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 JoVE Clinical and Translational Medicine

Monitoraggio metastasi tumorali e lesioni osteolitiche con bioluminescenza e Micro CT Imaging

1, 1, 1, 1, 1, 1

1Imaging Biology Research and Development, Caliper Life Sciences

Article
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    中文

    Summary

    Un modello murino sperimentale di metastasi ossee è stata fondata dopo la consegna intracardiaca di cellule tumorali che esprimono luciferasi mammarie. Sviluppo del tumore e ha portato lesione osteolitica sono stati monitorati longitudinalmente con bioluminescenza e micro-TC.

    Date Published: 4/14/2011, Issue 50; doi: 10.3791/2775

    Cite this Article

    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).

    Abstract

    A seguito della consegna intracardiaca di MDA-MB-231-luc-D3H2LN cellule Nu / Nu topi, ha sviluppato metastasi sistemiche negli animali iniettati. Di imaging bioluminescenza con Spectrum IVIS è stato impiegato per monitorare la distribuzione e lo sviluppo delle cellule tumorali in seguito alla procedura di consegna tra cui la ricostruzione DLIT per misurare il segnale di tumore e la sua posizione.

    Sviluppo di lesioni metastatiche ai tessuti ossei innesca l'attività osteolitica e lesioni a tibia e femore sono stati valutati longitudinalmente con micro CT. Imaging è stata eseguita utilizzando un sistema di Quantum FX micro CT con immagini veloci e bassa dose di raggi X. La dose di radiazioni a basso permette sessioni multiple di imaging da eseguire con un cumulativo di raggi X dosaggio molto al di sotto LD50. Un dispositivo di imaging del mouse navetta è stato utilizzato per immagini in sequenza i topi con entrambi Spectrum IVIS e Quantum FX raggiungere un posizionamento preciso animale sia in bioluminescenza e le immagini CT. L'ottica e CT serie di dati sono stati co-registrate in 3-dimentions con il Living immagine 4,1 software. Questo approccio multi-mode permette uno stretto controllo della crescita tumorale e lo sviluppo in contemporanea con l'attività osteolitiche.

    Protocol

    L'imaging longitudinale è usato in studi pre-clinici di seguire i progressi di una malattia o di misurare l'effetto di una terapia. In oncologia, metodi ottici fornire strumenti rigorosi per monitorare la crescita tumorale e fornire quantificazione precisa della crescita cellulare o l'espressione genica in ogni punto in questo studio. Cambiamenti anatomici può essere misurata utilizzando una tecnica ad alta risoluzione come microCT, ma per l'imaging longitudinale a bassa dose di raggi X deve essere utilizzato per evitare artefatti biologici. Immagini ottiche e microCT possono essere co-registrazione per fornire una combinazione di dati funzionali ed anatomiche garantire che il massimo di informazioni viene estratta dal modello animale.

    1. Preparazione delle cellule

    1. Caliper offre una gamma di linee di cellule tumorali che esprimono luciferasi di ricerca pre-clinica in modelli murini.
    2. MDA-MB-231-luc-D2H2LN è un essere umano mammario linea di cellule tumorali che esprimono il gene della luciferasi, che può essere utilizzato come indicatore ottico di tumorgenesis in vivo. Questa linea cellulare è stato creato da una metastasi linfonodali spontanea che ha avuto origine da un tumore mammario D3H1 cuscinetto adiposo ed è noto per formare metastasi aggressivo.
    3. Le cellule sono forniti come un esenti da organismi patogeni cultura congelati che cresce facilmente in supporti standard senza la necessità di marcatori di selezione.
    4. Per verificare l'attività luciferasi prima iniezione l'animale un pallone al 90% confluenti viene raccolto da tripsinizzazione. Attività luciferasi è misurata dal dosaggio 50.000 cellule in una micropiastra e l'esecuzione di diluizione in serie.

    2. Iniezione intracardiaca delle cellule in animali

    1. Prima dell'iniezione, gli animali sono anestetizzati con isoflurano 3%.
    2. 1-3000000 cellule vengono iniettate in volume nel 50ul al ventricolo sinistro. Sospensione cellulare contiene 150ug/ml D-Luciferin per convalidare tecnica di iniezione.
    3. Per confermare una corretta topi iniezione intracardiaca sono ripreso nel sistema IVIS. I topi che mostrano segnali BLI in tutto il corpo sono state iniettate in modo corretto. Se il segnale è localizzato le cellule non sono stati iniettati correttamente nel cuore.

    3. BLI di imaging per il monitoraggio metastasi

    1. La navetta di imaging supporta il mouse per l'acquisizione di dati in entrambe le Spectrum IVIS e il sistema QuantumFX microCT.
    2. La navetta aiuta a mantenere l'animale nella stessa posizione per l'imaging e include i segnali fiduciali per aiutare in automatico co-registrazione. La camera è collegata al vaporizzatore isofluorance per mantenere l'anestesia.
    3. Imaging guidata nel software immagine vivente 4.1 può essere usato per selezionare automaticamente il tempo di esposizione, f-stop e binning e garantire la raccolta quantitativa dei dati.
    4. Più immagini possono essere acquisite e confrontati negli studi longitudinali relativi secondi o mesi a seconda della natura di questo esperimento.
    5. 6 ° giorno dopo l'iniezione di cellule, BLI imaging con IVIS spettro mostra metastasi alle ossa in sette su nove topi.

    4. Monitoraggio longitudinale delle lesioni osteolitiche utilizzando micro CT

    1. I topi che hanno mostrato le metastasi ossee chiaro visibile utilizzando BLI hanno ripreso nel sistema FX Quantum micro CT.
    2. Il Quantum FX micro sistema CT offre immagini di alta qualità a raggi X a basso dosaggio tale da consentire vero longitudinale micro CT negli studi preclinici.
    3. Degradazione delle ossa in entrambe le gambe può essere longitudinalmente monitorati utilizzando questo sistema in meno di un minuto.
    4. I topi vengono anestetizzati con isoflurano 3% e possono essere trasferiti direttamente dal sistema Spectrum IVIS.
    5. Due immagini 60 millimetri sono cuciti insieme per catturare tutta la visione degli animali.
    6. Un FOV 30 mm è ideale per l'imaging del ginocchio in alta risoluzione.
    7. Una singola scansione ad alta risoluzione sufficiente per misurare e quantificare le metastasi ossee richiede appena 18 secondi e rilascia una dose di 13mGy solo.
    8. Topi sono stati ripreso fino a 8 volte in 36 giorni con il sistema di micro-CT senza compromettere la crescita del tumore o la salute dell'animale.
    9. Il micro TC ha mostrato che leisions ossa erano visibili il giorno 10 e progredito molto rapidamente, corrispondente all'aumento del segnale BLI.

    5. 3D co-registrazione e analisi dei BLI e UCT

    1. Una volta che le immagini sono state catturate sia sul IVIS spettro e Quantum FX micro CT dati di sistema possono essere co-registrati in una ricostruzione 3D.
    2. MicroCT immagini vengono esportate come file DICOM e caricati nel Living immagine 4,1 strumento modalità Multi 3D.
    3. In Software immagine vivente eseguire il programma DLIT a tre dimensioni ricostruire il segnale ottico.
    4. Lo strumento fiduciali nel software viene utilizzato per co-registrare il segnale ottico BLI all'immagine micro CT.
    5. Coregistered insiemi di dati possono essere analizzati quantitativamente per monitorare i parametri multipli durante la progressione della malattia eccoci monitoraggio della crescita del tumore metastatico insieme con lo sviluppo della lesione osteolitica nell'osso.
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    Discussion

    Di imaging per piccoli animali con microCT è stata applicata al monitoraggio delle lesioni osteolitiche in condizioni patologiche, come lo sviluppo del tumore (Cowey et al 2007;.. Labrinidis et al, 2009). L'imaging bioluminescenza di luciferasi tumori etichettati è stato ampiamente adottato pre-clinico, co-registrazione di immagini bioluminescenza e microCT fornito una migliore definizione della localizzazione anatomica dei segnali bioluminescenza (Kaijzel et al. 2007). Precedente studio con un luciferasi etichettato linea di cellule tumorali della mammella MDA-MB-231-luc-D3H2LN mostrato metastasi alle ossa e lo sviluppo di lesioni osteolitiche dopo l'iniezione intra-cardiaca (Jenkins et al 2005;. Minn et al, 2005). In questo studio, abbiamo analizzato uno studio longitudinale di metastasi tumorali e l'attività osteolitica con combinatoria ottica e basse dosi di radiazioni di imaging microCT con il sistemico MDA-MB-231-luc-D3H2LN modello di metastasi. Abbiamo eseguito l'imaging sequenziale con IVIS Spectrum e Quantum FX sistemi microCT e bioluminescenza raggiunti e CT co-registrazione con la nostra nuova concezione immagine vivente 4,1 software (Heng et al., 2010). Di imaging bioluminescenza con IVIS fornisce rilevamento non invasivo delle cellule tumorali con elevata sensibilità, permettendo di rilevare tumori in stadio precoce. Imaging con Quantum FX permette accurata ricostruzione 3D delle lesioni ossee e dettagliate informazioni anatomiche. Quantum FX sistema offre immagini a bassa dose di radiazioni, che consente il monitoraggio longitudinale di progressione della malattia. Correlazione tra lesioni ossee e delle metastasi del tumore è stato raffigurato in co-registrate immagine, e il vantaggio di monitoraggio multimodalità di sviluppo lesione longitudinale è stato chiaramente dimostrato.

    Disclosures

    Gli autori sono dipendenti di Caliper Life Sciences, che rendono lo strumento descritto in questo articolo.

    References

    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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