Este protocolo describe un método eficiente, sencillo y mínimamente invasivo para el estudio de los nódulos pulmonares. La extracción de sangre de las venas submaxilares y las imágenes por micro-TC se utilizan como técnicas de investigación.
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Este protocolo describe un método eficiente, sencillo y mínimamente invasivo para el estudio de los nódulos pulmonares. La extracción de sangre de las venas submaxilares y las imágenes por micro-TC se utilizan como técnicas de investigación.
La microtomografía computarizada (micro-TC) es una técnica en tiempo real, intuitiva, sensible y mínimamente invasiva para controlar los cambios de nódulos pulmonares (NP) a cáncer de pulmón (CP). La integración de la toma de muestras de sangre de la vena submandibular permite una detección rápida, estable y sencilla de las imágenes y las alteraciones clave del objetivo durante la progresión de la NP a la LC. En este estudio, administramos una dosis de 100 mg/kg de 4-(metilnitrosamino)-1-(3-piridil)-1-butanona en ratones A/J para desarrollar un modelo de adenocarcinoma de pulmón. A continuación, se monitorizó la progresión de la enfermedad en los animales de experimentación mediante muestras de sangre de la vena submandibular y un ensayo de microtomografía computarizada. Los resultados experimentales mostraron la presencia de focos nodulares en los pulmones de algunos animales a la10ª semana, y el desarrollo de imágenes de adenocarcinoma de pulmón se hizo evidente a la21ª semana. En conclusión, la micro-TC puede observar eficazmente los cambios patológicos en los pulmones de los ratones y, cuando se combina con la toma de muestras de sangre de las venas submandibulares, puede controlar dinámicamente los cambios en la sangre, las proteínas y los objetivos. Este método proporciona un enfoque muy específico, sencillo y sensible para la detección de fármacos, las pruebas farmacocinéticas, los experimentos toxicológicos y los estudios de seguridad.
El cáncer de pulmón (CP) es una neoplasia grave que se origina en la mucosa bronquial o en las glándulas pulmonares. Según las estadísticas de 2021, la LC causa aproximadamente dos millones de muertes en todo el mundo cada año, con tasas de incidencia y mortalidad en aumento1. El diagnóstico y la intervención tempranos en el CL contribuyen a tasas de curación más altas, menor mortalidad y menores costos de tratamiento. Los nódulos pulmonares (NP) son precursores específicos de la CP, caracterizados por sombras sólidas o subsólidas localizadas, redondas y más densas ≤30 mm de diámetro en los exámenes radiológicos, sin evidencia de colapso pulmonar, agrandamiento de los ganglios linfáticos mediastínicos o derrame pleural2. La National Comprehensive Cancer Network (NCCN) en 2022 clasificó la NP por número, diámetro y densidad, identificando combinaciones como un nódulo de vidrio esmerilado aislado de 5 mm en el pulmón derecho3. Sin embargo, las guías de la NCCN indican que el riesgo de malignidad en la NP aumenta con el diámetro y la cantidad de los nódulos. La aplicación generalizada de la tomografía computarizada de baja dosis ha aumentado drásticamente los diagnósticos de NP, con millones de nuevos casos identificados cada año4.
La combinación de ratones A/J con 4-(metilnitrosamino)-1-(3-piridil)-1-butanona (NNK) es el modelo animal más utilizado para el cáncer de pulmón (CL)5,6. El uso de la micro-TC junto con la toma de muestras de sangre de las venas submandibulares es un enfoque eficaz para la monitorización en tiempo real de los cambios de nódulos pulmonares (NP) a CL. La inducción química de carcinógenos, particularmente con ratones NNK y A/J, es el método más prevalente para el modelado del cáncer de pulmón y ha demostrado ser un enfoque eficaz para establecer el carcinoma in situ 7,8. Este método de modelado simula con mayor precisión la progresión de NP a LC en comparación con el método de inoculación axilar.
Los estudios previos se han centrado en el análisis estadístico de la morfología de los nódulos y en la tinción patológica de las muestras de tejido después de la eutanasia9. Sin embargo, estos métodos carecen de la capacidad de monitorear en tiempo real la progresión dinámica de NP a LC10. La micro-TC, como técnica de imagen no invasiva, proporciona datos longitudinales precisos con alta resolución, imágenes rápidas, baja dosis de radiación y seguridad, lo que la hace adecuada para la detección de imágenes pulmonares en tiempo real11,12. La toma de muestras de sangre en la vena submandibular es el método más reciente, sencillo y rápido para obtener muestras de sangre de ratones13. Esta técnica no invasiva requiere un manejo mínimo de los animales y permite una recuperación rápida, alineándose con los principios de las 3R que tienen como objetivo reducir el número de animales utilizados en la investigación, minimizar las molestias y promover el tratamiento ético. El volumen sanguíneo recogido, aproximadamente 0,2-0,5 mL, es suficiente para monitorizar los parámetros sanguíneos con requerimientos moderados14.
El uso simultáneo de la micro-TC y la toma de muestras de sangre en las venas submandibulares permite la observación dinámica y en tiempo real de la progresión de la NP a la LC en las imágenes y la detección en tiempo real de objetivos clave dentro del torrente sanguíneo15. Además, este enfoque permite la investigación en tiempo real de metabolitos y otros productos bioquímicos, lo que, cuando se combina con técnicas como la cromatografía de alta resolución, avanza nuestra comprensión de la LC16,17.
En este estudio, se utilizaron ratones A/J combinados con NNK para crear un modelo de ratón de cáncer de pulmón in situ. Se realizaron microtomografías computarizadas a las 4, 10 y 20 semanas después de la inducción del modelo para capturar imágenes pulmonares, mientras que la sangre se recolectó mediante muestreo de venas submandibulares durante todo el experimento. Este estudio tiene como objetivo establecer una base para la investigación de la NP y la LC mediante la combinación de muestras de sangre de la vena submandibular con micro-CT.
En oncología, la micro-TC es una herramienta altamente efectiva para detectar el crecimiento tumoral, ofreciendo una técnica de alta resolución para medir los cambios locales en el foco de la sombra en cualquier momento durante dichos estudios18,19. Sin embargo, es esencial reconocer que la micro-TC por sí sola no proporciona información sobre las características del enfoque de la sombra, el estado fisiológico del animal o los niveles de factores biológicos clave. Por lo tanto, se utilizó el muestreo de la vena submandibular como método complementario en este estudio.
Todos los experimentos con animales descritos en este estudio fueron aprobados por el Comité de Ética de Bienestar Animal Experimental de la Universidad de Medicina Tradicional China de Chengdu y se llevaron a cabo de acuerdo con las leyes y normas éticas pertinentes para la investigación con animales (número de revisión: 2024035). Las hembras endogámicas A/JGpt (7-8 semanas de edad) se mantuvieron a una temperatura de 20-24 °C con una humedad relativa del 40%-70%. Se les proporcionó alimento para animales estándar y agua purificada ad libitum durante un ciclo de luz y oscuridad de 12 horas. Antes del experimento, cada animal se aclimató a este entorno durante 7 días. Los detalles de los reactivos y el equipo utilizado se enumeran en la Tabla de Materiales.
1. Reactivos y preparación animal
2. Obtención de imágenes in vivo por micro-TC
NOTA: Siempre retire los objetos metálicos, como los crotales, del animal de prueba antes de usar la microtomografía computarizada. Los objetos metálicos pueden causar artefactos graves en la imagen. La microtomografía computarizada emite una cierta cantidad de radiación; Asegurarse de que otros resultados experimentales no se vean afectados.
3. Procesamiento y análisis de datos
Este estudio demostró la construcción de un modelo de cáncer de pulmón estable utilizando NNK en combinación con ratones A/J. El diseño experimental se ilustra en la Figura 1. El objetivo fue observar el proceso en tiempo real de la transición de nódulos pulmonares (NP) a cáncer de pulmón (CP) en pulmones de ratón, utilizando micro-TC y muestreo de sangre de venas submandibulares. En consecuencia, se realizaron microtomografías computarizadas y muestras de sangre de los pulmones de ratón a las semanas cuarta, décima y vigésima.
Los resultados experimentales mostraron que el enfoque de modelado de NNK en conjunto con ratones A/J imitó efectivamente el proceso patológico de NP a LC. En primer lugar, se puede afirmar que el ensayo utilizado en este estudio no tuvo un impacto significativo en el bienestar de los animales de experimentación. Como se ilustra en la Figura 2, los pesos corporales de los animales de experimentación durante el período de alimentación de 20 semanas no mostraron diferencias notables en comparación con el grupo control. En segundo lugar, los resultados de los análisis de sangre rutinarios realizados en muestras tomadas de los animales de experimentación revelaron un aumento significativo en el número de leucocitos y plaquetas en el grupo modelo, mientras que el número de glóbulos rojos y hemoglobina se mantuvo sin cambios (Figura 3). Esto indica que el proceso de transformación de NP a LC también se asocia con un aumento gradual de la inflamación crónica. Es importante destacar que tanto la microtomografía computarizada como la toma de muestras de sangre de las venas submandibulares no dañaron la función hematopoyética de los animales de experimentación, lo que concuerda con los hallazgos de numerosos estudios previos. Además, la observación minuciosa del comportamiento, la condición del pelaje, la respiración, la dieta y la ingesta de agua de los animales experimentales a lo largo del estudio no reveló anomalías.
Después de la administración inicial de NNK a los animales de experimentación, realizamos una micro-TC de los pulmones el primer día de la cuarta, décima y vigésima semana24. Los resultados indicaron que, en comparación con el grupo control, la textura pulmonar del grupo modelo exhibió un engrosamiento gradual. Hacia la10ª semana, se observaba la formación de diminutos focos nodulares, y hacia la20ª semana, los nódulos se habían convertido en focos de sombra discernibles. A la luz de estos hallazgos, se puede postular que la formación de focos de sombra en los pulmones se asocia con la inflamación crónica inducida por NNK25. Sin embargo, dado que este estudio fue diseñado para observar el desarrollo seguro, eficiente e inocuo de la NP a LC sin involucrar estudios patológicos en animales, los estudios posteriores deben realizarse de acuerdo con protocolos experimentales específicos26. La Figura 4 ilustra las alteraciones en las imágenes pulmonares observadas en animales de experimentación en las semanas 4, 10 y 20.

Figura 1: Diseño experimental para el tratamiento con NNK en ratones A/J. A cinco ratones hembra A/J se les inyectó el compuesto NNK en un solo momento, mientras que a otros cinco se les inyectó solución salina como control. Las muestras de sangre se recogieron en las semanas 4, 10 y 20 mediante microtomografías computarizadas de los pulmones del ratón y la extracción de sangre de las venas submaxilares. Los datos obtenidos fueron validados de forma cruzada para evaluar la progresión de la enfermedad en los ratones. (A) Visión general del diseño experimental. (B) Diagrama de la muestra de sangre de la arteria submaxilar. (C) Representación esquemática de la configuración de imágenes de micro-TC, que muestra el ratón colocado en la cama del animal (azul) y el marco amarillo como visor, que debe cubrir completamente el tejido pulmonar del ratón. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Cambios de peso en ratones durante 20 semanas. Las tendencias de peso indicaron que el tratamiento con NNK en ratones A/J no redujo significativamente el peso corporal. La microtomografía computarizada y la extracción de sangre de las venas submaxilares pueden causar cierto estrés a los ratones; sin embargo, se recuperaron rápidamente. Los datos se expresan como media ± SEM, (n = 5). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Recuentos de células sanguíneas a lo largo del tiempo. Se midió el contenido de glóbulos blancos, plaquetas, glóbulos rojos y hemoglobina en ratones en las semanas 4, 10 y 20. En comparación con el grupo de control, el grupo NNK mostró una tendencia creciente en el número de glóbulos blancos y plaquetas, mientras que los niveles de hemoglobina y glóbulos rojos no cambiaron significativamente. Estos hallazgos sugieren que el proceso de transformación de la PN-LC se asocia con un aumento de la inflamación y que el método de recolección de sangre en la vena submaxilar, realizado a intervalos de más de 4 semanas, no causa infección ni daño a la función hematopoyética en ratones. (A) Glóbulos blancos. b) Plaquetas. (C) Glóbulos rojos. (D) Hemoglobina. Los datos se expresan como media ± SEM, (n = 5). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Imágenes de microtomografía computarizada de ratones en las semanas 4, 10 y 20. Los resultados de las imágenes de micro-TC demuestran que el tratamiento con NNK en ratones A/J simula eficazmente el proceso de transformación de la PN-LC. En comparación con el grupo de control, el grupo NNK comenzó a mostrar características de engrosamiento y textura alterada en las imágenes pulmonares en la semana 10. En la semana 20, se distinguieron focos de sombra robustos dentro del tejido pulmonar. (A) Imágenes de la semana 4. (B) Imágenes de la semana 10. (C) Imágenes de la semana 20. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Es importante reiterar varios puntos clave de este estudio. En primer lugar, aunque la extracción de sangre de la vena submandibular es un procedimiento de lesiones relativamente bajas, puede provocar algún grado de daño a los animales. Por lo tanto, es necesario realizar múltiples procedimientos para reducir la carga en los ratones y completar el proceso de manera oportuna27. En segundo lugar, la eliminación del vello antes de la recolección de la muestra de sangre garantiza la pureza de la muestra. En tercer lugar, es imperativo utilizar vasos de recolección de sangre adecuados. En el presente estudio, se emplearon vasos de recolección de sangre que contenían EDTA para las pruebas de sangre de rutina. Si se utilizara suero, se requerirían vasos específicamente diseñados para la recolección de sangre pura28. En cuarto lugar, todos los anestésicos tienen un cierto nivel de letalidad; Por lo tanto, minimizar el tiempo de anestesia e imagen puede salvaguardar eficazmente la salud de los ratones. En quinto lugar, dado que la micro-TC puede observar una variedad de tejidos y órganos, los ajustes de parámetros específicos en el software de micro-TC utilizado durante la imagen de NP pueden ser referenciados a partir de este estudio, pero pueden no ser aplicables a otros tejidos29,30.
Los estudios previos se inclinaron más por la eutanasia de los animales en puntos de tiempo fijos y examinaron el proceso de transformación de los nódulos pulmonares a través de la tinción patológica31. Este enfoque dio lugar a un número considerable de muertes entre los animales de experimentación y dificultó el seguimiento en tiempo real de los cambios pulmonares. En comparación con las técnicas convencionales, la toma de muestras de sangre submandibular y la microtomografía computarizada ofrecen varias ventajas, como el daño mínimo, la monitorización en tiempo real, el funcionamiento intuitivo y la versatilidad. En este estudio, se eligió la extracción de sangre submandibular como el método preferido para la obtención de muestras de sangre para las pruebas de rutina32. Además, la sangre se puede utilizar para análisis proteómicos, farmacológicos séricos y bioquímicos sanguíneos.
Del mismo modo, en este estudio se empleó la micro-TC para observar el crecimiento dinámico de la NP en ratones experimentales sin necesidad de sacrificarlos. Este enfoque facilita una evaluación más intuitiva y precisa del efecto inhibidor del fármaco sobre la NP, al tiempo que reduce significativamente el número de animales necesarios para el experimento, mejorando así la precisión de los resultados experimentales. En particular, la combinación de estas dos tecnologías permite un seguimiento exhaustivo de los procesos de formación, desarrollo y carcinogénesis de nódulos en animales de experimentación, así como la localización de alteraciones en objetivos clave (como el TNF-α)33. Esto presenta un concepto único para esta investigación sobre la NP e incluso el cáncer de pulmón.
Sin embargo, hay varias cuestiones que requieren una mayor consideración para mejorar la calidad de las investigaciones futuras. Dado el largo período experimental requerido para el modelo animal de NNK combinado con ratones A/J, es imperativo que las inyecciones tempranas de medicamentos se realicen con la máxima precisión34. En segundo lugar, el método estándar para producir adenocarcinoma de pulmón en ratones involucra NNK en coordinación con ratones hembra A/J, con el mecanismo subyacente relacionado con el estradiol. Por lo tanto, es fundamental considerar los mecanismos específicos de acción de los fármacos terapéuticos involucrados35. Además, no se utilizó la micro-TC para determinar la naturaleza de los focos de sombra, lo que requirió el uso de tinción con hematoxilina y tinción con fluorescencia, que aún requieren la eutanasia de los ratones para obtener muestras de tejido pulmonar. Por último, aunque la micro-TC tiene la ventaja de una baja exposición a la radiación, aún puede causar ciertos daños en el cuerpo humano, lo que requiere evitar la proximidad con personal no relacionado36. Para abordar estos problemas, la diferenciación y el marcaje de varios tejidos, vías respiratorias y vasos sanguíneos se pueden lograr de manera efectiva mediante la inyección de un agente de contraste en la vena de la cola. Además, la micro-TC combinada con nuevos fármacos materiales (por ejemplo, nanopartículas) puede emplearse para un tratamiento más preciso. Por último, la tecnología de micro-TC se ha integrado gradualmente con la patología, como la histología espacial y de imagen, para realizar un seguimiento más dinámico de los cambios en los nódulos pulmonares36,37.
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecemos al Profesor Cong Huang, de la Facultad de Ciencias Médicas Básicas, y al Profesor Yan Huang, de la Facultad de Farmacia de la Universidad de Medicina Tradicional China de Chengdu, por su apoyo. También nos gustaría agradecer al Dr. Binjie Xu y al Dr. Pengmei Guo. (Instituto Innovador de Medicina y Farmacia China, Chengdu
Universidad de Medicina Tradicional China) para proporcionar instrumental y apoyo técnico.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Ratones A/J | GemPharmatech LLC. | ||
| tubos de EDTA de 0,5 mL | Labshark | ||
| 1-butanona,4-(metilnitrosoamino)-1-(3-piridinil) | Gu Shi Gong Yuan Medical Equipment Co. | ||
| 75% etanol | ChengDu Chron Chemicals Co,. Ltd | 2023052901 | |
| Afeitadora de animales | Codos | BM010220 | |
| Isoflurano | Shenzhen Reward Life Technology Co. | R510-22-16 | |
| tricorder médico | MedChemexpress | 69652 | |
| Quantum GX2 sistema de imágenes microCT | PerkinElme | 2020166501 | |
| solución salina (medicina) | Beijing Biolabs Technology Co. | GL1736 |
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