By using transgenic reporter mice and injectable fluorescent labels, long-term intravital spinning disk confocal microscopy enables direct visualization of myeloid cell behavior into intestinal adenoma in the ApcMin/+ colorectal cancer model.
Myeloide Zellen sind die am häufigsten vorkommenden Immunzellen in Tumoren und haben gezeigt, dass Tumorprogression zu fördern. Moderne bildgebende Verfahren ermöglichen Intravital die Beobachtung von lebenden Zellverhalten im Inneren der Orgel, sondern kann eine Herausforderung in einigen Arten von Krebs durch Orgel und Tumor Zugänglichkeit sein wie Darm. Die direkte Beobachtung von Darmtumoren wurde bisher nicht berichtet worden. Eine hier beschriebene chirurgische Verfahren ermöglicht die direkte Beobachtung der myeloischen Zelldynamik in den Darmtumoren in lebenden Mäusen mit Hilfe transgener Mäuse fluoreszierenden Reporter und injizierbare Tracer oder Antikörper. Zu diesem Zweck wird ein Vier-Farben-, Multi-Region, Mikrolinsen-Spinning-Disk konfokalen Mikroskop, die langfristige, kontinuierliche Bildgebung mit schneller Bildaufnahme ermöglicht wurde verwendet. Apc Min / + Mäusen, die mehrere Adenome im Dünndarm zu entwickeln sind gekreuzt mit c-fms-EGFP Mäuse myeloischen Zellen visualisieren und mit ACTB-ECFP Mäuseauf intestinalen Epithelzellen der Krypten zu visualisieren. Verfahren zur Markierung von verschiedenen Tumorkomponenten, wie Blutgefäße und Neutrophilen, und das Verfahren zum Positionieren des Tumors für die Bildgebung durch die Serosa-Oberfläche werden ebenfalls beschrieben. Zeitraffer-Filme von mehreren Stunden von bildgebenden zusammengestellt ermöglichen die Analyse von myeloischen Zellverhalten in situ in der Darmmikroumgebung.
Überwältigenden Beweis zeigt nun, daß der Tumor-Mikroumgebung, die aus heterogenen Zellpopulationen, einschließlich Fibroblasten, Endothelzellen, Immun-und Entzündungszellen, extrazelluläre Matrix und lösliche Faktoren spielt eine entscheidende Rolle bei der Initiierung und Progression von soliden Tumoren, indem sie zu fast Kennzeichen von Krebs 1. Tatsächlich, während der Tumorprogression gibt es konstante dynamische Wechselwirkungen zwischen transformierten Krebszellen und Stromazellen, die eine Mikro günstig Malignität 2 erzeugen entwickeln. Zu den Immunzellen, die das Tumor-Mikroumgebung zu infiltrieren sind myeloischen Zellen die am häufigsten vorkommende 3. Bestehend aus Tumor-assoziierte Makrophagen (TAM), myeloische abgeleitete Suppressorzellen (MDSC), dendritische Zellen (DC) und Neutrophilen (PMN), werden Knochenmarkzellen aus Knochenmark gewonnen und fortschreitend zu infiltrieren Tumoren, Freisetzung von Zytokinen, Wachstumsfaktoren und Proteasen, fördern könnenTumorwachstum und zu verbreiten 4. Das Übersprechen zwischen den Krebszellen und myeloischen Zellen ist komplex, sondern dynamisch. Somit ist das Verständnis der Natur der Wechselwirkungen entscheidend für die Bestimmung, warum diese Zellen fördern Krebsentwicklung statt, die an einer Anti-Tumor-Immunantwort, und kann dazu beitragen, neue Ziele zu kontrollieren finden.
Direkte Beobachtung durch Intravitalmikroskopie liefert Informationen über Zelldynamik in den Geweben von lebenden Mäusen 5. Ein Vierfarben-, Mehrbereich, Mikrolinsen-Spinnplatte konfokales System wurde entwickelt, um Stromazellen in Brusttumoren 6 zu untersuchen. Dieser Ansatz ermöglicht die langfristige, kontinuierliche Bildgebung und umfasst mehrere Vorteile, wie (a) schnelle Bilderfassung, um Bewegungsartefakte zu minimieren, (b) langfristige Anästhesie, (c) vier Farberfassung auf verschiedenen Zelltypen zu folgen, (d) Fluoreszenzmarkierung verschiedener Tumorkomponenten, und (e) Beobachtung verschiedener Tumormikroumgebung witHin die gleiche Maus Maus Maus Variabilität 7-9 zu vermeiden. Mit dieser Technik wurden verschiedene Zellverhalten in dem Brusttumor-Virus (MMTV)-Promotor angetrieben Polyoma mittleren T-Onkogen (PyMT) Modell, das schrittweise von Tumorgenese zeigt gemeldet. Regulatorische T-Lymphozyten (Treg, von der Foxp3 EGFP-Transgens sichtbar) wandern bevorzugt in der Nähe der Blutgefäße in der Erwägung, DC (CD11c-DTR-EGFP), Karzinom-assoziierte Fibroblasten (Fsp1 + / + -EGFP) und myeloischen Zellen (c-fms -EGFP) weisen höhere Beweglichkeit in der Tumorperipherie als innerhalb der Tumormasse. Im Zustand der akuten systemischen Hypoxie, wanderten Zellen anders: Tregs stoppen Migration im Gegensatz zu myeloischen Zellen, die sich zu bewegen 6 fort. Zusätzlich wird in der gleichen Mausmodell wurde gezeigt, dass Doxorubicin Empfindlichkeitsänderungen mit Tumorstadium wird Arzneimittelverteilung Arzneimittelantwort und Doxorubicin bezogenenBehandlung führt zu CCR2-abhängigen Rekrutierung von myeloischen Zellen zu Tumoren. So können Live-Bildgebung auch verwendet, um Einblicke in die Arzneimittelreaktionen in situ und die Biologie der Chemoresistenz 10,11 zu gewinnen.
Adenomatöse Polyposis coli (APC)-Gen-Mutationen treten häufig in menschlichen kolorektalen Adenomen und Karzinomen 12 und Mutation eines einzelnen Kopie des Gens Ergebnisse von APC im familiären adenomatösen Polyposis (FAP), die ein extrem hohes Risiko für Darmkrebs 13 verleiht. Der Maus-Stamm Apc Min / + trägt eine Trunkierungsmutation an Codon 850 des APC-Gens und entwickelt spontan mehreren intestinalen Adenomen ganzen Dünndarm 14-16. Langfristige intravitalen Bildgebung des Darms ist schwierig, weil der Invasivität des Verfahrens, da das Öffnen der Bauchhöhle, die für den Zugriff auf den Darm. Kurzfristige Live-Bildgebung studies wurden zuvor an gesunden Darm 17,18 veröffentlicht, aber die langfristige direkte Beobachtung von Darmtumoren wurde nicht berichtet. Ein chirurgisches Verfahren wurde entwickelt und verfeinert, um Tumore über die serösen Oberfläche des Darms sichtbar zu machen, mit der sich drehenden Scheibe Intravitalmikroskopie System vorher auf Bild Brusttumoren 6,10 verwendet. In diesem Beitrag wird ein Protokoll beschrieben, das eine um das Verhalten von myeloischen Zellen in den Tumoren im Dünndarm unter Verwendung von Apc Min / +-Mäusen folgen können.
HINWEIS: Alle Tierversuche wurden in Übereinstimmung mit Verfahren, die von der Institutional Animal Care und Use Committee (IACUC), UCSF genehmigt durchgeführt. Alle Abbildungsexperimente waren Nichtlebens Verfahren und die Tiere unmittelbar nach dem Ende der Bildaufnahme getötet.
1. Generierung von Mäusen
HINWEIS: APC Min / + Mäusen, die eine Mutation des APC-Gens auf, entwickeln spontan 50-100 Adenomen im Dünndarm.
2. Herstellung von Materialien Vor der Operation
HINWEIS: Die Details des Mikroskops Set-up zuvor beschriebenen 6,7 gewesen.
3. Herstellung von Injektionen
4. Vorbereitung des Darms für Imaging
5. Positionierung der Maus auf die Bühne, und Vorbereitung auf Image Acquisition
6. Übernahme von Images unter Verwendung von Software μManager
7. Analyse der Bilder mithilfe von Software Imaris
In diesem Beitrag wird ein detailliertes Protokoll für die drehende Scheibe konfokale Bildgebung von myeloiden Zelldynamik im Darmtumoren für mehrere Stunden in einem lebenden Tier, von der Serosa-Seite des Darm abgebildet beschrieben.
Um Entzündungen zu verhindern und eine optimale physiologische Bedingungen, Bildgebung des Darms hat auf die intakte Organ erfolgen. Allerdings ist aus der Abbildungs Serosaseite Darm herausfordernd, da das Licht durch verschiedene Gewebeschichten, wie glatten Muskelzellen vor Erreichen des Epithels zu gehen. Fokussieren auf das Epithel kann in einigen Bereichen schwierig sein, insbesondere in der Aktin-ECFP Reportermäusen da Aktin wird von glatten Muskelzellen exprimiert wird. Obwohl Zwei-Photonen-Mikroskopie hat den Vorteil tieferen Eindringen in das Gewebe im Vergleich zu konfokalen Mikroskopen, fanden wir, dass die Spinnplatte Konfokalmikroskop ist stark genug, um eine gute Visualisierung der Darmepithelzellen Struktur zu erhalten. Die Vorteile of Spinning-Disk-Mikroskopie sind die Kapazitäten für die sehr schnelle Erfassung und einzigartige Empfindlichkeit, ohne dabei die konfokale Auflösung. Diese Eigenschaften ermöglichen die Beobachtung von dynamischen Prozessen, auch wenn einige Zeitpunkte müssen aufgrund von Bewegungsartefakten gelöscht werden, zu minimieren Lichtschäden und ermöglichen die Abbildung relativ schwach fluoreszierende Moleküle.
Abbildungsdarms vom Serosaseite auch schwierig sein, weil der endogenen peristaltischen Bewegungen des Organs. In diesem Protokoll wird eine subkutane Injektion von Atropin vor der Bilderzeugung gegeben, und es die Bewegung wirksam verringert. Es ist jedoch zu beachten, dass peristaltische Bewegung ist umfassender in den Dickdarm, ist jedoch nicht gut von Atropin Behandlung gehemmt, wodurch Abbildungs ziemlich schwierig in diesem Teil des Darms. Die glatte Muskulatur im Darm ist etwas prominenter c in den Dünndarm ompared und scheint mehr Kontraktions sein. Daher ist esfast unmöglich ist, auf dem Epithel in den Aktin-ECFP Reportermäusen konzentrieren. Außerdem kann zusätzlich zu diesen endogenen Bewegungen kann Organ Driften auf, aber in diesem Fall hinteren Driftkorrektur kann mit der Kamera-Software durchgeführt werden.
Eine weitere große Herausforderung in invasive bildgebende Experimente ist es, die Maus am Leben und gesund, so lange wie möglich in Narkose zu halten. Der Darm wird durch Öffnen der Bauchhöhle zu erreichen. Somit ist das Verfahren mehr als die für invasive Brusttumordarstellung, die für bis zu 40 Stunden, da die Integrität des Peritoneums geführt werden können. Die maximale Erfassung mit der Bauchhöhle geöffnet getan war 6 Stunden, aber die Maus war noch am Leben ohne offensichtliche Anzeichen von Leiden, so kann sogar noch länger Nahme möglich sein.
In dieser Studie kann myeloischen Zellverhalten verfolgt und in der Darmtumor durch Verwendung von fluoreszierenden Reporter-Mäuse und auch fluorochromkonjugierten t analysiert werdenRennfahrer oder Antikörper. Dieser Ansatz kann auch für die Beobachtung anderer Zelltypen wie Treg, dendritische Zellen oder Fibroblasten unter Verwendung von Foxp3-EGFP oder CD11c-DTR-EGFP oder Fsp1-EGFP Reportermäusen jeweils, wie es in der Brusttumor-Studie verwendet werden 6 . Auch kann fluoreszierende Antikörper gegen andere Zellpopulationen als Neutrophile iv injiziert Zusätzlich werden kann, kann auch das Zellverhalten unter verschiedenen Bedingungen, wie Hypoxie analysiert werden. Solche Experimente können neue Einblicke in das Verhalten dieser Stromazellen nach der Behandlung mit Chemotherapie oder zielgerichtete Therapie zu geben. Schließlich kann dieses Protokoll mit anderen Mausmodellen von Darmkrebs und in verschiedenen Stadien der Tumorprogression verwendet werden. Apc Min / +-Mäusen entwickeln sich nur Darm adenomatösen Polypen, die nicht zur Malignität nicht voran, weil die Mäuse haben eine verkürzte Lebenserwartung. Es wird interessant sein, die Dynamik der myeloischen Zellen in anderen Darmkrebs-Modelle mit mehr agg studierenressive und invasiven Tumoren, wie zB Mäusen, die Mutationen in K-ras 19-21 oder Smad4 22 Gene zusätzlich zu den Apc-Mutation.
The authors have nothing to disclose.
<em>Apc<sup>Min/+</sup></em> mice | Jackson Laboratory | 2020 | |
ACTB-ECFP mice | Jackson Laboratory | 3773 | |
cfms-EGFP mice | Jackson Laboratory | 18549 | |
2,000 kDa Dextran, rhodamine-conjugated | Invitrogen | D7139 | |
Isoflurane | Butler Animal Health Supply | 29450 | |
Nitrogen | UCSF | ||
Oxygen | UCSF | ||
1x PBS | UCSF cell culture facility | ||
Saline Buffer | UCSF cell culture facility | ||
Anti-mouse Ly-6G (GR1) antibody AF647 | UCSF Monoclonal antibody core | Stock 1 mg/ml. Use at 7 μg/mouse | |
Atropine | LARC UCSF | Use at 1 mg/kg mouse | |
Alcohol wipes | Becton Dickinson | 326895 | |
28 G x 1/2 in. insulin syringe | Becton Dickinson | 329465 | |
Remium cover glass | Fisher Scientific | 12-548-5M | 24×50-1 |
Betadine | LARC UCSF | ||
Heat blanket | Gaymar Industries | ||
Hot bead sterilizer | Fine Science Tools | 18000-45 | Turn ON 30 min before use |
Cotton tipped apllicators 6-inch | Electron Microscopy Sciences | 72310-10 | |
Anesthesia system | Summit Anesthesia Support | ||
Inverted microscope | Carl Zeiss Inc | Zeiss Axiovert 200M | |
Stage insert | Applied Sientific Instrumentation | ||
Mouse Ox oximeter, software and sensors | Starr Life Sciences | MouseOx | |
Nebulizer | Summit Anesthesia Support | ||
Imaris | Bitplane | ||
μManager | Vale lab, UCSF | Open-source software | |
ICCD camera | Stanford Photonics | XR-Mega-10EX S-30 | |
Spinning disk confocal sacan-head | Yokogawa Corporation | CSU-10b |