生物发光和微型CT成像监测肿瘤转移和溶骨性病变

Lim, E., Modi, K., Christensen, A., Meganck, J., Oldfield, S., Zhang, N. Monitoring Tumor Metastases and Osteolytic Lesions with Bioluminescence and Micro CT Imaging. J. Vis. Exp. (50), e2775, doi:10.3791/2775 (2011).

以下腔内交付的MDA - MB - 231 - LUC - D3H2LN细胞NU / nu小鼠，在注射的动物全身转移。生物发光成像使用IVIS频谱监察交付程序，包括DLIT重建测量肿瘤的信号和它的位置后，肿瘤细胞的分布和发展。

转移病灶骨组织的发展引发的溶骨性活动和病变胫骨和股骨评估纵向采用微型CT。成像是使用快速成像和X射线剂量低一个量子FX微型CT系统。允许多种成像会是一个累积的X射线剂量远远低于LD50低的辐射剂量。鼠标成像穿梭设备是使用顺序的形象IVIS Spectrum和量子FX小鼠实现准确的动物在生物发光和CT图像定位。光学和CT数据集共3 dimentions注册使用的生活图像4.1软件。这种多模式的方法，使肿瘤的生长和发展与溶骨性活动，同时密切监测。

纵向成像用于临床前研究，遵循的一种疾病进展或衡量治疗效果。在肿瘤学，光学方法提供了严格的工具来监测肿瘤的生长，并在每个时间点在这样的研​​究提供精确的定量细胞生长的基因表达。解剖变化，可使用高分辨率像microCT技术测量，但低的X射线剂量的纵向成像，必须使用以避免生物文物。光学和microCT图像可以被注册，提供了一个功能和解剖，确保尽可能多的信息是从的动物模型中提取数据的组合。

1。细胞制备

1. 卡尺提供了一个荧光素酶表达的癌症细胞株在小鼠模型的临床前研究的范围。
2. MDA - MB - 231 - LUC - D2H2LN是人类乳腺肿瘤细胞株，表达荧光素酶基因，可在体内的光学指标的tumorgenesis使用。创建该细胞系是从一种自发的淋巴结转移，从一个D3H1乳腺脂肪垫肿瘤起源，被称为积极的形式转移。
3. 作为一个无病原体的冷冻文化容易生长标准媒体没有必要为选择标记的细胞提供。
4. 90％融合瓶中要验证前注入动物的荧光素酶的活动是由胰蛋白酶消化收获。 50,000个单元格，并在微孔板配药，进行连续稀释荧光素酶活性测定。

2。在动物细胞腔内注射

1. 注射前，动物使用3％异氟醚麻醉。
2. 1-3万细胞注入50ul体积的左心室。细胞悬液中含有150ug/ml的D -荧光素，以验证注射技术。
3. 要确认正确的腔内注入小鼠成像在IVIS系统。劳保局信号，显示整个身体的小鼠被注射正确。如果是本地化的信号不正确注射细胞在心里。

3。劳保局成像技术来监测转移

1. 成像穿梭支持IVIS频谱和QuantumFX microCT系统的数据捕获鼠标。
2. 穿梭有助于保持在同一位置的成像动物，并采用基准信号自动注册合作援助。该商会是连接isofluorance蒸发器维持麻醉。
3. 影像在生活图像软件4.1向导可用于自动选择曝光时间，F -停止和分级，确保定量数据的收集。
4. 可以采集多个图像，覆盖秒或数月，根据实验性质的纵向研究比较。
5. 第6天细胞注射后，劳保局IVIS光谱成像显示转移到骨9小鼠。

4。溶骨性病变，采用微型CT纵向监测

1. 小鼠表现出明确的骨转移，可见使用劳保局在量子FX微型CT系统成像。
2. 量子FX微型CT系统提供高质量的图像，在足够低，使真正的纵向显微CT在临床前研究的X射线剂量。
3. 使用这个系统，在不到一分钟，两条腿的骨退化可纵向监测。
4. 小鼠用3％的异氟醚麻醉，可直接从IVIS频谱系统转移。
5. 两个60毫米图像缝合在一起，捕捉到整个动物视图。
6. 一个30毫米视野是在高分辨率成像膝关节的理想选择。
7. 一个足够高的分辨率来衡量和量化骨转移的单次扫描只需18秒，并提供了一​​个唯一的13mGy的剂量。
8. 小鼠成像微型CT系统在36天至8倍，而不会影响肿瘤的生长或动物的健康。
9. 微型CT成像显示，骨leisions第10天，可见，进展十分迅速，相应增加劳保局信号。

5。 3D合作登记和分析BLI和UCT

1. 一旦图像已被抓获IVIS频谱和量子FX微型CT系统的数据都可以注册成一个三维重建。
2. MicroCT图像导出为DICOM文件，并加载到生活图片4.1 3D多模式工具。
3. 在客厅图片软件运行DLIT方案三个维度重构的光信号。
4. 在软件的基准工具是用来注册的微型CT图像的光学劳保局信号。
5. 配准数据集，可以定量分析，来监视多个参数，在疾病的进展，在这里我们的跟踪转移性肿瘤的生长，在骨的溶骨性病变的发展。
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与microCT小动物成像已应用于监测溶骨性病变，如肿瘤的发展（2007年Cowey等人。Labrinidis等，2009），病理情况下。由于生物发光成像的荧光素酶标记的肿瘤已被广泛采用预临床，共同注册生物发光和microCT图像提供了一个更好的生物发光信号的（Kaijzel等。2007）的解剖位置的定义。荧光素酶标记的乳腺肿瘤细胞株MDA - MB - 231 - LUC - D3H2LN以前的研究表明骨和溶骨性病变的发展转移到心脏内注射（Jenkins等2005年之后。明尼苏达州等，2005）。在这项研究中，我们探索与组合的光学低剂量辐射成像microCT与全身的MDA - MB - 231 - LUC - D3H2LN转移模型的肿瘤转移和溶骨性活动的纵向研究。我们进行了IVIS Spectrum和量子外汇microCT系统和实现生物发光和我们新开发的生活图像4.1软件（恒等，2010）的CT联合登记顺序成像。 IVIS与生物发光成像提供了非侵入性检测具有高灵敏度的肿瘤细胞，使肿瘤在​​早期发现。与量子外汇成像可以准确的三维重建，骨病变和详细的解剖信息。量子FX系统提供低的辐射剂量成像，从而使病情恶化的纵向监测。骨病变和肿瘤转移的相关性被描绘的共同登记的形象，和纵向的多模跟踪病变的发展优势，清楚地表明。

作者在这篇文章中精选仪器卡尺生命科学的员工。

1. Jenkins, D.E., Hornig, Y.S., Oei, Y., Dusich, J., Purchio, T. Bioluminescent Human Breast Cancer Cell Lines that Permit Rapid and Sensitive in vivo Detection of Mammary Tumors and Multiple Metastases in Immune Deficient Mice. Breast Cancer Research. 7, R444-R454 (2005).
2. Cowey, S., Szafran, A. A., Kappes, J., Zinn, K.R., Siegal, G.P., Desmond, R. A., Kim, H., Evans, L., Hardy, R. W. Breast Cancer Metastasis to Bone: Evaluation of Bioluminescent Imaging and MicroSPECT/CT for Detecting Bone Metastasis in Immunodeficient Mice. Clinical and Experimental Metastasis. 24 (5), 389-401 (2007).
3. Labrinidis, A., Hay, S., Liapis, V., Ponomarev, V., Findlay, D.M., Evdokiou, A. Zoledronic Acid Inhibits Both the Osteolytic and Osteoblastic Components of Osteosarcoma Lesions in a Mouse Model. Clinical Cancer Research. 15(10) (2009).
4. Kaijzel, E.L., van der Pluijm, G., Lowik, C.W.G.M. Whole-Body Optical Imaging in Animal Models to Assess Cancer Development and Progression. Clinical Cancer Research. 13 (12), 3490-3497 (2007).
5. Minn, A.J., Kang, Y., Serganova, I., Gupta, G.P., Giri, D.D., Doubrovin, M., Ponomarev, V., Gerald, W.L., Blasberg, R., Massague, J. Distinct Organ-Specific Metastatic Potential of Individual Breast Cancer Cells and Primary Tumors. The Journal of Clinical Investigation. 115 (1), (2005).
6. Xu, H, Christensen A., Kuo C., Nilson D., Lim E., Whalen J., Kim, J.B., Zhang, N., Singh, R., Oldfield, S., Troy, T., Rice, B. Co-registration of in vivo Optical Tomography and Micro-CT for Longitudinal Studies. WMIC. #0332B, Kyoto (2010).

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