Модель опухоли с дорсальной складкой кожи и оконной камерой для комбинированной прижизненной микроскопии и магнитно-резонансной томографии в исследованиях трансляционного рака

Резюме

Трансляция результатов прижизненной микроскопии затруднена из-за ее малой глубины проникновения в ткани. В данной работе мы описываем модель мыши с камерой дорсального окна, которая позволяет проводить совместную регистрацию прижизненной микроскопии и клинически применимых методов визуализации (например, КТ, МРТ) для прямой пространственной корреляции, потенциально оптимизируя клиническую трансляцию результатов прижизненной микроскопии.

Аннотация

Доклиническая прижизненная визуализация, такая как микроскопия и оптическая когерентная томография, оказалась ценным инструментом в исследованиях рака для визуализации микроокружения опухоли и ее реакции на терапию. Эти методы визуализации имеют разрешение в микронном масштабе, но имеют ограниченное применение в клинике из-за малой глубины проникновения в ткани. Более клинически применимые методы визуализации, такие как КТ, МРТ и ПЭТ, имеют гораздо большую глубину проникновения, но имеют сравнительно более низкое пространственное разрешение (миллиметровый масштаб).

Чтобы перенести результаты доклинической прижизненной визуализации в клинику, необходимо разработать новые методы для преодоления этого разрыва между микро- и макроразрешением . Здесь мы описываем мышиную модель опухоли с обратной складкой кожи и оконной камерой, предназначенную для обеспечения доклинической прижизненной и клинически применимой (КТ и МРТ) визуализации на одном и том же животном, а также платформу анализа изображений, которая связывает эти два несопоставимых метода визуализации. Важно отметить, что описанный подход с использованием оконной камеры позволяет совместно регистрировать различные модальности визуализации в 3D с использованием реперных маркеров на оконной камере для прямого пространственного согласования. Эта модель может быть использована для валидации существующих методов клинической визуализации, а также для разработки новых за счет прямой корреляции с «наземными» прижизненными результатами с высоким разрешением.

Наконец, реакция опухоли на различные методы лечения - химиотерапию, лучевую терапию, фотодинамическую терапию - может контролироваться в течение длительного времени с помощью этой методологии с использованием доклинических и клинически применимых методов визуализации. Таким образом, описанная здесь модель опухоли с тыльной складкой кожи и платформы визуализации могут быть использованы в различных исследованиях рака, например, для перевода результатов доклинической прижизненной микроскопии в более клинически применимые методы визуализации, такие как КТ или МРТ.

Введение

Опухолевое микроциркуляторное русло является важным компонентом опухолевого микроокружения, который может быть мишенью для терапии и определяющим фактором ответа на лечение. В доклинических условиях микроциркуляторное русло обычно изучают с помощью прижизненной микроскопии на животных в ортотопических или гетеротопических моделях оконной камеры ^1,2. Это имеет ряд преимуществ по сравнению с гистологическими исследованиями, поскольку визуализация проводится в живых тканях, и опухоль может контролироваться в продольном режиме в течение нескольких недель или даже месяцев^.

протокол

Все процедуры на животных выполнялись в соответствии с Руководством по уходу и использованию экспериментальных животных, которое изложено Канадским советом по уходу за животными. Эксперименты проводились в соответствии с протоколом, утвержденным Комитетом по уходу за животными и их использованию Университетской сети здравоохранения в Торонто, Канада.

1. Ориентир на инокуляцию опухоли

ПРИМЕЧАНИЕ: «Ориентирование» относится к процессу маркировки кожи мыши для указания места, куда следует ввести опухолевые клетки для оптимизации размещения DSFC. Эту процедуру межевания следует сделать в тот же день ил....

Результаты

Спекл-вариансная оптическая когерентная томография (svOCT) была выполнена для получения 3D-изображений микрососудов с большим полем зрения (6 x 6 мм,² боковых x 1 мм). Для получения этих изображений использовали ранее описанную систему ОКТ со свип-источником на основе квадратурного инте.......

Обсуждение

В этой работе мы разработали рабочий процесс для выполнения как прижизненной микроскопии, так и клинически применимой визуализации (КТ, МРТ и ПЭТ) на одном и том же животном. Это было сделано с целью переноса результатов доклинической микроскопии в клинику путем прямой корреляции прижи.......

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Cell Culture Materials
BxPC-3 Human Pancreatic Cancer Cells	ATCC (American Type Culture Collection)	CRL-1687
Corning Matrigel Basement Membrane Matrix, LDEV-free, 10 mL	Corning	354234
Corning Stripettor Ultra Pipet Controller	Corning	07-202-350
Dulbecco Phospphate buffered saline without Calcium, Magnesium, or phenol red, 500 mL	Gibco	14190144
Fetal Bovine Serum (Canada), 500 mL	Sigma-Aldrich	F1051-500ML
Penicillin-Streptomycin 100x (liquid,stabilized, sterile-filtered, cell culture tested)	Sigma-Aldrich	P4333-100ML
RPMI Medium 1640 (1x), liquid; with L-Glutamine, 500 mL	Gibco	11875093
TrypLE Express Enzyme, 500 mL	Gibco	12605028
Window Chamber Materials
12 mm Glass Coverslip	Harvard Apparatus	CS-12R No. 1.5
Connex 500 3D Printer	Stratasys	N/A
Biocompatible clear MED610 resin	Stratasys	RGD810
Loctite AA 3105 UV curable glue	Loctite	LCT1214249
Window chamber back frame	Trimech Inc	N/A
Window chamber fiducial marker	Trimech Inc	N/A
Window Chamber front frame	Trimech Inc	N/A
Window chamber support clip	Trimech Inc	N/A
inoculation and Surgery Materials
BD SafetyGlide Insulin Syringes with Permanently Attached Needles, 0.5 mL, 29 G x 1/2"	BD	CABD305932
Betadine Solution	Betadine	AP-B002C2R98U
Cidex OPA 14 Day Solution 3.8 L	ASP	JOH20394
Disposable Surgical Underpads 23 inch x 24 inch	Kendall	7134
Eye lubricant	Optixcare	50-218-8442
Hair removal cream	Nair	‎061700222611
Halstead Hemostatic Forceps	Almedic	7742-A12-150
Heating pad	Sunbeam	B086MCN59R
Iris Scissors	Almedic	7601-A8-690
Isoflurane	Sigma	792632
Metacam	Boehringer Ingelheim Animal Health USA Inc	NDC 0010-6015-03
NOD.Cg-Rag1tm1Mom Il2rgtm1Wjl/SzJ mouse	the Jackson laboratory	7799
Peanut Clipper & Trimmer	Wahl	8655-200
SOFSILK Nonabsorbable Surgical Suture #5-0 with 3/8" Taper point needle (17 mm) (Wax Coated,Braided Black Silk, Sterile)	Syneture	VS880
Splinter Forceps	Almedic	7725-A10-634
MR Imaging
3D printed window chamber immobilization device.			custom 3D printed, refer to figure 3 for details.
Convection heating device	3M Bair Hugger	70200791401
Drug injection system	Harvard Apparatus	PY2 70-2131	PHD 22/2200 MRI compatible Syringe Pump
Gadovist 1.0	Bayer	2241089
Respiratory monitoring system	SAII	Model 1030	MR-compatible monitoring and gating system for small animals.
Tail vein catheter (27 G 0.5" )	Terumo Medical Corp	15253
Optical Imaging
3D printed imaging stage			Custom 3D printed, refer to supplementary figure 3 for details.
12 V 7 W Flexible Polyimide Heater Plate Thin Adhesive PI Heating Film 25 mm x 50 mm	BANRIA	B09X16XCVS	Heating element used for mouse body temeprature regulation.
DC power supply	BK Precission	1761	Used to power the heating element.
Leica MZ FLIII	Leica Microsystems	15209
svOCT imaging system			In-house made imaging system. Details can be found in reference 23.
Software
MATLAB Software	MathWorks	R2020A