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Research Article
Katlyn Pavlik1,2, Kendra Eagleson3, Katarzyna Kempinska1,2, Jacquelyn Del Valle3, Rachel Griffin3, Elizabeth Phelps1, Sarah Marei1, Matti Kiupel4, Rebecca Linton5, Lorenzo F. Sempere1,2
1Precision Health Program,Michigan State University, 2Department of Radiology, College of Human Medicine,Michigan State University, 3Campus Animal Resources,Michigan State University, 4Veterinary Diagnostic Laboratory, College of Veterinary Medicine,Michigan State University, 5Veterinary Medical Center, College of Veterinary Medicine,Michigan State University
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Este protocolo presenta un procedimiento para la infusión guiada por imágenes en el sistema de árbol ductal de la glándula mamaria del conejo. Demostramos la infusión controlada de una solución ablativa a base de etanol que contiene un agente de contraste de rayos X en todas las aberturas de los pezones mediante imágenes en tiempo real por fluoroscopia.
El cáncer de mama es la segunda causa principal de muerte relacionada con el cáncer en las mujeres. Si bien hay pocas intervenciones proactivas para las mujeres de riesgo promedio, la mastectomía profiláctica es la intervención más eficaz para reducir el riesgo para las mujeres de riesgo alto. Sin embargo, la mastectomía profiláctica es un procedimiento invasivo que elimina todas las células epiteliales mamarias junto con el estroma, el tejido graso y/o la musculatura circundantes. Nuestro objetivo general de investigación es desarrollar un procedimiento de administración intraductal (ID) no invasivo que mate localmente las células epiteliales mamarias llenando todo el árbol ductal con una solución ablativa. Anteriormente demostramos que la administración de etanol como solución ablativa es efectiva en modelos de roedores (ratones y ratas). Este protocolo presenta una administración de ID de solución de etanol al 10-70% que contiene iohexol (90-300 mg / ml) como agente de contraste de rayos X en el sistema de árbol multiductal de la glándula mamaria del conejo. La glándula mamaria de un conejo (Oryctolagus cuniculus) con un sistema de conductos múltiples es más parecida al pecho humano que las de otros animales grandes (por ejemplo, vacas, ovejas). Este protocolo de conejo aborda los desafíos técnicos de escalabilidad, imágenes en tiempo real y entrega de ID en un sistema de árbol multiductal en un modelo intermedio de animales grandes. Este protocolo establece una administración de identificación de múltiples conductos guiada por fluoroscopia con instrumentos, materiales y reactivos que podrían aplicarse directamente en la clínica. El análisis tisular permite optimizar la concentración de etanol para una ablación epitelial máxima y un daño tisular colateral mínimo como punto de partida para la futura evaluación por primera vez en humanos de este procedimiento ablativo para la prevención primaria del cáncer de mama.
El cáncer de mama (CB) es la muerte más común y la segunda más alta relacionada con el cáncer en las mujeres en los Estados Unidos. Las proyecciones para 2025 estiman que habrá 316,950 nuevos cánceres de mama y 42,170 mujeres morirán de BC1. Actualmente, la mastectomía profiláctica bilateral es el procedimiento más eficaz para prevenir la CB. Sin embargo, este es un procedimiento altamente invasivo que implica una extirpación completa de las células epiteliales, de las cuales surge el carcinoma de mama, y el tejido circundante. Debido a su invasividad, así como al impacto psicológico y social de este procedimiento, menos del 50% de las mujeres de alto riesgo se someten a una mastectomía para reducir el riesgo2. Nosotros, y otros, hemos desarrollado procedimientos de administración intraductal (ID) para la prevención primaria y / o el tratamiento local del cáncer de mama en modelos de roedores 2,3 como una alternativa a las prevenciones y tratamientos actuales. El etanol (EtOH) tiene un perfil de baja toxicidad y seguridad que está bien establecido y se utiliza en múltiples aplicaciones clínicas, como agentes esclerosantes para el tratamiento de malformaciones venosas y como agente ablativo para el tratamiento local de algunos cánceres3. Por lo general, se infunden o administran varios mililitros de EtOH a una concentración del 90-100% en estos procedimientos clínicos. En nuestro trabajo anterior, la administración de EtOH al 70% directamente en el sistema de árbol ductal de modelos de ratón y rata fue eficaz para ablacionar químicamente las células epiteliales mamarias con daño limitado al tejido normal adyacente y para prevenir la formación de tumores de mama 4,5,6,7. A medida que este procedimiento se amplía al sistema de árbol ductal más grande de un conejo con una mayor relación entre el volumen luminal y el área de superficie de la célula epitelial luminal, exploramos las propiedades ablativas de una solución con un porcentaje más bajo de EtOH (10% a 70%). Con una búsqueda de traducción clínica, razonamos que el porcentaje más bajo de etanol que es efectivo para ablacionar las células epiteliales será el más bien tolerado y tendrá el mejor perfil de seguridad.
La confirmación del llenado completo del árbol ductal es necesaria para garantizar que la solución ablativa ha entrado en contacto directo con las células epiteliales mamarias. En nuestros estudios anteriores en modelos de roedores, se utilizó la visualización de rayos X de árboles ductales infundidos mediante imágenes de microCT después del procedimiento. Debido al lapso de tiempo requerido para anestesiar, transferir, colocar y posicionar al animal para la obtención de imágenes, los agentes de contraste de difusión rápida que contienen yodo (iohexol) aprobados por la FDA o similares que contienen yodo no fueron adecuados para la visualización del árbol ductal en roedores 6,8. Encontramos que los agentes de contraste basados en nanopartículas, especialmente aquellos que contienen nanocristales de óxido de tantalio, se difundieron más lentamente y fueron más adecuados para la visualización del árbol ductal en roedores 6,7,8,9. Sin embargo, esta confirmación a posteriori mediante imágenes de microCT no nos permite monitorear o controlar la cantidad de volumen infundido y se desvía de los procedimientos diagnósticos clínicamente establecidos, como la ductografía10,11, para la visualización del árbol ductal. Por lo tanto, un paso clave para establecer la viabilidad técnica de traducir este procedimiento de identificación a humanos es demostrar la visualización de fluoroscopia en tiempo real del árbol ductal infundido en un modelo animal de tamaño y complejidad crecientes de sus glándulas mamarias. Este protocolo amplía este procedimiento ablativo de roedores 4,5 a modelos de conejo. Evolutiva, anatómica y fisiológicamente, las glándulas mamarias de conejo son más similares a los senos humanos que a las de roedores u otros modelos animales grandes, como vacas y ovejas 12,13,14. Las conejas tienen cuatro pares de glándulas mamarias, cada una con cuatro árboles ductales, mientras que los roedores tienen solo un árbol ductal por glándula mamaria. Los pezones de conejo se pueden canular15,16 utilizando un procedimiento similar a la administración de agente de contraste en la ductografía clínica en la primera investigación clínica en humanos. Por lo tanto, los conejos proporcionan un modelo intermedio práctico y relevante para la aplicación traslacional de este procedimiento ablativo de ID a los humanos. Este protocolo aborda los desafíos técnicos de la entrega de ID y la obtención de imágenes in vivo de un sistema de árbol multiductal que no podría haberse abordado en modelos de roedores. Este protocolo utiliza instrumentos, reactivos y materiales que son compatibles con la práctica clínica actual para la visualización de árboles ductales. Por lo tanto, el procedimiento descrito para la infusión guiada por fluoroscopia de una solución ablativa a base de etanol que contiene iohexol podría implementarse y evaluarse fácilmente en los primeros ensayos clínicos en humanos.
Este método se ha implementado en nuestro laboratorio para canular con éxito e infundir secuencialmente los cuatro árboles ductales de una o más glándulas mamarias en un conejo, en una sola sesión, con una solución ablativa a base de etanol que contiene un agente de contraste (Figura 1, Figura 2, Figura 3). Este método consiste en infundir la solución ablativa directamente en la abertura canulada del pezón con una aguja de punta roma de 27 G de un conejo (virgen de 4 meses) en una mesa de fluoroscopia. Este procedimiento se realiza en un animal bajo anestesia general (isoflurano) con tratamiento antiinflamatorio peri y posterior al procedimiento (ketoprofeno, fármaco antiinflamatorio no esteroideo). Las imágenes de fluoroscopia nos permiten monitorear el llenado del árbol ductal en tiempo real, controlar la velocidad y la cantidad de volumen dispensado y / o determinar qué tan exitosa es la entrega de ID en cada sistema de árbol individual (Figuras 1, Figura 2, Figura 3). Esta técnica de fluoroscopia se aproxima más a la aplicación clínica prevista para la guía por imágenes del tratamiento ablativo y puede ayudar a limitar la dosis total de radiación impuesta al paciente. Este protocolo demuestra que Omnipaque (iohexol) aprobado por la FDA es un agente de contraste adecuado para visualizar el llenado inicial del árbol ductal de conejo (Figura 3). Las observaciones mediante examen macroscópico y análisis histológico muestran que una concentración de etanol del 70% causa daño tisular rápido dentro y fuera del árbol ductal y se extiende más allá de la estructura de la glándula mamaria (Figura 3). La concentración de etanol en el rango del 10-40% proporciona una ablación adecuada de las células epiteliales con menor daño tisular colateral que el etanol al 70% (Figura 4). Se requerirán estudios longitudinales que utilicen este procedimiento con el poder estadístico adecuado para el tamaño de grupo por solución ablativa y colecciones de tejido cronometradas para establecer parámetros óptimos de la solución ablativa para su evaluación clínica en pacientes humanos.
Todos los experimentos descritos se llevaron a cabo bajo protocolos aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad Estatal de Michigan. Los conejos (Oryctolagus cuniculus) fueron atendidos de acuerdo con la Guía para el cuidado y uso de animales de laboratorio y la Ley de Bienestar Animal del USDA en una instalación acreditada por AAALAC.
NOTA: Este método se llevó a cabo en animales blancos de Nueva Zelanda vírgenes (nulíparos) y reproductores retirados (multíparos) de edades (4 meses a > 1 año) y peso (2,6 a 4,2 kg) adquiridos de fuentes comerciales. En nuestra experiencia, el tamaño del animal determinado por el peso es más confiable que la edad del animal para predecir el tamaño de los pezones. Generalmente, los animales que pesan más de 3,3 kg presentan pezones adecuados para la canulación. El protocolo que se describe a continuación se centra en animales vírgenes de 4-5 meses de edad y un peso superior a 3,3 kg, ya que son más apropiados para estudios de eficacia, cicatrización de heridas, toxicidad y seguridad a largo plazo.
1. Preparación preoperatoria
2. Infusión Intraductal
3. Imágenes de fluoroscopia
4. Cuidados postoperatorios y recuperación
5. Análisis de tejidos
Cada una de las 8 glándulas mamarias de una coneja contiene 4 árboles ductales que se abren en orificios independientes de los pezones (Figura 2). Debido a la diferencia en el tamaño y el número de árboles ductales por glándula mamaria entre roedores (solo 1 conducto por glándula mamaria), los conejos son un buen modelo intermedio para la traducción humana. Podemos infundir hasta 400 μL de solución de EtOH al 10-70% para llenar todo el árbol ductal de cualquier glándula mamaria de conejos blancos de Nueva Zelanda de 4 meses de edad (Figura 1, Figura 2, Figura 3, Figura 4 4,8,9). Podemos infundir hasta 4 árboles ductales en hasta 8 glándulas mamarias con la solución ablativa en una sola sesión. Un diseño experimental típico consiste en infundir 2-3 árboles ductales dentro de una sola glándula mamaria en hasta 4 glándulas mamarias con una solución ablativa particular que contiene un agente de contraste de rayos X a base de yodo (Figura 2, Figura 3). Para la solución ablativa que contiene iohexol (90-300 mg de yodo/ml), se realiza fluoroscopia durante y/o después de cada infusión para determinar el éxito individual de la infusión de cada árbol ductal con una cantidad parcial o total de solución infundida (Figura 2, Figura 3). La recolección del tejido de la glándula mamaria permite evaluar cómo los cambios en la formulación afectan la destrucción de las células epiteliales mamarias (Figura 4). Estos análisis de imágenes proporcionan información para comprender la solución más adecuada para lograr la máxima ablación y minimizar el daño tisular circundante. Determinamos que la solución de EtOH al 10% proporciona una tasa ablativa comparable a las soluciones ablativas que contienen un mayor porcentaje de EtOH (Figura 4).

Figura 1: Flujo de trabajo del procedimiento intraductal. Se resaltan los pasos clave del procedimiento de identificación. Por favor, vea el video para más detalles. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Pasos clave de la canulación intraductal y la infusión. (A) Inyección de solución salina perpendicular al pezón para dilatar las aberturas ductales para la canulación (vista del plano medio). (B) La canulación y el relleno de un árbol ductal (D1) se pueden rastrear con colorante azul en la solución ablativa (vista del plano medio). (C) Las imágenes de fluoroscopia en tiempo real ofrecen un monitoreo preciso y de alta resolución del relleno del árbol ductal (D1) con iohexol en la solución ablativa (vista del plano dorsal). Las aberturas de los árboles ductales están numeradas de izquierda a derecha, comenzando en el cuadrante superior (D1, cuadrante superior izquierdo) y terminando en el cuadrante inferior (D4, cuadrante inferior derecho). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Tamaño de la tetina y administración exitosa de solución ablativa a múltiples conductos. Presentación típica de los tamaños de los pezones en conejos blancos de Nueva Zelanda. El tamaño de la tetina varía según el peso y la edad del conejo. Las glándulas mamarias están numeradas desde la parte superior izquierda (L1, cervical izquierda) hasta la parte inferior derecha (R8, inguinal derecha). Todas las imágenes se muestran en el plano dorsal. (A) Conejo virgen de 2,8 kg (arriba) con pezones más pequeños, difíciles de canular, conejo virgen de 3,5 kg (medio) con pezones adecuados para la canulación, y conejo multíparo de 4,1 kg (abajo) con pezones más grandes, mucho más fáciles de canular. (B) El colorante azul de los alimentos en la solución infundida puede usarse como evidencia in vivo de administración intraductal y llenado del árbol ductal. La infusión fallida se indica con un contorno rojo (administración de la almohadilla de grasa, arriba) y las infusiones exitosas con un contorno azul (administración intraductal, medio e inferior). Una solución de EtOH al 70% causa más daño a la piel (eritema) minutos después de la infusión (azul oscuro, panel central) en comparación con una solución al 10% (azul claro, panel inferior). (C) La fluoroscopia proporciona evidencia in vivo de administración intraductal. Infusión fallida (administración de la almohadilla de grasa, panel superior). Infusión secuencial exitosa del conducto D1 primero y el árbol ductal D2 segundo (panel inferior izquierdo). La fluoroscopia en vivo proporciona una guía de imágenes para el relleno (flechas blancas) del árbol ductal D3 (panel inferior derecho); También se ve la línea de extensión llena de solución ablativa que contiene iohexol y fórceps para sujetar el pezón. Las barras de escala corresponden a 1 cm en imágenes con diferentes aumentos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Análisis tisular de glándulas mamarias en conejos blancos de Nueva Zelanda después del procedimiento intraductal con solución ablativa a base de etanol. (A-B) Tinción representativa de H&E de una glándula mamaria inguinal derecha de un animal de 4 meses de edad sin tratamiento ablativo en comparación con una glándula mamaria inguinal derecha de otro animal con tratamiento ablativo de EtOH al 10%. Los cortes de tejido se cortan a lo largo del plano medio, por lo que D1 y D3 (árboles ductales izquierdos) se representan en las mismas secciones de tejido. La vista de tejido completo (A) y la vista de gran aumento (B) muestran los efectos morfológicos y cromáticos de la ablación de EtOH en la tinción de H&E (paneles superiores) y deducen las clases de células epiteliales y estromales basadas en un clasificador entrenado asistido por computadora (paneles inferiores). La barra de escala negra corresponde a 1 mm en A y la barra de escala blanca a 100 μm en B. (C) La barra gráfica muestra la distribución de clases de células en árboles ductales (n > 4 por grupo) tratados con diferentes concentraciones de EtOH o no tratados. Los asteriscos indican el valor p de la prueba t de Welch no apareada de cada clase de célula por grupo en comparación con su clase de célula coincidente en el grupo tratado con EtOH al 10% (* <0,05, ** < 0,01, **** <0,0001). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Los autores no tienen nada que revelar.
Este protocolo presenta un procedimiento para la infusión guiada por imágenes en el sistema de árbol ductal de la glándula mamaria del conejo. Demostramos la infusión controlada de una solución ablativa a base de etanol que contiene un agente de contraste de rayos X en todas las aberturas de los pezones mediante imágenes en tiempo real por fluoroscopia.
Este trabajo fue apoyado, en parte, por el Instituto Nacional del Cáncer R01 CA258314 subvención a LFS. Agradecemos al Centro Médico Veterinario de MSU por el uso de sus sistemas de imágenes y experiencia técnica (Luke Syperda y Susan Rosser), a MSU Campus Animal Resources por asistencia técnica (Rebecca Winget) y a las instalaciones centrales de Análisis de Tejidos del Programa de Salud de Precisión de MSU y al Centro de Análisis y Mapeo de Bioelementos Cuantitativos (QBEAM) de MSU por asistencia técnica.
| Lupa 10X con luz y abrazadera, cuello de cisne grande | Amazona | B0D982JCZ2 | Para la visualización de los pezones |
| Jeringas de insulina Exel International | Fisher Scientific | 14-841-31 | Para inyección periductal de solución salina |
| Agujas romas a granel calibre 27 longitud 0.5 | Tecnologías de infusión SAI | B27-50 100 a granel | Para canulación intraductal |
| Azul Evans | Sigma | E2129-50G | Para la visualización de la glándula mamaria |
| Sistema de imágenes de rayos X fluoroscópico | GE HealthCare | DT-C31-01 | Para la adquisición de imágenes por fluroscopia |
| Manta térmica veterinaria HotDog | Perro caliente | WC71V | Para procedimiento intraductal/preparación preoperatoria |
| Líneas de extensión macho-hembra, longitud 12 pulgadas | Tecnologías de infusión SAI | EXT-12 | Para el procedimiento intraductal |
| Omnipaque 500 ml (350 mg de yodo/ml) | GE Healthcare | 0407-1414-72 | Agente de contraste para visualización de rayos X (fluoroscopia) |
| Colorante alimentario azul estéril | Mccormick | 930641 | Para la visualización de la glándula mamaria |
| Solución salina tamponada con fosfato estéril (PBS) | ThermoFisher | 14190250 | Para la preparación de soluciones |
| Jeringas | BD | 309659 | Para infusión intraductal |
| Gel en V | Docsinnovent | D30001 - 30006 | Para intubación (el número de catálogo depende del tamaño del V-gel) |
| Ketoprofeno | Covetrus | #005488 | Para analgesia |
| ketamina | Covetrus | 71069 | Para analgesia |
| Lidocaína tópica | Covertus | 70859 | Para analgesia |
| xilacina | Covetrus | 80907 | Para anestesia |
| Euthasol | Covetrus | #009444 | Para la eutanasia |
| lubricante ocular | Covetrus | 75848 | Para anestesia |
| atipamezol | Covetrus | 82124 | Para anestesia |
| Chips de plátano | Bio-Serv | #F7161 | Para la aclimatación |
| Gemas de furia | Bio-Serv | #F5136-1 | Para la aclimatación |
| Gotas de yogur | Bio-Serv | #F7200-1 | Para la aclimatación |