integrative imaging techniques for tumor analysis in mice

Farelerde Rehberli Tümör Aşılaması ve Multimodal Görüntüleme

Tumor microvasculature is an important component of the tumor microenvironment that can be a target for therapy and a determinant of treatment response. In the preclinical setting, the microvasculature is typically studied using intravital microscopy in orthotopic or heterotopic window chamber animal models1,2. This has several advantages over histological studies since the imaging is done in live tissues and the tumor can be monitored longitudinally over several weeks or even months2,3. These studies can leverage the high-resolution imaging capabilities of intravital microscopy to study the delivery of therapeutics to the tumor4,5, the causes of treatment resistance6, and the response of the micro vessels to therapies such as antiangiogenic treatment7,8 and radiotherapy2,9.
Intravital microscopy clearly plays an important role in preclinical cancer research; however, how can tumor microenvironmental features be measured in the clinic? Microvascular information would be useful in the clinic for measuring blood supply and tumor cell hypoxia, which is important for determining treatment resistance in radiotherapy10, as well as the ability of the microvasculature to deliver chemotherapeutic agents to the surrounding tumor cells11. For example, in radiotherapy, spatial information on the structure and function of the tumor microvasculature may help personalize a patient&#39;s treatment plan by adjusting the fractionation schedule or by preferentially boosting the dose to avascular and likely hypoxic regions12.
Intravital microscopy can measure these important microvascular features since it has a very high resolution (&#956;m scale); however, its depth penetration into tissue is limited to several hundred microns or a few millimeters, at most making clinical implementation challenging. Indeed, there are some novel applications of intravital microscopy in the clinic13; however, these are still limited to examinations of near-surface level tissue such as the skin14 or mucosal/endothelial linings of various body cavities via flexible catheters/endoscopes15,16.
More commonly, the microvasculature is studied using imaging modalities such as CT17 or MRI18. These clinical imaging modalities can image to any depth within the body, but they have a much lower spatial resolution (mm scale). Thus, there is a need to bridge this resolution gap between preclinical intravital microscopy and clinical imaging modalities to bring high-resolution and detailed microvascular information into the clinic19. Several functional imaging methods have been developed to improve the microvascular imaging capabilities of clinical imaging modalities such as dynamic contrast-enhanced (DCE) MRI and CT20, and Intravoxel incoherent motion (IVIM) MRI21. However, these are model-based methods that provide indirect measurements of the microvasculature and thus, must be validated with appropriate &#34;ground truth&#34; measurements of the microvasculature19,22.
We have developed a dorsal skinfold window chamber (DSFC) tumor mouse model to bridge this gap between preclinical intravital microscopy and clinically applicable imaging modalities such as CT and MRI. The DSFC provides direct access to the tumor for high-resolution, intravital microscopy imaging through a glass window but also clinically applicable imaging such as MRI as it is made of MR-compatible materials (plastic and glass). Furthermore, an included MATLAB code performs multimodality 3D co-registration for direct spatial correlations between preclinical intravital microscopy and clinically applicable imaging modalities. Here we will describe the design and surgery to install the DSFC as well as the procedure to co-register intravital microscopy and clinically applicable imaging modalities.

Yazar Spotlight: Stereotaktik Vücut Radyasyon Tedavisi Planlamasını Geliştirmek için Yüksek Çözünürlüklü İntravital Görüntüleme ve MRG'yi Entegre Etme

Translasyonel Kanser Araştırmalarında Kombine İntravital Mikroskopi ve Manyetik Rezonans Görüntüleme için Dorsal Deri Kıvrımlı Pencere Odası Tümör Fare Modeli

Preclinical intravital imaging has very high resolution, but limited depth penetration in the tissue, which makes it very good for preclinical imaging studies. On the other hand, MRI is much more clinically applicable and has a higher depth penetration, but very low spatial resolution. The goal of this study is to correlate these two modalities with each other in order to better translate our findings from preclinical intravital microscopy into the clinic via magnetic resonance imaging.Perfusion-sensitive imaging methods in MRI and biophotonics, including our optical coherence tomography and geography system, are revealing how the microvasculature impacts tumor response to hypofractionated radiotherapy. 3D printing is also aiding through cost-effective custom tool manufacturing, facilitating longitudinal studies. Finally, AI image analysis is facilitating the identification of novel radiotherapy predictive biomarkers.We've made several findings concerning the tumor response to hypofractionated radiotherapy, including more recently, the temporal kinetics of both radiobiologically significant and abstracted AI-derived tissue response metrics. Additionally, we have demonstrated the promise for multimodal imaging being performed more accurately, correlating both MRI, macroscopic and optical coherence tomography, microscopic, angiography-derived metrics. By extending the effective length of longitudinal studies, we may better identify predictive biomarkers for long-term tumor treatment response.Additionally, by improving robustness of co-registration between macroscopic clinically available imaging modalities and microscopic preclinical imaging modalities, we may enhance the translatability of our findings from benchtop to bedside. During a stereotactic body radiation therapy, high doses of radiation are delivering a reduced number of fractions. One potential radiobiological target associated with increased cell death in SVRT is the tumor microvasculature.By combining high-resolution optical angiography and MRI, we want to enable functional MRI microvascular imaging for patient-specific SVRT treatment planning and improved outcomes.

Farelerde Tümör Analizi için Bütünleştirici Görüntüleme Teknikleri

Pencere odası ameliyatından en az üç ila dört gün sonra, anestezi uygulanmış fareyi bir gaz anestezi eki ile görüntüleme aşamasında sabitleyin. Parlak alan mikroskobu kullanarak, DSFC'nin ön çerçevesindeki referans işaretleyici bölmelerinin görünürlüğünü sağlayarak geniş bir görüş alanı görüntüsü elde edin. Aynı gün, mikrovasküler bir görüntü yakalamak için intravital mikroskopi modalitesini kullanın.Fareyi MRI yatağına yerleştirdikten sonra, kuyruk damarına mikrotüp takılı 27 gauge kelebek iğne yerleştirin. Pencere odasını 3D baskılı bir immobilizasyon cihazında sabitleyin 18 gauge bir iğne kullanarak, MRI referans işaretleyicisindeki yedi tüpe veteriner göz kayganlaştırıcı enjekte edin. Referans işaretçisini DSFC'ye yapıştırın.Yatağı yedi Tesla'lık bir klinik öncesi MRI tarayıcısına yerleştirin. Alım için, tutarlı RF darbeleri ile düz çözünürlükte 0,5 x 0,5 milimetre için 64 x 64 matris ile 32 x 32 milimetrelik bir görüş alanı ayarlayın. Pencere odası düzlemini görselleştirmek için koronal ve eksenel T2 ağırlıklı görüntü setleri edinin.Görüntüleme dilimlerini DSFC ve referans belirteçleri ile hizalamak için sagital T2 ağırlıklı bir seti reçete edin ve yinelemeli olarak yeniden yönlendirin, beşinci dilimin DSFC'de doku sinyali içerdiğinden ve dördüncü dilimin içermediğinden emin olun. Seçilen dinamik kontrastlı MRI yöntemini kullanarak mikrovasküler görüntüleme gerçekleştirin. MATLAB çalışma alanında mikrovasküler, parlak alan mikroskobu ve mikrovasküler MRI verilerini yükleyin ve ardından Çalıştır düğmesine tıklayın.T2 ağırlıklı MRI dilimlerini içeren dosyaya gidin ve referans işaretleyicileri görüntüleyen en fazla dört dilim seçin. MRI görüntüsündeki yedi referans işaretleyicinin her birine bir nokta yerleştirin ve bunları mikroskopi görüntüsündeki karşılık gelen noktalarıyla eşleştirin. SvOCT mikrovasküler görüntüsünde en az üç mikrovasküler yer işareti noktası ve mikroskopi görüntüsünde karşılık gelen noktaları seçin.Birlikte kaydedilmiş mikroskopi görüntüsünde tümörü konturlayın, ardından svOCT mikrovasküler veri seti, birlikte kaydedilmiş mikroskopi görüntüsü ve birlikte kaydedilmiş MRI parametre haritaları görünür. Haritayı daha sonra analiz etmek için kaydedin. Hem sağlıklı hem de tümör taşıyan farelerde mikrovasküler görüntüleme, geniş alan mikroskobu ve MRG'nin birlikte kaydedilmesi, mikrovasküler ve makrovasküler metriklerin korelasyon analizini sağlar.Dinamik kontrastlı MRG makrovasküler metrikleri, her iki çizimde de R kare değerleri ile gösterildiği gibi svOCT'den türetilen mikrovasküler metrikler arasında güçlü korelasyonlar gösterdi. Dinamik kontrastlı MRG'nin büyük ölçüde farklı mikrovasküler mimarilerde vasküler özellikleri ölçme yeteneğini değerlendirmek için hem sağlıklı hem de tümör taşıyan farelerde korelasyonlar ölçüldü.

integrative-imaging-techniques-for-tumor-analysis-in-mice

Research

JoVE Journal

Cancer Research

Integrative Imaging Techniques for Tumor Analysis in Mice

A Dorsal Skinfold Window Chamber Tumor Mouse Model for Combined Intravital Microscopy and Magnetic Resonance Imaging in Translational Cancer Research

Preclinical intravital imaging such as microscopy and optical coherence tomography have proven to be valuable tools in cancer research for visualizing the ...

Kanser Araştırmaları

Tumor Cells Inoculation in Mice Through Precise Landmarking and Injection Techniques

Hassas Yer İşaretleme ve Enjeksiyon Teknikleri ile Farelerde Tümör Hücrelerinin Aşılanması

Window Chamber Surgery in Tumor Cell Injected Mice for Tumor Growth Visualization and Imaging

Tümör Büyümesinin Görselleştirilmesi ve Görüntülenmesi için Tümör Hücresi Enjekte Edilen Farelerde Pencere Odası Cerrahisi