Övervakning tumör metastaser och Osteolytiska lesioner med mareld och Micro CT

Summary

En experimentell musmodell av skelettmetastaser inrättades efter intrakardiell leverans av luciferas uttrycka bröst tumörceller. Tumörutveckling och resulterade osteolytiska lesion följdes longitudinellt med mareld och micro CT.

Abstract

Efter intrakardiell leverans av MDA-MB-231-luc-D3H2LN celler till Nu / Nu möss, systemiska metastaser utvecklades i den injicerade djuren. Bioluminescence avbildning med IVIS Spectrum var anställd för att övervaka distribution och utveckling av tumörceller efter leverans förfarandet inklusive DLIT rekonstruktion för att mäta tumören signalen och dess placering.

Utveckling av metastaser i benvävnad utlöser osteolytiska aktivitet och skador på skenbenet och lårbenet utvärderades longitudinellt med en mikro CT. Imaging genomfördes med en Quantum FX mikro CT-system med snabb bildhantering och låg röntgen dos. Den låga stråldosen gör att flera avbildning sessioner för att utföras med en kumulativ röntgen dos långt under LD50. En mus imaging transfer enheten användes för att sekventiellt bilden möss med både IVIS Spectrum och Quantum FX uppnå exakt djur positionering i både mareld och CT bilder. Den optiska och CT datamängder gavs samtidigt registrerade i 3-dimentions med levande bild 4,1 mjukvara. Detta multi-mode tillvägagångssätt gör det möjligt noggrann övervakning av tumör tillväxt och utveckling samtidigt med osteolytiska aktivitet.

Protocol

Longitudinell avbildning används i prekliniska studier för att följa utvecklingen av en sjukdom eller mäta effekten av en terapeutisk. Inom onkologi, optiska metoder ger rigorös verktyg för att övervaka tumörtillväxt och leverera exakt kvantifiering av celltillväxt och genuttryck vid varje tidpunkt i en sådan studie. Anatomiska förändringar kan mätas med en högupplösande teknik som microCT, men för longitudinella avbildning låg röntgen måste dosen vara att undvika biologisk artefakter. Optisk och microCT bilder kan co-registreras för att ge en kombination av funktionella och anatomiska uppgifter att se till att maximal information utvinns ur djurmodell.

1. Cellberedningen

1. Bromsok ger en rad luciferas uttrycka cancercellinjer för preklinisk forskning i musmodeller.
2. MDA-MB-231-luc-D2H2LN är en mänsklig juvertumör cellinje som uttrycker luciferas gen som kan användas som en optisk indikator på tumorgenesis in vivo. Denna cellinje skapas från en spontan lymfkörtel metastasering som härstammar från en D3H1 juverfett pad tumören och är känd för att aggressivt bilda metastaser.
3. Cellerna tillhandahålls som en patogenfria frysta kultur som lätt växer i vanliga media med något behov av markörerna.
4. För att verifiera luciferas verksamhet före injektion i djuret en 90% konfluenta kolven skördas trypsinization. Luciferas aktivitet mäts genom att man avskaffar 50.000 celler i en mikrotiterplatta och utföra seriella utspädning.

2. Intrakardiell injektion av celler hos djur

1. Före injektion, djur bedövas med 3% isofluran.
2. 1 till 3.000.000 celler injiceras i 50ul volym till vänster kammare. Cell suspension innehåller 150ug/ml D-luciferin att validera injektionsteknik.
3. För att bekräfta en riktig mus intrakardiell injektion avbildas i IVIS systemet. Möss som visar BLI signalen i hela kroppen har injicerats korrekt. Om signalen är lokaliserad cellerna inte injiceras korrekt i hjärtat.

3. BLI avbildning för att övervaka metastaser

1. Den avbildning skytteltrafik stöder musen för datafångst i både IVIS Spektrum och QuantumFX microCT systemet.
2. Bollen bidrar till att upprätthålla djuret i samma position för avbildning och innehåller referenspunkternas signaler till stöd i automatisk co-registrering. Kammaren är ansluten till isofluorance Vaporizer att upprätthålla anestesi.
3. Imaging guiden i Living bildbehandlingsprogram 4,1 kan användas för att automatiskt välja exponeringstid, bländare och binning och se kvantitativ datainsamling.
4. Flera bilder kan fås och jämföras i longitudinella studier som täcker sekunder eller månader beroende på vilken typ av experiment.
5. Dag 6 efter injektion av celler, visar BLI avbildning med IVIS Spectrum metastaser till skelettet i sju av nio möss.

4. Longitudinell uppföljning av osteolytiska lesioner med en mikro CT

1. Möss som visade tydliga skelettmetastaser synliga med hjälp av BLI var avbildas i Quantum FX mikro-CT system.
2. Den Quantum FX mikro-CT-system levererar högkvalitativa bilder med en X-ray dos tillräckligt låg för att möjliggöra verklig longitudinella CT i prekliniska studier.
3. Bennedbrytning i båda benen kan longitudinellt övervakas använder detta system på mindre än en minut.
4. Möss är bedövad med 3% isofluran och kan överföras direkt från IVIS Spectrum systemet.
5. Två 60mm bilderna fogas samman för att fånga hela djuret uppfattning.
6. En 30mm FOV är perfekt för bildbehandling knäleden i hög upplösning.
7. En scan med tillräckligt hög upplösning för att mäta och kvantifiera skelettmetastaser tar bara 18 sekunder och levererar en dos av enbart 13mGy.
8. Möss avbildade upp till 8 gånger under 36 dagar med mikro-CT-systemet utan att påverka tumörtillväxt eller hälsa djuret.
9. Mikro CT visade att ben leisions var synliga på dag 10 och framåt mycket snabbt, vilket motsvarar ökningen i BLI signal.

5. 3D co-registrering och analys av BLI och UCT

1. När bilder som har fångats på både IVIS spektrum och Quantum FX mikro-CT-system data kan samtidigt registreras i en 3D-rekonstruktion.
2. MicroCT bilder exporteras som DICOM-filer och laddas i levande bild 4,1 3D Multi modalitet verktyg.
3. I Living bildbehandlingsprogram köra DLIT programmet till tre dimensionellt rekonstruera den optiska signalen.
4. Den referenspunkternas verktyg i programvaran används för att tillsammans registrera optiska BLI signal till mikro-CT-bilden.
5. Coregistered datamängder kan analyseras kvantitativt för att övervaka flera parametrar under sjukdomsförloppet är vi här spåra tillväxten av metastaserande tumör, tillsammans med utvecklingen av osteolytiska skada i benet.
</ Ol>

Discussion

Små djur avbildning med microCT har tillämpats för övervakning osteolytiska lesioner i sjukdomstillstånd, såsom tumörutveckling (Cowey et al 2007,.. Labrinidis et al, 2009). Som bioluminescence avbildning av luciferas märkt tumörer har fått stor spridning prekliniskt, förutsatt co-registrering av mareld och microCT bilder en bättre definition av anatomiska läge mareld signaler (Kaijzel et al. 2007). Tidigare studie med en märkt luciferas brösttumör cellinje MDA-MB-231-luc-D3H2LN visade metastaser i skelett och utveckling av osteolytiska lesioner efter Intrakardiella injektion (Jenkins et al 2005;. Minn et al, 2005). I denna studie undersökte vi en longitudinell studie av tumör metastaser och osteolytiska aktivitet med kombinatoriska optisk och låg strålning dos microCT avbildning med systemiska MDA-MB-231-luc-D3H2LN metastaser modell. Vi gjorde sekventiell avbildning med IVIS Spectrum och Quantum FX microCT system och uppnådda mareld och CT tillsammans registrering med vår nyutvecklade levande bild 4,1 programvara (Heng et al., 2010). Bioluminescence avbildning med IVIS ger icke-invasiv detektion av tumörcellerna med hög känslighet, vilket gör att tumörer kan upptäckas på ett tidigt stadium. Imaging med Quantum FX låter exakt 3D rekonstruktion av ben lesioner och detaljerad anatomisk information. Quantum FX Systemet erbjuder låga avbildning stråldos, vilket möjliggör longitudinell övervakning av sjukdomsutveckling. Korrelation av ben lesioner och tumörer metastaser visades i co-registrerade bild, och fördelen med multimodalitet spårning av lesion utveckling longitudinellt visades tydligt.