Multitierische Magnetresonanztomographie für Tumormessungen in Bauchspeicheldrüsenkrebs-Mausmodellen

Das pankreasduktale Adenokarzinom ist eine hochgradig tödliche Erkrankung. PDAC wird in der Regel in späteren Stadien mit lokal fortgeschrittenen oder metastasierten Erkrankungen diagnostiziert, was die Behandlung noch erschwert. PDAC ist eine heterogene Erkrankung, die durch hochaggressive Krebszellen, umfangreiche desmoplastische Reaktionen und Hypovaskularität gekennzeichnet ist.

KRAS-gesteuerte, genetisch veränderte Mausmodelle eignen sich gut für präklinische therapeutische Evaluationen, da sie eine Mutation ähnlich menschlichen Pankreaszellen tragen und spontan Pankreastumoren mit Pathophysiologie und molekularen Merkmalen entwickeln, die denen des menschlichen PDAC ähneln. Das KRAS-gesteuerte P53-entfernte KPC-Modell ist ein gut charakterisiertes, genetisch verändertes PDAC-Mausmodell. Um die Tumorentwicklung effektiv zu überwachen und die Behandlungsreaktionen im KPC-Modell zu bewerten, sind fortschrittliche bildgebende In-vivo-Verfahren wie die Magnetresonanztomographie wesentliche Forschungsinstrumente.

Die MRT gilt weithin als die Goldstandard für die Bildgebungsmethode für die Tieftumorbeurteilung und zeigt den höchsten Grad an anatomischem Weichteilkontrast und molekulare Empfindlichkeit für Tiefengewebeziele. Standard-MRT-Protokolle verursachen jedoch hohe Betriebskosten und lange Anklagezeiten. Dieses Protokoll verwendet eine Mehrtierkammer für parallele Magnetresonanztomographie von bis zu vier Mäusen zur Erkennung von Pankreataskaten-Adenokarzinom-Tumoren als schnelle, wirtschaftliche und präzise Methode zur Tumorerkennung und Messung für präklinische Studien, Tierrekrutierung und Überwachung der Behandlungsreaktion.

Kurz gesagt beginnen wir damit, das Tier auf den Eingriff vorzubereiten und das Multi-Tier-MRT-Bett mit unseren 3D-gedruckten Einlagen einzurichten. Anschließend beginnen wir mit dem MRT-Scan, gefolgt von einer Datenanalyse, um den Erfolg der Behandlung für präklinische Studien zu bestimmen. Transportieren Sie experimentelle KPC-Mäuse von der Tieranlage zur Bildgebungsanlage.

Betäube bis zu vier Mäuse in einer ziemlich warmen, versiegelten Induktionskammer mit Isofluran. Tragen Sie auf beide Augen jeder Maus ein Augenmittel auf, um eine Hornhauuttrocknung zu verhindern. Setzen Sie zwei betäubte Mäuse in ventraler Position auf den unteren Teil des 3D-gedruckten Betteinsatzes, der an den vom Hersteller bereitgestellten Standard-PET-MRT-Halter befestigt ist.

Sichern Sie den Kopf und einen Nasenkegel, um die Betäubung aufrechtzuerhalten. Beim Scannen behandelter Mäuse sollte eine Schutzbarriere eingesetzt werden, um die mögliche Übertragung von Chemotherapeutika durch Ausscheidungen zu verhindern. Decken Sie den unteren Teil mit dem oberen Teil der 3D-gedruckten Betteinsätze ab.

Legen Sie zwei weitere narkosierte Mäuse in ventraler Position auf den oberen Teil des 3D-gedruckten Betteinsatzes. Sichern Sie den Kopf in einem Nasenkegel, um die Betäubung aufrechtzuerhalten. Das vom Hersteller bereitgestellte einzelne PET-MRT-Bett ist mit zirkulierender warmer Luft ausgestattet, um die Körpertemperatur der Tiere zu halten.

Befestigen Sie den Atemmonitor an der einen Maus, die sich auf der linken Seite des oberen 3D-Betteinsatzes befindet. Decke das Bett ab, um die MRT-Kammer mit mehreren Tieren abzuschließen. Stellen Sie sicher, dass die Mäuse in der Mitte der MRT-Spule liegen, indem Sie den roten Laser mit der Mitte der Mäuse ausrichten.

Weisen Sie dem Scan ein Label mit der Maus-ID und dem Scandatum im folgenden Format zu. Stamm, Maus-ID, Scan-Datum. Erstellen Sie ein Lokalisationsbild, um den geeigneten Bildbereich für alle vier im Bett positionierten Mäuse zu definieren.

Der Lokalisierungsscan ist ein T1-gewichteter Flash-Scan mit einem axialen Schnitt, zwei koronalen Schnitten und zwei sagittalen Schnitten, um die Mäuse im vier Mausbett sichtbar zu machen. Um den seltenen T2-Scan einzurichten, passen Sie die Schnittpakete anhand des Localizer-Bildes nach Bedarf an, um die Visualisierung der Bauchspeicheldrüsenregion und anderer Bauchorgane für die obere und untere Tiergruppe zu optimieren. Bestätigen Sie, dass alle vier Mäuse im Mehrtierbett-Setup korrekt ausgerichtet sind, bevor Sie mit dem Scannen fortfahren.

Überwachen Sie die Atmung während der Bildaufnahmen und passen Sie bei Bedarf den Isofluranspiegel an. Wenn der Scan abgeschlossen ist, nehmen Sie das Bett aus dem MRT. Öffnen Sie die Oberseite des Mehrtierbetts und nehmen Sie den Atemmonitor von der Maus oben links.

Übertrage Tiere von oben und unten der 3D-gedruckten Einsätze in den Rettungskäfig. Stellen Sie den Aufwachkäfig über ein Heizkissen von 42 Grad Celsius für die Erholung nach der Narkose. Überwachen Sie die Atemfrequenz und -bewegung, um eine vollständige Erholung von der Anästhesie sicherzustellen, bevor Sie Mäuse wieder in Heimkäfige zurückbringen.

Exportiere die DICOM-Bilder aus ParaVision 360 in ein Bildanalyseprogramm, um die Bilder von einem Bild mit vier Mäusen auf ein Bild für jede einzelne Maus auszuschneiden. Öffne in PMOD das Bild der obersten Tiergruppe im View-Modul. Im VOI-Tab zeichnen Sie ein Feld um die Maus oben rechts und schneiden Sie das Bild um dieses Feld herum zu.

Bearbeite die DICOM-Metadaten auf die korrekte Maus-ID und speichere dann das erstellte Image mit dem korrekten Dateinamen. Wiederhole das für die linke Maus oben mit demselben Bild, öffne dann das Bild für die untere Mäusegruppe und wiederhole das Zuschneiden und Speichern. Verwenden Sie MRI-Viewer-Software, um Bilder zu analysieren, die in DICOM-Dateien gespeichert sind.

Wir verwenden Open Source MRI Viewer für unser Softwarepaket. Analysieren Sie bildgebende Schnitte von dorsal nach ventral oder ventral nach dorsal. Organe wie Milz und Magen lokalisieren Sie die Bauchspeicheldrüsen- und Bauchspeicheldrüsentumore.

Definieren Sie das Interessengebiet in allen Schnitten, in denen der Tumor vorhanden ist, und führen Sie eine halbautomatisierte Segmentierung zur Berechnung des Tumorvolumens durch. Achten Sie auf Flüssigkeitszysten und andere hyperchromatische Symptome. Im repräsentativen MRT-Bild können wir Magen, Milz und Tumor nachweisen.

Die meisten KPC-Tumore zeigten ein solides Wachstumsmuster mit einem einzigen oder überwiegenden Fokus, was die Rekrutierung für Behandlungen und die Bewertung des Tumorvolumens erleichterte. Wir beobachteten jedoch auch Tiere mit mehreren kleinen, soliden Tumoren, die sich über die gesamte Bauchspeicheldrüse verteilten. PDAC-Tumore können auch ein intratumorales zystisches Erscheinungsbild zeigen, begleitet von paratumoralen, nicht-neoplastischen zystischen Läsionen oder einer Ductalblockade, die zu flüssigkeitshaltigen Läsionen führen kann.

Korrelative Gewebeuntersuchungen zeigen eine Übereinstimmung zwischen anatomischem Tumormerkmale mittels MRT und histologischem Merkmale von H&E-Färbungstumorgeweben, die unmittelbar nach der Bildgebenssitzung gesammelt wurden. Die hyperchromatische Region im MRT, die mit einer flüssigkeitsgefüllten Läsion übereinstimmt, entspricht der zystischen Läsion und histologischer Analyse. Wir verwenden dieses Multi-Tier-MRT zur Überwachung des Fortschreitens des Bauchspeicheldrüsentumors im KPC-Modell, das mit dem Chemotherapeutikum Gemcitabin behandelt wurde, als Nachweis der vorklinischen Studien.

Gemcitabin allein oder in Kombination ist die Erstlinienbehandlung für Patienten mit lokalem oder metastasiertem Bauchspeicheldrüsenkrebs. KPC-Tiere entwickeln nach 12 Wochen Bauchspeicheldrüsentumore. Nach der Rekrutierung wurden die Tiere in zwei Versuchsgruppen eingeteilt.

Erstens: intraperitoneale Verabreichung von Gemcitabin und eine Kontrollgruppe ohne jegliche Behandlung. Wöchentliche MRT-Scans wurden mit dem Multi-Tier-Bettsystem durchgeführt, das es uns ermöglichte, die Veränderungen der Tumorwachstumskinetik sowohl in der Behandlungs- als auch in der Kontrollgruppe kontinuierlich zu überwachen. Unsere Daten zeigen, dass Tumore im mit Gemcitabin behandelten KPC-Modell ein langsameres Wachstumsmuster im Vergleich zur unbehandelten Kontrollgruppe aufwiesen.

Das Ergebnis bei mit Gemcitabin behandelten Tieren stimmt mit früheren Berichten überein und bringt einen Überlebensvorteil. Dieses Protokoll bietet eine geeignete und robuste Plattform, um Kombinationstherapien neuer Therapeutika in der Standard-Chemotherapie zu untersuchen. Wir nutzen dieses kosteneffektive MRT-Protokoll, um die Rolle spezifischer mRNAs und PDAC mit komplementären genetischen und pharmakologischen Ansätzen zu untersuchen.

Diese Kombinationstherapien können jedoch auch kleine Molekülinhibitoren, Immuntherapien, siRNAs und andere therapeutische Oligonukleotide gegen wichtige molekulare Ziele sein. Während der Schwerpunkt dieses Protokolls auf der Bildgebung der Bauchspeicheldrüse und anderer Bauchhöhlenorgane liegt, können dieses Mehrtierprotokoll und beschriebene MRT-Sequenzen zur anatomischen Charakterisierung anderer Mausmodelle von Krebs wie Brustkrebs und Glioblastom oder anderen Niere- und/oder Lebererkrankungen angewendet werden. Insgesamt bietet dieses Multi-Tier-MRT-Protokoll eine schnelle, zuverlässige und kosteneffiziente Plattform für hochwertige, longitudinale Tumorüberwachung und präklinische therapeutische Bewertung in Bauchspeicheldrüsenkrebsmodellen.