la pancréatite et l’adénocarcinome pancréatique (PDAC), ont une morbidité et une mortalité élevées. L’imagerie intravitale (IVI) est une technique puissante permettant l’imagerie à haute résolution des tissus à l’état sain et malade, permettant l’observation en temps réel de la dynamique cellulaire. L’IVI du pancréas murin présente des défis importants en raison de la nature viscérale et souple profonde de l’organe, ce qui le rend très sujet aux dommages et aux artefacts de mouvement.
Le processus d’implantation de l’Indowtabilisé S pourl’imagerie intravitale du Pancréas murin (SWIP) est décrit ici. Le SWIP permet l’IVI du pancréas murin dans des états sains normaux, lors de la transformation du pancréas sain en pancréatite aiguë induite par la céruléine, et dans des états malins tels que les tumeurs pancréatiques. En conjonction avec des cellules génétiquement marquées ou l’administration de colorants fluorescents, le SWIP permet de mesurer la dynamique unicellulaire et subcellulaire (y compris la migration unicellulaire et collective) ainsi que l’imagerie en série d’une même région d’intérêt sur plusieurs jours.
La capacité de capturer la migration des cellules tumorales est particulièrement importante car la principale cause de mortalité liée au cancer dans la PDAC est la charge métastatique écrasante. Comprendre la dynamique physiologique des métastases dans la PDAC est un besoin critique non satisfait et crucial pour améliorer le pronostic des patients. Dans l’ensemble, le SWIP améliore la stabilité de l’imagerie et élargit l’application de l’IVI dans le pancréas sain et les maladies malignes du pancréas.
Les maladies bénignes et malignes du pancréas peuvent mettre la vie en danger, avec des lacunes considérables dans la compréhension de leur physiopathologie. La pancréatite, c’est-à-dire l’inflammation du pancréas, est la troisième cause majeure d’hospitalisations et de réadmissions liées aux maladies gastro-intestinales aux États-Unis et est associée à une morbidité, une mortalité etun fardeau socio-économique importants. Classé au troisième rang des causesde décès par cancer2, l’adénocarcinome canalaire pancréatique (PDAC) représente la plupart des tumeurs malignes du pancréas3 et laisse présager un faible taux de survie à 5 ans de seulement 11 %2. La principale cause de mortalité liée au cancer chez les ACPE est le fardeau métastatique écrasant. Malheureusement, la plupart des patients présentent une maladie métastatique. Par conséquent, la compréhension de la dynamique des métastases dans l’ACPE est un besoin essentiel non satisfait dans le domaine de la recherche sur le cancer.
Les mécanismes sous-jacents à l’inflammation et à la cascade métastatique du pancréas sont mal compris. L’un des principaux facteurs contribuant à cette lacune dans les connaissances est l’incapacité d’observer la dynamique cellulaire pancréatique in vivo. L’observation directe de ces dynamiques cellulaires promet de révéler des cibles critiques pour tirer parti et améliorer le diagnostic et le traitement des personnes atteintes d’une maladie pancréatique.
L’imagerie intravitale (IVI) est une technique de microscopie qui permet aux chercheurs de visualiser et d’étudier en temps réel les processus biologiques chez les animaux vivants. L’IVI permet une visualisation directe et à haute résolution de la dynamique intracellulaire et microenvironnementale in vivo et dans l’environnement natif du processus biologique en question. Par conséquent, l’IVI permet d’observer in vivo les processus sains et pathologiques.
Les modalités contemporaines d’imagerie du corps entier telles que l’IRM, la TEP et la TDM offrent d’excellentes vues d’organes entiers et peuvent révéler des pathologies, avant même l’apparition des symptômes cliniques4. Ils sont cependant incapables d’atteindre une résolution unicellulaire ou de révéler les premiers stades de la maladie, la pancréatite ou la malignité.
Des recherches antérieures ont utilisé l’IVI à résolution unicellulaire pour observer les maladies bénignes et malignes de la peau5,6, du sein7, du poumon8, du foie9, du cerveau 10 et des tumeurs pancréatiques 11, ce qui a permis de mieux comprendre les mécanismes de progression de la maladie 12. Cependant, le pancréas murin pose des obstacles importants à l’obtention d’une résolution unicellulaire à l’aide de l’IVI, principalement en raison de sa localisation viscérale profonde et de sa grande observance. De plus, il s’agit d’un organe ramifié et distribué de manière diffuse dans le mésentère qui se connecte à la rate, à l’intestin grêle et à l’estomac, ce qui le rend difficile d’accès. Le tissu est également très sensible aux mouvements causés par le péristaltisme et la respiration adjacents. La minimisation des mouvements du pancréas est essentielle pour la microscopie à résolution de cellule unique, car les artefacts de mouvement, même de quelques microns, peuvent brouiller et déformer les images, ce qui rend impossible le suivi de la dynamique des cellules individuelles13.
Pour réaliser une IVI, une fenêtre d’imagerie abdominale (AIW) doit être implantée chirurgicalement 9,11. Pour implanter l’AIW chirurgicalement, un cadre de fenêtre métallique est suturé dans la paroi abdominale. Ensuite, l’organe d’intérêt est fixé au cadre à l’aide d’un adhésif cyanoacrylate. Bien que cela soit suffisant pour certains organes internes rigides (par exemple, le foie, la rate, les tumeurs rigides), les tentatives d’imagerie du pancréas murin sain sont compromises par une stabilité latérale et axiale sous-optimale en raison de la texture souple et de l’architecture complexe du tissu14. Pour remédier à cette limitation, Park et al.14 ont mis au point une fenêtre d’imagerie spécialement conçue pour le pancréas sain. Cette fenêtre d’imagerie du pancréas (PIW) minimise l’influence des mouvements intestinaux et de la respiration en incorporant une étagère métallique horizontale dans le cadre de la fenêtre, juste en dessous de la lamelle, stabilisant le tissu et maintenant son contact avec la vitre de protection. Bien que le PIW offre une stabilité latérale accrue, nous avons constaté que cette fenêtre présente toujours une dérive axiale et empêche en outre l’imagerie de grosses tumeurs solides en raison de l’espace étroit entre l’étagère métallique et la lamelle15.
Pour remédier à ces limitations, nous avons mis au point le Window tabilisé Spour l’imagerie intravitale du pancréasmurin (SWIP), une fenêtre d’imagerie implantable capable d’obtenir une imagerie stable à long terme du pancréas sain et malade (Figure 1)15. Ici, nous fournissons un protocole complet pour l’intervention chirurgicale utilisée pour implanter le SWIP. Bien que l’objectif principal ait été d’étudier les mécanismes dynamiques impliqués dans les métastases, cette méthode peut également être utilisée pour explorer divers aspects de la biologie et de la pathologie du pancréas.
Toutes les procédures décrites dans ce protocole ont été effectuées conformément aux directives et aux règlements pour l’utilisation d’animaux vertébrés, y compris l’approbation préalable du comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux (IACUC) de l’Albert Einstein College of Medicine.
1. Passivation des fenêtres
REMARQUE : La passivation de l’acier inoxydable nettoie le métal des contaminants et crée une fine couche d’oxyde qui augmente considérablement la biocompatibilité du métal avec les tissus mous, même au-delà de celle du titane16.
2. Préparation à l’implantation de la tumeur ou à la chirurgie de la fenêtre
REMARQUE : Pour les études sur les tumeurs pancréatiques, les cellules tumorales doivent être implantées et autorisées à se développer en tumeurs manifestes. Pour visualiser les cellules tumorales in vivo, il est recommandé d’utiliser des cellules génétiquement modifiées pour exprimer des protéines fluorescentes telles que Dendra2. L’utilisation d’étiquettes de protéines fluorescentes et lumineuses atténuera les problèmes potentiels d’autofluorescence des tissus. D’autres protéines fluorescentes potentielles, des colorants et des modèles murins fluorescents génétiquement codés qui pourraient être utilisés ont été discutés ailleurs17,18. Pour éviter la contamination du champ opératoire, effectuez l’intervention chirurgicale dans une hotte ou une armoire à flux laminaire et assurez-vous que des zones distinctes sont utilisées pour la préparation, la chirurgie et la récupération.
3. Implantation d’une tumeur du pancréas
4. Chirurgie de la fenêtre du pancréas
5. Traitement par céruléine pour l’induction de la pancréatite
La figure 1, adaptée de Du et al.15, montre des images fixes d’un film IVI en accéléré du pancréas murin. Certains mouvements tissulaires peuvent être observés au cours de la période initiale de décantation (première heure d’imagerie, Figure 1A). Cependant, avec la poursuite de l’imagerie après cette période de stabilisation (>75 min), nous avons observé une augmentation de la stabilité latérale et axiale (
Le protocole SWIP décrit ici fournit une méthode améliorée de stabilisation du tissu pancréatique en utilisant une technique de panier au point de croix. Les premières fenêtres d’imagerie abdominale (AIW) permettaient l’imagerie intravitale (IVI) des organes internes de l’abdomen, mais ne limitaient pas adéquatement le mouvement des tissus mous tels que le pancréas. En réponse, Park et al. ont mis au point une fenêtre d’imagerie du pancréas (PIW) qui intègre une étagère métallique horizontale et p...
Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.
La Fondation caritative Evelyn Lipper, le Centre de biophotonique Gruss-Lipper, le Programme intégré d’imagerie pour la recherche sur le cancer, une bourse de recherche T-32 du NIH (CA200561) et une subvention du Programme de recherche sur le cancer du pancréas (PCARP) du ministère de la Défense PA210223P1.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1% (w/v) solution of enzyme-active detergent | Alconox Inc | NA | Concentrated, anionic detergent with protease enzymes for manual and ultrasonic cleaning |
5% (w/v) solution of sodium hydroxide | Sigma-Aldrich | S8045 | Passivation reagent |
5 mm cover glass | Electron Microscopy Sciences | 72296-05 | Round Glass Coverslips |
7% (w/v) solution of citric acid | Sigma-Aldrich | 251275 | Passivation reagent |
28G 1 mL BD Insulin Syringe | BD | 329410 | Syringe for cell injection |
Baytril 100 (enrofloxacin) | Bayer (Santa Cruz Biotechnology) | sc-362890Rx | Antibiotic |
Bench Mount Heat Lamp | McMaster-Carr | 3349K51 | Heat lamp |
Buprenorphine 0.3 mg/mL | Covetrus North America | 059122 | Buprenorphine Analgesia |
Castroviejo Curved Scissors | World Precision Instruments | WP2220 | Scissor for cutting tissue |
C57BL/6J Mouse | Jackson Laboratory | 000664 | C57BL/6J Mouse |
Chlorhexidine solution | Durvet | 7-45801-10258-3 | Chlorhexidine Disinfectant Solution |
Compressed air canister | Falcon | DPSJB-12 | Compressed air for drying tissue |
Cyano acrylate - Gel Superglue | Staples | 234790-6 | Skin Glue |
Cyano acrylate - Liquid Superglue | Staples | LOC1647358 | Coverslip Glue |
DPBS 1x | Corning | 21-031-CV | DPBS for cerulein/cell injections |
Gemini Cautery Kit | Harvard Apparatus | 726067 | Cautery Pen |
Germinator 500 | CellPoint Scientific | GER 5287-120V | Bead Sterilizer |
Graefe Micro Dissecting Forceps; Serrated; Slight Curve; 0.8 mm Tip Width; 4" Length | Roboz Surgical | RS-5135 | Graefe Micro Dissecting Forceps |
Imaging microscope | NA | NA | See Entenberg et al. 2011 [27] |
Imaging software | NA | NA | See Entenberg et al. 2011 [27] |
Isoethesia (isoflurane) | Henry Schein Animal Health | 50033 | Isoflurane Anesthesia |
Kim Wipes | Fisher Scientific | 06-666-A | Kim Wipes |
Laboratory tape | Fisher Scientific | 159015R | Laboratory Tape |
Mouse Dissecting Kit | World Precision Instruments | MOUSEKIT | Surgical Instruments |
Mouse Paw Pulse Oximeter Sensor | Kent Scientific Corpo | MSTAT Sensor-MSE | Pulse Oximeter |
Mouse Surgisuite | Kent Scientific | SURGI-M04 | Heated platform |
Nair Hair Removal Lotion | Amazon | B001RVMR7K | Depilatory Lotion |
Oxygen | TechAir | OX TM | Oxygen |
PERMA-HAND Black Braided Silk Sutures, ETHICON Size 5-0 | VWR | 95056-872 | Silk Suture |
Phosphate Buffered Saline 1x | Life Technologies | 10010-023 | PBS |
PhysioSuite System | Kent Scientific | PhysioSuite | Heated Platform Controller |
Puralube | Henry Schein Animal Health | 008897 | Eye Lubricant |
Puritan Nonsterile Cotton-Tipped Swabs | Fisher Scientific | 867WCNOGLUE | Cotton Swabs |
SHARP Precision Barrier Tips, For P-100, 100 µL | Denville Scientific Inc. | P1125 | 100 µL Pipet Tips |
Tetramethylrhodamine isothiocyanate–Dextran | Sigma-Aldrich | T1287-500MG | Vascular Label |
Window-fixturing plate | NA | NA | Custom made plate for window placement on microscope stage. Plate is made of 0.008 in stainless steel shim stock. For dimensions of plate see Entenberg et al., 2018 [8]. |
Window Frame | NA | NA | The window is composed of a steel frame with a central aperture that accepts a 5 mm coverslip. A groove of 1.75 mm around the circumference of the frame provides space for the peritoneal muscle and skin layers to adhere to. See Entenberg et al., 2018 [8]. |
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