通过使用转基因报告小鼠和可注射的荧光标记物,长期活体旋转盘共聚焦显微镜技术能够直接观察ApcMin/+ 结直肠癌模型中髓系细胞在肠道腺瘤内的行为。
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* These authors contributed equally
通过使用转基因报告小鼠和可注射的荧光标记物,长期活体旋转盘共聚焦显微镜技术能够直接观察ApcMin/+ 结直肠癌模型中髓系细胞在肠道腺瘤内的行为。
髓系细胞是肿瘤内最丰富的免疫细胞,已被证实可促进肿瘤进展。现代活体成像技术能够观察器官内活细胞的行为,但由于某些癌症组织和肿瘤的可及性限制(如肠道),该技术的应用面临挑战。此前尚未有对肠道肿瘤进行直接观察的报道。本文描述了一种手术方法,结合转基因荧光报告小鼠以及可注射示踪剂或抗体,可实现对活体小鼠肠道肿瘤内髓系细胞动态的直接观察。为此,采用了一台四色、多区域、微透镜转盘共聚焦显微镜,该设备支持快速图像采集和长期连续成像。 Apc分钟/+ 在小肠中形成多个腺瘤的小鼠与c-fms-EGFP小鼠杂交以可视化髓系细胞,同时与ACTB-ECFP小鼠杂交以可视化隐窝中的肠上皮细胞。本文还描述了对肿瘤不同组分(如血管和中性粒细胞)进行标记的操作步骤,以及将肿瘤定位以通过浆膜面进行成像的流程。通过数小时成像所生成的时间推移电影,可实现对髓系细胞行为的分析 原位 在肠道微环境中。
现有大量证据表明,肿瘤微环境由异质性细胞群体组成,包括成纤维细胞、内皮细胞、免疫和炎症细胞、细胞外基质以及可溶性因子,在实体瘤的发生和进展中发挥关键作用,几乎参与了癌症的所有特征1。事实上,在肿瘤进展过程中,转化的癌细胞与间质细胞之间持续发生动态相互作用,逐渐形成有利于恶性肿瘤发展的微环境2。在浸润肿瘤微环境的免疫细胞中,髓系细胞是最丰富的细胞类型3。髓系细胞包括肿瘤相关巨噬细胞(TAM)、髓源性抑制细胞(MDSCs)、树突状细胞(DC)和中性粒细胞(PMNs),它们从骨髓中被招募,并逐步浸润肿瘤,释放细胞因子、生长因子和蛋白酶,从而促进肿瘤的生长和扩散4。癌细胞与髓系细胞之间的相互作用复杂而动态。因此,深入理解二者相互作用的本质,对于阐明这些细胞为何促进癌症进展而非参与抗肿瘤免疫反应至关重要,并可能有助于发现新的干预靶点以控制这一过程。
通过活体显微镜直接观察可提供活体小鼠组织内细胞动态的信息5设计了一种四色多区域微透镜旋转盘共聚焦系统,用于研究乳腺肿瘤中的基质细胞6该方法可实现长期连续成像,具有多项优势,包括:(a)快速图像采集以最小化运动伪影,(b)长期麻醉,(c)四色成像以追踪不同类型的细胞,(d)对肿瘤的不同组分进行荧光标记,以及(e)在同一只小鼠体内观察不同的肿瘤微环境,从而避免个体间差异7-9利用该技术,在乳腺肿瘤病毒(MMTV)启动子驱动的多瘤病毒中T抗原(PyMT)模型中已报道了不同的细胞行为,该模型可呈现肿瘤发生的渐进阶段。调节性T淋巴细胞(Tregs,通过以下方式可视化) Foxp3EGFP 转基因细胞)优先迁移至血管附近,而树突状细胞(DCs)则CD11c-DTR-EGFP,癌相关成纤维细胞 (Fsp1+/+-EGFP)和髓系细胞(c-fms-EGFP在急性全身性缺氧条件下,调节性T细胞(Tregs)停止迁移,而髓系细胞则继续移动,表现出与肿瘤内部相比,肿瘤边缘区域细胞具有更高的运动能力。6此外,在相同的鼠类模型中已发现,阿霉素的敏感性随肿瘤分期而变化,药物分布与药物反应相关,且阿霉素治疗可导致依赖CCR2的髓系细胞向肿瘤募集。因此,活体成像也可用于深入研究药物反应 在 原位 以及化疗耐药的生物学机制10,11.
腺瘤性息肉病结肠基因(Apc)突变在人类结直肠腺瘤和癌中常见12 单个拷贝的突变 Apc 基因突变导致家族性腺瘤性息肉病(FAP),该病具有极高的结肠癌发病风险13小鼠品系 Apc分钟/+ 在第850个密码子处携带截短突变的 Apc 基因和小肠各处自发形成多个肠道腺瘤14-16对肠道进行长期活体成像具有挑战性,因为该操作具有侵入性,必须打开腹腔才能暴露肠道。此前已有针对健康肠道的短期活体成像研究发表17,18但尚未见对肠道肿瘤进行长期直接观察的报道。已设计并优化了一种手术方法,可通过肠壁浆膜面利用活体旋转盘显微成像系统观察肿瘤,该系统此前曾用于乳腺肿瘤的成像。6,10在本文中,描述了一种可用于在小肠肿瘤内追踪髓系细胞行为的实验方案。 Apc分钟/+ 小鼠
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注意:所有动物实验均按照加州大学旧金山分校(UCSF)机构动物照护与使用委员会(IACUC)批准的程序进行。所有成像实验均为非存活操作,动物在图像采集结束后立即被实施安乐死。
1. 小鼠的制备
注意:ApcMin/+ 小鼠携带 Apc 基因的突变,会自发在小肠中形成 50–100 个腺瘤。
2. 手术前材料准备
注意:显微镜设置的详细信息此前已有描述6,7。
3. 注射液的制备
4. 成像前肠道的准备
5. 将小鼠放置于载物台上并准备图像采集
6. 使用 µManager 软件采集图像
7. 使用 Imaris 软件进行图像分析
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通过使用转盘共聚焦显微镜,对小肠中的非肿瘤组织和肿瘤组织进行观察 ApcMin/+;ACTB-ECFP;c-fms-ECFP 从小鼠浆膜面可观察到成像结果。成像完成后,使用相机软件对采集图像进行分析和调整。补充材料 图1)。静脉注射(i.v.) 注射荧光标记的2,000 kDa葡聚糖-罗丹明和Ly-6G 647偶联抗体后,可分别检测到血管和中性粒细胞(PMNs)图1)。派尔集合淋巴结是淋巴组织的聚集结构,富含髓系细胞,易于观察 (图1A)。小肠隐窝周围分布有血管和髓系细胞(图1A 和 1B肿瘤组织通常血管化程度更高,髓系细胞浸润更明显,且隐窝结构的有序性较差(图1A 和 1B) 根据肿瘤大小而定。可使用10X 0.5 NA(图1...
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本文详细描述了一种在活体动物中对肠道肿瘤内髓系细胞动态进行数小时共聚焦成像的实验方案,成像自肠道浆膜侧进行。
为了避免炎症并维持最佳的生理条件,肠道成像必须在完整器官上进行。然而,从肠道浆膜侧进行成像具有挑战性,因为光线必须穿过平滑肌等多层组织才能到达上皮。在某些区域,聚焦上皮可能较为困难,尤其是在肌动蛋白-ECFP报告小鼠中,因为平滑肌细胞对肌动蛋白的表达水平较高。尽管双光子显微镜相比共聚焦显微镜具有更深的组织穿透能力,但我们发现,转盘共聚焦显微镜已足够强大,能够清晰地显示肠道上皮结构。转盘显微镜的优势包括极快的图像采集速度以及独特的灵敏度,同时不牺牲共聚焦分辨率。这些特性使得即使部分时间点因运动伪影而需剔除,仍可观察动态过程,同时最大限度减少光损伤,并实现对荧光较弱分子的成像。
从浆膜侧对肠道进行成像也具有挑战性,原因在于该器官固有的节律性蠕动运动。在本方案中,一种 皮下 成像前给予阿托品注射,可有效减少肠道蠕动。但需注意,大肠部位的蠕动更为显著,而阿托品对此部位的抑制效果较差,导致该段肠道的成像较为困难...
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作者无任何利益冲突披露。
我们感谢Ying Yu提供ApcMin/+小鼠的基因分型。本研究由法国国家健康与医学研究院(INSERM)以及美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的资助(CA057621和AI053194)支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| ApcMin/+ 小鼠 | 杰克逊实验室 | 2020 | |
| ACTB-ECFP 小鼠 | 杰克逊实验室 | 3773 | |
| cfms-EGFP 小鼠 | 杰克逊实验室 | 18549 | |
| 2,000 kDa 葡聚糖,罗丹明标记 | Invitrogen | D7139 | |
| 异氟烷 | 巴特勒动物健康供应公司 | 29450 | |
| 氮 | 加州大学旧金山分校 | ||
| 氧气 | 加州大学旧金山分校 | ||
| 1× PBS | 加州大学旧金山分校细胞培养中心 | ||
| 生理盐水缓冲液 | 加州大学旧金山分校细胞培养中心 | ||
| 抗小鼠 Ly-6G(GR1)抗体 AF647 | 加州大学旧金山分校单克隆抗体核心实验室 | 储存液 1 mg/ml。使用浓度为 7 μg/小鼠 | |
| 阿托品 | LARC UCSF | 以每公斤小鼠1毫克的剂量使用 | |
| 酒精棉片 | Becton Dickinson | 326895 | |
| 28 G × 1/2 英寸胰岛素注射器 | Becton Dickinson | 329465 | |
| Remium 盖玻片 | Fisher Scientific | 12-548-5M | 24x50-1 |
| 聚维酮碘 | LARC UCSF | ||
| 加热毯 | 盖玛工业公司 | ||
| 热珠灭菌器 | Fine Science Tools | 18000-45 | 使用前开启30分钟 |
| 6 英寸棉签 | 电子显微镜科学公司 | 72310-10 | |
| 麻醉系统 | Summit 麻醉支持 | ||
| 倒置显微镜 | 卡尔·蔡司公司 | Zeiss Axiovert 200M | |
| 载物台插件 | 应用科学仪器公司 | ||
| 小鼠Ox血氧仪、软件与传感器 | Starr Life Sciences | MouseOx | |
| 雾化器 | Summit 麻醉支持 | ||
| Imaris | Bitplane | ||
| μ经理 | Vale 实验室,加州大学旧金山分校 | 开源软件 | |
| ICCD 相机 | 斯坦福光子学 | XR-Mega-10EX S-30 | |
| 转盘共聚焦扫描头 | 横河电机株式会社 | CSU-10b |
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