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Method Article
Descreve-se um método relativamente simples para a imagiologia ex vivo, ao vivo das interacções de células de estroma tumoral dentro de metástase pulmonar, utilizando repórteres fluorescentes, em ratinhos. Utilizando microscopia confocal de disco rotativo, esta técnica permite a visualização de células vivas durante pelo menos 4 horas e pode ser adaptado para estudar outras condições inflamatórias do pulmão.
A metástase é uma das principais causas de morbidade e mortalidade relacionada ao câncer. A metástase é um processo de várias etapas e, devido à sua complexidade, os processos celulares e moleculares exatos que governam disseminação metastática e crescimento são ainda imperceptíveis. imagens ao vivo permite a visualização das interações dinâmicas e espaciais das células e seu microambiente. Os tumores sólidos geralmente metástases para os pulmões. No entanto, a localização anatômica dos pulmões representa um desafio para imagiologia intravital. Este protocolo fornece um método relativamente simples e rápido para ex vivo imagens ao vivo das interações dinâmicas entre as células tumorais e sua estroma circundante dentro de metástase pulmonar. Usando este método, a motilidade de células cancerosas, bem como as interacções entre as células cancerosas e as células do estroma no seu microambiente podem ser visualizados em tempo real, durante várias horas. Ao utilizar ratinhos transgénicos repórter fluorescentes, uma linha de células fluorescentes, injectável marcado fluorescentementemoléculas e / ou anticorpos, vários componentes do microambiente do pulmão pode ser visualizado, tais como os vasos sanguíneos e células do sistema imunológico. Para imagem os diferentes tipos de células, foi utilizado um disco giratório microscópio confocal que permite imagens contínuo a longo prazo com rápida, de quatro cores de aquisição de imagem. filmes de lapso de tempo compilados a partir de imagens recolhidas ao longo de várias posições e planos focais mostram interações entre metastático ao vivo e células do sistema imunológico durante pelo menos 4 horas. Esta técnica pode ser também utilizada para testar a quimioterapia ou terapia-alvo. Além disso, este método pode ser adaptado para o estudo de outras patologias relacionadas com o pulmonares que podem afectar o microambiente do pulmão.
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 os procedimentos descritos devem ser realizados de acordo com as diretrizes e regulamentos para o uso de animais vertebrados, incluindo a aprovação prévia por parte do Care local Institucional Animal e Comitê de Uso (IACUC).
1. Geração de metástases pulmonares por ex vivo Imagens ao vivo (Transgenic ou veia caudal Injection)
NOTA: As metástases pulmonares pode ser gerado através da utilização de modelos de ratinho geneticamente modificadas ou por injecção intravenosa (iv) a injecção de células cancerosas.
2. Rotulagem de componentes de interesse na metastático Microenvironment (Transgenic e / ou injetáveis)
NOTA: A rotulagem pode ser conseguida por murganhos transgénicos e / ou por vários injectáveis. Certifique-se usar diferentes cores fluorescentes para a rotulagem dos vários tipos de células.
3. Preparação de Materiais Antes Dissecação
4. Preparação de injecções
NOTA: Dependendo da meia-vida ea resposta preferida, injetar fluorescente etiquetado anticorpos e / ou moléculas fluorescentes ou imediatamente antes do sacrifício animal ou um par de horas a dias antes.
5. Preparação de Pulmões por ex vivo Imagens ao vivo
NOTA: Tente trabalhar como estéril e cuidadosa quanto possível para evitar a desnecessária desafios de células imunes dentro dos pulmões.
Figura 1. Protocolo para a preparação dos pulmões para geração de imagens ao vivo. (A) A exposição da traquéia após a preparação do mouse. (B) pinas pequena feita na traqueia exposta paralela aos anéis cartilagíneos. (C) 20 G agulha inserida 4-5 mm na traqueia. (D) A instilação de 400 ul de 2% de baixo ponto de fusão à temperatura de agarose para os pulmões. (E) Inflpulmões ated separado do mouse. (F) Lobes separados após a inflação. (G) lóbulos colocado em um poço de uma placa de imagem de 24 poços. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
6. Aquisição e Análise de Imagens
NOTA: As imagens podem ser adquiridas com uma variedade de fiação de disco microscópios confocal apoiados por vários programas de software. Neste protocolo, quer μManager com um giro de disco microscópio confocal feito por encomenda ou Zen com um disco giratório microscópio confocal comercialmente disponível é utilizada para a aquisição de imagem, enquanto Imaris é usado para edição de filmes e análise.
Utilizando microscopia confocal de disco rotativo, vários sistemas modelo rato e injectáveis, o microambiente metastático pode ser visualizado e rastreada ao longo do tempo. Usando um MMTV-PyMT; ACTB-ECFP; modelo de ratinho transgénico triplo EGFP c-fms, diferentes componentes celulares são marcado de forma fluorescente (Figura 2A, um filme). A estrutura típica do parênquima pulmonar pode ser visualizado no canal PCP uma vez que todas as células expressam ECFP ...
Este manuscrito descreve um método detalhado para ex vivo imagens ao vivo da metástase pulmonar em modelos de ratos com metástases. Este protocolo de imagem fornece uma visualização direta das interações tumor de células-estroma dinâmicas e espaciais dentro do microambiente do pulmão. É um método relativamente fácil e rápido que permite imagens de confiança de metástases do pulmão durante pelo menos 4 h. Filmes adquiridos a partir destas experiências pode ser utilizada para controlar processos...
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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