Name: a permanent window for investigating cancer metastasis to the lung
Uploaded: 2021-07-01T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Permanent Window for Investigating Cancer Metastasis to the Lung at JoVE.com

Dette arbeidet ble støttet av følgende tilskudd: CA216248, CA013330, Montefiores Ruth L. Kirschstein T32 Training Grant CA200561, METAvivor Early Career Award, Gruss-Lipper Biophotonics Center og det integrerte bildebehandlingsprogrammet, og Jane A. og Myles P. Dempsey. Vi vil takke Analytical Imaging Facility (AIF) ved Einstein College of Medicine for bildestøtte.

Alle prosedyrer beskrevet i denne protokollen er utført i samsvar med retningslinjer og forskrifter for bruk av virveldyrdyr, inkludert forhåndsgodkjenning fra Albert Einstein College of Medicine Institutional Animal Care and Use Committee.
1. Passivisering av vinduer
<ol><li>Skyll de optiske vindusrammene (Tilleggs figur 2) med en 1 % (w/v) oppløsning av enzymatisk aktivt vaskemiddel.</li>
	<li>Inne i en glassburk, senk de optiske vindusrammene i 5% (w / v) natriumhydrok...

<ol>
	<li>Mehlen, P., Puisieux, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metastasis:+a+question+of+life+or+death.">Metastasis: a question of life or death.</a> Nature Reviews Cancer. 6 (6), 449-458 (2006).</li><li>Lee, Y. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Breast+carcinoma:+pattern+of+metastasis+at+autopsy.">Breast carcinoma: pattern of metastasis at autopsy.</a> Journal of Surgical Oncology. 23 (3), 175-180 (1983).</li><li>Chambers, A. F., Groom, A. C., MacDonald, I. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dissemination+and+growth+of+cancer+cells+in+metastatic+sites.">Dissemination and growth of cancer cells in metastatic sites.</a> Nature Reviews Cancer. 2 (8), 563-572 (2002).</li><li>Coste, A., Oktay, M. H., Condeelis, J. S., Entenberg, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intravital+imaging+techniques+for+biomedical+and+clinical+research.">Intravital imaging techniques for biomedical and clinical research.</a> Cytometry Part A. 95 (5), 448-457 (2019).</li><li>DeClerck, Y. A., Pienta, K. J., Woodhouse, E. C., Singer, D. S., Mohla, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+tumor+microenvironment+at+a+turning+point+knowledge+gained+over+the+last+decade,+and+challenges+and+opportunities+ahead:+A+white+paper+from+the+NCI+TME+network.">The tumor microenvironment at a turning point knowledge gained over the last decade, and challenges and opportunities ahead: A white paper from the NCI TME network.</a> Cancer Research. 77 (5), 1051-1059 (2017).</li><li>Borriello, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+the+tumor+microenvironment+in+tumor+cell+intravasation+and+dissemination.">The role of the tumor microenvironment in tumor cell intravasation and dissemination.</a> European Journal of Cell Biology. 99 (6), 151098 (2020).</li><li>Hosseini, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early+dissemination+seeds+metastasis+in+breast+cancer.">Early dissemination seeds metastasis in breast cancer.</a> Nature. 540 (7634), 552-558 (2016).</li><li>Harper, K. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+early+dissemination+and+metastasis+in+Her2(+)+mammary+cancer.">Mechanism of early dissemination and metastasis in Her2(+) mammary cancer.</a> Nature. 540, 589-612 (2016).</li><li>Risson, E., Nobre, A. R., Maguer-Satta, V., Aguirre-Ghiso, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+current+paradigm+and+challenges+ahead+for+the+dormancy+of+disseminated+tumor+cells.">The current paradigm and challenges ahead for the dormancy of disseminated tumor cells.</a> Nature Cancer. 1 (7), 672-680 (2020).</li><li>Qian, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+distinct+macrophage+population+mediates+metastatic+breast+cancer+cell+extravasation,+establishment+and+growth.">A distinct macrophage population mediates metastatic breast cancer cell extravasation, establishment and growth.</a> PLoS One. 4 (8), 6562 (2009).</li><li>Qian, B. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CCL2+recruits+inflammatory+monocytes+to+facilitate+breast-tumour+metastasis.">CCL2 recruits inflammatory monocytes to facilitate breast-tumour metastasis.</a> Nature. 475 (7355), 222-225 (2011).</li><li>Miyao, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Various+adhesion+molecules+impair+microvascular+leukocyte+kinetics+in+ventilator-induced+lung+injury.">Various adhesion molecules impair microvascular leukocyte kinetics in ventilator-induced lung injury.</a> American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 290 (6), 1059-1068 (2006).</li><li>Bernal, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nitric-oxide-mediated+zinc+release+contributes+to+hypoxic+regulation+of+pulmonary+vascular+tone.">Nitric-oxide-mediated zinc release contributes to hypoxic regulation of pulmonary vascular tone.</a> Circulation Research. 102 (12), 1575-1583 (2008).</li><li>Entenberg, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+subcellular+resolution+optical+imaging+in+the+lung+reveals+early+metastatic+proliferation+and+motility.">In vivo subcellular resolution optical imaging in the lung reveals early metastatic proliferation and motility.</a> IntraVital. 4 (3), 1-11 (2015).</li><li>Rodriguez-Tirado, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+High-Resolution+Intravital+Microscopy+in+the+Lung+with+a+Vacuum+Stabilized+Imaging+Window.">Long-term High-Resolution Intravital Microscopy in the Lung with a Vacuum Stabilized Imaging Window.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (116), e54603 (2016).</li><li>Looney, M. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stabilized+imaging+of+immune+surveillance+in+the+mouse+lung.">Stabilized imaging of immune surveillance in the mouse lung.</a> Nature Methods. 8 (1), 91-96 (2011).</li><li>Entenberg, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+permanent+window+for+the+murine+lung+enables+high-resolution+imaging+of+cancer+metastasis.">A permanent window for the murine lung enables high-resolution imaging of cancer metastasis.</a> Nature Methods. 15 (1), 73-80 (2018).</li><li>Dunphy, M. P., Entenberg, D., Toledo-Crow, R., Larson, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+microcartography+and+subcellular+imaging+of+tumor+angiogenesis:+a+novel+platform+for+translational+angiogenesis+research.">In vivo microcartography and subcellular imaging of tumor angiogenesis: a novel platform for translational angiogenesis research.</a> Microvascular Research. 78 (1), 51-56 (2009).</li><li>Harney, A. S., Wang, Y., Condeelis, J. S., Entenberg, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extended+time-lapse+intravital+imaging+of+real-time+multicellular+dynamics+in+the+tumor+microenvironment.">Extended time-lapse intravital imaging of real-time multicellular dynamics in the tumor microenvironment.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (112), e54042 (2016).</li><li>Seynhaeve, A. L. B., Ten Hagen, T. L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intravital+microscopy+of+tumor-associated+vasculature+using+advanced+dorsal+skinfold+window+chambers+on+transgenic+fluorescent+mice.">Intravital microscopy of tumor-associated vasculature using advanced dorsal skinfold window chambers on transgenic fluorescent mice.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (131), e55115 (2018).</li><li>Entenbery, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-lapsed,+large-volume,+high-resolution+intravital+imaging+for+tissue-wide+analysis+of+single+cell+dynamics.">Time-lapsed, large-volume, high-resolution intravital imaging for tissue-wide analysis of single cell dynamics.</a> Methods. 128, 65-77 (2017).</li><li>Ueki, H., Wang, I. H., Zhao, D., Gunzer, M., Kawaoka, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multicolor+two-photon+imaging+of+in+vivo+cellular+pathophysiology+upon+influenza+virus+infection+using+the+two-photon+IMPRESS.">Multicolor two-photon imaging of in vivo cellular pathophysiology upon influenza virus infection using the two-photon IMPRESS.</a> Nature Protocols. 15 (3), 1041-1065 (2020).</li><li>Ritsma, L., Ponsioen, B., van Rheenen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intravital+imaging+of+cell+signaling+in+mice.">Intravital imaging of cell signaling in mice.</a> IntraVital. 1 (1), 2-10 (2012).</li><li>Kedrin, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intravital+imaging+of+metastatic+behavior+through+a+mammary+imaging+window.">Intravital imaging of metastatic behavior through a mammary imaging window.</a> Nature Methods. 5 (12), 1019-1021 (2008).</li><li>Harney, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+imaging+reveals+local,+transient+vascular+permeability,+and+tumor+cell+intravasation+stimulated+by+TIE2hi+macrophage-derived+VEGFA.">Real-time imaging reveals local, transient vascular permeability, and tumor cell intravasation stimulated by TIE2hi macrophage-derived VEGFA.</a> Cancer Discovery. 5 (9), 932-943 (2015).</li><li>Karagiannis, G. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessing+tumor+microenvironment+of+metastasis+doorway-mediated+vascular+permeability+associated+with+cancer+cell+dissemination+using+intravital+imaging+and+fixed+tissue+analysis.">Assessing tumor microenvironment of metastasis doorway-mediated vascular permeability associated with cancer cell dissemination using intravital imaging and fixed tissue analysis.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (148), e59633 (2019).</li><li>Karagiannis, G. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neoadjuvant+chemotherapy+induces+breast+cancer+metastasis+through+a+TMEM-mediated+mechanism.">Neoadjuvant chemotherapy induces breast cancer metastasis through a TMEM-mediated mechanism.</a> Science Translational Medicine. 9 (397), (2017).</li><li>Dreher, M. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tumor+vascular+permeability,+accumulation,+and+penetration+of+macromolecular+drug+carriers.">Tumor vascular permeability, accumulation, and penetration of macromolecular drug carriers.</a> Journal of the National Cancer Institute. 98 (5), 335-344 (2006).</li><li>Rizzo, V., Kim, D., Duran, W. N., DeFouw, D. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ontogeny+of+microvascular+permeability+to+macromolecules+in+the+chick+chorioallantoic+membrane+during+normal+angiogenesis.">Ontogeny of microvascular permeability to macromolecules in the chick chorioallantoic membrane during normal angiogenesis.</a> Microvascular Research. 49 (1), 49-63 (1995).</li><li>Hoshino, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tumour+exosome+integrins+determine+organotropic+metastasis.">Tumour exosome integrins determine organotropic metastasis.</a> Nature. 527 (7578), 329-335 (2015).</li><li>Ueki, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+imaging+of+the+pathophysiological+changes+and+neutrophil+dynamics+in+influenza+virus-infected+mouse+lungs.">In vivo imaging of the pathophysiological changes and neutrophil dynamics in influenza virus-infected mouse lungs.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (28), 6622-6629 (2018).</li><li>Kornfield, T. E., Newman, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+retinal+blood+flow+using+fluorescently+labeled+red+blood+cells.">Measurement of retinal blood flow using fluorescently labeled red blood cells.</a> eNeuro. 2 (2), (2015).</li><li>Dasari, S., Weber, P., Makhloufi, C., Lopez, E., Forestier, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intravital+microscopy+imaging+of+the+liver+following+leishmania+infection:+An+assessment+of+hepatic+hemodynamics.">Intravital microscopy imaging of the liver following leishmania infection: An assessment of hepatic hemodynamics.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (101), e52303 (2015).</li><li>Chaigneau, E., Roche, M., Charpak, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unbiased+analysis+method+for+measurement+of+red+blood+cell+size+and+velocity+with+laser+scanning+microscopy.">Unbiased analysis method for measurement of red blood cell size and velocity with laser scanning microscopy.</a> Frontiers in Neuroscience. 13, 644 (2019).</li><li>Kim, T. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Line-scanning+particle+image+velocimetry:+an+optical+approach+for+quantifying+a+wide+range+of+blood+flow+speeds+in+live+animals.">Line-scanning particle image velocimetry: an optical approach for quantifying a wide range of blood flow speeds in live animals.</a> PLoS One. 7 (6), 38590 (2012).</li><li>Presson, R. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-photon+imaging+within+the+murine+thorax+without+respiratory+and+cardiac+motion+artifact.">Two-photon imaging within the murine thorax without respiratory and cardiac motion artifact.</a> American Journal of Pathology. 179 (1), 75-82 (2011).</li><li>Tabuchi, A., Mertens, M., Kuppe, H., Pries, A. R., Kuebler, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intravital+microscopy+of+the+murine+pulmonary+microcirculation.">Intravital microscopy of the murine pulmonary microcirculation.</a> Journal of Applied Physiology. 104 (2), 338-346 (2008).</li><li>Travis, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Classification+of+lung+cancer.">Classification of lung cancer.</a> Seminars in Roentgenology. 46 (3), 178-186 (2011).</li><li>Scholten, E. T., Kreel, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distribution+of+lung+metastases+in+the+axial+plane.+A+combined+radiological-pathological+study.">Distribution of lung metastases in the axial plane. A combined radiological-pathological study.</a> Radiologica Clinica (Basel). 46 (4), 248-265 (1977).</li><li>Braman, S. S., Whitcomb, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endobronchial+metastasis.">Endobronchial metastasis.</a> Archives of Internal Medicine. 135 (4), 543-547 (1975).</li><li>Herold, C. J., Bankier, A. A., Fleischmann, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lung+metastases.">Lung metastases.</a> European Radiology. 6 (5), 596-606 (1996).</li><li>Kimura, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+imaging+of+single+cancer-cell+dynamics+of+lung+metastasis.">Real-time imaging of single cancer-cell dynamics of lung metastasis.</a> Journal of Cellular Biochemistry. 109 (1), 58-64 (2010).</li><li>Thevenaz, P., Ruttimann, U. E., Unser, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+pyramid+approach+to+subpixel+registration+based+on+intensity.">A pyramid approach to subpixel registration based on intensity.</a> IEEE Transactions on Image Processing: A Publication of the IEEE Signal Processing Society. 7 (1), 27-41 (1998).</li><li>Sharma, V. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ImageJ+plugin+HyperStackReg+V5.6.">ImageJ plugin HyperStackReg V5.6.</a> Zenodo. , (2018).</li></ol>

På steder med fjern metastasering som lungen gir høyoppløselig optisk bildebehandling innsikt i den forseggjorte dynamikken i tumorcellemetastase. Ved å muliggjøre in vivo-visualisering av enkeltkreftceller og deres interaksjoner med vertsvevet, har høyoppløselig intravital avbildning vist seg å være medvirkende til å forstå mekanismene som ligger til grunn for metastase.
Beskrevet her er en forbedret kirurgisk protokoll for permanent thoraximplantasjon av et optisk vindu d...

Metastas er ansvarlig for ~ 90% av dødsfallene, og er hovedårsaken til kreftrelatertdødelighet 1. Blant de viktigste stedene for klinisk observert metastase (bein, lever, lunge, hjerne)2, lungen har vist seg spesielt utfordrende for in vivo avbildning via intravital mikroskopi. Dette er fordi lungen er et delikat organ i evig bevegelse. Lungenes kontinuerlige bevegelse, ytterligere forsterket av intrathoracic hjertebevegelse, representerer en betydelig barriere for nøyaktig avbildning. Derfor, på grunn av sin relative utilgjengelighet for modaliteter for høyoppløselig intravital optisk avbildning, har kreftvekst i lungen ofte blitt ansett som en okkult prosess3.
I den kliniske settingen muliggjør bildeteknologier som beregnet tomografi (CT), positronutslippstomografi (PET) og magnetisk resonansavbildning (MR) visualisering dypt inne i intakte vitale organer som lungen4. Men mens disse modalitetene gir gode synspunkter på bruttoorganet (ofte til og med avslører patologi før utbruddet av kliniske symptomer), er de av utilstrekkelig oppløsning for å oppdage individuelle spredte tumorceller når de går videre gjennom de tidlige stadiene av metastase. Følgelig, når de nevnte modalitetene gir noen indikasjon på metastase til lungen, er metastatiske foci allerede godt etablert og sprer seg. Siden tumormikromiljøet spiller en sentral rolle i kreftprogresjon og metastasedannelse5,6, er det stor interesse for å undersøke de tidligste trinnene i metastatisk såing in vivo. Denne interessen er ytterligere drevet av den økte forståelsen av at kreftceller sprer seg selv før den primære svulsten oppdages7,8 og det økende beviset på at de overlever som enkeltceller og i sovende tilstand i år til tiår før de vokser ut i makrometastase9.
Tidligere har avbildning av lungen ved encellet oppløsning nødvendigvis involvert ex vivo eller explantpreparater10,11,12,13, noe som begrenser analyser til enkelttidspunkter. Selv om disse preparatene gir nyttig informasjon, gir de ingen innsikt i dynamikken i tumorceller i organet knyttet til et intakt sirkulasjonssystem.
Nylige teknologiske fremskritt innen avbildning har gjort det mulig med intravital visualisering av den intakte lungen ved encellet oppløsning over perioder på opptil 12 timer14,15,16. Dette ble oppnådd i en murinmodell ved hjelp av en protokoll som involverte mekanisk ventilasjon, reseksjon av ribbeina og vakuumassistert lunge-immobilisering. Til tross for å tilby de første enkeltcelleoppløsningsbildene av den fysiologisk intakte lungen, er teknikken imidlertid svært invasiv og terminal, og utelukker dermed ytterligere bildebehandlingsøkter utover indeksprosedyren. Denne begrensningen forhindrer derfor anvendelsen av studiet av metastatiske trinn som tar lengre tid enn 12 timer, for eksempel dormancy og re-initiering av vekst14,15,16. Videre må mønstre av cellulær oppførsel observert ved hjelp av denne bildemetoden tolkes forsiktig, gitt at vakuuminduserte trykkforskjeller sannsynligvis vil forårsake avledninger i blodstrømmen.
For å overvinne disse begrensningene ble et minimalt invasivt vindu for høyoppløselig bildebehandling av lungen (WHRIL) nylig utviklet, noe som letter seriell bildebehandling over en lengre periode på dager til uker, uten behov for mekanisk ventilasjon17. Teknikken innebærer opprettelsen av en "gjennomsiktig ribcage" med et forseglet thoraxhule for bevaring av normal lungefunksjon. Prosedyren tolereres godt, slik at musen kan gjenopprette uten meningsfull endring i baseline aktivitet og funksjon. For pålitelig lokalisering av nøyaktig samme lungeregion ved hver respektive bildeøkt, ble en teknikk kjent som mikrokartografi brukt på dette vinduet18. Gjennom dette vinduet var det mulig å fange bilder av celler når de kommer til lungens vaskulære seng, krysse endotelet, gjennomgå celledeling og vokse til mikrometastaser.
Her presenterer studien en detaljert beskrivelse av en forbedret kirurgisk protokoll for implantasjon av WHRIL, noe som forenkler operasjonen samtidig som den øker reproduserbarheten og kvaliteten. Mens denne protokollen ble utformet for å muliggjøre undersøkelse av de dynamiske prosessene som ligger til grunn for metastase, kan teknikken alternativt brukes på undersøkelser av mange prosesser i lungebiologi og patologi.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1% (w/v) solution of enzyme-active detergent</td>
			<td>Alconox Inc</td>
			<td>N/A</td>
			<td>&#160;concentrated, anionic detergent with protease enzyme for manual and ultrasonic cleaning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 &#181;m fluorescent microspheres</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>F8827</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 mm coverslip</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>72296-05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5% (w/v) solution of sodium hydroxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S8045</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5% Isoflurane</td>
			<td>Henry Schein, Inc</td>
			<td>29405</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5-0 braided silk with RB-1 cutting needle</td>
			<td>Ethicon, Inc.</td>
			<td>774B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>7% (w/v) solution of citric acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>251275</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8 mm stainless steel window frame</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Custom made, Supplementary Figure 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>9 cm 2-0 silk tie</td>
			<td>Ethicon, Inc.</td>
			<td>LA55G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 mm disposable biopsy punch</td>
			<td>Integra</td>
			<td>&#160;33-35-SH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blunt micro-dissecting scissors</td>
			<td>Roboz</td>
			<td>RS-5980</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprenorphine</td>
			<td>Hospira</td>
			<td>0409-2012-32</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cautery pen</td>
			<td>Braintree Scientific</td>
			<td>GEM 5917</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chlorhexidine gluconate</td>
			<td>&#160;Becton, Dickinson and Company</td>
			<td>260100</td>
			<td>ChloraPrep Single swabstick 1.75 mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Compressed air canister</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>DPSJB-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyanoacrylate adhesive</td>
			<td>Henkel Adhesives</td>
			<td>LOC1363589</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiber-optic illuminator</td>
			<td>O.C. White Company</td>
			<td>FL3000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bead sterilizer</td>
			<td>CellPoint Scientific</td>
			<td>GER&#160;5287-120V</td>
			<td>Germinator 500</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graefe forceps</td>
			<td>Roboz</td>
			<td>RS-5135</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared heat lamp</td>
			<td>Braintree Scientific</td>
			<td>HL-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insulin syringes</td>
			<td>Becton Dickinson</td>
			<td>329424</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane vaporizer</td>
			<td>SurgiVet</td>
			<td>VCT302</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Jacobson needle holder with lock</td>
			<td>Kalson Surgical</td>
			<td>T1-140</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Long cotton tip applicators</td>
			<td>Medline Industries</td>
			<td>MDS202055</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nair</td>
			<td>Church &#38; Dwight Co., Inc.</td>
			<td>40002957</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neomycin/polymyxin B/bacitracin</td>
			<td>Johnson &#38; Johnson</td>
			<td>501373005</td>
			<td>Antibiotic ointmen</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ophthalmic ointment</td>
			<td>Dechra Veterinary Products</td>
			<td>17033-211-38</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paper tape</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S68702</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Murine ventilator</td>
			<td>Kent Scientific</td>
			<td>PS-02</td>
			<td>PhysioSuite</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rectangular Cover Glass</td>
			<td>Corning</td>
			<td>2980-225</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rodent intubation stand</td>
			<td>Braintree Scientific</td>
			<td>RIS 100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small animal lung inflation bulb</td>
			<td>Harvard Apparatus</td>
			<td>72-9083</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless steel cutting tool</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Custom made, Supplementary Figure 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfamethoxazole and Trimethoprim oral antibiotic</td>
			<td>Hi-Tech Pharmacal Co.</td>
			<td>50383-823-16</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SurgiSuite Multi-Functional Surgical Platform for Mice, with Warming</td>
			<td>Kent Scientific</td>
			<td>SURGI-M02</td>
			<td>Heated surgical platform</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tracheal catheter</td>
			<td>Exelint International</td>
			<td>26746</td>
			<td>22 G catheter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pickup system metal probe</td>
			<td>Ted Pella, Inc.</td>
			<td>528-112</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a permanent window for investigating cancer metastasis to the lung

Metastase, som står for ~ 90% av kreftrelatert dødelighet, innebærer systemisk spredning av kreftceller fra primære svulster til sekundære steder som bein, hjerne og lunge. Selv om det er grundig studert, forblir de mekanistiske detaljene i denne prosessen dårlig forstått. Mens vanlige avbildningsmodaliteter, inkludert beregnet tomografi (CT), positronutslippstomografi (PET) og magnetisk resonansavbildning (MR), tilbyr varierende grad av brutto visualisering, mangler hver den tidsmessige og romlige oppløsningen som er nødvendig for å oppdage dynamikken i individuelle tumorceller. For å løse dette har mange teknikker blitt beskrevet for intravital avbildning av vanlige metastatiske nettsteder. Av disse stedene har lungen vist seg spesielt utfordrende å få tilgang til for intravital avbildning på grunn av sin delikatesse og kritiske rolle i å opprettholde livet. Selv om flere tilnærminger tidligere er beskrevet for encellet intravital avbildning av den intakte lungen, innebærer alle svært invasive og terminale prosedyrer, noe som begrenser maksimal mulig bildebehandlingsvarighet til 6-12 timer. Beskrevet her er en forbedret teknikk for permanent implantasjon av et minimalt invasivt thorax optisk vindu for høyoppløselig bildebehandling av lungen (WHRIL). Kombinert med en tilpasset tilnærming til mikrokartografi, forenkler det innovative optiske vinduet seriell intravital avbildning av den intakte lungen ved encellet oppløsning på tvers av flere bildebehandlingsøkter og spenner over flere uker. Gitt den enestående varigheten av tiden som bildedata kan samles inn over, kan WHRIL lette den akselererte oppdagelsen av de dynamiske mekanismene som ligger til grunn for metastatisk progresjon og mange ekstra biologiske prosesser i lungen.

Trinnene i den kirurgiske prosedyren som er beskrevet i denne protokollen, er oppsummert og illustrert i figur 1. Kort, før operasjonen, blir mus bedøvet og håret over venstre thorax fjernes. Mus er intubert og mekanisk ventilert for å muliggjøre overlevelse ved brudd på thoraxhulen. Bløtvev som overbelaster ribbenene utskilles, og en liten sirkulær defekt opprettes, som spenner over 6og 7th ribber. Den optiske vindusrammen settes inn i defekten og bunnsiden (u...

Watch this Scientific Journal Video about A Permanent Window for Investigating Cancer Metastasis to the Lung at JoVE.com

A Permanent Window for Investigating Cancer Metastasis to the Lung

Her presenterer vi en protokoll for kirurgisk implantasjon av et permanent svulmende optisk vindu for murine thorax, som muliggjør høyoppløselig, intravital avbildning av lungen. Vinduets utholdenhet gjør det godt egnet til studiet av dynamiske cellulære prosesser i lungen, spesielt de som sakte utvikler seg, for eksempel metastatisk progresjon av spredte tumorceller.

Et permanent vindu for å undersøke kreftmetastase til lungen

Metastasis, accounting for ~90% of cancer-related mortality, involves the systemic spread of cancer cells from primary tumors to secondary sites such as ...

Denne protokollen tillot å svare på et viktig spørsmål innen kreftmetastasefeltet. Inkludert, hvordan tumorceller koloniserer lungen? Hvordan tumorceller forblir sovende?Og hva få dem til å gå ut av dormancy og til slutt danne metastase. Den største fordelen med denne protokollen er at den dynamiske metastatiske prosessen kan studeres direkte in vivo, i sanntid, i et ekte mikromiljø. Denne metoden kan gi innsikt i flere lungesykdommer, men det er spesielt nyttig for å forstå oppførselen individuelle tumorceller som sprer seg til lungen, et vanlig sted for metastase.Til å begynne med bruk en 2-0 silke sutur for å knytte en knute ved foten av et 22 gauge kateter, og la 2 tommers lange haler. Når musen er fullstendig bedøvet, flytt musen til operasjonsbordet, intuber musen, og fest deretter intubasjonskateteret ved å binde 2-0 silke sutur rundt musens snute. Koble ventilatoren til intubasjonskateteret.Bruk papirbånd, fest frontkranialt og bakre lemmer årsaksmessig til det oppvarmede kirurgiske stadiet. Plasser et papirbånd langs lengden på musens rygg for å maksimere eksponeringen for det kirurgiske feltet. Løft huden med tang og gjør et ca. 10 mm sirkulært snitt på ca. 7 mm til venstre til brystbenet og ca. 7 mm bedre enn subkostalmargen.Slukk bløtvevet som overbelaster ribbeina. Løft den sjette og syvende ribben ved hjelp av tang. Bruk et enkelt blad av den stumpe mikro dissekeringssaksen med den avrundede siden mot lungen for å forsiktig pierce intercostalmuskelen mellom sjette og syvende ribbe for å komme inn i det intrathoracic rommet.Delikat utladet trykkluftbeholderen ved feilen for å kollapse lungen og skille lungen fra brystveggen. Avfyr trykkluften i korte eksplosjoner for å forhindre iatrogene lungeskader. Plasser biopsistansen over skjæreverktøyet og manøvrer skjæreverktøyets base forsiktig gjennom interkostal snittet.Plasser skjæreverktøybasen parallelt med brystveggen og slå et 5 mm sirkulært hull gjennom ribbeburet. Bruk en 5-O silke sutur, plasser en veskestrengssting, ca. 1 mm fra hullet, omkrets. Deretter plasserer du vindusrammen i brystveggen med kantene på den sirkulære feilen fanget i vindussporet.Bind 5-O silke suturen tett for å låse det implanterte vinduet sikkert. Påfør en jevn og skånsom strøm av trykkluft i ca. 10 til 20 sekunder for å tørke lungen. Bruk tangene til å gripe vindusrammen ved ytterkanten og løft forsiktig for å sikre separasjon av lungen fra undergrunnen av vindusrammen.Dispenser et tynt lag cyanoacrylatlim langs undergrunnen av den optiske vindusrammen. Trykk forsiktig, men trykk den optiske vindusrammen på lungevevet i 10 til 20 sekunder for feste. Dispenser en 5 mm dråpe lim på en rektangulær dekselglidning.Bruk vakuumhentingsverktøyet til å plukke opp en 5 mm dekselslipp. Dypp undergrunnen av dekselet gli inn i limet, og skrap deretter av overflødig lim tre ganger mot siden av det rektangulære dekselet for å lage et veldig tynt lag med lim på dekselslippet. Plasser forsiktig dekselet i en vinkel inne i utsparingen i midten av den optiske vindusrammen, like over lungevevet.Klem kort ventilatoren for å generere positivt trykk, hyper oppblåsing av lungen. Orienter dekselet parallelt med lungevevet ved hjelp av den roterende bevegelsen for å skape direkte avsetning mellom lungeoverflaten og undergrunnen til dekselslippet. Oppretthold skånsomt trykk i ca. 25 sekunder for å stille inn cyanoacrylatlimet.Skill dekselsklien fra vakuumhentingsverktøyet med tang. Lag en veskestrengssting, omkrets, mindre enn 1 mm fra den kuttede kanten av hudsnittet ved hjelp av 5-O silke sutur. Legg overflødig hud under ytterkanten av vindusrammen før du knytter vinduet tett til låseknutene.Dispenser en liten mengde lim ved metallglassgrensesnittet for å sikre en lufttett forsegling mellom dekselglidningen og vindusrammen. Fest den sterile kanylen til en 1 ml insulinsprøyte. Sett nålen under xiphoid-prosessen, som beveger seg mot venstre skulder, inn i thoracic hulrommet gjennom membranen.Trekk sprøyten forsiktig tilbake for å fjerne eventuell gjenværende luft fra thoraxhulen. Den multifoton intravitale avbildningen av en enkelt lungeregion viste at mikrovaskulær kan flyttes over tre påfølgende dager. Det definerbare grenpunktet fra et enkelt fartøy ble identifisert hver dag på rad.De umerkede erytrocyttene skapte skygger når de strømmet i større kar. Vinkelen på grenpunktene i forhold til fartøyet kan brukes til å beregne erytrocyttstrømningshastighetene. Erytrocytthastigheten ble også kvantifisert ved å injisere musen med fluorescerende mikrosfærer og deres sporlengder ble målt delt på rammeanskaffelsestiden.De stasjonære og flytende mikrosfærene var distinkte. Skjebnen til de spredte tumorcellene ble sporet med seriell avbildning over flere dager, ved hjelp av vinduet for høyoppløselig bildebehandling av lungen. Tumorcellen kom til og la seg i lungevaskulaturen på dag én.Cellen ble imidlertid ikke påvist i lungevaskulaturen på andre og tredje dag, noe som indikerer resirkulering eller ekstravasasjon. De kulminerende trinnene for metastatisk progresjon i lungen ble visualisert fra og med ankomst av tumorceller, ekstravasering av tumorcelle i lungeparenchyma og spredning for å danne makrometastase. Pass på å unngå traumer i lungen under plassering av optisk vindusramme.Lungen er utsatt for blødning, noe som senere vil hindre at dekselet glir under plassering. Andre metoder som kan utføres etter denne prosedyren inkluderer intravital mikroskopi, som når den brukes med en modifisert tilnærming til mikrokartografi, tillater presis omfordeling av interesseområder for gjentatt avbildning. Denne protokollen tillot visualisering av lungen i undersøkelsen av et sentralt spørsmål om metastaseringsmekanismen.Denne studien har potensial til å gjenoppbygge en ny behandling for kreftpasienter.

Research

JoVE Journal

Cancer Research

Long-term High-Resolution Intravital Microscopy in the Lung with a Vacuum Stabilized Imaging Window

Langsiktig høy oppløsning intraMikros i Lung med et vakuum Stabilisert Imaging Window

Metastasis to secondary sites such as the lung, liver and bone is a traumatic event with a mortality rate of approximately 90% 1. Of these sites, the lung ...

Intracarotid Cancer Cell Injection to Produce Mouse Models of Brain Metastasis

Intracarotid Cancer Cell Injection å produsere mus modeller av hjernemetastaser

Metastasis, the spread and growth of malignant cells at secondary sites within a patient&#39;s body, accounts for &#62; 90% of cancer-related mortality. ...

Practical Considerations in Studying Metastatic Lung Colonization in Osteosarcoma Using the Pulmonary Metastasis Assay

Praktiske hensyn i å studere metastatisk lungekreft kolonisering i Osteosarcoma bruker lunge metastasering analysen

The pulmonary metastasis assay (PuMA) is an ex vivo lung explant and closed cell culture system that permits researchers to study the biology of lung ...

The Establishment of a Lung Colonization Assay for Circulating Tumor Cell Visualization in Lung Tissues

Etablering av en lunge kolonisering analysen for sirkulerende svulst celle effekt i lunge vev

Metastasis is the major cause of cancer death. The role of circulating tumor cells (CTCs) in promoting cancer metastasis, in which lung colonization by ...

Acellular and Cellular Lung Model to Study Tumor Metastasis

Acellular og cellulær lunge modell å studere svulst metastasering

It is difficult to isolate tumor cells at different points of tumor progression. We created an ex vivo lung model that can show the interaction of tumor ...

Pathological Analysis of Lung Metastasis Following Lateral Tail-Vein Injection of Tumor Cells

Patologisk analyse av lungemetastase etter lateral hale-vene injeksjon av tumorceller

Metastasis, the primary cause of morbidity and mortality for most cancer patients, can be challenging to model preclinically in mice. Few spontaneous ...

Using Computer-based Image Analysis to Improve Quantification of Lung Metastasis in the 4T1 Breast Cancer Model

Bruke databasert bildeanalyse for å forbedre kvantifiseringen av lungemetastase i 4T1 brystkreftmodell

Breast cancer is a devastating malignancy, accounting for 40,000 female deaths and 30% of new female cancer diagnoses in the United States in 2019 alone. ...

A Syngeneic Orthotopic Osteosarcoma Sprague Dawley Rat Model with Amputation to Control Metastasis Rate

En Syngeneic Orthotopic Osteosarcoma Sprague Dawley Rat Modell med amputasjon for å kontrollere metastase rate

The most recent advance in the treatment of osteosarcoma (OS) occurred in the 1980s when multi-agent chemotherapy was shown to improve overall survival ...

Modeling Brain Metastasis Via Tail-Vein Injection of Inflammatory Breast Cancer Cells

Modellering av hjernemetastase via hale-vene-injeksjon av inflammatoriske brystkreftceller

Metastatic spread to the brain is a common and devastating manifestation of many types of cancer. In the United States alone, about 200,000 patients are ...

Portal Vein Injection of Colorectal Cancer Organoids to Study the Liver Metastasis Stroma

Portal vene injeksjon av kolorektal kreft organoider for å studere levermetastase Stroma

Hepatic metastasis of colorectal cancer (CRC) is a leading cause of cancer-related death. Cancer-associated fibroblasts (CAFs), a major component of the ...