In der Pathogenese von Knochenmetastasen ist die Angiogenese ein entscheidender Prozess und stellt somit ein Ziel für die Bildgebung und Therapie. Hier präsentieren wir ein Rattenmodell der ortsspezifischen Brustkrebs und Knochenmetastasen beschreiben Strategien, um nicht-invasiv Bild Angiogenese In-vivo- Mittels Magnetresonanztomographie, volumetrische Computertomographie und Ultraschall.
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Methodenartikel
Multimodale Bildgebung von Angiogenese in einem Nude Rattenmodell der Brustkrebs Knochenmetastasen mittels Magnetresonanztomographie, volumetrische Computertomographie und Ultraschall
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Angiogenese ist ein wesentliches Merkmal von Krebswachstum und Metastasenbildung. In Knochenmetastasen, angiogene Faktoren sind entscheidend für die Proliferation von Tumorzellen im Knochenmark Hohlraum als auch für Interaktion von Tumor und Knochenzellen was zu einer lokalen Knochenzerstörung. Unser Ziel war es, ein Modell der experimentellen Knochenmetastasen, die In-vivo-Beurteilung der Angiogenese in Skelettläsionen Verwendung von nicht-invasive bildgebende Verfahren erlaubt zu entwickeln.
Zu diesem Zweck injizierten wir 10 5 MDA-MB-231 Brustkrebszellen in die oberflächlichen epigastrischen Arterie, die das Wachstum von Metastasen im Körper anderen Bereichen als dem jeweiligen Hinterbein 1 ausschließt. Nach 25-30 Tagen nach der Inokulation der Tumorzellen entwickeln ortsspezifische Knochenmetastasen, begrenzt auf das distale Femur, Tibia und Fibula proximal 1. Die morphologischen und funktionellen Aspekten der Angiogenese in Längsrichtung in den Knochen untersucht werden metaStauungen mittels Magnetresonanztomographie (MRT), volumetrische Computertomographie (VCT) und Ultraschall (US).
MRT zeigt morphologische Informationen über das Weichgewebe Teil von Knochenmetastasen, die zunächst auf das Knochenmark Hohlraum eingeschlossen ist und in der Folge überschreitet Kortikalis während voran. Mit dynamischen Kontrastmittel-MRT (DCE-MRI) funktionelle Daten einschließlich der regionalen Blutvolumen, Durchblutung und Gefäßpermeabilität erhalten und quantifiziert werden 2-4. Knochenabbau wird in hoher Auflösung anhand morphologischer Bildgebung VCT eingefangen. Ergänzend zu den MRT-Befunden, können Osteolysen angrenzenden Gebiete von intramedullären Tumorwachstum befinden. Nach Kontrastmittelgabe zeigt VCT-Angiographie der macrovessel Architektur bei Knochenmetastasen in hoher Auflösung, und DCE-VCT ermöglicht Einblicke in die Mikrozirkulation dieser Läsionen 5,6. US ist anwendbar auf morphologischen und funktionellen Eigenschaften von Skelettläsionen aufgrund bewertenlokale Osteolyse des kortikalen Knochens. Mit B-Mode-und Doppler-Techniken, die Struktur und die Durchblutung der Weichteile Metastasen ausgewertet, bzw. werden. DCE-US ermöglicht eine Echtzeit-Bildgebung der Vaskularisation bei Knochenmetastasen nach der Injektion von Mikrobläschen 7.
Abschließend in einem Modell der ortsspezifischen Brustkrebs Knochenmetastasen multimodale Bildgebung einschließlich MRT, VCT-und US-Angebot ergänzende Informationen über Morphologie und funktionelle Parameter der Angiogenese in diesen Skelettläsionen.
Protokoll
1. Cell Culture
- Kultur MDA-MB-231-Brustkrebszellen (American Type Culture Collection) in RPMI-1640 (Invitrogen, Deutschland) mit 10% FCS (Sigma, Deutschland) ergänzt. Bewahren Sie alle Kulturen unter Standard-Bedingungen (37 ° C, feuchten Atmosphäre, 5% CO 2) und den Durchgang Zellen 2-3 mal pro Woche, um sie in der logarithmischen Wachstumsphase. Für die Tiermodell unten beschrieben wird, besteht keine Notwendigkeit zur Verwendung von Knochen-spezifische Unterlinien von MDA-MB-231-Zellen, da der Tumor Übernahme von über 90% 1.
- Ernte subkonfluent Tumorzellen nach mit 2 mM EDTA in PBS-(Phosphat-gepufferte Salzlösung ohne Ca 2 + und Mg 2 +) und 0,25% Trypsin (Sigma, Taufkirchen, Deutschland). Graf MDA-MB-231 Zellen in einer Neubauer-Kammer und hängen sie in RPMI-1640 (5x10 5 Zellen in 1 ml).
2. Nackt Rattenmodell von Knochenmetastasen
- Alle Experimente wurden von der zuständigen staatlichen anima genehmigtl Ethikkommission.
- Verwenden Sie Nacktratten in einem Alter von 6-8 Wochen und bewahren Sie sie an pathogenfreien Bedingungen in einem geeigneten Kleintier-System (zB Mini-Barrieren-System). Halten Sie Tiere unter kontrollierten Bedingungen (21 + / - 2 ° C Raumtemperatur, 60% Luftfeuchtigkeit und 12 h Hell-Dunkel-Rhythmus) und bieten autoklaviertem Futter und Wasser ad libitum zu den Ratten.
- Vor dem Tier Chirurgie, injizieren ein Analgetikum (zB Carprofen 4 mg / kg sc; aufgrund seiner einzigen Verwaltung und kurze Halbwertszeit (ca. 8 Std.), sollten Carprofen keinen Einfluss auf das Tumorwachstum). Anesthetize Ratten mit einem Gemisch aus Sauerstoff (0,5 l / min) und Isofluran (1-1,5 Vol.%) Und stellen Sie sicher, die Ratte ist richtig betäubt und atmet regelmäßig vor Beginn des folgenden Verfahrens.
- Setzen Sie den narkotisierten Tier unter einem passenden binokulare Operationsmikroskop (zB Leica) und arbeiten mit einer Vergrößerung von 16-fach.
- Beginnen Sie mit dem chirurgischen Eingriff durch Schneiden der Haut und der Unterhaut in der inguinal Region mit einer Länge von 2-3 cm mit einer Schere (BC060r Iris Schere 108 mm). Alle Arterien abzweigen die Oberschenkelarterie (FA) müssen einschließlich der oberflächlichen epigastrischen Arterie (SEA), absteigend A. genus (DGA), A. poplitea (PA) und Arteria Saphena (SA) zerlegt werden.
- Legen Sie Clips auf der Femoralarterie proximaler der SUP die Herkunft als auch auf der DGA, auf PA und SA zeitlich verschließen lokalen Durchblutung. Ligieren des SEA an seinem distalen Teil auf Eröffnung dieses Schiff ohne Blutung (Abbildung 1A) zu ermöglichen.
- Schneiden Sie die SEA mit einer Schere (Vannas Micro-SCRS-Rillenschienen STR 85 mm) in der Nähe der Ligation (Abbildung 1B) und zu verwalten, eine 1% ige Lösung Papaverin auf das Meer, um die anschließende Einführung einer Nadel durch die Entspannung des Schiffes zu erleichtern ( 1C).
- Schneiden Sie etwa die Hälfte der SUP-Durchmesser mit einer Schere und legen Sie eine Nadel (0,3 mm Durchmesser und 42 mm Länge) in das Lumen der das Meer, während führenden Fluorng der Schnitt-Ende des Gefäßes mit einer Zange (1D, E). Wenn verfügbar, fixieren Sie die Nadel in einem externen Gerät zu unregelmäßigen Bewegungen, die zu einer Perforation der Gefäßwand führen könnten zu reduzieren. Eine Spritze mit der Nadel. Entfernen Sie den Clip aus dem distalen FA und legen Sie es auf der Vena Arterie (Abb. 1F).
- Injizieren Sie den MDA-MB-231 Zellen in 0,2 ml Medium langsam in das Meer zu schweben. Aufgrund der Clips MDA-MB-231-Zellen werden dem DGA und PA gerichtet. Entfernen Sie die Nadel und die SEA ligieren, um eine Blutung vor dem Abnehmen der Clips Arterie zu verhindern. Schließen Sie die Wunde mit chirurgischen Clips und kündigen Inhalationsnarkose.
- Für die Überwachung nach dem Eingriff, sind Ratten in der Regel 7-8 Wochen nach der Tumorzellinokulation eingeschläfert zu schweren Skelett-Komplikationen zu vermeiden. Während dieser Zeit sollten die Tiere täglich überwacht, um Tumorgröße und keine Anzeichen von Schmerzen (zB Verhaltensabweichungen, Gewichtsverlust, Motor-Defekte) zu beurteilen. Wenn Tiere zeigen einen TumorGröße über dem zulässigen Grenzwert ethisch oder Hinweise auf Schmerzen beim Tumorwachstum, müssen sie eingeschläfert werden.
- Immuno-defizienten (nackten) Ratten wurden xenogene Transplantation von humanen MDA-MB-231-Brustkrebszellen verwendet. Nackt-Ratten wurden nicht gewählt, um eine bessere Visualisierung der wachsenden Tumor.
3. Magnetic Resonance Imaging (MRI)
- Nach Tumorzellinokulation, erlauben etwa 25-30 Tage des Tumorwachstums vor Beginn der Bildgebung. Für MR-Bildgebung eine dedizierte experimentelle Scanner oder eine menschliche MR-System mit einem geeigneten Tier Spule. Wir verwendeten eine menschliche MR-System (Symphony, Siemens, Deutschland) und eine selbst gebaute Spule für Hochfrequenz-Anregung und Detektion, als ein zylindrisches Volumen Resonator mit einem Innendurchmesser von 83 mm und einer nutzbaren Länge von 120 mm (Abbildung 2A) ausgelegt.
- Anesthetize die Ratte mit Sauerstoff und Isofluran wie oben angegeben. Setzen Sie ein Katheter in die Schwanzvene und befestigen Sie ihn am Schwanz mit einem Gewindebohrer E. Schließen Sie eine Spritze mit dem Kontrastmittel (z. B. 0,1 mmol / kg Gd-DTPA in etwa 0,5 ml; Magnevist, Bayer-Schering, Deutschland).
- Legen Sie die Ratte in der MR-System Beibehaltung der Inhalationsnarkose. Beginnen Sie mit einer morphologischen MR-Sequenz, die Knochenmetastasen zu lokalisieren (zB T2-gewichtete Turbo-Spin-Echo-Sequenz, TR 3240 ms, TE 81 ms, Matrix 152 x 256, FOV 90 x 53,4 mm 2, Schichtdicke 1,5 mm, 3 Durchschnitte, Scan Zeit 3:40 min).
- Bestimmen Sie ein Stück vom Knochenmetastasen mit dem größten Durchmesser und starten Sie die Reihenfolge für die DCE-MRI (zB Sättigung Recovery-Turbo-Flash-Sequenz, TR 373 ms, TE 1,86 ms, Matrix 192 x 144, FOV 130 x 97,5 mm 2, Schichtdicke 5 mm, Maße 512, im Durchschnitt 1, Scan-Zeit 6:55 min). Nach etwa 30 Sekunden, beginnt das Kontrastmittel über einen Zeitraum von 10 s zu injizieren. Die Gesamtzeit für den oben genannten Verfahren, um eine MRI-Untersuchung durchzuführen ist etwa 15-20 min pro Tier.
- Wählen eines geeigneten CT-System, entweder eine menschliche oder eine experimentelle Analyse. Hier haben wir einen Prototyp eines Flachbildschirms ausgestattet volumetrischen Computertomographen (2B; Volumen-CT, Siemens, Deutschland).
- Anesthetize die Ratte mit Sauerstoff und Isofluran wie oben angegeben. Setzen Sie ein Katheter in die Schwanzvene und befestigen Sie ihn am Schwanz mit einem Klebeband. Schließen Sie eine Spritze mit dem Kontrastmittel (z. B. 1 g Jod pro kg in ca. 0,5 ml; Imeron 400, Bracco, Deutschland).
- Legen Sie die Ratte auf den Scanner unter Inhalationsnarkose. Verwenden Sie die folgenden Scan-Parameter für VCT: Röhrenspannung 80 kV, Röhrenstrom 50 mA, Scan-Zeit 51 Sek., 10 Sek. Drehzahl, Bildern pro Sekunde 120, Matrix 512 x 512 und Schichtdicke 0,2 mm. Spritzen Sie das Kontrastmittel in der zweiten Drehung des Flat Panel System. Die Gesamtzeit für den oben genannten Verfahren, um eine Untersuchung durchführen VCT beträgt etwa 5-10 min pro animal.
- Rekonstruieren von Bildern mit einem modifizierten FDK (Feldkamp-Davis-Kress) Cone-Beam-Rekonstruktionsalgorithmus (Kernel H80A, Afra, Deutschland).
5. Ultraschall (US)
- Experimentelle und klinische US-Systeme sind für diesen Zweck zur Verfügung. Wir nutzten die klinische System Acuson Sequoia 512 Ultraschall-System mit einer 15L8 Linearschallkopf (2C, Siemens-Acuson, Mountain View, CA).
- Anesthetize die Ratte mit Sauerstoff und Isofluran wie oben angegeben. Setzen Sie ein Katheter in die Schwanzvene und befestigen Sie ihn am Schwanz mit einem Klebeband. Eine Spritze mit einem Mikrobläschen-Kontrastmittel (z. B. 1,6 ml / kg in etwa 0,5 ml; SonoVue, Bracco, Italien). Befestigen Sie den US-Wandler auf dem jeweiligen Hinterbein mit einem Stativ und gelten US-Gel zwischen Schallkopf und Hinterbein.
- Führen B-Bild (Übertragungsfrequenz: 17 MHz; mechanischen Index: 0,51), um den größten Durchmesser des Knochenmetastasen bestimmen und fixieren Sie den Schallkopf in tseine Position. In Doppler-Signal auf B-Mode-Bilder für Informationen über Gewebedurchblutung. Bitte beachten Sie, dass nur Läsionen, die kortikalen Knochen stören zugänglich US-Wellen sind.
- Bei dynamischen kontrastverstärkten USA (DCE-US) setzen die US-Gerät im Gegensatz Trittfrequenz Puls-Sequenzierung (CPS)-Modus (Sendefrequenz: 7 MHz; mechanischen Index: 0,18), injizieren die Mikrobläschen und zeichnen Sie eine Cine-Loop von 90 Sekunden Länge. Die Gesamtzeit für den oben genannten Verfahren, um eine US-Untersuchung durchzuführen ist etwa 10-15 min pro Tier.
6. Nachbearbeitung der Bilddaten
- Verwenden Sie die morphologische Informationen von MRI, und US-VCT, um die Weichteiltumor (MRT, US) und die Zerstörung des Skeletts (VCT) von Knochenmetastasen zu charakterisieren und zu bestimmen, Lage, Größe der Läsion und das Volumen der Läsionen mit einem DICOM-Viewer (zB Osirix Dicom Viewer).
- Um das Verzweigungsmuster von Schiffen bei Knochenmetastasen (Angiographie) erhalten, können die VCT Daten verwendet werden. Rekonstruieren 2D-oder 3D Bilder mit Hilfe der Informationen von der arteriellen Phase mit oder ohne Subtraktion Techniken (zB Osirix DICOM-Viewer).
- Um Parameter der Gefäßneubildung von DCE-MRI, DCE-VCT-und DCE-US quantifizieren, verwenden spezielle Software-Tools für die Modalitäten. Für DCE-MRI, bestimmen die vaskulären Parameter Amplitude A (in Verbindung mit Blutvolumen) und Wechselkurs konstant k ep (verbunden mit Perfusion und Gefäßpermeabilität) bei Knochenmetastasen mit Dyna Lab (MeVis Research, Bremen, Deutschland) auf der Basis von Zwei- Kompartiment-Modell von Brix 8,9. Alternative pharmakokinetischen Modellen zur Auswertung zur Verfügung stehen, zB das Modell 10 Tofts.
- Um DCE-VCT Daten quantifizieren, führen Sie eine deskriptive Analyse der Daten an Parameter wie Fläche unter der Kurve (AUC) oder Erhöhung des Peaks (PE) mit Dyna Lab (MeVis Research, Bremen, Deutschland) zu berechnen.
- Quantifizieren Sie Informationen von Echtzeit-DCE-US mit Hilfe der quantitativen Analyse-Software (zB Qontrast, Bracco, Italien) durch die Analyse von Cine-Loops nach dem Modell implementiert Bolus-Injektion. Legen Sie die Region of Interest (ROI) über den Knochenmetastasen, ist entweder beschreibenden Faktoren wie Fläche unter der Kurve oder quantitative Parameter von farbigen Karten, z. B. regionale Blutvolumen, regionalen Blutflusses und Füllzeit.
7. Repräsentative Ergebnisse
Nach intraarterieller Injektion von MDA-MB-231 Zellen in die SEA (Abbildung 1), ortsspezifische Knochenmetastasen in der jeweiligen Hinterbein der Ratte nackt zu entwickeln. Osteolytische Läsionen beschränkt auf die Oberschenkel, Schienbein und Wadenbein kann nicht-invasiv mittels MRT, und US-VCT (Abbildung 2) abgebildet werden, beginnend etwa 25-30 Tage nach der Injektion und weiterverfolgt für mehrere Wochen. Bei der Kombination von MRT und US-VCT einschließlich nativen und kontrastverstärkten Techniken können ergänzende Informationen bei Knochenmetastasen, die aus einem weichen Gewebe bestehen beurteilt werdenTumor (Tumor-Zellen und Stroma) und der jeweiligen Osteolyse (Knochenabbau). Zum Vergleich der Daten zwischen den jeweiligen Technik alle drei bildgebenden Verfahren nacheinander in der gleichen Ratte verwendet werden. MRT zeigt Morphologie der Knochen metastasiertem Weichgewebe, die zunächst auf das Knochenmark Hohlraum eingeschlossen ist und in der Folge überschreitet kortikalen Knochen im Laufe der Entwicklung. Funktionelle Parameter wie z. B. regionale Blutvolumen, Durchblutung und Gefäßpermeabilität kann von DCE-MRI und quantifiziert werden (Abbildung 3) bezogen werden. Knochenstruktur, insbesondere osteolytische Veränderungen in den Metastasen sind in hoher Auflösung durch VCT bewertet. Ergänzend zu den MRT-Befunden sind Osteolysen sich angrenzend an das Tumorwachstum intramedullären. VCT-Angiographie zeigt die veränderte Architektur macrovessel von Knochenmetastasen und DCE-VCT zeigt jeweiligen Aspekte der Mikrozirkulation (Abbildung 4). Aufgrund der lokalen Zerstörung der kortikalen Knochen in metastatic Läsionen, ist für US-morphologischen und funktionellen Eigenschaften des Weichteiltumor durch den Einsatz von B-Mode-und Doppler-Techniken zu bewerten. Auf Antrag von Mikrobläschen ermöglicht DCE-US für die Echtzeit-Bildgebung der Vaskularisation bei Knochenmetastasen (Abbildung 5).
Abbildung 1. Hinterbein einer Ratte nackt für Tumorzellinokulation hergestellt, wie durch ein Operationsmikroskop abgebildet. A, Verzweigungsmuster der Femoralarterie (FA) einschließlich der oberflächlichen epigastrischen Arterie (SEA), absteigend A. genus (DGA), A. poplitea (PA) und Arteria Saphena (SA). Arterielle Clips auf der SA, PA und proximalen FA sowie Ligation von Meer entfernt; B, SEA wurde geschnitten proximal der Ligatur; C, Muskelentspannung der SUP nach Zugabe von Papaverin; D Anschneiden der SEA (plus genommen eine Zange); E, Einführen der Nadel ins Meer; F, fixierte Nadel im Meer (extern fi xating Gerät) und Injektion von MDA-MB-231 Tumorzellen über das Meer in die DGA-und PA-kraft der Clips.
Abbildung 2 A, menschliche MR-System (Symphony, Siemens, Deutschland) und eine selbst gebaute Spule für Hochfrequenz-Anregung und Detektion in den Scanner gelegt,. B, Flachbildschirmen ausgestattet volumetrischen Computertomographen (Volumen-CT, Siemens, Deutschland); C, klinischen Ultraschallsystem Acuson Sequioa 512 (Siemens-Acuson, Mountain View, CA).
Abbildung 3. Axiale MR-Abschnitten. Linken Fenster T2w MRT; Mitteltafel, Amplitude A (DCE-MRI); rechte Tafel-, Wechselkurs-Konstante k ep (DCE-MRI). Pfeile zeigen an Knochenmetastasen. Die Farbe Karte für DCE-MRI-Daten reicht von rot (hohe Werte) bis blau (niedrige Werte).
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Abbildung 4. 3D-Rekonstruktionen des VCT osteolytischen Knochenmetastasen (linkes Bild) und einer Angiographie (Mitte) sowie eine DCE-VCT Abschnitt in axialer Ausrichtung aus dem Parameter Peak Enhancement (rechtes Bild). Die Farbe Karte für DCE-VCT Daten reicht von rot (hohe Werte) bis blau (niedrige Werte).
Abbildung 5. US Bilder von B-Modus (Morphologie, linkes Bild), Doppler (Perfusion, Mitte) und CEUS (rechtes Bild, Erhöhung des Peaks nach der Injektion von Mikrobläschen aus Echtzeit-Bildgebung der Vaskularisation) eines Knochenmetastasen.
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Diskussion
Das Verfahren zur Induktion der experimentellen Knochenmetastasen hier in Kombination mit den bildgebenden Verfahren vorgestellt Lage zu versetzen, Follow-up Osteolysen Nacktratten längs. In unserem Modell sind MDA-MB-231 Brustkrebszellen ins Meer, eine Anastomose zwischen der A. iliaca über die pudendoepigastric Stamm und der Femoralarterie injiziert wird. Folglich wird der Blutfluss in den mitgelieferten Region des Kniegelenks nach Ligation der SUP aufrecht erhalten. Die Vorteile dieses Modells für die etablierten Mod...
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Offenlegungen
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Danksagungen
Diese Arbeit wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (SFB-TR 23 und SFB-TR 79, TB und DK) unterstützt. Die Autoren bedanken sich bei Renate Bangert danken, Karin und Lisa Seyler Leotta für hervorragende technische Assistenz.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Name des Reagenzes | Firma | Katalog-Nummer | |
| MDA-MB-231 Brustkrebszellen | American Type Culture Collection (ATCC) | HTB-26 | |
| RPMI-1640 | Invitrogen | 61870 | |
| FCS | Invitrogen | 10270 | |
| Trypsin-EDTA | Invitrogen | 25300 | |
| Carprofen Rimadyl | Pfizer | PZN 110208 | |
| Magnevist | Bayer-Schering | PZN 6961516 | |
| Imeron 400 MCT | Bracco | PZN 228654 | |
| SonoVue | Bracco | PZN 1567358 | |
| Papaverin | Alfa Aesar | L 04152 | |
| Isofluran | Baxter | HDG 9623 | |
| Symphony (Magnetic Resonance Imaging) | Siemens | ||
| Volumen-CT (volumetrische Computertomographie) | Siemens | ||
| Acuson Sequioa 512 (Ultraschall) | Siemens-Acuson |
Referenzen
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