监控功能和血管形态由快速增长的肿瘤产生细胞分泌的因素招募

摘要

我们描述了一种基质胶栓测定，以使用两种互补的成像方式（超声和显微内镜）来说明癌细胞分泌的因子库的血管生成潜力。基质胶是一种细胞外基质 （ECM） 模拟凝胶，用于将分泌到条件培养基 （CM） 中的血管生成因子引入宿主（小鼠）。

摘要

在小鼠中的皮下基质胶栓测定是用于亲和抗血管生成因子在体内的评价所选择的方法。在该方法中，期望的因素被引入到冷液体的ECM-模拟凝胶其中，皮下注射后，固化形成模仿癌环境的环境。这个矩阵允许的宿主细胞，如内皮细胞，和血管因此，形成的渗透。

这里我们提出了一种新的改性的基质胶塞测定法，其可被利用来说明由癌细胞分泌的因子池的血管生成潜力，而不是一个特定的因子（ 例如，bFGF及VEGF）或代理。含ECM-模拟凝胶插头用来引进主机（ 即鼠标）与分泌，以快速增长的肿瘤生成胶质母细胞瘤细 ​​胞的CM因素池。我们前面所述的血管生成潜在的广泛的比较的U-87 MG人类成胶质细胞瘤及其蛰伏衍生克隆，在该系统模型，示出在U-87 MG亲代细胞诱导的血管生成。所述CM通过过滤从任一细胞系的汇合组织培养板下面48小时培养收集介质制备。因此，它仅包含由细胞分泌的因素，而不细胞本身。这里描述的是两个成像模态的组合，微泡超声造影成像和活体纤维质共焦显微内镜，为准确，实时的程度，形态表征插头内新形成的血管和功能。

引言

基质胶塞血管生成测定首先由Kibbey 等人于1992年，在那里它被用来由肽SIKVAV（丝氨酸-异亮氨酸-赖氨酸-缬氨酸-丙氨酸-缬氨酸^）1来评估血管生成的刺激说明。相对于其他的体内血管发生测定法，像鼠标角膜血管发生或鸡胚尿囊膜测定法，该测定法是比较容易进行^2。注入的ECM-模拟凝胶可包含细胞，促血管生成或抗血管生成的化合物和/或因素。当评估抗血管生成化合物的活性，所述插头通常包含的血管内皮生长因子（VEGF）和成纤维细胞生长因子（FGF）的混合物中，并且所述抗血管生成物质可直接施用到插头或全身^三4。

对ECM-模拟凝胶皮下注射那里分钟内固化。血管招聘中产生的插头评估。典型ý通过以下注射荧光素异硫氰酸（FITC）测定血红蛋白水平内塞，通过荧光信号的测量进行标记的葡聚糖，通过组织学切片内皮特异性标记物的免疫染色或通过荧光激活细胞分选^{（FACS）2,5， 6。}但是，此评价只允许终点分析，缺乏有关的血管的功能和形态信息。此外，血浆量的测量结果，无论是由血红蛋白水平或通过使用葡聚糖-FITC是一个指标，可能会产生误导，因为血液含量是受血管的大小和血停滞池的程度。这是特别重要的，当招募血管的特征在于增强的渗透性和保留（EPR）效果^7。

我们在此通过结合两个互补成像方式提出了一种新的，更精确的，方法的招募血管可视化。 HIGH-分辨率微泡超声造影（美国）联合活fibred共焦显微内镜不仅能够提供有关血管密度，同时也对自己的形态和功能的信息。此外，这种分析可以在几个时间点，从而使监控血管发生动力学来执行。美国是一种广泛使用的成像模态而具有以下静脉内（IV）注射仍然存在只在血管隔室^8-11微泡的高空间分辨率的血管成像。微泡是产生一个强回声信号时与美国脉冲激发，因此可作为一个良好的造影剂气体填充的微泡。使用下列微泡破坏美国成像系统软件中获取的插头的3D图像。所产生的图像是由前，后破坏微泡的图像帧组成的，并反映在彩色视频强度差。这些叠加图像由软件自动显示。因此，插头内的功能血管的百分比可以量化。纤维状共聚焦显微内镜高分辨率作为通过血管形态报告的补充成像方式。在这种微创方法，图像采集的FITC标记的右旋糖酐¹²静脉给药后。荧光聚合物染料的血液，从而作为"造影剂"的血管形态和血流。此外，由于所注入的聚合物是在70 kDa的大小，它只能交叉渗漏血管如肿瘤血管中找到。这将导致从血管外的FITC-标记的葡聚糖的高背景。因此，纤维状的共聚焦显微内镜可用于可视化的EPR效应典型特征在肿瘤neovasculature-放大，泄漏的，高度缠结的船只，具有平端。

该系统模型descri床的U-87 MG人脑胶质瘤和休眠克隆¹³的血管生成潜力的比较。插头内血管进行评价后三周的ECM-模拟凝胶接种。结果表明，含有的CM从插头内的血管的U-87 MG快速增长的数量，密度和功能性，方面当与含有的CM从休眠肿瘤产生的细胞内塞血管相比肿瘤产生细胞显著增加。因此，研究者们能够得出这样的结论CM从隔离U-87 MG快速增长的肿瘤细胞产生含有较高水平的促血管生成因子，从休眠的肿瘤细胞产生的CM相比。这些因素刺激功能血管的形成通过积极地影响所有步骤的血管发生级联（ 即 ，增殖，出芽，迁移，最后，形成内皮细胞的管状结构）。

方案

注:所有动物的程序获得批准，并符合医学实验动物管理和使用委员会的特拉维夫大学萨克勒学校（IACUC）的标准执行。

1.空调媒体准备

1. 种子2×10 ⁶的U-87 MG细胞在10cm的培养皿中的体积8毫升Dulbecco改进的Eagle培养基（DMEM），补充有10％胎牛血清（FBS）和1％青霉素/链霉素/制霉菌素溶液。
2. 孵育细胞在37 °℃; 5％CO _2，直到48小时实现全面融合。
3. 使用10毫升注射器，撤回所有介质从板和过滤通过0.45微米的过滤入15ml管中。
4. 未经洗涤细胞板，加入1 ml胰蛋白酶溶液（0.25％），并培育。
5. 当所有的细胞分离，使用至少5毫升的DMEM补充有10％FBS的灭活胰蛋白酶和预型体细胞计数。
>计数使用血球或其他细胞计数装置细胞的数量，并根据所使用的计数方法计算细胞的数目。
注:将在后面以正常化的CM的浓度被使用。
6. 所述CM转移到玻璃圆底烧瓶中并浓缩，在高真空旋转蒸发。为了加快该过程，增加浴温至37℃，如果需要的话。继续下去，直到CM达到糊状的质地。
7. 悬浮从每个培养皿中的400微升生理盐水CM。当使用一个以上的板，可使用等效的体积。例如，对于2培养板中，使用800微升。用每块板的4只小鼠。
8. 为了比较不同的细胞系或治疗，根据在步骤1.6接收到的细胞的比率调整音量。例如，如果一个板包含1.5倍以上的细胞，添加200μl的盐水，以预先存在的400微升。这将是调节的CM

标题"> 2。ECM-模仿硅胶塞接种到小鼠

1. 接种前的ECM-模仿凝胶到小鼠体内，准备以下材料:
   1. 生长因子减少苯酚的无ECM-模拟物凝胶（解冻过夜，在实验前一天，在4℃下在冰上）。
   2. 电动剃须刀。
   3. 氯胺酮和甲苯噻嗪以麻醉小鼠。
   4. 冰冷的1000微升无菌针头。
   5. 冰冷1ml注射器和27G的针头。
2. 准备每只小鼠含有80微升调节的CM 1.5ml的Eppendorf管中，并保持在冰上。
3. 向每个管中，加入600微升冰冷的生长因子被解冻过夜，在4℃，在冰上减少苯酚的无ECM-模拟凝胶。对ECM-模拟凝胶是液体在4℃，并固化在体温;为了防止对ECM-模仿凝胶从固化，用冰冷1000微升的提示。混合管仔细不会形成气泡，并保持在冰上。
4. 麻醉6周老B使用氯胺酮（100毫克/千克）和赛拉嗪（12毫克/千克）ALB / c小鼠。根据在开始实验前的机构动物护理和使用委员会， 即确认适当麻醉。动物已经达到麻醉自己正确的飞机时，他们不再以坚定的脚趾捏响应。
5. 剃鼠的腹部和消毒使用外科擦洗/醇。
6. 使用冷1ml注射器和27G的针来注入Eppendorf管皮下的内容。进行注射非常缓慢，以防止泡沫的形成。一旦所有卷管理，不弹出针几分钟，直至凝固发生。

3.评估ECM-模仿硅胶塞血管化利用超声

注:这部分协议要求操作超声成像系统，或经授权的技术人员的协助下以前的知识。

1. 在开始之前，必须在Following材料和工具准备:
   1. 电动剃须刀。
   2. 脱毛霜。
   3. 氯胺酮和甲苯噻嗪以麻醉小鼠。
   4. 非针对性的微泡。
   5. 激活设备。
   6. 美国成像系统，其包括一个55兆赫708探针和3D获取显微。
2. 插头后三周接种内测量血管:
   注:在U-87 MG型动物模型，3周被发现代表了成像的理想时间点。根据不同的设置，校准从接种后塞几天开始血管动力学。
   1. 麻醉用氯胺酮（100毫克/千克）和赛拉嗪（12毫克/公斤）小鼠。根据在开始实验前的机构动物护理和使用委员会， 即确认适当麻醉。动物已经达到麻醉自己正确的飞机时，他们不再以坚定的脚趾捏响应。
   2. 剃小鼠的腹部区域，并用脱毛霜。
   3. 固定的小鼠仰卧在微操纵器的阶段。
   4. 使用含生理盐水1ml注射器和一个地下30针，将针尾静脉内，固定针头牢固，松动的注射器。
   5. 建立起来用于对比度3D模式的图像采集会话中:
      1. 按"3D"初始化3D马达阶段，并将换能器在所需的扫描区域的中间。
      2. 按"3D"，并输入扫描距离和步长，然后按"扫描"。
      3. 确保整个插头被扫描中显示的3D图像数据。如果不是这样，调整振子，以使整个插头是在扫描和重复步骤3.5.2可见。
      4. 按"对比度"，推动了时间增益补偿（TGC）控制到左边使图像变暗。
   6. 激活使用小瓶混合机是DESI微泡gnated对微泡的活化为45秒。
   7. 混合在1ml注射器将50μl的微泡用50μl生理盐水。
   8. 更换含生理盐水松动注射器含有活性微泡的注射器。注入稀释微泡入尾静脉，小鼠的，等待几秒钟的气泡，以达到稳定状态，然后获得插头的3D造影增强电影回放，使用3D采集电机:
      1. 按"3D"，然后选择"扫描"，以获得3D对比度增强图像，然后按"电影商店"保存图像数据。
      2. 按"3D"，然后单击"消灭3D"，以销毁的微泡。
      3. 按"3D"再选择"扫描"收购后破坏电影圈，然后按"电影商店"。
   9. 生成的叠加图像帧之前和之后的破坏微泡:
      1. 在＆＃8220;参考设置"在屏幕的左侧点击"创建引用"。
      2. 按"学习管理"，打开获得的预破坏电影圈。
      3. 单击"进程电影"生成绿色的对比叠加，然后单击"加载到3D"。
   10. 使用美国成像软件，以定量的插头内的血液量得到的三维图像:
       1. 按"扫描/冻结"，然后按"模式设置"。
       2. 单击"音量"，然后选择"并行"。
       3. 通过分割一系列轮廓创建目标组织的三维体积。
       4. 点击"F​​inish"完成分割。
          注:在造影剂的量将在屏幕的左下侧显示。
   11. 在程序结束时，小鼠放置在温暖，干净，干燥，安静的环境，远离其他动物。使用市售的手术加热垫或白炽灯（50-75瓦），12-14英寸的距离放置啮齿动物提供温暖。连续监测小鼠，直到保持直立的姿势和行走正常。

4.评价ECM-模仿硅胶塞脉管形态使用纤维状的共聚焦显微内镜

注:这部分协议的执行紧随美国成像，它需要操作纤维质的共聚焦显微内镜成像系统，或经授权的技术人员的协助下以前的知识。

1. 开始前，有下列材料和工具准备:
   1. 手术工具，如镊子，剪刀和可吸收缝合线。
   2. 的FITC缀合的葡聚糖（70 kDa）的。
   3. 校准溶液（3试管各含有过氧化氢，水或荧光溶液）。
   4. 所述成像系统和一个探头适于血管根据制造商的成像。
2. 麻醉用氯胺酮（100毫克/千克）和赛拉嗪（12毫克/公斤）小鼠。
3. 辖四，经尾静脉，200微升10毫克/毫升的FITC-标记的葡聚糖。
4. 使用外科擦洗/酒精消毒腹部区域，并从插头施加一个小的切口大约1厘米。
5. 将显微内镜探针上的插头的顶部轻轻同时保持插头完好无损。
6. 收购:
   1. 一旦探针被设置在插头上时，按使用脚踏板"开始激光"。荧光应该显示在屏幕上。
   2. 按"记录"在屏幕上或'选择'使用的脚踏板获得短片（最长30秒）。
   3. 电影之间，通过将尖端的含管水冲洗探头。
   4. 完成后，取下探头，并用干净的棉签尖端。
7. 分析平均值已经SSEL直径:
   1. 点击"检测微血管"图标在上面板以打开容器检测模块窗口。
   2. 点击"首选项"，并标注在"统计的利益"和"显示直方图条"中的"显示模式"，"平均血管直径"。
   3. 点击"检测"，以显示选定的测量。
8. 为了分析在邻近血管的区域的荧光信号强度:
   1. 请点击左侧面板中的"创建圈子的投资回报率"，创造在感兴趣的领域了一圈。
   2. 点击"范围内的投资回报率计算直方图"计算与本区域的值。

小鼠5.后处理程序

1. 在每个成像过程的结束，将小鼠在一个温暖，干净，干燥，安静的环境，远离其他动物。使用市售-一个提供温暖vailable手术加热垫或白炽灯（50-75 W），放置在12-14远离啮齿动物。连续监测小鼠，直到保持直立的姿势和行走正常。
2. 对于塞"血管额外的时间点进一步分析，应用以下条件恢复:
   1. 使用缝合吸收缝合线的小切口。
   2. 给予小鼠镇痛如丁丙诺啡（1毫克/千克）经皮下，并返回到单独的笼子中。
   3. 遵守所有的动物，以确定是否进一步止痛治疗是必要的和重新评估的日常监测和评估遇险。
3. 在终点的实验中，小鼠安乐死通过首先施加异氟烷，随后通过颈脱位。
4. 如果额外的影像将在初始成像步骤周进行，所有的程序应保持无菌越好。应进行外科手术的皮肤擦洗，消毒娃之三和无菌棉尖端应当用来清洁显微内镜探针，并且探针应该使用无菌水各动物之间进行消毒。

结果

植入ECM-模拟胶栓从快速增长的血管生成肿瘤产生的细胞系U-87 MG，导致广泛的血管生成CM。这种脉管可以通过使用两个互补的成像方法进行了广泛探索。

微泡造影剂增强成像美国由表示内的U-87 MG的CM加载插头，而不是检测不到血流含有从休眠肿瘤产生细胞的CM插头内（ 图1）广泛的血流量显示的功能性血管进入插头广泛招募。

这些新形成的血管的形态是由纤维状共聚焦显微内镜（ 图2）强调。插头装有U-87 MG CM内血管形态呈现典型的增强通透性和保留（EPR）效果大分子如葡聚糖-FITC在70 kDa的尺寸用在这里。血管被扩大和高度TA ngled，非连续和流动不畅（ 图2A，C）。另外，血液渗漏，观察到周围的环境中，如由血管（ 图2B）以外的高荧光信号。

讨论

结合互补的成像方法允许在不同的血管生成组件的微血管密度，功能和形态的信息的获取。在ECM-模拟凝胶塞装载的CM产生一个肿瘤微环境，这是从其他细胞群中分离，如内皮细胞，该被招募并渗出到插头。

通过执行，并行地，微泡造影美国成像和纤维状共聚焦显微内镜成像，我们可以得出结论，一池由快速生长的血管生成的肿瘤产生的细胞分泌的因素，而不癌细胞本身，不仅能够招募血管，但还形成与EPR典型特征功能血管。此外，这种方法允许分泌的因子在肿瘤微环境的影响，以及细胞 - 细胞相互作用之间的距离。

信息获得来自美国和纤维状共聚焦然而显微内镜经受成像技术的限制。例如，在使用纤维质共聚焦显微内镜成像，这是不可能的图像的单个特定血管随时间，或甚至在同一地区的插头。

对ECM-模拟凝胶塞测定是比较容易进行，这是与ECM-模拟凝胶装载的CM时持续。然而，应在考虑采取的一个关键问题是要CM ECM-模拟凝胶的比例。高容量CM可能阻止ECM-模仿凝胶固化。因此，CM量不应超过对ECM-模拟凝胶的约13％。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
旋转真空蒸发器	-	-	-
生长因子减少的无酚基质胶	BD Bioscience	FAL356231	在 4 °C on ice
脱毛膏	-	-
-Vevo2100 美国成像系统	VisualSonics Inc.	-	授权技术人员的帮助
	。	-	-
Vevo2100 成像软件	VisualSonics Inc.	-	-
VialMix	DEFINITY 成像	VMIX-DEFINITY
微泡	DEFINITY 成像	DE4	使用前使用 VialMix 激活 45 秒
CellVizio （纤维共聚焦内窥镜）	Mauna Kea Technologies	-	需要先前的作知识或授权技术人员的帮助
ProFlex MiniO/30 探头	Mauna Kea技术	-
70 kD FITC标记的葡聚糖	Sigma-Aldrich	46945-ImageCell
软件	Mauna Kea Technologies	-
校准试剂盒	Mauna Kea Technologies	-
Dulbecco's 修改后的鹰's 培养基 （DMEM）	Gibco Life Tecchnologies	41965-039
胎牛血清 （FBS）	生物工业	04-007-1A
青霉素/链霉素/制霉菌素溶液	工业	03-032-1B