מודל עכבר גידול בתא החלון הגבי למיקרוסקופיה תוך-חיונית משולבת והדמיית תהודה מגנטית בחקר סרטן תרגומי

Summary

תרגום ממצאי המיקרוסקופ התוך-חיוני מאותגר על ידי חדירת העומק הרדוד שלו לרקמה. כאן אנו מתארים מודל עכבר תא חלון גבי המאפשר רישום משותף של מיקרוסקופיה תוך חיונית ושיטות הדמיה ישימות קלינית (למשל, CT, MRI) למתאם מרחבי ישיר, מה שעשוי לייעל את התרגום הקליני של ממצאי מיקרוסקופ תוך חיוני.

Abstract

הדמיה תוך-חיונית פרה-קלינית כגון מיקרוסקופיה וטומוגרפיה קוהרנטית אופטית הוכיחו את עצמם ככלים רבי ערך בחקר הסרטן להדמיית המיקרו-סביבה של הגידול ותגובתו לטיפול. שיטות הדמיה אלה הן בעלות רזולוציה בקנה מידה מיקרוני אך השימוש בהן מוגבל במרפאה בשל עומק החדירה הרדוד שלהן לרקמה. שיטות הדמיה ישימות יותר מבחינה קלינית כגון CT, MRI ו- PET הן בעלות עומק חדירה גדול בהרבה, אך הן בעלות רזולוציה מרחבית נמוכה יחסית (קנה מידה של מ"מ).

כדי לתרגם ממצאי הדמיה תוך-חיונית פרה-קליניים למרפאה, יש לפתח שיטות חדשות כדי לגשר על פער הרזולוציה בין מיקרו למאקרו . כאן אנו מתארים מודל עכבר גידול של תא חלון אחורי מקופל עור שנועד לאפשר הדמיה פרה-קלינית, תוך-חיונית וישימה קלינית (CT ו-MR) באותה חיה, ואת פלטפורמת ניתוח התמונה המקשרת בין שתי שיטות הדמיה נפרדות אלה. חשוב לציין, גישת תא החלון המתוארת מאפשרת לרשום במשותף את אופני ההדמיה השונים בתלת-ממד באמצעות סמנים פידוקיאליים על תא החלון לצורך קונקורדנציה מרחבית ישירה. מודל זה יכול לשמש לאימות שיטות הדמיה קליניות קיימות, כמו גם לפיתוח שיטות חדשות באמצעות קשר ישיר עם "אמת קרקעית" ממצאים אינטרה-חיוניים ברזולוציה גבוהה.

לבסוף, ניתן לעקוב לאורך זמן אחר תגובת הגידול לטיפולים שונים - כימותרפיה, הקרנות, טיפול פוטודינמי - באמצעות מתודולוגיה זו באמצעות שיטות הדמיה פרה-קליניות וקליניות. מודל עכבר הגידול של תא החלון הגבי ופלטפורמות ההדמיה המתוארות כאן יכולות לשמש במגוון מחקרי סרטן, למשל, בתרגום ממצאי מיקרוסקופ תוך חיוני פרה-קליני לשיטות הדמיה ישימות יותר מבחינה קלינית כגון CT או MRI.

Introduction

מיקרו-וסקולטורה של הגידול היא מרכיב חשוב במיקרו-סביבה של הגידול שיכול להיות מטרה לטיפול וגורם מכריע בתגובה לטיפול. במסגרת הפרה-קלינית, מיקרו-כלי הדם נחקרים בדרך כלל באמצעות מיקרוסקופ תוך-חיוני במודלים אורתוטופיים או הטרוטופיים של בעלי חיים בתאי חלון ^1,2. יש לכך מספר יתרונות על פני מחקרים היסטולוגיים מכיוון שההדמיה נעשית ברקמות חיות וניתן לעקוב אחר הגידול לאורך מספר שבועות או אפילו חודשים ^2,3. מחקרים אלה יכולים למנף את יכולות ההדמיה ברזולוציה גבוהה של מיקרוסקופיה תוך חיונית כדי לחקור את מתן התרופות לגידול ^4,5

Protocol

כל ההליכים בבעלי חיים בוצעו בהתאם למדריך לטיפול ושימוש בחיות ניסוי שנקבע על ידי המועצה הקנדית לטיפול בבעלי חיים. הניסויים בוצעו על פי פרוטוקול שאושר על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של רשת הבריאות האוניברסיטאית בטורונטו, קנדה.

1. ציון דרך בחיסון הגידול

Discussion

בעבודה זו, פיתחנו זרימת עבודה לביצוע הן במיקרוסקופ תוך חיוני והן בדימות קליני (CT, MRI ו- PET) באותה חיה. זאת, במטרה לתרגם את ממצאי המיקרוסקופ הפרה-קליני למרפאה על ידי התאמה ישירה של מיקרוסקופ תוך-חיוני עם שיטות הדמיה קליניות כגון MRI. למרות שעיצובי DSFC קונבנציונליים עשויים ממתכת ^2,3,.......

Materials

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