Surveillance des métastases tumorales et les lésions ostéolytiques avec bioluminescence et Micro CT Imaging

Résumé

Un modèle expérimental chez la souris des métastases osseuses a été établie suivant la livraison de la luciférase intracardiaque de cellules exprimant la tumeur mammaire. Développement de la tumeur et a entraîné des lésions ostéolytiques ont été suivis longitudinalement avec la bioluminescence et la micro imagerie CT.

Résumé

Après l'accouchement intracardiaque de cellules MDA-MB-231-luc-D3H2LN cellules souris nu / nu, les métastases systémiques développés chez les animaux injectés. L'imagerie par bioluminescence à l'aide du spectre IVIS a été utilisé pour surveiller la distribution et le développement des cellules tumorales en suivant la procédure de livraison, y compris la reconstruction DLit pour mesurer le signal de la tumeur et sa localisation.

Développement de lésions métastatiques des tissus osseux déclenche une activité ostéolytique et des lésions au tibia et du fémur ont été évaluées en utilisant des micro CT longitudinalement. Imaging a été réalisée en utilisant un Quantum FX micro CT système d'imagerie rapide et à faible dose de rayons X. La faible dose de radiation permet des sessions multiples pour l'imagerie être réalisée avec un cumulatif de dosage de rayons X bien en dessous DL50. Un dispositif de navettes de la souris a été utilisé pour l'imagerie séquentielle image de la souris avec les deux IVIS spectre et Quantum FX réaliser un positionnement précis des animaux dans les deux la bioluminescence et les images CT. L'optique et CT ensembles de données ont été co-enregistré en 3-dimentions utilisant l'image vivante 4.1 du logiciel. Cette approche multi-mode permet une surveillance étroite de la croissance tumorale et le développement simultané de l'activité ostéolytique.

Protocole

Longitudinale imagerie est utilisée dans les études pré-cliniques de suivre la progression d'une maladie ou de mesurer l'effet d'une thérapeutique. En oncologie, les méthodes optiques de fournir des outils rigoureux pour surveiller la croissance tumorale et de livrer quantification précise de la croissance cellulaire ou l'expression des gènes à chaque point du temps dans une telle étude. Les changements anatomiques peuvent être mesurés en utilisant une technique à haute résolution comme microCT, mais pour l'imagerie longitudinale une faible dose de rayons X doit être utilisé pour éviter les artefacts biologiques. Les images optiques et microCT peuvent être co-enregistré pour fournir une combinaison de données fonctionnelles et anatomiques veillant à ce que le maximum d'informations sont extraites des modèles animaux.

1. Préparation de cellules

1. Caliper propose une gamme de luciférase exprimant des lignées cellulaires de cancer pour la recherche pré-clinique dans des modèles murins.
2. MDA-MB-231-luc-D2H2LN est un être humain ligne de cellules tumorales mammaires exprimant le gène de la luciférase, qui peut être utilisé comme un indicateur optique de tumorigenèse in vivo. Cette lignée cellulaire est créé à partir d'une métastase ganglionnaire spontanée qui provient d'une tumeur D3H1 pad mammaires graisse et est connu pour former des métastases agressive.
3. Les cellules sont fournies en tant que culture exempts d'agents pathogènes congelés qui pousse facilement dans les supports standard sans avoir besoin de marqueurs de sélection.
4. Pour vérifier l'activité luciférase avant injection dans l'animal une fiole de 90% de confluence est récoltée par trypsinisation. L'activité luciférase est mesurée par dosage 50.000 cellules dans une plaque de microtitration et performants de dilution en série.

2. Injection intracardiaque de cellules chez les animaux

1. Avant l'injection, les animaux sont anesthésiés à l'aide de 3% d'isoflurane.
2. 1 à 3.000.000 cellules sont injectées dans le volume 50ul dans le ventricule gauche. Suspension de cellules contient 150ug/ml D-luciférine de valider la technique d'injection.
3. Pour confirmer une souris correcte injection intracardiaque sont imagés dans le système IVIS. Les souris qui montrent le signal à travers le corps de BLI ont été injectés correctement. Si le signal est localisé les cellules ont été injectées pas correctement dans le cœur.

3. BLI imagerie pour surveiller les métastases

1. La navette imagerie supporte la souris pour saisir les données dans les deux spectre IVIS et le système QuantumFX microCT.
2. La navette permet de maintenir l'animal dans la même position pour l'imagerie et intègre les signaux repères afin d'aider à la co-registration automatique. La chambre est reliée à l'évaporateur isofluorance pour maintenir l'anesthésie.
3. Imagerie assistant dans le logiciel Image Vivre 4.1 peut être utilisé pour sélectionner automatiquement le temps d'exposition, f-stop et binning et d'assurer la collecte de données quantitatives.
4. Plusieurs images peuvent être acquises et comparées dans les études longitudinales couvrant secondes ou quelques mois selon la nature de l'expérience.
5. Après l'injection de cellules Jour 6, BLI imagerie avec IVIS spectre montre des métastases aux os dans sept des neuf souris.

4. Suivi longitudinal des lésions ostéolytiques à l'aide de micro CT

1. Les souris qui a montré des métastases osseuses clairement visible à l'aide de BLI ont été imagées dans le système Quantum FX micro CT.
2. Le Quantum FX micro CT système délivre des images de haute qualité à une dose de rayons X suffisamment bas pour permettre aux vrais longitudinale micro CT dans les études précliniques.
3. La dégradation des os dans les deux jambes peuvent être surveillés à l'aide longitudinalement ce système en moins d'une minute.
4. Les souris sont anesthésiées avec 3% d'isoflurane et peuvent être transférés directement à partir du système Spectrum IVIS.
5. Deux images de 60mm sont cousues ensemble pour capturer le point de vue animal entier.
6. Un champ de vision de 30mm est idéale pour l'imagerie du genou en haute résolution.
7. Un seul balayage avec une résolution suffisamment élevée pour mesurer et quantifier les métastases osseuses ne prend que 18 secondes et délivre une dose de 13mGy seulement.
8. Les souris ont été imagées jusqu'à 8 fois en 36 jours avec le système de micro-CT sans affecter la croissance de la tumeur ou la santé de l'animal.
9. Le micro-imagerie CT a montré que l'os leisions étaient visibles sur Jour 10 et a progressé très rapidement, ce qui correspond à l'augmentation du signal de BLI.

5. 3D co-enregistrement et d'analyse de BLI et UCT

1. Une fois les images ont été capturées sur les deux le spectre IVIS et Quantum FX micro CT données du système peuvent être co-enregistrée dans une reconstruction 3D.
2. MicroCT images sont exportés sous forme de fichiers DICOM et chargé dans l'image vivante 4,1 outil 3D multi modalité.
3. Dans le logiciel d'image habitable exécuter le programme d'DLit trois dimensions reconstruire le signal optique.
4. L'outil de repères dans le logiciel est utilisé pour la co-enregistrer le signal optique BLI à l'image des micro CT.
5. Recalées ensembles de données peuvent être analysées quantitativement pour surveiller plusieurs paramètres lors de progression de la maladie ici, nous assurons le suivi de croissance de la tumeur métastatique avec le développement de la lésion ostéolytique dans l'os.

Discussion

Imagerie du petit animal avec des microCT a été appliquée à la surveillance des lésions ostéolytiques dans des conditions pathologiques, tels que le développement des tumeurs (Cowey et al 2007;.. Labrinidis et al, 2009). Comme l'imagerie par bioluminescence de la luciférase tumeurs étiquetées a été largement adopté pré-clinique, la co-registration des images de bioluminescence et microCT fourni une meilleure définition de la localisation anatomique des signaux de bioluminescence (Kaijzel et al. 2007). L'étude précédente avec une ligne luciférase maternel étiquetés cellules tumorales MDA-MB-231-luc-D3H2LN montré des métastases aux os et le développement des lésions ostéolytiques suivants l'injection intra-cardiaque (Jenkins et al 2005;. Minn et al, 2005). Dans cette étude, nous avons exploré une étude longitudinale des métastases de la tumeur et l'activité ostéolytique avec combinatoire optique et faible dose de rayonnement d'imagerie microCT avec le modèle de métastases MDA-MB-231-luc-D3H2LN systémique. Nous avons effectué imagerie séquentielle avec IVIS spectre et Quantum FX systèmes microCT et la bioluminescence atteint et CT co-enregistrement avec notre image habitable nouvellement développé 4.1 du logiciel (Heng et al., 2010). L'imagerie par bioluminescence avec IVIS fournit non invasive de détection des cellules tumorales avec une sensibilité élevée, permettant à la tumeur pour être détecté à un stade précoce. Imagerie avec Quantum FX permet la reconstruction 3D précise des lésions osseuses et des informations détaillées sur l'anatomie. Quantum FX système offre peu d'imagerie dose de rayonnement, ce qui permet un suivi longitudinal de la progression de la maladie. Corrélation des lésions osseuses et des métastases tumorales a été dépeint dans l'image co-enregistrées, et l'avantage de suivre le développement des lésions de la multimodalité longitudinalement a été clairement démontrée.