腫瘍の開発の評価のためのマイクロコンピュータ断層撮影を使用し、肺癌のマウスモデルでの治療に対する応答のフォローアップ

要約

We describe a method for the detection of tumor nodule development in the lungs of an adenocarcinoma mouse model using micro-computed tomography and its use for monitoring changes in nodule size over time and in response to treatment. The accuracy of the assessment was confirmed with end-point histological quantification.

要約

Lung cancer is the most lethal cancer in the world. Intensive research is ongoing worldwide to identify new therapies for lung cancer. Several mouse models of lung cancer are being used to study the mechanism of cancer development and to experiment with various therapeutic strategies. However, the absence of a real-time technique to identify the development of tumor nodules in mice lungs and to monitor the changes in their size in response to various experimental and therapeutic interventions hampers the ability to obtain an accurate description of the course of the disease and its timely response to treatments. In this study, a method using a micro-computed tomography (CT) scanner for the detection of the development of lung tumors in a mouse model of lung adenocarcinoma is described. Next, we show that monthly follow-up with micro-CT can identify dynamic changes in the lung tumor, such as the appearance of additional nodules, increase in the size of previously detected nodules, and decrease in the size or complete resolution of nodules in response to treatment. Finally, the accuracy of this real-time assessment method was confirmed with end-point histological quantification. This technique paves the way for planning and conducting more complex experiments on lung cancer animal models, and it enables us to better understand the mechanisms of carcinogenesis and the effects of different treatment modalities while saving time and resources.

概要

肺癌は世界¹の周りの癌死の主要な原因です。肺がんの予防、早期発見、および治療 ​​の研究は世界^2,3の多くの研究センターで進行中です。肺癌のためのいくつかの動物モデルが開発されており、それらは、起源の肺発癌および細胞のメカニズムの研究において、癌幹細胞の存在を決定する際に、種々の新規な治療戦略^4を検査^するのに有用であることが証明されています。以前のモデルは、マウス⁵の感受性株に発癌物質誘発性腫瘍の開始に依存していました。具体的に操作遺伝子損傷の結果としてのノックアウトと肺がんが発生したトランスジェニックマウスモデルの開発は、実質的に腫瘍の誘導を制御し、ヒト肺癌⁴のいくつかの側面を模倣する能力を向上させました。しかしながら、肺癌の動物モデルの使用における主要な課題は、リアルタイムの方法が存在しないことです正確に識別して、マウスの肺の腫瘍の発症や進展を監視し、そのような治療に応答して、それらの継続的な成長または減少としてそれらのサイズ、で、それ以降の変更を文書化します。これは、腫瘍を同定するために、それらの実験の結果を評価するために、いくつかの時間、労力、およびリソースを消費する技術に頼ら研究を余儀なくされました。腫瘍の誘導に応答する固有の間マウスの変動の存在は、データのばらつきを低減するために、各実験群の動物の多数の使用を必要とします。リアルタイムで処理し、腫瘍の成長または応答を評価することができないことは、サンプルからの資源の浪費で、その結果、盲目的に彼らが正しいデータを収集することを保証するために長時間の実験プロトコルで複数の時点でマウスを安楽死させるために、研究者を余儀なくされました早すぎたり遅すぎたりしている時点で収集。

本研究では、この方法は、小動物マイクロ-Cを利用しますomputed断層撮影（マイクロCT）マウスを生きているに肺腫瘍を検出し、フォローアップするためのスキャナーが導入されています。私たちは、最近記載Sftpc-rtTAのとトレ- FGF9-IRES-EGFPのダブルトランスジェニック（DT）急速にドキシサイクリン^6,7-による誘導後の肺腺癌を発症するマウスを使用しました。マイクロCTの使用は、（特に）に私たちを可能に誘導する前に、異常な肺の異常でマウスを除外し、誘導後肺の腫瘍結節の発達を確認し、実験的治療に反応して腫瘍結節の変化を観察します。エンドポイントマウスの安楽死および組織学的評価は、マイクロCTを用いて行っリアルタイム評価の精度を確認しました。私たちは、この技術は、貴重な資源を節約観測時間を短縮し、結果の正確さと理解を向上させながら肺癌動物モデルを用いて、より良い計画実験を行うための道を開くだろうと信じています。

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プロトコル

動物実験は、慶應義塾大学の施設内動物管理使用委員会によって承認されました。

注：本研究では、Sftpc-のrtTA及び肺腺癌が急速にドキシサイクリン^6,7を含む飼料の供給により誘導後開発したトレ- FGF9-IRES-EGFP DTマウスを使用していました。しかし、すべての評価手順は、他の肺癌マウスモデルに適用することができます。

1.実験概要：

1. ベースラインでの肺の状態を特定します。
   1. 腫瘍誘発する前に、DTマウスは8である場合 - 12週齢、第一のマイクロCTスキャンを（下のセクション2と3を参照）を行います。これは、肺のベースラインスキャンとして機能リーキー導入遺伝子によって引き起こされる自然発生的に開発した結節がないことを確認し、腫瘍誘導前、既存の肺病変が存在しないことを文書化します。
2. 腫瘍誘導を開始します。
   1. 正規のCHからDTマウスを切り替えますドキシサイクリン飼料にOW肺胞細胞に線維芽細胞成長因子（FGF）9発現を誘導し、腫瘍成長を開始します。ドキシサイクリン飼料（200 ppm）で自由摂取を与えます。
3. マウス肺における腫瘍小結節の発達を確認します。
   1. 誘導前のスキャンと比較して腫瘍結節の開発を識別するためのマイクロCTスキャンを実行します。
4. 治療に対する反応を評価します：
   1. 、治療に応答して腫瘍結節の変化を検出FGF受容体（FGFR）阻害剤AZD4547を管理するためのマイクロCTの能力を試験するために、その後、5および10週間後に追加のマイクロCTスキャンを実行します。
5. エンドポイントの評価：
   1. （下記のセクション6を参照）、組織学的評価のために、すべての治療群と対照マウスとプロセス組織を安楽死させます。

2.マイクロCT画像取得のためにマウスを準備します。

1. マイクロCTスキャナとコンピュータの電源を入れます。
2. clicクリック「R_M CT2」という名前のソフトウェア上でkは、その後、「ウォームアップ」をクリックしてください。
3. マウスは、マイクロCT室から置かれる時に、サンプル台を取り外します。ラップで床を包みます。
4. 顕著なレベルまで麻酔気化器にイソフルランを追加することで、麻酔導入ボックスを設定します。 3L /分でイソフルラン流量を設定します。
5. インダクションボックスへの酸素の流れを開始し、1L /分の流量を設定するために酸素タンクを開きます。
6. 麻酔導入ボックスにマウスを置いて、それが深く、自発運動の欠如によって、および（組織損傷や皮膚のブレークが発生しない皮膚の小さな倍の穏やかなピンチ、）皮膚のピンチに応答して麻酔をかけていることを確認します。
7. 麻酔中に角膜の乾燥を防ぐために、眼の潤滑剤を塗布します。
8. マイクロCT室を開き、サンプルのベッドの上で背側を上にしてマウスを置きます。マウスの頭部を持ち、オードにおける下肢から下方にボディを引っ張りますrはストレッチと対称的に体をまっすぐにします。
9. インダクションボックスに麻酔の流れをオフにして、マイクロCT室に接続する管に向かってそれをオンにします。
10. 連続麻酔薬を投与するために、マウスの鼻の中に麻酔チューブを置きます。
11. 位置にマウスを固定するために、マウスやプラスチックラップでサンプルのベッドを包みます。
    注：深い麻酔下で、スキャン中の任意のわずかな動きや、その本体のねじれがかすんイメージと解釈することが困難になりますので、サンプル床に包まれたマウスを維持することが重要です。
12. マイクロCT室を閉じます。
13. 90 kVの160μAと4.5分のスキャン時間にマイクロCTシステムを調整します。 50×50×50μmである24×19ミリメートルとボクセルサイズの画像範囲を設定します。ハートビートのための同期モードを使用してください。
14. そのフォルダに新しい画像を保存するために、「データベース」に新​​しいフォルダを作成します。
15. スキャンを開始します。
16. スキャンが完了した後、空のケージにマウスを移動し、それが意識を取り戻すまでそれを観察します。それは完全に麻酔の影響から回復するまで、他のマウスとそれを入れないでください。

3.事前誘導マイクロCT画像の可視化と分析：

1. ：マイクロCT画像を可視化するために、次のWebサイトから無料ImageJソフトウェアをダウンロードしhttp://imagej.nih.gov/ij/ 。注：すべてのマイクロCTデータファイル約500 TIFファイル（.tifファイル）のスタックです。他の画像閲覧ソフトウェアを使用することもできます。
2. シリアルマイクロCT画像ファイルを開き、その逆の腹部またはに首から各マウスのすべての画像をスクロールします。
3. ナイーブ野生型マウスのスキャンを使用して、マウスの解剖学の知識に基づいて、胸部内の ​​異なる領域の密度は、通常の解剖学的構造を特定する（ 図1A参照 ）。
   1. でカーソルを保持しますコンピュータのマウスと白っぽい腹部内臓や横隔膜から、胸を通って首まで開始、スクロールアップ。
   2. 骨の胸のケージのランドマーク（両側に背中と肋骨で正面に胸骨、椎骨）を特定します。
   3. 胸の前、心臓に近いと縦隔の主要な血管に心を識別します。
   4. その後、より小さな気管支に分岐していき、左右の主気管支に分岐する、（首と胸の上部のレベルでの小さな暗い円として）気管内腔を観察します。各気管支が密接に2または3の血管（ 図1A）に関連付けられていることに注意してください。
4. 非誘導DTマウスのスキャンを調べる起動し、異常の有無を識別します。
   1. 任意のさらなる実験から異常な誘導前の肺の影（ 例えば、結節、気腫性嚢胞、 等 ）を有するマウスを除外します。 （ 図1C、E、G、H ）。

4.腫瘍の誘導：

1. 正常な肺のスキャンを示した実験マウスにおける腫瘍発生を誘導するために、ドキシサイクリン含有飼料（200 ppm）でに、通常の固形飼料から自分の食べ物を切り替えます。

5.フォローアップスキャン：

1. 10週間後、それらの肺における腫瘍小結節の発達を確認するために、すべてのマウスの第2のマイクロCTスキャンを実行する（ 図2参照 ）。
2. 二つのグループにマウスを分割します。一つのグループにし、10週間以上のために他の対照群とプラセボ（10週間/週6日間、胃管を経由して125μgの/ kg /日）FGFRブロッカーAZD4547を管理します。
3. 5週間後 - 4第3スキャンを実行することにより、結節性陰影の変化をフォローアップ。
4. 治療の10週の終わりには、第4の走査を行います。
5. CO ₂吸入または0.1ミリグラム/ペントバルビタールを200μlの腹腔内注射で全てのマウスを安楽死させます。
6. にその後、任意の異常陰影の出現/消滅（ 図3をチェック二つ以上の異なる時点で同じマウスのシリアルスキャン画像内の同様の位置を特定し、誘導後および処理に応答した腫瘍結節の動的変化を識別）。
7. 異なる時点で、同じマウスにおける同一平面上の識別を容易にするために、マウスの胸部内の解剖学的ランドマーク構造に興味のある面を関連付けるしてみてください。
   1. このような気管、その分岐部、左右の主気管支、大動脈、横隔膜、および大血管などのランドマークを使用してください。
      注：胸椎、肋骨、胸骨を含む胸部の骨理由は、スキャン位置の誤った解釈の可能性を高めるサンプルベッドの上でマウス本体の位置合わせで共通のマイナー傾く、の位置決め目印としてあまり有用です。同様に、スキャンファイル内の画像のシリアル番号がidentifyinために信頼性がありませんグラム経時ため、別の時点からマウス本体の長さの変化の同じ位置。異なる時点で同一平面を特定するのに失敗した場合や不正確さが所見の偽陽性/陰性の解釈になることがあります。

6.マウスの安楽死と肺コレクション：

1. CO ₂吸入または0.1ミリグラム/ペントバルビタールを200μlの腹腔内注射でマウスを安楽死させます。
2. 腹壁を通って長手方向に切断することによって腹部の内臓を公開します。腹部大動脈を切開することにより、肺の中の血液の量を減らすために、マウスをブリード。
3. 細かいハサミで振動板をスリット。これにより、肺の崩壊、胸腔からの負圧の損失をもたらします。前胸壁のリブの部分を切断して除去することにより、肺と心臓を露出。 tracheを公開するために、皮膚および軟組織を切断することによって、首の前面部分を清掃してくださいA。
4. 心臓や胸腺を切り取ります。食道からそれを分離するために気管の後ろに鉗子を挿入します。
5. その後、G24カニューレと気管にカニューレを挿入、挿入部分の周りに糸を締めて所定の位置に固定します。
6. 25センチメートルカラムを用いて気管カニューレを介して氷冷4％パラホルムアルデヒド（PFA）を使用して肺を膨らませると固定します。カニューレを外し、喉頭への結合から、上部気管を切断し、その後、PFAの漏洩を防止するためのスレッドを締めます。
7. 縫合糸から気管を引いて、その添付ファイルから、それを分析し、 -ブロックエン肺でそれを削除するには、下方向に続けています。 4％PFAの5ミリリットルを含む15mlチューブに挿入します。標準のパラフィンブロック⁸に組織を処理した後、完全な組織浸透、定着を確実にするために、PFA、O / Nで肺を残します。
8. 標準的な技術を用いてヘマトキシリンおよびエオシンでミクロトームや汚れに6μmの厚さにスライスし、パラフィンブロックをカット。

7.組織学的評価：

注：デジタル組織学的評価のために、「スライドスキャナ」の使用は、ここに記載されているが、評価のための定期的な顕微鏡および視覚組織学的評価を使用することも可能です。

1. スライドスキャナ装置とコンピュータの電源を入れます。
2. 「NDPスキャン」ソフトウェアをクリックします。
3. スライドのシリーズをスキャンするためのスキャンモード」のスライドのバッチ」と「半自動モード」を選択します。
   注：順次走査中にスライドを取り出し、ロボットアームは、スライドガラスの縁部上の凹凸に非常に敏感です。
4. マシンにそれらをロードする前に、すべてのガラススライドのエッジを触診します。カバーガラスまたは乾燥した封入剤のいずれかの突起がある場合は、カッターやメスでそれを清掃してください。
5. スライドカセットにスライドをロードします。試料のハッチを開き、所定の位置にカセットをスライドさせて「1」;。ドアを閉める。
6. コンピュータ・ソフトウェアでは、「OK」ボタンをクリックして、カセットの対応する位置にあるすべてのスライドに短い説明的な名前を付けます。
7. 「明」：プロファイルモードを選択します。
8. 暫定スキャンを開始するには、「バッチを開始」をクリックします。
   注：マシンはすべてのスライドをスキャン終了すると、ソフトウェアは自動的にすべてのスライド上の組織と領域を検出し、関心領域としてそれを提案します。
9. 必要な場合は、マウスの左ボタンを押しながら、地域の境界線を引くことによって、関心領域を再定義します。
   注：関心領域としてスライドの過大な領域を定義することははるかに長いス​​キャン時間になります。
10. すべてのスライド上の利益を地域に満足したら、すべてのスライドのスキャンを開始するには、「スキャン」をクリックしてください。
    注：スキャンしたファイルは、低解像度と高解像度でデジタル的に観察することができ、画像はJPEGとしてエクスポートすることができますファイル。

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結果

肺の異常を有するマウスの同定は、ベースラインで行いました。 DTマウスは8であった腫瘍誘導、前 - 生後12週間、すべてのマウスの肺は、マイクロCTを用いてスキャンしました。驚くべきことに、マウスの約50％は、その後の研究に含めるためには不適切と判断する私たちを強制的に異常を示しました。これらの異常は、結節状陰影、大規模な単一または複数の小さな...

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ディスカッション

腫瘍結節の開発や、より計画する肺癌関連の実験を行っている科学者を可能にする肺癌動物モデルにおける治療に対する反応のリアルタイムの肺の異常の識別と監視のためにここで説明するマイクロCTに基づく方法正確かつ効率的な実験は、時間とリソースを節約しながら。我々は以前、同じ目的の⁶のためにMRIを使用しています。 MRIでの肺結節の検出のためのスキャンおよびしきい?...

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資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
micro-X-ray–computed tomography	Rigaku	R_mCT2
NanoZoomer RS Digital Pathology System	Hamamatsu	RS C10730
NDP.view2 Viewing software	Hamamatsu	U12388-01	http://www.hamamatsu.com/jp/en/U12388-01.html
Isoflurane Vaporizer - Funnel-Fill	VETEQUIP	911103
Induction chamber, 2 L  W9.5 × D23 × H9.5	VETEQUIP	941444
Isoflurane	Mylan	ES2303-01
AZD 4547	LC Labratories	A-1088
Pentobarbital	Kyoritsu	SOM02-YA1312
G24 cannula	Terumo	SP-FS2419
Paraformaldehyde	Wako	163-20145
Microtome	Leica	RM2265
Doxycycline	SLC Japan/PMI Nutrition International	5TP7
ImageJ software	National Institute of health		http://imagej.nih.gov/ij/
Puralube vet ointment (Occular lubricant)	Dechra	NDC 17033-211-38