メラノーマのBraf/Pten遺伝子操作マウスモデルにおける超高周波超音波イメージングによるリンパ節容積の解析

要約

メラノーマは、すぐに他の臓器に広がる非常に攻撃的な病気です。このプロトコルは、転移性黒色腫のBraf/Ptenマウスモデルにおける鼠径リンパ節の体積を監視するために、3Dレンダリングと組み合わせた超高周波超音波イメージングの適用を説明する。

要約

Tyr::CreER+,^{BrafCA/+,Ptenlox/lox}遺伝子操作マウス(Braf/Ptenマウス)は、転移性黒色腫のin vivoモデルとして広く使用されている。原発性腫瘍がタモキシフェン治療によって誘導されると、誘導後4〜6週間以内に転移性負荷の増加が観察される。この論文は、超高周波超音波(UHFUS)イメージングを利用して、鼠径リンパ節の体積の増加を測定することによって、鼠径リンパ節の転移性関与の増加を監視する方法を示す。

UHFUSシステムは、UHFUSリニアプローブ(22-55MHz、軸分解能40μm)で麻酔マウスをスキャンするために使用されます。鼠径リンパ節(左右両側)からのBモード画像は、短軸ビューで取得され、動物を背側臥位に位置決めする。超音波記録は、電動機械式アームの44μmステップサイズを使用して取得されます。その後、2次元(2D)Bモード取得が超音波画像後処理用のソフトウェアプラットフォームにインポートされ、取得した断面2D画像において鼠径リンパ節が識別され、半自動的にセグメント化される。最後に、3次元(3D)体積の全再構成が、リンパ節体積のレンダリングとともに自動的に得られ、これも絶対測定値として表される。

この非侵襲的な in vivo 技術は、非常に忍容性が高く、同じ実験動物上で2週間にわたって複数のイメージングセッションをスケジュールすることができます。したがって、転移性疾患に対する薬理学的治療の影響を評価することが理想的である。

概要

メラノーマは、しばしば他の皮膚部位(皮下転移)だけでなく、リンパ節、肺、肝臓、脳、骨にも広がる攻撃的な形態の皮膚癌です¹。過去10年間で、新薬が臨床現場に導入され、転移性黒色腫患者の平均余命の改善に貢献してきました。しかし、応答までの時間や程度の変動、重篤な副作用、獲得した抵抗の反乱など、限界が残っています¹。したがって、転移性の広がりを初期段階、すなわち局所リンパ節に到達したときに検出することが重要です。

局所リンパ節(センチネルリンパ節)の生検は、通常、黒色腫細胞の存在を確認するために行われる。しかし、超音波イメージングは、臨床評価を凌駕し、不必要な生検を回避するのに役立つため、転移性関与を検出する非侵襲的な方法として定着しています^2,3,4。さらに、超音波画像は、リンパ節の監視、特に高齢および/または併存疾患の場合に適切であると思われる^5,6。超音波分析によって検出され、正常リンパ節と転移性リンパ節の区別を可能にする特徴は、サイズ(体積)の増加、楕円形から円形への形状の変化、不規則なマージン、エコー発生パターンの変化、および変化した(増加した)血管新生⁷。

Tyr::CreER+,^{BrafCA/+,Ptenlox/lox}遺伝子操作マウス(Braf/Ptenマウス)は、転移性黒色腫の組織特異的で誘導可能なモデルとして最近科学界に利用可能になりました⁸。この動物モデルでは、原発性腫瘍は非常に迅速に発症する:野生型(wt)BrafからBrafV600Eへの切り替えおよびPtenの喪失の誘導後2〜³週間以内に目に見えるようになり、4週間以内に50〜100mm3の体積に達する。次の2週間で、原発性腫瘍の増殖は、他の皮膚部位、リンパ節、および肺における転移性負荷の漸進的な増加を伴う。

Braf/Ptenマウスは、メラノーマ発生に関与するシグナル伝達経路の解剖^9,10、起源のメラノーマ細胞の同定11,12,13、標的療法と免疫療法の両方の観点からの新しい治療選択肢の試験など、複数の目的で広く使用されています^8,14,15,16。.具体的には、Braf/Ptenマウスを用いて、弱毒化リステリア・モノサイトゲネス(Lmat)が抗黒色腫ワクチンとして作用することを実証した。治療環境で全身投与した場合、Lmatは腫瘍部位に選択的に蓄積するため、全体的な毒性とは関連しない。さらに、原発性黒色腫量の顕著な減少およびリンパ節および肺における転移性負荷の減少を引き起こす。分子レベルでは、Lmatはメラノーマ細胞のアポトーシス死滅を引き起こし、これは少なくとも部分的には、非細胞自律活性(CD4+およびCD8+ Tリンパ球の部位での動員)に起因する¹⁶。

Braf/Ptenマウスをメラノーマモデリングに使用すると、原発性腫瘍および皮下転移の増殖をノギス測定によってモニターすることができる。しかし、リンパ節と肺の関与は、代替技術、おそらく研究者が時間の経過とともに同じ動物を追跡できる非侵襲的な技術を使用して調査する必要があります。この論文では、鼠径リンパ節のサイズ(体積)の増加の縦断的モニタリングのための、得られたデータのその後の3D体積分析と相まって、超音波イメージング(図1)の使用について説明する。

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プロトコル

ここで説明するすべての方法は、イタリア保健省(動物プロトコル#754/2015-PRおよび#684/2018-PR)によって承認されています。

1. メラノーマ誘発

注:6週齢のTyr::CreER+、BrafCA/^{+、Ptenlox/lox} マウス[B6.Cg-Braftm1Mmcm ^Ptentm1Hwu Tg(Tyr-cre/ERT2)13Bos/BosJ(Braf/Pten)]を本研究に使用した(材料表参照)。

1. 前述のように、背中上部の剃毛した皮膚に3μLの5mM 4-HTを3日間連続して塗布することにより、マウスを4-ヒドロキシタモキシフェン(4-HT)で治療する^11、16、17。
   注:これにより、Cre酵素が活性化され、wt BrafからBrafV600Eへの切り替えとPtenの損失が発生します。これらの2つのヒットは、メラノーマ形成を誘発するのに十分である。
2. 原発性腫瘍が2〜3週間で皮膚塗装部位に発症し、4週間で50〜100mm3の体積に達することを観察する。また、この時点で他の皮膚部位、リンパ節、肺への転移を観察した(_t0)。
3. ノギスを使用して原発腫瘍および皮下転移の体積を測定し、超音波イメージングを使用して鼠径リンパ節の体積を測定する。これらの測定を1週間後(_t1、皮膚塗装後5週間後)および2週間後(_t2、皮膚塗装後6週間後)に繰り返す。
4. 最後の時点で、ガス状のセボランを過剰摂取してマウスを安楽死させる。
5. 原発性腫瘍およびリンパ節を目視検査によって分析し、次いで、ⁱⁿ¹⁶で報告されたように、組織学的研究のためにそれらを切除する。

2. 撮影手順

1. マウスをガス麻酔用の誘導チャンバーに入れ、動物が完全に麻酔されるまで純酸素中の3%イソフルランを供給する。足のピンチに対する反応の欠如によって麻酔の深さを確認する。
2. 動物を加熱したボード(UHFUSイメージングステーションの構成部分)に移し、動物を仰臥位に保ちます。ワセリンで潤滑された直腸プローブを使用して体温を測定します。ボード温度を調整して、マウスの体温を生理学的範囲(36 ± 1°C)に維持します。
3. 麻酔中の乾燥を防ぐために獣医軟膏でマウスの目を湿らせます。麻薬性ガス(純酸素中の1.5%イソフルラン)をマウスの鼻マスクを通して供給する。イソフルランの割合を調整して、麻酔の正しい深さを維持します。
4. 前足と後足を導電性ペーストでコーティングし、ボードに埋め込まれたECGプレート電極にテープで貼り付けます。生理学的パラメータ(心拍数、呼吸信号、深部体温)が正しく取得され、表示されていることを確認してください。
5. 脱毛剤を塗布して両方の鼠径部から脱毛し、音響結合媒体でそれらをコーティングする。
6. UHFUSリニアプローブ(40MHzの中心周波数)をUHFUSイメージングステーションに埋め込まれた特殊な3Dモータにクランプし、プローブの自動的かつ段階的な移動を可能にします。
7. 超音波プローブの位置を適切に向き、調整して鼠径リンパ節の短軸画像(左/右)を取得し、関心領域を焦点ゾーンに配置します。
8. 鼠径リンパ節の全体積を、前述のように、一連の2D Bモード画像としてスキャンします¹⁸。マイクロメートルスケールのステップサイズでトランスデューサを直線移動させることによりリンパ節の複数のレベルで画像を取得し、自動的に呼吸および心臓依存性シネループの観点から3Dデータを生成する。
9. 次のパラメータで画像記録を設定します:スキャン距離範囲を2〜5mm(リンパ節のサイズによって異なります)。ステップサイズは44μmで、結果は46〜114スキャンステップ/リンパ節スライス、取得時間は動物あたり1〜3分です。取得した画像を生フォーマット(DICOM)でデジタル保存し、オフライン分析をさらに進めます。
10. イメージングセッションの最後に、ガス麻酔を中止し、動物が胸骨リカンブルで加熱ボード上で回復するのを許します。それが臥位を維持するのに十分な意識を取り戻すまで動物の世話をしてください。

3. 超音波画像の後処理

1. 超音波画像の後処理のためのソフトウェアプラットフォームで左右の鼠径リンパ節のDICOM 3D画像のデータセットを開きます。
2. セグメンテーション：
   1. 「マルチスライス方法」を選択すると、3D 取得中にキャプチャされた各画像に対応するすべてのフレームの現在のフレームとサムネイルの両方が視覚化されます。
   2. 最初のフレームのサムネールを選択して、輪郭ビューに読み込みます。輪郭ビューで、マウスを左クリックしてリンパ節の境界に沿ってポイントをドロップします。必要なポイント数(範囲 10 ~ 15)を設定したら、右クリックして輪郭を完成させます。
   3. 最初の輪郭が完成したら、サムネイルビューを使用して、輪郭を描く次の画像を選択します。必要に応じて、輪郭間の複数の画像(平均3フレーム)をスキップして、各3Dボリュームに必要な手動トレースの数を減らします。
      注:超音波画像後処理用のソフトウェアプラットフォームは、手動トレース間の輪郭を自動的に生成し、それによって分析時間を短縮します。
   4. ボリューム全体の輪郭が描かれるまで、このプロセスを繰り返します。完了したら、[ 完了]をクリックします。
3. 3Dワイヤーフレームの生成と体積測定:
   1. 3Dモードウィンドウワークスペースで、画像表示領域の下にある体積測定アイコンをクリックして、サーフェスビューをアクティブにします。
      メモ: サーフェスビューは、ユーザーが生成したボリュームを取得したイメージにマップするコンパイルビューを作成します。サーフェスビューは、任意の位置に回転させることができます。
   2. 立方体ビューの左下隅にリストされている体積測定値を書き留めます。
      注:セグメンテーションと3Dボリューム生成は、カスタム開発のソフトウェアおよび/または一般的な画像処理用の自由に入手可能な/商用ソフトウェアを使用して取得することもできます。手動セグメンテーションから始めて、ソフトウェアはリンパ節輪郭の数学的および/またはピクセルレベルの記述を提供する必要があります。これらの輪郭は、リンパ節の外面をレンダリングするために3D空間で結合される。画像化手順および超音波画像の後処理で説明されるすべてのステップは、 図2に要約される。

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結果

Tyr::CreER+、^BrafCA/+、^Ptenlox/loxマウスの4-HTの皮膚塗装後、Cre活性が誘導され、そのためにゲノムレベルでwt BrafからBrafV600Eへのスイッチがあり、Ptenは失われる(図3A)。2〜3週間で、マウスは100%の浸透度を有するオンサイト原発性腫瘍を発症する。4-HT治療(t0)から4週間後、原発性腫瘍は₅₀〜100mm3の体積に達し、その増殖はノギスに?...

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ディスカッション

この研究で得られたデータは、転移性黒色腫のBraf/Ptenマウスモデルの鼠径リンパ節の転移性関与を監視する超音波イメージングの能力を証明している。前に示したように¹⁶、この技術は、薬物治療の有効性を評価するのに特に有用である。これは、_t1および _t2で収集された測定値を_t0で収集された測定値と比較することによって、同じ動物に?...

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資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
4-hydroxytamoxifen	Merck	H6278	drug used for tumor induction
B6.Cg-Braftm1Mmcm Ptentm1Hwu Tg(Tyr-cre/ERT2)13Bos/BosJ (Braf/Pten) mice	The Jackson Laboratory	013590
Blu gel	Sooft Ialia		ophthalmic solution gel
BRAFV600E antibody	Spring Bioscience Corporation	E19290
IsoFlo (isoflorane)	Zoetis		liquid for gaseous anaesthesia
MLANA antibody	Thermo Fisher Scientific	M2-7C10
Sigma gel	Parker		electrode gel
Transonic gel clear	Telic SAU		ultrasound gel
Veet	Reckitt Benckiser IT		depilatory cream
Compact Dual Anesthesia System	Fujifilm, Visualsonics Inc.		Isoflurane-based anesthesia system equipped with nose cone and induction chamber
MX550S	Fujifilm, Visualsonics Inc.		UHFUS linear probe
Vevo 3100	Fujifilm, Visualsonics Inc.		UHFUS system
Vevo Imaging Station	Fujifilm, Visualsonics Inc.		UHFUS imaging station and Advancing Physiological Monitoring Unit endowed with heated board
Vevo Lab	Fujifilm, Visualsonics Inc.		software platform for ultrasound image post-processing