Name: Ein Mausmodell eines dorsalen Hautfaltenfensterkammertumors für die kombinierte Intravitalmikroskopie und Magnetresonanztomographie in der translationalen Krebsforschung (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-04-12T13:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 25 s
Description: Erfahren Sie die Kombination von Intravitalmikroskopie und MRT in einem dorsalen Fensterkammermausmodell zur Untersuchung der Tumormikrovaskulatur. Diese Methode verbessert die Translation präklinischer Ergebnisse in die klinische Anwendung.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Wir danken Dr. Carla Calçada (Postdoktorandin, Princess Margaret Cancer Center) und Dr. Timothy Samuel (Ph.D. Student, Princess Margaret Cancer Centre) für ihre Hilfe bei der Kultivierung von Tumorzellen und der Entwicklung des Impfprotokolls. Dr. Kathleen Ma, Dr. Anna Pietraszek und Dr. Alyssa Goldstein (Animal Research Centre, Princess Margaret Cancer Centre) halfen bei der Entwicklung des Operationsprotokolls. Jacob Broske (Medizintechniker, Princess Margaret Cancer Centre) und Wayne Keller (Hardware Client Executive, Javelin Technologies – ein Unternehmen der TriMech Group) druckten die Fensterkammern in 3D. James Jonkman (Advanced Optical Microscopy Facility, University Health Network) lieferte wertvolle Hinweise für die Bildaufnahme in der Hellfeld- und Fluoreszenzmikroskopie.

Geführte Tumorinokulation und multimodale Bildgebung bei Mäusen

<ol><li>Fukumura, D., Duda, D. G., Munn, L. L., Jain, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tumor+microvasculature+and+microenvironment%3A+Novel+insights+through+intravital+imaging+in+pre-clinical+models%5BTitle%5D)+AND+%22Microcirculation%22%5BJournal%5D)">Tumor microvasculature and microenvironment: Novel insights through intravital imaging in pre-clinical models.</a> Microcirculation. 17 (3), 206-225 (2010).</li>
<li>Demidov, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preclinical+longitudinal+imaging+of+tumor+microvascular+radiobiological+response+with+functional+optical+coherence+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Preclinical longitudinal imaging of tumor microvascular radiobiological response with functional optical coherence tomography.</a> Sci Rep. 8 (1), 38(2018).</li>
<li>Alieva, M., Ritsma, L., Giedt, R. J., Weissleder, R., van Rheenen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+windows+for+long-term+intravital+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22IntraVital%22%5BJournal%5D)">Imaging windows for long-term intravital imaging.</a> IntraVital. 3 (2), e29917(2014).</li>
<li>Dreher, M. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tumor+vascular+permeability%2C+accumulation%2C+and+penetration+of+macromolecular+drug+carriers%5BTitle%5D)+AND+%22J+Natl+Cancer+Inst%22%5BJournal%5D)">Tumor vascular permeability, accumulation, and penetration of macromolecular drug carriers.</a> J Natl Cancer Inst. 98 (5), 335-344 (2006).</li>
<li>Momiyama, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Subcellular+real-time+imaging+of+the+efficacy+of+temozolomide+on+cancer+cells+in+the+brain+of+live+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Anticancer+Res%22%5BJournal%5D)">Subcellular real-time imaging of the efficacy of temozolomide on cancer cells in the brain of live mice.</a> Anticancer Res. 33 (1), 103-106 (2013).</li>
<li>Dadgar, S., Rajaram, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+imaging+approaches+to+investigating+radiation+resistance%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Oncol%22%5BJournal%5D)">Optical imaging approaches to investigating radiation resistance.</a> Front Oncol. 9, 1152(2019).</li>
<li>Fukumura, D., Jain, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tumor+microvasculature+and+microenvironment%3A+Targets+for+anti-angiogenesis+and+normalization%5BTitle%5D)+AND+%22Microvasc+Res%22%5BJournal%5D)">Tumor microvasculature and microenvironment: Targets for anti-angiogenesis and normalization.</a> Microvasc Res. 74 (2-3), 72-84 (2007).</li>
<li>Dirkx, A. E. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anti-angiogenesis+therapy+can+overcome+endothelial+cell+anergy+and+promote+leukocyte-endothelium+interactions+and+infiltration+in+tumors%5BTitle%5D)+AND+%22FASEB+J%22%5BJournal%5D)">Anti-angiogenesis therapy can overcome endothelial cell anergy and promote leukocyte-endothelium interactions and infiltration in tumors.</a> FASEB J. 20 (6), 621-630 (2006).</li>
<li>Allam, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Longitudinal+in-vivo+quantification+of+tumour+microvascular+heterogeneity+by+optical+coherence+angiography+in+pre-clinical+radiation+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Longitudinal in-vivo quantification of tumour microvascular heterogeneity by optical coherence angiography in pre-clinical radiation therapy.</a> Sci Rep. 12, 6140(2022).</li>
<li>Stadlbauer, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue+hypoxia+and+alterations+in+microvascular+architecture+predict+glioblastoma+recurrence+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Cancer+Res%22%5BJournal%5D)">Tissue hypoxia and alterations in microvascular architecture predict glioblastoma recurrence in humans.</a> Clin Cancer Res. 27 (6), 1641-1649 (2021).</li>
<li>Danquah, M. K., Zhang, X. A., Mahato, R. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extravasation+of+polymeric+nanomedicines+across+tumor+vasculature%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Drug+Deliv+Rev%22%5BJournal%5D)">Extravasation of polymeric nanomedicines across tumor vasculature.</a> Adv Drug Deliv Rev. 63 (8), 623-639 (2011).</li>
<li>Bentzen, S. M., Gregoire, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+imaging-based+dose+painting%3A+a+novel+paradigm+for+radiation+therapy+prescription%5BTitle%5D)+AND+%22Semin+Radiat+Oncol%22%5BJournal%5D)">Molecular imaging-based dose painting: a novel paradigm for radiation therapy prescription.</a> Semin Radiat Oncol. 21 (2), 101-110 (2011).</li>
<li>Gabriel, E. M., Fisher, D. T., Evans, S., Takabe, K., Skitzki, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intravital+microscopy+in+the+study+of+the+tumor+microenvironment%3A+from+bench+to+human+application%5BTitle%5D)+AND+%22Oncotarget%22%5BJournal%5D)">Intravital microscopy in the study of the tumor microenvironment: from bench to human application.</a> Oncotarget. 9 (28), 20165-20178 (2018).</li>
<li>Demidov, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preclinical+quantitative+in-vivo+assessment+of+skin+tissue+vascularity+in+radiation-induced+fibrosis+with+optical+coherence+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Preclinical quantitative in-vivo assessment of skin tissue vascularity in radiation-induced fibrosis with optical coherence tomography.</a> J Biomed Opt. 23 (10), 1-9 (2018).</li>
<li>Wallace, M. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+safety+of+intravenous+fluorescein+for+confocal+laser+endomicroscopy+in+the+gastrointestinal+tract%5BTitle%5D)+AND+%22Aliment+Pharmacol+Ther%22%5BJournal%5D)">The safety of intravenous fluorescein for confocal laser endomicroscopy in the gastrointestinal tract.</a> Aliment Pharmacol Ther. 31 (5), 548-552 (2010).</li>
<li>Standish, B. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+endoscopic+multi-beam+optical+coherence+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Med+Biol%22%5BJournal%5D)">In vivo endoscopic multi-beam optical coherence tomography.</a> Phys Med Biol. 55 (3), 615-622 (2010).</li>
<li>Wang, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+CT+evaluation+of+tumor+vascularity+in+renal+cell+carcinoma%5BTitle%5D)+AND+%22AJR+Am+J+Roentgenol%22%5BJournal%5D)">Dynamic CT evaluation of tumor vascularity in renal cell carcinoma.</a> AJR Am J Roentgenol. 186 (5), 1423-1430 (2006).</li>
<li>Tropres, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+the+microvessel+caliber+and+density%3A+Principles+and+applications+of+microvascular+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Imaging the microvessel caliber and density: Principles and applications of microvascular MRI.</a> Magn Reson Med. 73 (1), 325-341 (2014).</li>
<li>McDonald, D. M., Choyke, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+of+angiogenesis%3A+from+microscope+to+clinic%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Med%22%5BJournal%5D)">Imaging of angiogenesis: from microscope to clinic.</a> Nat Med. 9, 713-725 (2003).</li>
<li>O'Connor, J. P. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+contrast-enhanced+imaging+techniques%3A+CT+and+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Brit+J+Radiol%22%5BJournal%5D)">Dynamic contrast-enhanced imaging techniques: CT and MRI.</a> Brit J Radiol. 84, S112-S120 (2011).</li>
<li>Lima, M., Le Bihan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+intravoxel+incoherent+motion+and+diffusion+MR+imaging%3A+past%2C+present%2C+and+future%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Clinical intravoxel incoherent motion and diffusion MR imaging: past, present, and future.</a> Radiology. 278 (1), 13-32 (2015).</li>
<li>Zabel, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bridging+the+macro+to+micro+resolution+gap+with+angiographic+optical+coherence+tomography+and+dynamic+contrast+enhanced+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Bridging the macro to micro resolution gap with angiographic optical coherence tomography and dynamic contrast enhanced MRI.</a> Sci Rep. 12 (1), 3159(2022).</li>
<li>Mao, Y., Flueraru, C., Chang, S., Popescu, D. P., Sowa, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-quality+tissue+imaging+using+a+catheter-based+swept-source+optical+coherence+tomography+systems+with+an+integrated+semiconductor+optical+amplifier%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Instrum+Meas%22%5BJournal%5D)">High-quality tissue imaging using a catheter-based swept-source optical coherence tomography systems with an integrated semiconductor optical amplifier.</a> IEEE Trans Instrum Meas. 60 (10), 3376-3383 (2011).</li>
<li>Mariampillai, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimized+speckle+variance+OCT+imaging+of+microvasculature%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Lett%22%5BJournal%5D)">Optimized speckle variance OCT imaging of microvasculature.</a> Opt Lett. 35 (8), 1257-1259 (2010).</li>
<li>Tofts, P. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimating+kinetic+parameters+from+dynamic+contrast-enhanced+T1-weighted+MRI+of+a+diffusible+tracer%3A+standardized+quantities+and+symbols%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Res+Imaging%22%5BJournal%5D)">Estimating kinetic parameters from dynamic contrast-enhanced T1-weighted MRI of a diffusible tracer: standardized quantities and symbols.</a> J Magn Res Imaging. 10 (3), 223-232 (1999).</li>
<li>Khalifa, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Models+and+methods+for+analyzing+DCE-MRI%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Med+Phys%22%5BJournal%5D)">Models and methods for analyzing DCE-MRI: a review.</a> Med Phys. 41 (12), 124301(2014).</li>
<li>Reitan, N. K., Thuen, M., Goa, P. E., de Lange Davies, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+tumor+microvascular+structure+and+permeability%3A+comparison+between+magnetic+resonance+imaging+and+intravital+confocal+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Characterization of tumor microvascular structure and permeability: comparison between magnetic resonance imaging and intravital confocal imaging.</a> J Biomed Opt. 15 (3), 036004(2010).</li>
<li>Dhani, N. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+the+intra-+and+intertumoral+heterogeneity+of+hypoxia+in+pancreatic+cancer+patients+receiving+the+nitroimidazole+tracer+pimonidazole%5BTitle%5D)+AND+%22Br+J+Cancer%22%5BJournal%5D)">Analysis of the intra- and intertumoral heterogeneity of hypoxia in pancreatic cancer patients receiving the nitroimidazole tracer pimonidazole.</a> Br J Cancer. 113 (6), 864-871 (2015).</li>
<li>Gaustad, J. V., Brurberg, K. G., Simonsen, T. G., Mollatt, C. S., Rofstad, E. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tumor+vascularity+assessed+by+magnetic+resonance+imaging+and+intravital+microscopy+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Neoplasia%22%5BJournal%5D)">Tumor vascularity assessed by magnetic resonance imaging and intravital microscopy imaging.</a> Neoplasia. 10 (4), 354-362 (2008).</li>
<li>Rouffiac, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multimodal+imaging+for+tumour+characterization+from+micro+to+macroscopic+level+using+a+newly+developed+dorsal+chamber+designed+for+long-term+follow-up%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biophotonics%22%5BJournal%5D)">Multimodal imaging for tumour characterization from micro to macroscopic level using a newly developed dorsal chamber designed for long-term follow-up.</a> J Biophotonics. 13 (1), 201900217(2020).</li>
<li>Leung, H. M., Schafer, R., Pagel, M. M., Robey, I. F., Gmitro, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multimodality+pH+imaging+in+a+mouse+dorsal+skin+fold+window+chamber+model%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+SPIE+Int+Soc+Opt+Eng%22%5BJournal%5D)">Multimodality pH imaging in a mouse dorsal skin fold window chamber model.</a> Proc SPIE Int Soc Opt Eng. 8574, 85740L(2013).</li>
<li>Erten, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+and+fluorescence+imaging+of+doxorubicin-loaded+nanoparticles+using+a+novel+in+vivo+model%5BTitle%5D)+AND+%22Nanomed%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance and fluorescence imaging of doxorubicin-loaded nanoparticles using a novel in vivo model.</a> Nanomed. 6 (6), 797-807 (2010).</li>
<li>Maeda, A., DaCosta, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimization+of+the+dorsal+skinfold+window+chamber+model+and+multi-parametric+characterization+of+tumor-associated+vasculature%5BTitle%5D)+AND+%22Intravital%22%5BJournal%5D)">Optimization of the dorsal skinfold window chamber model and multi-parametric characterization of tumor-associated vasculature.</a> Intravital. 3 (1), e27935(2014).</li>
<li>Allam, N., Taylor, E., Vitkin, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-cost+3D-printed+tools+towards+robust+longitudinal+multi-modal+pre-clinical+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22bioRxiv%22%5BJournal%5D)">Low-cost 3D-printed tools towards robust longitudinal multi-modal pre-clinical imaging.</a> bioRxiv. , (2023).</li>
<li>Alexander, S., Weigelin, B., Winkler, F., Friedl, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preclinical+intravital+microscopy+of+the+tumour-stroma+interface%3A+invasion%2C+metastasis%2C+and+therapy+response%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Opin+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">Preclinical intravital microscopy of the tumour-stroma interface: invasion, metastasis, and therapy response.</a> Curr Opin Cell Biol. 25 (5), 659-671 (2013).</li>
<li>Steven, A. J., Zhuo, J., Melhem, E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+kurtosis+imaging%3A+an+emerging+technique+for+evaluating+the+microstructural+environment+of+the+brain.Am%5BTitle%5D)+AND+%22J+Roentgenol%22%5BJournal%5D)">Diffusion kurtosis imaging: an emerging technique for evaluating the microstructural environment of the brain.Am.</a> J Roentgenol. 202 (1), W26-W33 (2014).</li>
<li>Mayer, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+kurtosis+imaging-a+superior+approach+to+assess+tumor-stroma+ratio+in+pancreatic+ductal+adenocarcinoma%5BTitle%5D)+AND+%22Cancers+%28Basel%29%22%5BJournal%5D)">Diffusion kurtosis imaging-a superior approach to assess tumor-stroma ratio in pancreatic ductal adenocarcinoma.</a> Cancers (Basel). 12 (6), 1656(2020).</li>
</ol>

Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.

In dieser Arbeit haben wir einen Workflow entwickelt, um sowohl intravitale Mikroskopie als auch klinisch anwendbare Bildgebung (CT, MRT und PET) am selben Tier durchzuführen. Dies geschah mit dem Ziel, präklinische Mikroskopie-Befunde durch direkte Korrelation der Intravitalmikroskopie mit klinischen Bildgebungsmodalitäten wie der MRT in die Klinik zu übertragen. Obwohl herkömmliche DSFC-Konstruktionen aus Metall 2,3 bestehen, haben wir die DSFC durch die Verwendung von 3D-gedruckten Fensterkammern aus einem biokompatiblen Kunststoffharz MR-kompatibel angepasst. Die Registrierung der Modalitäten erfolgte durch die Verwendung von Passermarkern für die klinischen Bildgebungsmodalitäten und durch die Gewinnung eines Weitfeldmikroskopiebildes, um die Passermarkerpositionen auf dem DSFC mit den vaskulären Landmarken abzugleichen, die auf dem Weitfeldmikroskopiebild sowie den hochauflösenden mikrovaskulären Bildern der Intravitalmikroskopie zu sehen sind. Es wurde ein MATLAB-Code zur gemeinsamen Registrierung der Modalitäten entwickelt, der in der Zusatzdatei 2 enthalten ist.
DSFCs sind in der präklinischen Forschung nicht neu 2,3,27,29,30,31,32 mit einigen Studien, in denen MR-kompatible DSFCs aus biokompatiblen Kunststoffen für die Intravitalmikroskopie und die klinisch anwendbare Bildgebung entwickelt wurden 27,29,30,31,32. Diese Studien führen jedoch Korrelationen auf Gesamttumorebene mit MRT- und Intravitalmikroskopie-Befunden durch. Die Neuheit dieser Arbeit ist unsere Fähigkeit, intravitale Mikrokopiebilder direkt mit klinisch anwendbaren Bildgebungsmodalitäten zu verknüpfen, indem wir einen Fiducialmarker-Anhang an die DSFC verwenden, der eine direkte räumliche Korrelationsanalyse ermöglicht. Gaustad et al. haben auch räumliche Korrelationsanalysen zwischen MRT und Intravitalmikroskopie durchgeführt; Spezifische detaillierte Schritte zum Koregistrierungsverfahren zwischen den Modalitäten sind jedoch nicht enthalten29. Diese Arbeit liefert ein Protokoll für die räumliche Korrelation mehrerer Modalitäten miteinander unter Verwendung des Fiducial-Markerring-Anhangs und beinhaltet eine MATLAB-Pipeline.
Es gibt mehrere Details des DSFC-Designs und -Verfahrens, die im Vergleich zu anderen ähnlichen Studien verbesserte Bildgebungs- und Tumorwachstumseigenschaften bieten. Erstens beinhalten die meisten Fensterkammermethoden die Inokulation des Tumors nach einer Fensterkammeroperation. Dies geschieht in der Regel, da es einfacher ist, den Tumor im Sichtfeld der Fensterkammer zu zentrieren. Frühere Arbeiten haben jedoch gezeigt, dass dies suboptimal ist, was in vielen Fällen zu einem "unrealistischen" monoschichtigen Tumorwachstum mit spontaner Regression führt33. Stattdessen lassen wir den Tumor vor der DSFC-Implantation mehrere Wochen lang ungehindert in der Haut wachsen, was einen realistischeren 3D-Tumor mit verbesserten Wachstumseigenschaften ermöglicht33.
Dieses DSFC-Design ist mit 0,83 g außerdem extrem leicht und verfügt über ein großes Sichtfeld für das Bildfenster (Glasdeckglas mit einem Durchmesser von 1,2 cm). Ein einzigartiges Merkmal unseres DSFC-Designs ist, dass es keinen Sprengring enthält, um das Glasdeckglas am Frontrahmen zu befestigen. Stattdessen wird das Glasdeckglas mit UV-härtendem Kleber dauerhaft befestigt, so dass der untere Teil des Frontrahmens vollständig flach ist. Des Weiteren wird der Frontrahmen unter der Haut der Maus befestigt. Dies geschah, um die Wahrscheinlichkeit eines Luftspalts zwischen der Tumor-Glas-Grenzfläche zu minimieren. In früheren Designs wurde festgestellt, dass bei einer Lücke an der Tumor-Glas-Grenzfläche die Wahrscheinlichkeit einer Flüssigkeitsansammlung in diesem Bereich hoch ist. Dies wirkt sich erheblich auf die Ergebnisse aus, da das intravitale Mikroskopiesignal abgeschwächt wird und somit die Bildqualität verringert wird. Darüber hinaus wird es schwieriger, die MRT-Schnitte auf den Tumor zu richten, da diese Flüssigkeitsansammlung auf den T2w-Lokalisationsscans hell erscheint. Dies macht es schwierig zu identifizieren, welche Scheiben das Gewebe und welche Scheiben die Flüssigkeitsansammlung in der DSFC abbilden. Ein Nachteil dieser Konstruktion ist, dass das Glasdeckglas nicht einfach ausgetauscht werden kann, wenn es bricht. Wir haben auch einen Frontrahmen entwickelt, der vollständig aus einem optisch klaren Kunststoff besteht, wodurch das Problem des Glasbruchsbeseitigt wird 34.
Während dieses Verfahrens sind einige entscheidende Schritte technisch anspruchsvoller als andere. Ein Schritt, der Schwierigkeiten bereiten kann, ist während der DSFC-Operation das Vernähen des vorderen Rahmens mit der Haut (Protokollschritte 3.18-3.24). Es ist wichtig, etwas zusätzliche lose Haut entlang der Oberseite des vorderen Rahmens des DSFC zu halten. Geschieht dies nicht, verliert die Haut in dieser Region die Blutversorgung und wird nekrotisch, wodurch die Zubereitung ruiniert wird. Eine weitere technisch anspruchsvolle Aufgabe ist die Ausrichtung des MRT-Schnittpakets, um den oberflächlichsten Teil des Gewebes unter dem Glas einzubeziehen. Wenn diese Schicht nicht genau auf den Bereich ausgerichtet ist, kann es zu partiellen Volumeneffekten mit dem Glas kommen, die zu fehlerhaften MRT-Ergebnissen führen. Unebene Oberflächen des Gewebes unter dem Glas des DSFC können dies noch schwieriger machen. Es ist darauf zu achten, dass die Haut im Inneren der DSFC straff ist, um die Gewebeoberfläche so flach und gleichmäßig wie möglich zu halten und diese Fehlerquelle zu reduzieren.
Hier haben wir die Verwendung dieses DSFC-Workflows mit svOCT demonstriert, der ein großes Bildgebungsfeld von 6 x 6 mm2 hat. Dieses große FOV ist bei anderen Arten der Intravitalmikroskopie nicht üblich, da viele bildgebende Verfahren ein FOV von 1 mm2 oder kleiner haben13. Dies kann zu einigen Schwierigkeiten bei der Koregistrierung des Weitfeldmikroskopiebildes mit den hochauflösenden Intravitalmikroskopiebildern führen, da mikrovaskuläre Landmarken möglicherweise schwer zu identifizieren sind. Um dies zu überwinden, kann ein weiteres Weitfeldmikroskopie-Bild mit einem kleineren FOV (~6 x 6 mm2) erforderlich sein, das als zusätzlicher Zwischenschritt zwischen den Bildgebungsmodalitäten fungiert und die interessierende Region weiter zu der durch Intravitalmikroskopie abgebildeten Region verfeinert.
In dieser Arbeit haben wir uns auf die Bildgebung der Tumormikrovaskulatur konzentriert, aber auch andere Komponenten der Tumormikroumgebung können mit diesem Modell abgebildet werden. So hat sich beispielsweise gezeigt, dass die Intravitalmikroskopie das Tumorstroma erfolgreich abbildet35, und diffusionsgewichtete MRT-Verfahren wie die Diffusions-Tensor-Bildgebung oder die Diffusionskurtosis-Bildgebung können möglicherweise Informationen über die Struktur des Tumorstromasliefern 36,37. Dieser Arbeitsablauf kann spannende Möglichkeiten bieten, stromale Tumorinformationen in die Klinik zu übertragen, indem hochauflösende Intravitalmikroskopiebilder des Tumorstromas direkt mit MRT-basierten Messungen des Stromas koregistriert werden. Es sollte jedoch beachtet werden, dass bei dieser Methode vaskuläre Landmarken für die Co-Registrierung verwendet werden, die auch in Intravitalmikroskopie-Stromabildern vorhanden sein sollten.
Der vorgestellte Workflow kann sich als wichtiger Schritt erweisen, um die Lücke zwischen der präklinischen Intravitalmikroskopie und klinisch anwendbaren Bildgebungsmodalitäten zu schließen. Dieses Modell kann verwendet werden, um klinische Bildgebungsverfahren mit Ground-Truth-Intravitalmikroskopiebildern zu validieren, neue klinisch anwendbare Bildgebungsverfahren durch Vergleich mit der Intravitalmikroskopie zu entwickeln und das Ansprechen von Behandlungen mit mehreren Bildgebungsmodalitäten longitudinal zu überwachen.

Die Mikrogefäße des Tumors sind ein wichtiger Bestandteil der Tumormikroumgebung, der ein Ziel für die Therapie und eine Determinante für das Ansprechen auf die Behandlung sein kann. Im präklinischen Umfeld wird das Mikrogefäßsystem typischerweise mittels Intravitalmikroskopie in orthotopen oder heterotopen Fensterkammer-Tiermodellen untersucht 1,2. Dies hat mehrere Vorteile gegenüber histologischen Untersuchungen, da die Bildgebung in lebendem Gewebe erfolgt und der Tumor über mehrere Wochen oder sogar Monate longitudinal überwacht werden kann 2,3. Diese Studien können die hochauflösenden Bildgebungsmöglichkeiten der Intravitalmikroskopie nutzen, um die Verabreichung von Therapeutika an den Tumor 4,5, die Ursachen der Behandlungsresistenz6 und das Ansprechen der Mikrogefäße auf Therapien wie die antiangiogene Behandlung 7,8 und die Strahlentherapie 2,9 zu untersuchen.
Die Intravitalmikroskopie spielt in der präklinischen Krebsforschung eine wichtige Rolle; Doch wie können Merkmale der Mikroumgebung von Tumoren in der Klinik gemessen werden? Mikrovaskuläre Informationen wären in der Klinik nützlich für die Messung der Blutversorgung und der Tumorzellhypoxie, die für die Bestimmung der Behandlungsresistenz in der Strahlentherapiewichtig ist 10, sowie für die Fähigkeit des Mikrogefäßsystems, Chemotherapeutika an die umgebenden Tumorzellen abzugeben11. Beispielsweise können in der Strahlentherapie räumliche Informationen über die Struktur und Funktion des Tumormikrogefäßsystems dazu beitragen, den Behandlungsplan eines Patienten zu personalisieren, indem der Fraktionierungsplan angepasst oder die Dosis bevorzugt in avaskulären und wahrscheinlich hypoxischen Regionen erhöhtwird 12.
Die Intravitalmikroskopie kann diese wichtigen mikrovaskulären Merkmale messen, da sie eine sehr hohe Auflösung (μ-m-Skala) aufweist. Die Eindringtiefe in das Gewebe ist jedoch auf einige hundert Mikrometer oder wenige Millimeter begrenzt, was die klinische Umsetzung allenfalls erschwert. In der Tat gibt es einige neuartige Anwendungen der Intravitalmikroskopie in der Klinik13; Diese beschränken sich jedoch nach wie vor auf die Untersuchung von oberflächennahem Gewebe wie der Haut14 oder der Schleimhaut/Endothelschleimhaut verschiedener Körperhöhlen mittels flexibler Katheter/Endoskope15,16.
Häufiger wird die Mikrogefäße mit bildgebenden Verfahren wie CT17 oder MRT18 untersucht. Diese klinischen Bildgebungsmodalitäten können bis in jede Tiefe im Körper abgebildet werden, haben jedoch eine viel geringere räumliche Auflösung (mm-Skala). Daher besteht die Notwendigkeit, diese Auflösungslücke zwischen der präklinischen Intravitalmikroskopie und den klinischen Bildgebungsmodalitäten zu schließen, um hochauflösende und detaillierte mikrovaskuläre Informationen in die Klinik zu bringen19. Es wurden mehrere funktionelle Bildgebungsverfahren entwickelt, um die mikrovaskulären Bildgebungsmöglichkeiten klinischer Bildgebungsmodalitäten wie der dynamischen kontrastverstärkten (DCE) MRT und CT20 und der Intravoxel-MRT mit inkohärenter Bewegung (IVIM)21 zu verbessern. Hierbei handelt es sich jedoch um modellbasierte Methoden, die indirekte Messungen der Mikrogefäße liefern und daher mit geeigneten "Ground-Truth"-Messungen der Mikrogefäße validiert werdenmüssen 19,22.
Wir haben ein dorsales Hautfaltenfensterkammer-Tumormausmodell (DSFC) entwickelt, um diese Lücke zwischen der präklinischen Intravitalmikroskopie und klinisch anwendbaren Bildgebungsmodalitäten wie CT und MRT zu schließen. Die DSFC bietet einen direkten Zugang zum Tumor für hochauflösende, intravitale Mikroskopie-Bildgebung durch ein Glasfenster, aber auch für klinisch anwendbare Bildgebung wie die MRT, da sie aus MRT-kompatiblen Materialien (Kunststoff und Glas) besteht. Darüber hinaus führt ein mitgelieferter MATLAB-Code eine multimodale 3D-Co-Registrierung für direkte räumliche Korrelationen zwischen der präklinischen Intravitalmikroskopie und klinisch anwendbaren Bildgebungsmodalitäten durch. Hier beschreiben wir das Design und die Chirurgie zur Installation des DSFC sowie das Verfahren zur Co-Registrierung der Intravitalmikroskopie und klinisch anwendbarer Bildgebungsmodalitäten.

<table><tbody><tr><td>Zellkulturmaterialien</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>BxPC-3 Menschliche Bauchspeicheldrüsenkrebszellen</td><td>ATCC (American Type Culture Collection)</td><td>CRL-1687</td><td></td></tr><tr><td>Corning Matrigel Basalmembranmatrix, LDEV-frei, 10 mL</td><td>Corning</td><td>354234</td><td></td></tr><tr><td>Corning Stripettor Ultra Pipettiersteuerung</td><td>Corning</td><td>07-202-350</td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco Phosphut gepufferte Kochsalzlösung ohne Calcium, Magnesium oder Phenolrot, 500 mL</td><td>Gibco</td><td>14190144</td><td></td></tr><tr><td>Fötales Rinderserum (Kanada), 500 mL</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F1051-500ML</td><td></td></tr><tr><td>Penicillin-Streptomycin 100x (flüssig, stabilisiert, sterilfiltriert, zellkulturgetestet)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P4333-100ML</td><td></td></tr><tr><td>RPMI Medium 1640 (1x), flüssig; mit L-Glutamin, 500 mL</td><td>Gibco</td><td></td><td></td>11875093</tr><tr><td>TrypLE Express Enzym, 500 mL</td><td>Gibco</td><td>12605028</td><td></td></tr><tr><td>Fensterkammermaterialien</stark></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>12 mm Glasdeckglas</td><td>Harvard Apparatur&nbsp; &nbsp;</td><td>CS-12R Nr. 1.5</td><td></td></tr><tr><td>Connex 500 3D-Drucker</td><td>Stratasys</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Biokompatibles klares MED610 Harz</td><td>Stratasys</td><td>&nbsp; RGD810</td><td></td></tr><tr><td>Loctite AA 3105 UV-härtender Kleber</td><td>Loctite</td><td>LCT1214249</td><td></td></tr><tr><td>Fensterkammer-Rückseitenrahmen</td><td>Trimech Inc</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Fensterkammer-Passermarkenmarkierung</td><td>Trimech Inc</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Fensterkammer-Frontrahmen</td><td>Trimech Inc</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Fensterkammer-Stützclip</td><td>Trimech Inc</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Impf- und Operationsmaterialien</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>BD SafetyGlide Insulinspritzen mit fest angebrachten Nadeln, 0,5 mL, 29 g x 1/2"</td> <td>BD</td><td>CABD305932</td><td></td></tr><tr><td>Betadin-Lösung</td><td>Betadine</td><td>AP-B002C2R98U</td><td></td></tr><tr><td>Cidex OPA 14-Tage-Lösung 3,8 l</td><td>ASP</td><td>JOH20394</td><td></td></tr><tr><td>Einweg-OP-Unterlagen 23 Zoll x 24 Zoll</td><td>Kendall</td><td>7134</td><td></td></tr><tr><td>Gleitmittel für die Augen &nbsp;</td><td>Optixcare</td><td>50-218-8442</td><td></td></tr><tr><td>Haarentfernungscreme</td><td>Nair</td><td>&lrm; </td><td></td>061700222611</tr><tr><td>Halstead Hämostatische Pinzette</td><td>Almedic</td><td>7742-A12-150</td><td></td></tr><tr><td>Heizkissen</td><td>Sunbeam&nbsp;</td><td></td><td></td>B086MCN59R</tr><tr><td>Irisschere</td><td>Almedic</td><td>7601-A8-690</td><td></td></tr><tr><td>Isofluran</td><td>Sigma</td><td>792632</td><td></td></tr><tr><td>Metacam</td><td>&nbsp; Boehringer Ingelheim Animal Health USA Inc</td><td>NDC 0010-6015-03</td><td></td></tr><tr><td>NOD. Cg-Rag1tm1Mom&nbsp; Il2rgtm1Wjl/SzJ Maus</td><td>das Jackson Labor</td><td>7799</td><td></td></tr><tr><td>Peanut Clipper & Trimmer</td><td>Wahl</td><td>8655-200</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; SOFSILK Nicht resorbierbares chirurgisches Nahtmaterial #5-0 mit 3/8" Nadelspitze (17 mm) (wachsbeschichtet, geflochtene schwarze Seide, steril) &nbsp;</td><td>&nbsp; Synetur&nbsp;</td><td>&nbsp; VS880</td><td></td></tr><tr><td>Splitterzange</td><td>Almedic</td><td>7725-A10-634<</td><td></td></tr><tr><td>strong>MR Bildgebung3D-gedrucktes</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Immobilisierungsgerät für Fensterkammern.</td><td></td><td></td><td>kundenspezifisch 3D-gedruckt, siehe Abbildung 3 für Details.</td></tr><tr><td>Konvektionsheizgerät</td><td>3M Bair Hugger</td><td>70200791401</td><td></td></tr><tr><td>Drogeninjektionssystem</td><td>Harvard Apparat&nbsp; &nbsp;</td><td>PY2 70-2131</td><td>PHD 22/2200 MRT-kompatibel Spritzenpumpe</td></tr><tr><td>Gadovist 1.0</td><td>Bayer</td><td>2241089</td><td></td></tr><tr><td>Atemüberwachungssystem</td><td>SAII</td><td>Modell 1030</td><td>MRT-kompatibles Überwachungs- und Anschnittsystem für Kleintiere.</td></tr><tr><td>Schwanzvenenkatheter (27 G 0,5" )</td><td>Terumo Medical Corp</td><td>15253<</td><td></td></tr><tr><td>strong>Optical Imaging3D-gedruckter</td> Bildgebungstisch Kundenspezifischer 3D-gedruckter <td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bildgebungstisch</td><td></td><td></td><td>, siehe ergänzende Abbildung 3 für Details.</td></tr><tr><td>12 V 7 W Flexible Polyimid-Heizplatte Dünne selbstklebende PI-Heizfolie 25 mm x 50 mm</td><td>BANRIA&nbsp;</td><td>B09X16XCVS</td><td>Heizelement, das zur Regulierung der Körpertemperatur der Maus verwendet wird.</td></tr><tr><td>Gleichstromnetzteil</td><td>BK Precission</td><td>1761</td><td>Wird zur Stromversorgung des Heizelements verwendet.</td></tr><tr><td>Leica MZ FLIII</td><td>Leica Microsystems</td><td>15209</td><td></td></tr><tr><td>svOCT-Bildgebungssystem</td><td></td><td></td><td>Eigengefertigtes Bildgebungssystem. Details finden Sie in Referenz 23.</td></tr><tr><td>Software</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>MATLAB Software</td><td>MathWorks</td><td>R2020A</td><td></td></tr></tbody></table>

ein mausmodell eines dorsalen hautfaltenfensterkammertumors für die kombinierte intravitalmikroskopie und magnetresonanztomographie in der translationalen krebsforschung

A Dorsal Skinfold Window Chamber Tumor Mouse Model for Combined Intravital Microscopy and Magnetic Resonance Imaging in Translational Cancer Research

Präklinische intravitale Bildgebung wie Mikroskopie und optische Kohärenztomographie haben sich in der Krebsforschung als wertvolle Werkzeuge erwiesen, um die Mikroumgebung des Tumors und sein Ansprechen auf die Therapie sichtbar zu machen. Diese bildgebenden Verfahren haben eine Auflösung im Mikrometerbereich, werden aber in der Klinik aufgrund ihrer geringen Eindringtiefe in das Gewebe nur begrenzt eingesetzt. Klinisch anwendbarere Bildgebungsmodalitäten wie CT, MRT und PET haben eine viel größere Eindringtiefe, aber eine vergleichsweise geringere räumliche Auflösung (mm-Skala). 
Um präklinische Befunde aus der intravitalen Bildgebung in die Klinik zu übertragen, müssen neue Methoden entwickelt werden, um diese Lücke zwischen Mikro- und Makroauflösung zu schließen. Hier beschreiben wir ein Mausmodell mit dorsaler Hautfaltenfensterkammer, das entwickelt wurde, um präklinische intravitale und klinisch anwendbare (CT und MR) Bildgebung im selben Tier zu ermöglichen, und die Bildanalyseplattform, die diese beiden unterschiedlichen Visualisierungsmethoden miteinander verbindet. Wichtig ist, dass der beschriebene Fensterkammeransatz es ermöglicht, die verschiedenen Bildgebungsmodalitäten in 3D unter Verwendung von Passermarken auf der Fensterkammer für eine direkte räumliche Übereinstimmung zu koregistrieren. Dieses Modell kann sowohl für die Validierung bestehender klinischer Bildgebungsverfahren als auch für die Entwicklung neuer Verfahren durch direkte Korrelation mit "Ground Truth"-Hochauflösungsbefunden im Intravital verwendet werden. 
Schließlich kann das Ansprechen des Tumors auf verschiedene Behandlungen - Chemotherapie, Strahlentherapie, photodynamische Therapie - mit dieser Methodik unter Verwendung präklinischer und klinisch anwendbarer Bildgebungsmodalitäten longitudinal überwacht werden. Das hier beschriebene Modell des dorsalen Hautfaltenfensterkammertumors und die Bildgebungsplattformen können daher in einer Vielzahl von Krebsforschungsstudien verwendet werden, beispielsweise bei der Übertragung präklinischer intravitaler Mikroskopie-Befunde in klinisch anwendbarere Bildgebungsmodalitäten wie CT oder MRT.

Die optische Kohärenztomographie (svOCT) wurde durchgeführt, um mikrovaskuläre 3D-Bilder mit großem Sichtfeld (FOV) (6 x 6 mm,2 lateral x 1 mm Tiefe) zu erhalten. Um diese Bilder zu erhalten, wurde ein zuvor beschriebenes Sweep-Source-OCT-System verwendet, das auf einem Quadraturinterferometer basiert23. OCT-Bilder wurden aufgenommen, indem zwei seitlich benachbarte 3 x 6 mm 2-FOV-Scans zusammengefügt wurden. Jeder B-Scan bestand aus 400 A-Scans und wurde 24x pro Stelle (im Abstand von 25 ms) durchgeführt, um eine genaue Verarbeitung der Speckle-Varianz zu ermöglichen, wie in unserer vorherigen Arbeitbeschrieben 24.
Um den MRT-Datensatz mit dem mikrovaskulären svOCT-Datensatz zu co-registrieren, wurden mehrere Schritte durchgeführt. Der erste Schritt wurde in Schritt 5.12 ausgeführt und ist in Abbildung 4 dargestellt. In diesem Schritt werden die beiden Datasets entlang der Tiefenrichtung (z-Achse in Abbildung 4) gemeinsam registriert. Um die Datensätze entlang der lateralen Dimensionen (xy-Ebene in Abbildung 4) gemeinsam zu registrieren, wird der Passermarkenring zusammen mit einer Reihe von zwei punktbasierten affinen Registrierungen verwendet. Zunächst wird der MRT-Datensatz mit dem Hellfeldmikroskopie-Bild co-registriert, indem die Positionen der Passermarker im Ring mit den entsprechenden Vertiefungen um den Umfang des Glasfensters auf dem vorderen Rahmen abgeglichen werden (grüne Punkte in Abbildung 5B, C). Als nächstes werden vaskuläre Landmarken, die sowohl im mikrovaskulären svoct-Datensatz als auch im Hellfeldmikroskopie-Bild identifizierbar sind, verwendet, um das Hellfeldbild (und den entsprechenden MRT-Datensatz) mit dem svOCT-Datensatz zu co-registrieren (blaue Punkte in Abbildung 5A, B). Daher fungiert das Hellfeldmikroskopie-Bild als Bild mit mittlerer Auflösung, das Merkmale sowohl aus dem MRT (Divot-Positionen für Passermarken) als auch aus dem svOCT-Mikrogefäßbild (mikrovaskuläre Landmarken) enthält, um eine multimodale Co-Registrierung über sehr unterschiedliche Bildgebungsauflösungen hinweg zu ermöglichen.
Bilder der erfolgreichen Co-Registrierung zwischen allen drei Modalitäten (mikrovaskuläre Bildgebung, Weitfeldmikroskopie und MRT) für eine Fensterkammerpräparationsmaus ohne Tumor (gesunde nackte Haut) und Tumor sind in Abbildung 6A-C bzw. Abbildung 6D-F dargestellt. Sobald alle drei Modalitäten gleichzeitig registriert sind, kann eine Korrelationsanalyse durchgeführt werden. Um die Vorteile der co-registrierten Datensätze nutzen zu können, sollten räumliche Korrelationen entweder auf Voxel-für-Voxel-Basis oder unter Verwendung geeigneter Mittelungstechniken über ausgewählte Volumina von Interesse durchgeführt werden. Abbildung 7 zeigt einige repräsentative Ergebnisse der Korrelation zwischen svOCT-abgeleiteten mikrovaskulären Metriken und funktionellen MRT-abgeleiteten makrovaskulären Metriken. Diese Diagramme enthalten die Daten von zwei tumortragenden Mäusen und einer "gesunden" Maus mit nackter Haut. Diese Diagramme wurden unter Verwendung einer 1 mm2 x 500 μm tiefen Sliding Window Volume of Interest (VOI)-Technik mit einer lateralen Schrittweite von 500 μm erstellt, wobei jeder Punkt eine Position des VOI darstellt. Für die gesunde Maus wurde die Gefäßanalyse auf eine 3 x 3 mm2 große Region von Interesse im Zentrum des FOV beschränkt, um der räumlichen 3D-Ausdehnung der untersuchten Tumoren zu entsprechen. Eine detailliertere Studie zu Korrelationen zwischen svOCT und MRT unter Verwendung dieser Analysemethode finden Sie in unserer aktuellen Arbeit22.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66383/66383fig06.jpg"> Abbildung 6: Co-registrierte Datensätze zur Bildgebung von Gesunden und Tumoren. Die obere Reihe zeigt das (A) farbtiefenkodierte svOCT, (B) das co-registrierte Hellfeldmikroskopiebild mit dem Analysebereich, der durch die blaue gestrichelte Linie dargestellt wird, und (C) die co-registrierte DCE-MRT-Parameterkarte für eine gesunde Maus mit nackter Haut. Die untere Reihe zeigt das (D) farbtiefenkodierte svOCT, (E) das koregistrierte Hellfeldmikroskopiebild mit der Tumorkontur, das durch die blau gestrichelte Linie dargestellt wird, und (F) die koregistrierte DCE-MRT-Parameterkarte für eine tumortragende Maus. Die schwarzen Voxel in C und F liegen außerhalb der Analyseregion bzw. des Tumors und werden daher nicht berücksichtigt. Maßstabsleisten = 1 mm. Abkürzungen: svOCT = Speckle-Varianz-optische Kohärenztomographie; DCE-MRT = dynamische kontrastverstärkte Magnetresonanztomographie. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66383/66383fig06large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
Abbildung 7A zeigt den k-trans-Parameterder MRT im Vergleich zum svOCT-gemessenen vaskulären Volumenanteil (VVF). VVF ist der Anteil des Gewebes, der von Gefäßen besetzt ist, und ktrans ist die Geschwindigkeitskonstante für Gadolinium, das sich vom intravaskulären Raum in den extravaskulären Raum bewegt. ktranserhält man durch Anpassung des Toft-Modells an die Gadolinium-Zeitkonzentrationskurven auf Voxel-für-Voxel-Basis25,26. VVF-Messungen aus der svOCT zeigen, dass Tumoren eine kleinere VVF aufweisen als gesundes Gewebe, was möglicherweise auf das Vorhandensein von schlecht vaskularisierten Regionen im Tumor hinweist. Da ktransvom Blutfluss, der Gefäßpermeabilität und der Kapillaroberfläche abhängt25,26, wird eine positive Korrelation zwischen ktransund VVF erwartet, da eine größere VVF eine größere Gefäßoberfläche und einen größeren Blutfluss impliziert. Es sind jedoch weitere Studien wie Dextran-Extravasationsexperimente erforderlich, um den Einfluss der Durchlässigkeit der Tumorgefäße auf diese Beziehung weiter aufzuklären27.
Abbildung 7B zeigt die Korrelation zwischen der Zeit bis zur maximalen Kontrastverstärkung (TTP) in der MRT und der mittleren Entfernung von svOCT zum nächstgelegenen Gefäß (<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/66383/66383eq02.jpg" style="margin: auto;">). TTP ist eine semiquantitative Metrik, die die Zeit misst, die benötigt wird, bis die Gadolinium-Zeitkonzentrationskurve ihren Maximalwert erreicht, und diese wird auf Voxel-für-Voxel-Basisberechnet 26. Es <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/66383/66383eq02.jpg" style="margin: auto;"> handelt sich um eine mikrovaskuläre svOCT-Metrik, die die durchschnittliche Entfernung zum nächstgelegenen Gefäß innerhalb des analysierten Volumensmisst 22. Im Allgemeinen ist in gesundem Gewebe im Vergleich zu Tumorgewebe etwas kleiner <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/66383/66383eq02.jpg" style="margin: auto;"> , was darauf hindeutet, dass die gesunden Mikrogefäße dichter gepackt sind, was zu einer gleichmäßigeren Sauerstoffversorgung des Gewebes führt, und dass das Tumorgewebe weniger gut durchblutet ist28. Die höheren <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/66383/66383eq02.jpg" style="margin: auto;"> Werte im Tumorgewebe können auf das Vorhandensein von avaskulären Geweberegionen hinweisen. Abbildung 7B zeigt eine positive Korrelation zwischen TTP und <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/66383/66383eq02.jpg" style="margin: auto;">. Dies zeigt, dass gesundes Gewebe gut durchblutet ist, wobei Gadolinium effizient und schnell in das Gewebe hinein- und wieder herausgespült wird. Die Mikrogefäße des Tumors sind jedoch mit größeren intervaskulären Abständen stärker missgebildet, was die Zeit verlängert, bis Gadolinium das Gewebe erreicht, was zu einem Anstieg der TTP führt.
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66383/66383fig07.jpg"> Abbildung 7: MRT zu svOCT, makro- bis mikrovaskuläre räumliche Korrelationen. Diese Diagramme enthalten die Befunde von zwei tumortragenden Mäusen und einer gesunden nackten Maus unter Verwendung eines x 1 x 1 mm2 lateralen × 500 μm Tiefe, Schiebefenster-VOI mit einer Schrittweite von 500 μm, wobei jeder Punkt die Durchschnittswerte der gegebenen Metrik für eine Position des Schiebefensters VOI darstellt. Abkürzungen: svOCT = Speckle-Varianz-optische Kohärenztomographie; DCE-MRT = dynamische kontrastverstärkte Magnetresonanztomographie; VOI = Volumen des Interesses. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66383/66383fig07large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
Ergänzende Datei 1: 3D-STL-Dateien von Fensterkammerkomponenten. Eine Zip-Datei mit den 4 Komponenten der DSFC-Kammer (vorderer Rahmen, hinterer Rahmen, Stützclip und Passermarkenring), die für den 3D-Druck der Teile verwendet wurde. Abkürzung: DSFC = dorsale Hautfaltenfensterkammer. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66383/Supplementary%20file%201.zip" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>
Ergänzende Datei 2: MATLAB-Skript für die multimodale Mitregistrierung von Bildern. Dieses MATLAB-Skript (Multimodal_Image_Register.m) nimmt die Hellfeldmikroskopie, mikrovaskuläre Bilddaten sowie strukturelle und funktionelle (DCE- und/oder IVIM-Parameterkarten) MRT-Bilder auf und gibt alle Datensätze aus, die im mikrovaskulären Datensatz mitregistriert sind. Das MATLAB-Skript unterstützt die folgenden Dateiformate: MRI - .dcm, svOCT - .mat und Microscopy - .jpg oder . TIF. Der MATLAB-Code ist so geschrieben, dass er die Dateigrößen/Auflösungen berücksichtigt, die im Protokollabschnitt beschrieben sind: MRT - 32 x 32 mm Sichtfeld mit 64 x 64 Matrix für 0,5 x 0,5 mm In-Plane-Auflösung; 10 zusammenhängende Bildgebungsschichten, Mikroskopie - 2D-Bild mit &gt;1,5 cm2 Sichtfeld (jede Auflösung akzeptabel) und svOCT - 6 x 6 mm Sichtfeld 7,5 μm Auflösung. Der MATLAB-Code sollte geändert werden, wenn andere Dateiformate, Bildauflösungen oder Bildbetrachtungsfelder verwendet werden. Abkürzungen: DCE = dynamic contrast-enhanced; IVIM = inkohärente Bewegung im Intravoxel; MRT = Magnetresonanztomographie; svOCT = optische Kohärenztomographie mit Speckle-Varianz. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66383/Multimodal_Image_Register.zip" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>
Ergänzende Abbildung S1: Provisorische Nähte zur Befestigung der Fensterkammer an der Haut der Maus. Die Naht beginnt bei (1) und verläuft durch die vordere Seitenhaut der Maus und durch den vorderen Rahmen der Fensterkammer. (2) Die Naht geht dann durch die hintere Haut der Maus und aus dem hinteren Rahmen der Fensterkammer. Die Naht wird dann durch den hinteren Rahmen, (3) in die hintere Haut, durch den vorderen Rahmen und (4) zurück aus der vorderen Haut eingefädelt. (5) Die Naht wird dann sowohl durch die DSFC-Rahmen als auch durch die Hautschichten zurückgeführt. (6) Zum Schluss wird die Naht durch das obere Loch der Fensterkammer und alle Hautschichten zurückgeführt. Die DSFC + Hautanordnung wird dann durch Straffen und Verknoten der Nähte bei (1) zusammengeführt. Abkürzung: DSFC = dorsale Hautfaltenfensterkammer. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66383/Supplementary%20Figure%201.zip" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>
Ergänzende Abbildung S2: Optimale Platzierung von bleibenden Nähten. Die permanenten Nähte sollten durch die Vorderhaut/den Rahmen aus der hinteren Haut/dem hinteren Rahmen gefädelt werden, zurück durch die gesamte Baugruppe und vorne verknotet werden. Jede Zahl steht für eine einzelne Naht. Die Nähte sollten in der Reihenfolge der Nummern platziert werden, um gleichmäßigen Druck auf die gesamte Einheit auszuüben, während sie gesichert ist. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66383/Supplementary%20Figure%202.zip" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>
Ergänzende Abbildung S3: 3D-gedruckter Tisch für die intravitale Mikroskopie. (A) Ein 3D-gedruckter Tisch mit Isofluran-Gasanästhesieaufsatz wird für die intravitale Mikroskopie verwendet. (B) Die Fensterkammer ist mit drei Schrauben an der Bühne befestigt, um sie zu fixieren und jede Atembewegung zu unterbinden. (C) Zwei Heizelemente, die in Reihe mit einer Gleichstromquelle verbunden sind, werden an die Unterseite des Tisches geklebt, um die Körpertemperatur der Maus während der Betäubung aufrechtzuerhalten. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66383/Supplementary%20Figure%203.zip" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>

Die Translation von Befunden der Intravitalmikroskopie wird durch das geringe Eindringen in das Gewebe erschwert. Hier beschreiben wir ein Mausmodell mit dorsaler Fensterkammer, das die Co-Registrierung der Intravitalmikroskopie und klinisch anwendbarer Bildgebungsmodalitäten (z. B. CT, MRT) für eine direkte räumliche Korrelation ermöglicht und so die klinische Translation von Befunden der Intravitalmikroskopie möglicherweise rationalisiert.

Ein Mausmodell eines dorsalen Hautfaltenfensterkammertumors für die kombinierte Intravitalmikroskopie und Magnetresonanztomographie in der translationalen Krebsforschung

Preclinical intravital imaging such as microscopy and optical coherence tomography have proven to be valuable tools in cancer research for visualizing the ...

Die präklinische intravitale Bildgebung hat eine sehr hohe Auflösung, aber eine begrenzte Tiefenpenetration in das Gewebe, was sie sehr gut für präklinische Bildgebungsstudien macht. Auf der anderen Seite ist die MRT viel klinischer anwendbar und hat eine höhere Tiefenpenetration, aber eine sehr geringe räumliche Auflösung. Ziel dieser Studie ist es, diese beiden Modalitäten miteinander zu korrelieren, um unsere Erkenntnisse aus der präklinischen Intravitalmikroskopie mittels Magnetresonanztomographie besser in die Klinik zu übertragen.Perfusionssensitive bildgebende Verfahren in MRT und Biophotonik, einschließlich unseres optischen Kohärenztomographie- und Geographiesystems, zeigen, wie sich die Mikrogefäße auf das Ansprechen des Tumors auf hypofraktionierte Strahlentherapie auswirken. Der 3D-Druck hilft auch durch die kostengünstige Herstellung von kundenspezifischen Werkzeugen, die Längsschnittstudien erleichtern. Schließlich erleichtert die KI-Bildanalyse die Identifizierung neuartiger prädiktiver Biomarker für die Strahlentherapie.Wir haben mehrere Erkenntnisse über das Ansprechen von Tumoren auf hypofraktionierte Strahlentherapie gewonnen, darunter in jüngerer Zeit die zeitliche Kinetik sowohl radiobiologisch signifikanter als auch abstrahierter KI-abgeleiteter Gewebereaktionsmetriken. Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass multimodale Bildgebung eine genauere Durchführung ermöglicht, indem wir sowohl MRT, makroskopische und optische Kohärenztomographie, mikroskopische als auch angiographische und von der Angiographie abgeleitete Metriken korrelieren. Durch die Verlängerung der effektiven Dauer von Längsschnittstudien können wir prädiktive Biomarker für das langfristige Ansprechen auf die Tumorbehandlung besser identifizieren.Darüber hinaus können wir durch die Verbesserung der Robustheit der Koregistrierung zwischen makroskopischen klinisch verfügbaren Bildgebungsmodalitäten und mikroskopischen präklinischen Bildgebungsmodalitäten die Übertragbarkeit unserer Ergebnisse vom Labortisch auf das Krankenbett verbessern. Bei einer stereotaktischen Körperstrahlentherapie führen hohe Strahlendosen zu einer reduzierten Anzahl von Fraktionen. Ein potenzielles radiobiologisches Ziel, das mit einem erhöhten Zelltod bei SVRT verbunden ist, ist das Mikrogefäßsystem des Tumors.Durch die Kombination von hochauflösender optischer Angiographie und MRT wollen wir eine funktionelle mikrovaskuläre MRT-Bildgebung für eine patientenspezifische SVRT-Behandlungsplanung und verbesserte Ergebnisse ermöglichen.

a-dorsal-skinfold-window-chamber-tumor-mouse-model-for-combined

Research

Forschung

JoVE Journal

Cancer Research

Krebsforschung

In diesem Video führen wir eine intravitale Bildgebung von präinjizierten Krebszellen in einem Mausmodell über ein implantiertes Schädelfenster durch. Dieses hochauflösende Zeitraffer-Bildgebungsverfahren ermöglicht die Untersuchung des dynamischen Verhaltens von Krebszellen in der lebenden Maus.

Cranial Window-based Intravital Imaging in a Mouse Model: Eine bildgebende Technik zur Untersuchung des Verhaltens von vorinjizierten Krebszellen im Gehirn eines Mausmodells

Wir beschreiben ein Verfahren zur Abbildung als Reaktion auf...

Live-Imaging of Drug Responses in der Tumor-Mikroumgebung in Mausmodellen von Brustkrebs

A Novel Hochauflösende<em&gt; In vivo</em&gt; Bildtechnik, um die Dynamik der intrakranielle Strukturen zu Tumorwachstum und Therapeutics Studieren

Dieses Protokoll beschreibt die intravitalen Bildgebung von transgenen Mäusen zellspezifische fluoreszierenden Marker zum Ausdruck zu bringen. Intravitalen Bildgebung stellt eine nicht-invasive Methode für hochauflösende Beobachtungen an lebenden Tieren mit implantierbaren Windows durch die mikroskopische Visualisierung von Prozessen möglich ist. Diese Methode ist besonders nützlich, um längs Prozesse zu studieren.

Intravitalen Mikroskopie von Tumor-assoziierten Gefäßsystem mit erweiterten dorsalen Hautfalte Fenster Kammern an transgenen Mäusen fluoreszierende

Dieses Protokoll verwendet ein Mehrkammerbett für die parallele Magnetresonanztomographie (MRT) von bis zu vier Tieren, um Pankreasadenokarzinom-Tumore in gentechnisch veränderten Mausmodellen nachzuweisen. Dieses multianimalische MRT-Protokoll ist schnell und kosteneffizient zur Erkennung und Messung von Tumoren, erleichtert die Tierselektion für präklinische Studien und die longitudinale Überwachung des Tumorwachstums.

Multitierische Magnetresonanztomographie für Tumormessungen in Bauchspeicheldrüsenkrebs-Mausmodellen

Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung der Multiphotonenmikroskopie zur Durchführung einer langfristigen hochauflösenden Einzelzellbildgebung der intakten Lunge in Echtzeit unter Verwendung eines vakuumstabilisierten Bildgebungsfensters.

Langfristige High-Resolution Intravitalmikroskopie in der Lunge mit einem Vakuum-Stabilisierte Imaging-Fenster

Die dynamische Kernpolarisation mit anschließender Probenauflösung hat Echtzeitstudien des Stoffwechsels in biologischen Systemen ermöglicht. Hyperpolarisiertes [1-13C]pyruvat wurde verwendet, um die Laktatdehydrogenase-Aktivität in einer Prostatakarzinom-Zelllinie in vitro zu untersuchen.

hyperpolarisiertem 13 C Metabolic Magnetic Resonance Spectroscopy and Imaging

Low-Bereich (L-Band, 1,2 GHz) Elektron paramagnetischen Resonanz mit löslichen Nitroxyl und Trityl Sonden wird zur Beurteilung der physiologisch wichtigen Parameter in den Tumor Mikroumgebung in Mausmodellen von Brustkrebs gezeigt.

In Vivo EPR-Bewertung der pH, pO2, Redox-Status, und Konzentrationen von Phosphat und Glutathion in der Tumor-Mikroumgebung

Hier beschreiben wir eine Methode zur hochauflösenden Zeitraffer-Multiphotonen-Bildgebung von Hirntumorzellen vor und nach invasiven chirurgischen Eingriffen (z.B. Biopsie) innerhalb desselben lebenden Tieres. Diese Methode ermöglicht es, die Auswirkungen dieser invasiven chirurgischen Eingriffe auf das wandernde, invasive und proliferative Verhalten von Tumorzellen auf einer einzelnen Zellebene zu untersuchen.

Längsschnitt-Intravital-Bildgebung des Hirntumorzellverhaltens als Reaktion auf eine invasive chirurgische Biopsie

Ein neuartiges dreidimensionales Sphäroidmodell, das auf der heterotypischen Interaktion von Tumorzellen und stromalen Fibroblasten basiert, wird etabliert. Hier präsentieren wir Kokultur von Tumorzellen und stromalen Fibroblasten, Zeitraffer-Bildgebung und konfokale Mikroskopie, um die Bildung von Sphäroiden zu visualisieren. Dieses dreidimensionale Modell bietet eine entsprechende Plattform, um Tumor-Stroma-Wechselwirkungen zu untersuchen und Krebstherapeutika zu testen.

Ein neuartiges Stromal Fibroblast-moduliertes 3D-Tumor-Sphäroid-Modell zur Untersuchung der Tumor-Stroma-Interaktion und der Arzneimittelforschung

Erfahren Sie die Kombination von Intravitalmikroskopie und MRT in einem dorsalen Fensterkammermausmodell zur Untersuchung der Tumormikrovaskulatur. Diese Methode verbessert die Translation präklinischer Ergebnisse in die klinische Anwendung.

Ein Mausmodell eines dorsalen Hautfaltenfensterkammertumors für die kombinierte Intravitalmikroskopie und Magnetresonanztomographie in der translationalen Krebsforschung (Video) | JoVE Journal

Ein Mausmodell eines dorsalen Hautfaltenfensterkammertumors für die kombinierte Intravitalmikroskopie und Magnetresonanztomographie in der translationalen Krebsforschung

Weitere Videos entdecken