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Method Article
Descriviamo due metodi per valutare la permeabilità vascolare transitoria associata al microambiente tumorale della funzione di metastasi (TMEM) e all'intravasazione delle cellule tumorali utilizzando l'iniezione endovenosa di peso molecolare elevato (155 kDa) dextran nei topi. I metodi includono l'imaging intravitale in animali vivi e l'analisi dei tessuti fissi utilizzando l'immunofluorescenza.
La causa più comune della mortalità correlata al cancro è la metastasi, un processo che richiede la diffusione delle cellule tumorali dal tumore primario ai siti secondari. Recentemente, abbiamo stabilito che la diffusione delle cellule tumorali nel cancro mammario primario e nei siti metastatici nel polmone si verifica solo nelle porte chiamate Microambiente tumorale di Metastasi (TMEM). Il numero di porta TMEM è prognostico per una recidiva a distanza di malattia metastatica nei pazienti affetti da cancro al seno. Le porte del TMEM sono composte da una cellula tumorale che esprime eccessivamente la proteina regolatore di actina Mena a diretto contatto con un macrofago perivascolare e proangiogenico che esprime alti livelli di TIE2 e VEGF, dove entrambe le cellule sono strettamente legate a un sangue cellula endoteliale della nave. Le cellule tumorali possono invadere attraverso le porte TMEM a causa della permeabilità vascolare transitoria orchestrata dall'attività congiunta del macrofagio associato al TMEM e della cellula tumorale che esprime Mena associata al TMEM. In questo manoscritto vengono descritti due metodi per la valutazione della permeabilità vascolare transitoria mediata tramite TMEM: l'imaging intravitale e l'immunofluorescenza dei tessuti fissi. Anche se entrambi i metodi hanno i loro vantaggi e svantaggi, la combinazione dei due può fornire le analisi più complete della permeabilità vascolare mediata da TMEM e dei prerequisiti microambientali per la funzione TMEM. Poiché il processo metastatico nel cancro al seno, e possibilmente altri tipi di cancro, coinvolge la diffusione delle cellule tumorali attraverso porte TMEM, è essenziale impiegare metodi ben consolidati per l'analisi dell'attività delle porte TMEM. I due metodi qui descritti forniscono un approccio globale all'analisi dell'attività della porta TMEM, sia in animali ingenui che farmacologicamente trattati, il che è di fondamentale importanza per le sperimentazioni precliniche di agenti che prevengono le cellule tumorali diffusione tramite TMEM.
I recenti progressi nella nostra comprensione della metastasi tumorale hanno scoperto che la transizione epiteliale-mesenchy (EMT) e l'induzione di una sottopopolazione di cellule tumorali migratorie/invasive non sono, di per sé, sufficienti per la diffusione ematogena 1. Infatti, in precedenza si pensava che metastasizzare le cellule tumorali intravasi attraverso l'intero endotelio associato al cancro, poiché la neovasculatura tumorale è spesso caratterizzata da una bassa copertura pericita, e come tale, è altamente permeabile e instabile2,3,4. Anche se altamente suggestivo di funzioni difettose all'interno del tumore, le modifiche vascolari durante la carcinogenesi non forniscono la prova di per sé che le cellule tumorali possono penetrare i vasi sanguigni facilmente e in modo incontrollato. Gli studi sull'imaging intravitale (IVI), in cui le cellule tumorali sono etichettate fluorescenti e la vascoliera è etichettata tramite l'iniezione endovenosa di sonde fluorescenti (come dextran o punti quantici), mostrano che, mentre i vasi tumorali sono uniformemente permeabile a basso peso molecolare dextrans (ad es. 70 kD), dextrans ad alto peso molecolare (155 kD) e le cellule tumorali possono attraversare l'endotelio solo in siti specializzati di intravasazione che sono preferibilmente situati al punto di diramazione vascolare5, 6 È possibile: , 7.Le analisi immunoistochimiche (IHC) utilizzando modelli animali e materiale di origine del paziente umano hanno dimostrato che questi siti sono "porte" specializzate nella regolazione della permeabilità vascolare, localmente e transitoriamente, fornendo una breve finestra di l'opportunità per le cellule tumorali migratorie/invasive di entrare nella circolazione. Queste porte sono chiamate "Microambiente tumorale di Metastasi" o "TMEM" e, molto a quanto pare, la loro densità è correlata a un aumento del rischio di sviluppare malattie metastatiche nei pazienti con cancro al seno8,9, 10.
Ogni porta TMEM è costituita da tre tipi distinti di cellule: un macrofago perivascolare, una cellula tumorale che sovraesprime il mammifero proteico actin-regulatory abilitato (Mena) e una cellula endoteliale, il tutto in contatto fisico diretto tra loro1, 5,9,10,11,12,13. L'evento chiave per la funzione del TMEM come porta d'intravasamento è il rilascio localizzato del fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF) sulla nave sottostante dal macrofaage perivascolare14. VEGF può interrompere le giunzioni omotipiche tra le cellule endoteliali15,16,17,18,19, un fenomeno che si traduce in perdite vascolari transitorie, anche noto come "bursting" permeabilità come descritto negli studi IVI 5. I macrofagi TMEM hanno dimostrato di esprimere il recettore della chinasi tirosina TIE2, che è necessario per la funzione TMEM mediata dal VEGF e l'homing di questi macrofagi alla nicchia perivascolare5,20,21 , 22.Oltre a regolare la diffusione e la metastasi delle cellule tumorali, è stato dimostrato che i macrofagi TIE2sono stati regolatori centrali dell'angiogenesi tumorale21,22,23, 24,25,26,27,28,29,30,31. Come tale, i macrofagi TIE2 rappresentano un costituente critico del microambiente tumorale e il principale regolatore della cascata metastatica.
Per concettualizzare meglio la permeabilità vascolare mediata da TMEM (cioè "bursting"), è molto importante distinguerla da altre modalità di permeabilità vascolare che non sono associate alla dissoluzione delle giunzioni endoteliali cellula-cellula. In un endotelio intatto (uno le cui giunzioni strette e aderenti non sono interrotte), ci sono tre tipi principali di permeabilità vascolare: (a) pinocytosi, che può, o non può, essere accoppiato alla transcitosi del materiale ingerito; b) trasporto di materiale attraverso fenestrae endoteliali; e (c) trasporto di materiale attraverso il percorso paracellulare, che è regolato da giunzioni strette endote15,16,17,18,19,32 , 33 Mi lasa , 34.Sebbene deregolamentati in molti tumori, i suddetti modi di permeabilità vascolare sono stati descritti principalmente nel contesto della normale fisiologia tissutale e dell'omeostasi, i cui estremi sono tessuti con permeabilità limitata ( ad esempio, barriera emato-encefalica, barriera emato-prova), o abbondante permeabilità (ad esempio, capillari fenestrated dell'apparato glomerare renale)34,35,36,37.
Utilizzando l'imaging intravitale multifotone e la microscopia a immunofluorescenza multiplexata, siamo in grado di distinguere tra permeabilità vascolare mediata da TMEM ("bursting") e altre modalità di permeabilità vascolare nei tumori al seno. Per raggiungere questo obiettivo, eseguiamo una singola iniezione endovenosa di una sonda ad alto peso molecolare, con etichetta fluorescente nei topi. Gli eventi di scoppio spontaneo possono quindi essere catturati utilizzando l'imaging intravitale nei topi vivi; o, in alternativa, l'stravaganza della sonda può essere quantificata mediante studi di co-localizzazione convascolarizzazione del sangue (ad es. porte CD31 o Endomucin ) e TMEM utilizzando la microscopia a immunofluorescenza. I protocolli qui presentati descrivono entrambe queste tecniche, che potrebbero essere utilizzate in modo indipendente o in combinazione tra loro.
Tutti gli esperimenti che utilizzano animali vivi devono essere condotti in conformità con le linee guida e le normative sull'uso degli animali e per la cura. Le procedure descritte in questo studio sono state eseguite in conformità con le normative nazionali di salute riguardanti la cura e l'uso di animali sperimentali e con l'approvazione dell'Albert Einstein College of Medicine Animal Care and Use (IACUC).
1. Valutazione della "permeabilità" utilizzando l'imaging animale vivo
2. Valutazione del dextran extravascolare mediante l'analisi dei tessuti fissi
Le procedure sperimentali descritte in questo articolo di protocollo sono brevemente riassunte e illustrate nella Figura 1A-C.
Per misurare la permeabilità vascolare mediata da TMEM ("attività di scoppio") e ridurre il rumore sperimentale da altri modi di permeabilità vascolare (cioè transcellulare e paracellulare, come spiegato nell'introduzione), abbiamo eseguito permeno (i.v.) iniezione di sonde ad alto peso molecolare, come 155 kDa Dextran...
Qui, dedichiamo due protocolli che possono essere applicati per visualizzare e quantificare un tipo specifico di permeabilità vascolare che è presente alle porte TMEM ed è associato all'interruzione della stretta vascolare e aderisce giunzioni. Questo tipo di permeabilità vascolare è transitoria e controllata dal complesso cellulare TMEM tripartito, come spiegato sopra5. La capacità di identificare e quantificare la permeabilità vascolare associata al TMEM è fondamentale per la valutazione...
Gli autori non rivelano conflitti di interesse.
Ringraziamo l'Analytical Imaging Facility (AIF) dell'Albert Einstein College of Medicine per il supporto dell'imaging. Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni del NCI (P30CA013330, CA150344, CA 100324 e CA216248), il SIG 1S10OD019961-01, il Gruss-Lipper Biophotonics Center e il suo programma Integrated Imaging, e Ruth L. Kirschstein T32 per lo studio del microambiente tumorale (CA200561).
GSK ha co-scritto il manoscritto, ha eseguito l'imaging per le figure 1C e 3B, ha sviluppato un protocollo di analisi dei tessuti fissi e ha analizzato e interpretato tutti i dati; JMP ha co-scritto il manoscritto, ed eseguito l'intervento chirurgico e l'imaging intravitale per la Figura 1B,2C e 3A; LB & AC ha eseguito l'intervento chirurgico e l'imaging intravitale per la figura 2B; RJ ha eseguito l'intervento chirurgico e l'imaging intravitale per la Figura 2A; JSC co-scrisse il manoscritto e analizzò e interpretò tutti i dati; MHO ha co-scritto il manoscritto e analizzato e interpretato tutti i dati; e DE ha eseguito l'intervento chirurgico e l'imaging intravitale per la Figura 2D, ha co-scritto il manoscritto, sviluppato l'analisi dei tessuti fissi e protocolli di imaging intravitale e analizzato e interpretato tutti i dati.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Anti-rabbit IgG (Alexa 488) | Life Technologies Corporation | A-11034 | |
Anti-rat IgG (Alexa 647) | Life Technologies Corporation | A-21247 | |
Bovine Serum Albumin | Fisher Scientific | BP1600-100 | |
Citrate | Eng Scientific Inc | 9770 | |
Cover Glass Slips | Electron Microscopy Sciences | 72296-08 | |
Cyanoacrylate Adhesive | Henkel Adhesive | 1647358 | |
DAPI | Perkin Elmer | FP1490 | |
Dextran-Tetramethyl-Rhodamine | Sigma Aldrich | T1287 | |
DMEM/F12 | Gibco | 11320-033 | |
Endomucin (primary antibody) | Santa Cruz Biotechnology | sc-65495 | |
Enrofloxacin | Bayer | 84753076 v-06/2015 | |
Fetal Bovine Serum | Sigma Aldrich | F2442 | |
Fish Skin Gelatin | Fisher Scientific | G7765 | |
Insulin Syringe | Becton Dickinson | 309659 | |
Isofluorane | Henry Schein | NDC 11695-6776-2 | |
Matrigel | Corning | CB40234 | Artificial extracellular matrix |
Needle (30 G) | Becton Dickinson | 305128 | |
Phosphate Buffered Saline | Life Technologies Corporation | PBS | |
Polyethylene Tubing | Scientific Commodities Inc | BB31695-PE/1 | |
Pulse Oximeter | Kent Scientific | MouseOx | |
Puralube Vet Ointment | Dechra | NDC 17033-211-38 | |
Quantum Dots | Life Technologies Corporation | Q21561MP | |
Rubber | McMaster Carr | 1310N14 | |
TMR (primary antibody) | Invitrogen | A6397 | |
Tween-20 | MP Biologicals | TWEEN201 | |
Xylene | Fisher Scientific | 184835 |
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