Un modello murino tumorale della camera della finestra delle pliche cutanee dorsali per la microscopia intravitale combinata e la risonanza magnetica nella ricerca traslazionale sul cancro

Summary

La traduzione dei risultati della microscopia intravitale è messa a dura prova dalla sua penetrazione a bassa profondità nei tessuti. Qui descriviamo un modello murino a camera a finestra dorsale che consente la co-registrazione della microscopia intravitale e delle modalità di imaging clinicamente applicabili (ad es. TC, MRI) per la correlazione spaziale diretta, semplificando potenzialmente la traduzione clinica dei risultati della microscopia intravitale.

Abstract

L'imaging intravitale preclinico come la microscopia e la tomografia a coerenza ottica si sono dimostrati strumenti preziosi nella ricerca sul cancro per visualizzare il microambiente tumorale e la sua risposta alla terapia. Queste modalità di imaging hanno una risoluzione su scala micron, ma hanno un uso limitato in clinica a causa della loro ridotta profondità di penetrazione nei tessuti. Le modalità di imaging più clinicamente applicabili come TC, risonanza magnetica e PET hanno una profondità di penetrazione molto maggiore, ma hanno una risoluzione spaziale relativamente inferiore (scala mm).

Per tradurre i risultati dell'imaging intravitale preclinico nella clinica, è necessario sviluppare nuovi metodi per colmare questo divario di risoluzione da micro a macro . Qui descriviamo un modello murino di tumore con camera a finestra dorsale della plica cutanea progettato per consentire l'imaging preclinico intravitale e clinicamente applicabile (TC e RM) nello stesso animale e la piattaforma di analisi delle immagini che collega questi due diversi metodi di visualizzazione. È importante sottolineare che l'approccio della camera a finestra descritto consente di co-registrare le diverse modalità di imaging in 3D utilizzando marcatori fiduciali sulla camera a finestra per una concordanza spaziale diretta. Questo modello può essere utilizzato per la convalida dei metodi di imaging clinico esistenti, nonché per lo sviluppo di nuovi metodi attraverso la correlazione diretta con i risultati intravitali ad alta risoluzione "ground truth".

Infine, la risposta tumorale a vari trattamenti - chemioterapia, radioterapia, terapia fotodinamica - può essere monitorata longitudinalmente con questa metodologia utilizzando modalità di imaging precliniche e clinicamente applicabili. Il modello murino tumorale della camera della finestra della plica dorsale e le piattaforme di imaging qui descritte possono quindi essere utilizzati in una varietà di studi di ricerca sul cancro, ad esempio nella traduzione dei risultati della microscopia intravitale preclinica in modalità di imaging più clinicamente applicabili come la TC o la risonanza magnetica.

Introduction

La microvascolarizzazione tumorale è una componente importante del microambiente tumorale che può essere un bersaglio per la terapia e un determinante della risposta al trattamento. In ambito preclinico, la microvascolarizzazione viene tipicamente studiata utilizzando la microscopia intravitale in modelli animali ortotopici o eterotopici con camera a finestra ^1,2. Ciò ha diversi vantaggi rispetto agli studi istologici poiché l'imaging viene eseguito su tessuti vivi e il tumore può essere monitorato longitudinalmente per diverse settimane o addirittura mesi ^2,3

Protocol

Tutte le procedure sugli animali sono state eseguite in conformità con la Guida alla cura e all'uso degli animali da esperimento, stabilita dal Canadian Council on Animal Care. Gli esperimenti sono stati eseguiti secondo un protocollo approvato dall'University Health Network Institutional Animal Care and Use Committee di Toronto, in Canada.

1. Punto di riferimento per l'inoculazione del tumore

NOTA: "Landmarking" si riferisce al processo di marcatura.......

Discussion

In questo lavoro, abbiamo sviluppato un flusso di lavoro per eseguire sia la microscopia intravitale che l'imaging clinicamente applicabile (TC, MRI e PET) nello stesso animale. Ciò è stato fatto con l'obiettivo di tradurre i risultati della microscopia preclinica alla clinica mediante la correlazione diretta della microscopia intravitale con le modalità di imaging clinico come la risonanza magnetica. Sebbene i design DSFC convenzionali siano realizzati in metallo ^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