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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Ce protocole présente une procédure de perfusion guidée par l’image dans le système arborescent canalaire de la glande mammaire du lapin. Nous démontrons l’infusion contrôlée d’une solution ablative à base d’éthanol contenant un agent de contraste à rayons X dans toutes les ouvertures des trayons par imagerie en temps réel par fluoroscopie.
Le cancer du sein est la deuxième cause de décès chez les femmes. Bien qu’il existe peu d’interventions proactives pour les femmes à risque moyen, la mastectomie prophylactique est l’intervention la plus efficace pour réduire les risques pour les femmes à risque élevé. Cependant, la mastectomie prophylactique est une procédure invasive qui consiste à enlever toutes les cellules épithéliales mammaires ainsi que le stroma, le tissu adipeux et/ou la musculature environnants. Notre objectif global de recherche est de développer une procédure d’administration intracanalaire (DI) non invasive qui tue localement les cellules épithéliales mammaires en remplissant l’ensemble de l’arbre canalaire avec une solution ablative. Nous avons précédemment démontré que l’administration d’éthanol par ID en tant que solution ablative est efficace dans des modèles de rongeurs (souris et rats). Ce protocole présente une administration ID d’une solution d’éthanol à 10-70 % contenant de l’iohexol (90-300 mg/mL) comme agent de contraste à rayons X dans le système d’arbre multicanalaire de la glande mammaire du lapin. La glande mammaire d’un lapin (Oryctolagus cuniculus) avec un système multi-canaux ressemble davantage à la poitrine humaine que celles d’autres grands animaux (par exemple, les vaches, les moutons). Ce protocole pour lapins relève les défis techniques de l’évolutivité, de l’imagerie en temps réel et de la transmission d’ID dans un système d’arbre multicanalaire dans un modèle intermédiaire de grand animal. Ce protocole établit une administration d’identification multi-conduits guidée par fluoroscopie avec des instruments, des matériaux et des réactifs qui pourraient être appliqués directement en clinique. L’analyse tissulaire permet d’optimiser la concentration d’éthanol pour une ablation épithéliale maximale et des lésions tissulaires collatérales minimales, comme point de départ pour la future première évaluation chez l’homme de cette procédure ablative pour la prévention primaire du cancer du sein.
Le cancer du sein est le décès par cancer le plus fréquent et le deuxième plus élevé chez les femmes aux États-Unis. Les projections pour 2025 estiment qu’il y aura 316 950 nouveaux cancers du sein et que 42 170 femmes mourront de la1ère ère année de la Colombie-Britannique. À l’heure actuelle, la mastectomie prophylactique bilatérale est la procédure la plus efficace pour prévenir la carcinome. Cependant, il s’agit d’une procédure très invasive qui implique une ablation complète des cellules épithéliales, à partir desquelles le carcinome du sein se développe, et des tissus environnants. En raison de son caractère invasif ainsi que de l’impact psychologique et social de cette procédure, moins de 50 % des femmes à haut risque subissent une mastectomie à risqueréduit 2. Avec d’autres, nous avons mis au point des procédures d’administration intracanalaire (DI) pour la prévention primaire et/ou le traitement local du cancer du sein chezles rongeurs 2,3 comme alternative aux préventions et aux traitements actuels. L’éthanol (EtOH) a un faible profil de toxicité et d’innocuité qui est bien établi et est utilisé dans de multiples applications cliniques, telles que les agents sclérosants pour le traitement des malformations veineuses et comme agent ablatif pour le traitement local de certains cancers3. En règle générale, plusieurs millilitres d’EtOH sont perfusés ou délivrés à une concentration de 90 à 100 % dans ces procédures cliniques. Dans nos travaux précédents, l’administration de 70 % d’EtOH directement dans le système d’arbre canalaire de modèles de souris et de rats a été efficace pour ablater chimiquement les cellules épithéliales mammaires avec des dommages limités aux tissus normaux adjacents, et pour prévenir la formation de tumeurs mammaires 4,5,6,7. Au fur et à mesure que cette procédure est mise à l’échelle du système d’arbre canalaire plus grand d’un lapin avec un rapport plus grand volume luminal / surface des cellules épithéliales luminales, nous explorons les propriétés ablatives d’une solution avec un pourcentage plus faible d’EtOH (10 % à 70 %). En cherchant une traduction clinique, nous pensons que le pourcentage le plus faible d’éthanol efficace pour ablater les cellules épithéliales sera le mieux toléré et aura le meilleur profil d’innocuité.
La confirmation d’un remplissage complet de l’arbre canalaire est nécessaire pour garantir que la solution ablative est entrée en contact direct avec les cellules épithéliales mammaires. Dans nos études précédentes sur des modèles de rongeurs, la visualisation par rayons X d’arbres ductaires infusés par imagerie microCT a été utilisée après la procédure. En raison du temps nécessaire pour anesthésier, transférer, régler et positionner l’animal pour l’imagerie, l’Omnipaque (iohexol) approuvé par la FDA ou des agents de contraste à diffusion rapide similaires contenant de l’iode ne convenaient pas à la visualisation canalaire chez les rongeurs 6,8. Nous avons constaté que les agents de contraste à base de nanoparticules, en particulier ceux contenant des nanocristaux d’oxyde de tantale, se diffusaient plus lentement et convenaient mieux à la visualisation d’arbres canalaires chez les rongeurs 6,7,8,9. Cependant, cette confirmation a posteriori par imagerie microCT ne nous permet pas de surveiller ou de contrôler la quantité de volume perfusé et s’écarte des procédures de diagnostic cliniquement établies, telles que la ductographie10,11, pour la visualisation de l’arbre canalaire. Ainsi, une étape clé pour établir la faisabilité technique de l’application de cette procédure d’identification à l’homme est de démontrer la visualisation par fluoroscopie en temps réel de l’arbre canalaire infusé dans un modèle animal de taille et de complexité croissantes de ses glandes mammaires. Ce protocole étend cette procédure ablative des rongeurs 4,5 aux modèles de lapins. Sur le plan de l’évolution, de l’anatomie et de la physiologie, les glandes mammaires du lapin ressemblent davantage à la poitrine humaine qu’à celles des rongeurs ou d’autres grands modèles animaux, tels que les vaches et les moutons 12,13,14. Les lapines ont quatre paires de glandes mammaires, chacune contenant quatre arbres ductaires, tandis que les rongeurs n’ont qu’un seul arbre canalaire par glande mammaire. Les trayons de lapin peuvent être canulés 15,16 en utilisant une procédure similaire à l’administration ID d’un agent de contraste en ductographie clinique dans la première recherche clinique chez l’homme. Par conséquent, les lapins fournissent un modèle intermédiaire pratique et pertinent pour l’application translationnelle de cette procédure ablative d’identification aux humains. Ce protocole répond aux défis techniques de l’administration de l’identification et de l’imagerie in vivo d’un système d’arbre multicanalaire qui n’auraient pas pu être abordés dans des modèles de rongeurs. Ce protocole utilise des instruments, des réactifs et des matériaux compatibles avec la pratique clinique actuelle pour la visualisation des arbres canalaires. Ainsi, la procédure décrite pour la perfusion guidée par fluoroscopie d’une solution ablative à base d’éthanol contenant de l’iohexol pourrait être facilement mise en œuvre et évaluée dans les premiers essais cliniques chez l’homme.
Cette méthode a été mise en œuvre dans notre laboratoire pour réussir à canuler et à infuser séquentiellement les quatre arbres ductaires d’une ou plusieurs glandes mammaires chez un lapin, en une seule séance, avec une solution ablative à base d’éthanol contenant un agent de contraste (Figure 1, Figure 2, Figure 3). Cette méthode consiste à infuser la solution ablative directement dans l’ouverture du trayon canulé avec une aiguille à pointe émoussée de 27 G d’un lapin (vierge de 4 mois) sur une table de fluoroscopie. Cette intervention est réalisée sur un animal sous anesthésie générale (isoflurane) avec un traitement anti-inflammatoire péri- et post-intervention (kétoprofène, anti-inflammatoire non stéroïdien). L’imagerie par fluoroscopie nous permet de surveiller le remplissage de l’arbre canalaire en temps réel, de contrôler le taux et la quantité de volume distribué et/ou de déterminer le succès de l’administration de l’identification dans chaque système d’arbre individuel (Figures 1, Figure 2, Figure 3). Cette technique de fluoroscopie se rapproche davantage de l’application clinique prévue pour le guidage par l’image du traitement ablatif et peut aider à limiter la dose globale de rayonnement imposée au patient. Ce protocole démontre que l’Omnipaque (iohexol) approuvé par la FDA est un agent de contraste approprié pour visualiser le remplissage initial de l’arbre canalaire du lapin (Figure 3). Les observations par examen macroscopique et l’analyse histologique montrent qu’une concentration d’éthanol de 70 % provoque des lésions tissulaires rapides à l’intérieur et à l’extérieur de l’arbre canalaire et s’étendant au-delà de la structure de la glande mammaire (Figure 3). Une concentration d’éthanol de l’ordre de 10 à 40 % permet une ablation adéquate des cellules épithéliales avec des lésions tissulaires collatérales inférieures à celles de l’éthanol à 70 % (figure 4). Des études longitudinales utilisant cette procédure avec une taille de groupe par solution ablative appropriée et des collectes de tissus chronométrées seront nécessaires pour établir les paramètres optimaux de la solution ablative pour son évaluation clinique chez les patients humains.
Toutes les expériences décrites ont été menées selon des protocoles approuvés par le Comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux de l’Université d’État du Michigan. Les lapins (Oryctolagus cuniculus) ont été soignés conformément au Guide pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire et à la loi sur le bien-être des animaux de l’USDA dans un établissement accrédité par l’AAALAC.
REMARQUE : Cette méthode a été mise en œuvre chez des animaux blancs de Nouvelle-Zélande vierges (nullipares) et reproducteurs retraités (multipares) âgés (4 mois à > 1 an) et pesant (2,6 à 4,2 kg) acquis auprès de sources commerciales. D’après notre expérience, la taille de l’animal déterminée par le poids est plus fiable que l’âge de l’animal pour prédire la taille des tétines. Généralement, les animaux qui pèsent plus de 3,3 kg se présentent avec des trayons adaptés à la canulation. Le protocole décrit ci-dessous se concentre sur les animaux vierges âgés de 4 à 5 mois et pesant plus de 3,3 kg, car ils sont plus appropriés pour les études d’efficacité à long terme, de cicatrisation des plaies, de toxicité et d’innocuité.
1. Préparation préopératoire
2. Perfusion intracanalaire
3. Imagerie par fluoroscopie
4. Soins postopératoires et récupération
5. Analyse tissulaire
Chacune des 8 glandes mammaires d’une lapine contient 4 arbres ductaires qui s’ouvrent au niveau d’orifices indépendants des trayons (Figure 2). En raison de la différence de taille et de nombre d’arbres canalaires par glande mammaire entre les rongeurs (seulement 1 conduit par glande mammaire), les lapins sont un bon modèle intermédiaire pour la traduction humaine. Nous pouvons infuser jusqu’à 400 μL de solution d’EtOH à 10-70 % pour remplir tout l’arbre canalaire de n’importe quelle glande mammaire de lapins blancs de Nouvelle-Zélande âgés de 4 mois (Figure 1, Figure 2, Figure 3, Figure 4, 4, 8, 9). Nous pouvons infuser jusqu’à 4 arbres ductaires dans jusqu’à 8 glandes mammaires avec la solution ablative en une seule séance. Un plan expérimental typique consiste à infuser 2 à 3 arbres ductaires dans une seule glande mammaire dans un maximum de 4 glandes mammaires avec une solution ablative particulière contenant un agent de contraste à rayons X à base d’iode (Figure 2, Figure 3). Pour la solution ablative contenant de l’iohexol (90-300 mg d’iode/mL), une fluoroscopie est effectuée pendant et/ou après chaque perfusion afin de déterminer le succès individuel de la perfusion de chaque arbre canalaire avec une quantité partielle ou totale de solution perfusée (Figure 2, Figure 3). Le prélèvement du tissu de la glande mammaire permet d’évaluer comment les changements de formulation affectent la destruction des cellules épithéliales mammaires (Figure 4). Ces analyses d’imagerie fournissent des informations permettant de comprendre la solution la plus appropriée pour obtenir une ablation maximale tout en minimisant les dommages aux tissus environnants. Nous avons déterminé qu’une solution d’EtOH à 10 % offre un taux d’ablation comparable aux solutions ablatives contenant un pourcentage plus élevé d’EtOH (Figure 4).

Figure 1 : Déroulement de la procédure intracanalaire. Les étapes clés de la procédure d’identification sont mises en évidence. Veuillez consulter la vidéo pour plus de détails. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Étapes clés de la canulation et de la perfusion intracanalaires. (A) Injection de solution saline perpendiculaire au trayon pour dilater les ouvertures canalaires pour la canulation (vue du plan médian). (B) La canulation et le remplissage d’un arbre canalaire (D1) peuvent être suivis avec un colorant bleu dans la solution ablative (vue du plan médian). (C) L’imagerie par fluoroscopie en temps réel offre un suivi précis et à haute résolution du remplissage de l’arbre canalaire (D1) avec de l’iohexol dans la solution ablative (vue du plan dorsal). Les ouvertures de l’arbre ductal sont numérotées de gauche à droite, en commençant par le quadrant supérieur (D1, quadrant supérieur gauche) et en terminant par le quadrant inférieur (D4, quadrant inférieur droit). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Taille de la tétine et administration réussie de la solution ablative à plusieurs conduits. Présentation typique de la taille des trayons chez les lapins blancs de Nouvelle-Zélande. La taille des trayons varie en fonction du poids et de l’âge du lapin. Les glandes mammaires sont numérotées du haut à gauche (L1, cervicale gauche) au bas à droite (R8, inguinal droit). Toutes les images sont affichées dans le plan dorsal. (A) Lapin vierge de 2,8 kg (en haut) avec des trayons plus petits, difficiles à canuler, lapin vierge de 3,5 kg (au milieu) avec des trayons adaptés à la canulation, et lapin multipare de 4,1 kg (en bas) avec des trayons plus grands, beaucoup plus faciles à canuler. (B) Un colorant alimentaire bleu dans la solution infusée peut être utilisé comme preuve in vivo d’administration intracanalaire et de remplissage de l’arbre canalaire. L’infusion infructueuse est indiquée par un contour rouge (administration du coussinet adieux, en haut) et les perfusions réussies par un contour bleu (administration intracanalale, milieu et bas). Une solution d’EtOH à 70 % cause plus de dommages à la peau (érythème) quelques minutes après la perfusion (bleu foncé, panneau du milieu) qu’une solution à 10 % (bleu clair, panneau inférieur). (C) La fluoroscopie fournit des preuves in vivo d’administration intracanalaire. Infusion infructueuse (administration du coussinet adieux, panneau supérieur). Perfusion séquentielle réussie de D1 ductal d’abord et de D2 d’arbre ductal ensuite (panneau en bas à gauche). La fluoroscopie en direct fournit un guidage d’image pour le remplissage (flèches blanches) de l’arbre canalaire D3 (panneau en bas à droite) ; La ligne d’extension remplie d’une solution ablative contenant de l’iohexol et la pince pour tenir la tétine sont également visibles. Les barres d’échelle correspondent à 1 cm dans les images à différents grossissements. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Analyse tissulaire des glandes mammaires chez des lapins blancs de Nouvelle-Zélande après procédure intracanalaire avec une solution ablative à base d’éthanol. (A-B) Coloration H&E représentative d’une glande mammaire inguinale droite d’un animal de 4 mois sans traitement ablatif par rapport à une glande mammaire inguinale droite d’un autre animal avec un traitement ablatif à 10 % d’EtOH. Les tranches de tissu sont coupées le long du plan médian, de sorte que D1 et D3 (arbres ductaires gauches) sont représentés sur les mêmes coupes de tissus. La vue du tissu entier (A) et la vue à fort grossissement (B) montrent les effets morphologiques et chromatiques de l’ablation par l’EtOH sur la coloration H&E (panneaux supérieurs) et les classes de cellules épithéliales et stromales déduites sur la base d’un classificateur entraîné par ordinateur (panneaux inférieurs). La barre d’échelle noire correspond à 1 mm en A et la barre d’échelle blanche à 100 μm en B. (C) La barre graphique montre la distribution des classes de cellules dans les arbres ductaires (n > 4 par groupe) traités avec différentes concentrations d’EtOH ou non traités. Les astérisques indiquent la valeur p du test t de Welch non apparié de chaque classe de cellules par groupe par rapport à sa classe de cellules correspondantes dans le groupe traité à 10 % par EtOH (* <0,05, ** < 0,01, **** <0,0001). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Ce protocole présente une procédure de perfusion guidée par l’image dans le système arborescent canalaire de la glande mammaire du lapin. Nous démontrons l’infusion contrôlée d’une solution ablative à base d’éthanol contenant un agent de contraste à rayons X dans toutes les ouvertures des trayons par imagerie en temps réel par fluoroscopie.
Ce travail a été soutenu, en partie, par l’Institut national du cancer R01 CA258314 subvention à LFS. Nous sommes reconnaissants au MSU Veterinary Medical Center pour l’utilisation de ses systèmes d’imagerie et de son expertise technique (Luke Syperda et Susan Rosser), aux ressources animales du campus MSU pour l’assistance technique (Rebecca Winget), ainsi qu’à l’installation centrale d’analyse tissulaire du programme de santé de précision MSU et au centre d’analyse quantitative des bio-éléments et de cartographie (QBEAM) de MSU pour l’assistance technique.
| Loupe 10X avec lumière et pince, grand col de cygne | Amazone | B0D982JCZ2 | Pour la visualisation des trayons |
| Seringues à insuline Exel International | Fisher Scientific | 14-841-31 | Pour l’injection péricanalaire de solution saline |
| Aiguilles émoussées en vrac calibre 27 longueur 0,5 | Technologies d’infusion SAI | B27-50 100 En vrac | Pour la canulation intracanalaire |
| Bleu Evans | Sigma | E2129-50G | Pour la visualisation de la glande mammaire |
| Système d’imagerie par rayons X fluoroscopique | GE Soins de santé | DT-C31-01  ;   ; | Pour l’acquisition d’images fluroscopie |
| Couverture chauffante vétérinaire HotDog | Hot-dog | WC71V | Pour l’intervention intracanalaire/la préparation préopératoire |
| Lignes d’extension mâle-femelle, longueur 12 pouces | Technologies d’infusion SAI | POSTE 12 | Pour les procédures intracanalaires |
| Omnipaque 500 mL (350 mg d’iode/mL) | GE Soins de santé | 0407-1414-72 | Produit de contraste pour la visualisation par rayons X (fluoroscopie) |
| Colorant alimentaire bleu stérile | Mccormick | 930641 | Pour la visualisation de la glande mammaire |
| Solution saline tamponnée au phosphate stérile (PBS) | ThermoFisher | 14190250 | Pour la préparation de la solution |
| Seringues | BD | 309659 | Pour perfusion intracanalaire |
| V-gel | Docsinnovent | D30001 à 30006 | Pour l’intubation (le numéro de catalogue dépend de la taille du V-gel) |
| Kétoprofène | Convoitise | #005488 | Pour l’analgésie |
| kétamine | Convoitise | 71069 | Pour l’analgésie |
| Lidocaïne topique | Covertus | 70859 | Pour l’analgésie |
| xylazine | Convoitise | 80907 | Pour l’anesthésie |
| Euthasol | Convoitise | #009444 | Pour l’euthanasie |
| Lubrifiant pour les yeux | Convoitise | 75848 | Pour l’anesthésie |
| l’atipamézole | Convoitise | 82124 | Pour l’anesthésie |
| Croustilles de banane | Bio-Serv | #F7161 | Pour l’acclimatation |
| Gemmes de furité | Bio-Serv | #F5136-1 | Pour l’acclimatation |
| Gouttes de yogourt | Bio-Serv | #F7200-1 | Pour l’acclimatation |