Une approche de segmentation sans étiquette pour l’imagerie intravitale du microenvironnement tumoral mammaire

Brian M. Burkel; David R. Inman; María Virumbrales-Muñoz; Erica J. Hoffmann; Suzanne M. Ponik

doi:10.3791/63413

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Article de méthode

Une approche de segmentation sans étiquette pour l’imagerie intravitale du microenvironnement tumoral mammaire

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DOI :

10.3791/63413

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24 mai 2022

Brian M. Burkel¹ , David R. Inman¹ , María Virumbrales-Muñoz¹^,² , Erica J. Hoffmann¹ , Suzanne M. Ponik¹^,³

¹Department of Cell and Regenerative Biology, University of Wisconsin-Madison, ²Department of Pathology, University of Wisconsin-Madison, ³Carbone Cancer Center, University of Wisconsin-Madison

Dans cet article

Résumé

La méthode d’imagerie intravitale décrite ici utilise la deuxième génération harmonique de collagène et la fluorescence endogène du cofacteur métabolique NAD(P)H pour segmenter de manière non invasive un microenvironnement tumoral non marqué en compartiments tumoral, stromal et vasculaire pour une analyse approfondie des images intravitales 4D.

Résumé

La capacité de visualiser des interactions physiologiques complexes et dynamiques entre de nombreux types de cellules et la matrice extracellulaire (ECM) dans un microenvironnement tumoral vivant est une étape importante vers la compréhension des mécanismes qui régulent la progression tumorale. Bien que cela puisse être accompli grâce aux techniques actuelles d’imagerie intravitale, cela reste difficile en raison de la nature hétérogène des tissus et de la nécessité d’un contexte spatial dans l’observation expérimentale. À cette fin, nous avons développé un flux de travail d’imagerie intravitale qui associe l’imagerie de deuxième génération harmonique de collagène, la fluorescence endogène du cofacteur métabolique NAD(P)H et la microscopie d’imagerie à vie de fluorescence (FLIM) comme moyen de compartimenter de manière non invasive le microenvironnement tumoral en domaines de base du nid tumoral, du stroma ou ECM environnant et du vascularisation. Ce protocole non invasif détaille le processus étape par étape allant de l’acquisition d’images time-lapse de modèles de tumeurs mammaires à l’analyse post-traitement et à la segmentation d’images. Le principal avantage de ce flux de travail est qu’il exploite les signatures métaboliques pour contextualiser le microenvironnement tumoral vivant en évolution dynamique sans l’utilisation d’étiquettes fluorescentes exogènes, ce qui le rend avantageux pour les modèles de xénogreffes dérivées du patient humain (PDX) et l’utilisation clinique future où les fluorophores extrinsèques ne sont pas facilement applicables.

Introduction

La matrice extracellulaire (ECM) dans le microenvironnement tumoral est connue pour être déposée dynamiquement et remodelée par plusieurs types de cellules pour faciliter davantage la progression de la maladie ^1,2,3. Ces altérations de matrice fournissent des indices mécaniques et biologiques qui modifient le comportement cellulaire et entraînent souvent un cycle continu de remodelage de la matrice⁴. L’étude de l’interaction dynamique et réciproque entre les cellules tumorales et la matrice extracellulaire est souvent menée à l’aide de cultures in ....