אנו מציגים פרוטוקול להשתלה כירורגית של חלון אופטי מיוצב להדמיה ברזולוציה תת-תאית של הלבלב המורין, המאפשר מחקרים סדרתיים ואורכיים של הלבלב הבריא והחולה.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
אנו מציגים פרוטוקול להשתלה כירורגית של חלון אופטי מיוצב להדמיה ברזולוציה תת-תאית של הלבלב המורין, המאפשר מחקרים סדרתיים ואורכיים של הלבלב הבריא והחולה.
הפיזיולוגיה והפתופיזיולוגיה של הלבלב מורכבות. מחלות הלבלב, כגון דלקת הלבלב ואדנוקרצינומה של הלבלב (PDAC) הן בעלות תחלואה ותמותה גבוהות. הדמיה תוך-חיונית (IVI) היא טכניקה רבת עוצמה המאפשרת הדמיה ברזולוציה גבוהה של רקמות הן במצב בריא והן במצב חולה, ומאפשרת תצפית בזמן אמת על הדינמיקה של התא. IVI של הלבלב המורין מציב אתגרים משמעותיים בשל האופי הקרבי העמוק והתואם של האיבר, מה שהופך אותו למועד מאוד לנזק ותנועה.
מתואר כאן תהליך ההשתלה של Stabilized Window for Intravital imaging of the murine Pancreas (SWIP). SWIP מאפשר IVI של הלבלב murine במצבים בריאים נורמליים, במהלך המעבר מהלבלב הבריא לדלקת לבלב חריפה הנגרמת על ידי cerulein, ובמצבים ממאירים כגון גידולים בלבלב. בשילוב עם תאים המסומנים גנטית או מתן צבעים פלואורסצנטיים, SWIP מאפשר מדידה של דינמיקה של תא בודד ותת-תאי (כולל הגירה חד-תאית וקולקטיבית) כמו גם הדמיה סדרתית של אותו אזור עניין במשך מספר ימים.
היכולת ללכוד נדידת תאי גידול היא בעלת חשיבות מיוחדת מכיוון שהגורם העיקרי לתמותה הקשורה לסרטן ב- PDAC הוא הנטל הגרורתי העצום. הבנת הדינמיקה הפיזיולוגית של גרורות ב- PDAC היא צורך קריטי שלא נענה וחיוני לשיפור הפרוגנוזה של המטופל. בסך הכל, SWIP מספק יציבות הדמיה משופרת ומרחיב את היישום של IVI בלבלב בריא ומחלות לבלב ממאירות.
מחלות לבלב שפירות וממאירות עלולות לסכן חיים, עם פערים ניכרים בהבנת הפתופיזיולוגיה שלהן. דלקת הלבלב - דלקת בלבלב - היא הגורם השלישי בחשיבותו לאשפוזים ואשפוזים חוזרים הקשורים למחלות במערכת העיכול בארה"ב והיא קשורה לתחלואה משמעותית, תמותה ונטל סוציו-אקונומי1. מדורג כגורם השלישי המוביל למוות הקשור לסרטן2, אדנוקרצינומה של צינור הלבלב (PDAC) מהווה את רוב הממאירויות בלבלב3 ומבשר על שיעור הישרדות גרוע של 5 שנים של 11% בלבד 2. הגורם המוביל לתמותה מסרטן ב-PDAC הוא עומס גרורתי עצום. למרבה הצער, רוב החולים נוכחים עם מחלה גרורתית. לכן, הבנת הדינמיקה של גרורות ב-PDAC היא צורך קריטי שלא נענה בתחום חקר הסרטן.
המנגנונים העומדים בבסיס הדלקת והמפל הגרורתי של הלבלב אינם מובנים היטב. תורם עיקרי לפער הידע הזה הוא חוסר היכולת לצפות בדינמיקה התאית של הלבלב in vivo. התבוננות ישירה בדינמיקה התאית הזו מבטיחה לחשוף מטרות קריטיות כדי למנף ולשפר את האבחון והטיפול בחולי מחלות לבלב.
הדמיה תוך-חיונית (IVI) היא טכניקת מיקרוסקופיה המאפשרת לחוקרים לדמיין ולחקור תהליכים ביולוגיים בבעלי חיים בזמן אמת. IVI מאפשר הדמיה ישירה ברזולוציה גבוהה של דינמיקה תוך-תאית ומיקרו-סביבתית in vivo ובתוך הסביבה הטבעית של התהליך הביולוגי המדובר. לכן, IVI מאפשר התבוננות in vivo של תהליכים בריאים ופתולוגיים.
שיטות הדמיה עכשוויות של כל הגוף כגון MRI, PET ו- CT מציעות תצוגות מצוינות של איברים שלמים ויכולות לחשוף פתולוגיות, עוד לפני הופעת הסימפטומים הקליניים4. הם אינם מסוגלים, עם זאת, להשיג רזולוציה של תא בודד או לחשוף את השלבים המוקדמים ביותר של מחלה - לבלב או ממאירות.
מחקרים קודמים השתמשו ב- IVI ברזולוציה של תא יחיד כדי לצפות במחלות שפירות וממאירות של עור5,6, שד7, ריאות8, כבד9, מוח 10 וגידולי לבלב 11, מה שהוביל לתובנות לגבי מנגנונים של התקדמות המחלה 12. עם זאת, הלבלב המוריני מציב מכשולים משמעותיים להשגת רזולוציה של תא בודד באמצעות IVI, בעיקר בשל מיקומו הקרבי העמוק והתאימות הגבוהה שלו. יתר על כן, זהו איבר מסועף ומפוזר בתוך המזנטריה המתחבר לטחול, למעי הדק ולקיבה, מה שהופך אותו למאתגר לגישה. הרקמה גם רגישה מאוד לתנועה הנגרמת על ידי פריסטלטיקה סמוכה ונשימה. מזעור התנועה של הלבלב חיוני למיקרוסקופיה ברזולוציה של תא יחיד, מכיוון שתוצרי תנועה של אפילו מיקרונים בודדים יכולים לטשטש ולעוות תמונות, מה שהופך את המעקב אחר הדינמיקה של תאים בודדים לבלתי אפשרי13.
כדי לבצע IVI, חלון הדמיה בטני (AIW) חייב להיות מושתל בניתוח 9,11. כדי להשתיל את AIW בניתוח, מסגרת חלון מתכת נתפרת לתוך דופן הבטן. לאחר מכן, האיבר המעניין מחובר למסגרת באמצעות דבק ציאנואקרילט. בעוד שזה מספיק עבור כמה איברים פנימיים נוקשים (למשל, כבד, טחול, גידולים קשיחים), ניסיונות הדמיה של הלבלב הבריא של מורין נפגעים על ידי יציבות צידית וצירית לא אופטימלית בשל מרקם תואם הרקמה וארכיטקטורה מורכבת14. כדי להתמודד עם מגבלה זו, Park et al.14 פיתחו חלון הדמיה שתוכנן במיוחד עבור הלבלב הבריא. חלון הדמיה זה של הלבלב (PIW) ממזער את השפעת תנועת המעי והנשימה על ידי שילוב מדף מתכת אופקי בתוך מסגרת החלון, ממש מתחת לכיסוי הכיסוי, מייצב את הרקמה ושומר על המגע שלה עם זכוכית הכיסוי. בעוד שה-PIW מציע יציבות צידית מוגברת, מצאנו כי חלון זה עדיין מדגים סחף צירי ובנוסף מונע הדמיה של גידולים מוצקים גדולים בשל המרווח הצר בין מדף המתכת לכיסוי15.
כדי להתמודד עם המגבלות האלה, פיתחנו את ה-Stabilized Window for Intravital imaging of the murine Pancreas (SWIP), חלון הדמיה מושתל המסוגל להשיג הדמיה יציבה לטווח ארוך של הלבלב הבריא והחולה כאחד (איור 1)15. כאן, אנו מספקים פרוטוקול מקיף עבור ההליך הכירורגי המשמש להשתלת SWIP. למרות שהמטרה העיקרית הייתה לחקור את המנגנונים הדינמיים המעורבים בגרורות, ניתן להשתמש בשיטה זו גם כדי לחקור היבטים שונים של ביולוגיה ופתולוגיה של הלבלב.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל ההליכים המתוארים בפרוטוקול זה בוצעו בהתאם להנחיות ולתקנות לשימוש בבעלי חוליות, כולל אישור מראש של הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של מכללת אלברט איינשטיין לרפואה (IACUC).
1. פסיבציה של חלונות
הערה: פסיבציה של נירוסטה מנקה את המתכת ממזהמים ויוצרת שכבת תחמוצת דקה המגבירה מאוד את התאימות הביולוגית של המתכת לרקמות רכות, אפילו מעבר לזו של טיטניום16.
2. הכנה להשתלת גידול או ניתוח חלון
הערה: במחקרים על גידולי לבלב, יש להשתיל תאי גידול ולאפשר להם לגדול לגידולים גלויים. כדי לדמיין את תאי הגידול in vivo, מומלץ להשתמש בתאים ששונו גנטית כדי לבטא חלבונים פלואורסצנטיים כגון Dendra2. שימוש בתוויות חלבון פלואורסצנטיות בהירות יקטין בעיות פוטנציאליות עם אוטופלואורסצנטיות של רקמות. חלבונים פלואורסצנטיים פוטנציאליים אחרים, צבעים, ומודלים פלואורסצנטיים של עכברים מקודדים גנטית שניתן להשתמש בהם נדונו במקומות אחרים17,18. כדי למנוע זיהום של שדה הניתוח, בצע את ההליך הכירורגי במכסה מנוע או בארון זרימה למינרי וודא כי אזורים נפרדים משמשים להכנה, ניתוח והתאוששות.
3. השתלת גידול בלבלב
4. ניתוח חלון לבלב
5. טיפול Cerulein עבור אינדוקציה של הלבלב
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
איור 1, שהותאם מ-Du et al.15, מראה תמונות סטילס מסרט IVI בהילוך מהיר של הלבלב המורין. ניתן לראות תנועה מסוימת של רקמות במהלך תקופת השקיעה הראשונית (השעה הראשונה של ההדמיה, איור 1A). אולם עם המשך ההדמיה לאחר תקופת השקיעה הזו (>75 דקות), ראינו עלייה ביציבות הצידית והצירית (איור 1B). השוואת היציבות של SWIP עם חלונות הדמיה קודמים של AIW ו- PIW מזהה שכל החלונות דורשים פרק זמן ראשוני לשיקוע. עם זאת, SWIP הציג את...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול SWIP המתואר כאן מספק שיטה משופרת לייצוב רקמת הלבלב על ידי שימוש בטכניקת סל תפר צולב. חלונות דימות בטן מוקדמים (AIWs) אפשרו הדמיה תוך חיונית (IVI) של איברים פנימיים של הבטן, אך לא הגבילו במידה מספקת את תנועת הרקמות הרכות כגון הלבלב. בתגובה, פארק ועמיתיו פיתחו חלון הדמיה לבלב (PIW) המשלב מדף מתכת אופקי ומאפשר ייצוב משופר של רקמת הלבלב תוך שמירה על מגע עם כיסוי הזכוכית. בעוד שגישה זו משפרת את היציבות הרוחבית, היא מגבילה הדמיה של גידולי לבלב מוצקים מכיוון שגודלם עולה על המרווח הצר בין המדף לזכוכית הכיסוי. SWIP מטפל ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
קרן הצדקה ע"ש אוולין ליפר, מרכז גרוס-ליפר לביופוטוניקה, תוכנית הדימות המשולבת לחקר הסרטן, מלגת T-32 של NIH (CA200561) ומענק של תוכנית מחקר סרטן הלבלב של משרד ההגנה (PCARP) PA210223P1.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| תמיסה של 1% (w/v) של חומר ניקוי פעיל אנזימים | Alconox Inc | NA | חומר ניקוי אניוני מרוכז עם אנזימי פרוטאז לניקוי ידני וקולי |
| 5% (w/v) תמיסה של נתרן הידרוקסיד | Sigma-Aldrich | S8045 | מגיב פסיבציה |
| 5 מ"מ כיסוי זכוכית | אלקטרונים מדעי מיקרוסקופיה | 72296-05 | כיסויי זכוכית עגולים |
| תמיסה של 7% (w/v) של חומצת לימון | Sigma-Aldrich | 251275 | מגיב פסיבציה |
| 28G 1 מ"ל BD מזרק אינסולין | BD | 329410 | מזרק להזרקת תאים |
| Baytril 100 (אנרופלוקסצין) | באייר (סנטה קרוז ביוטכנולוגיה) | sc-362890Rx | מנורת חום אנטיביוטית |
| ספסל הר | מקמאסטר-קאר | 3349K51 | מנורת חום |
| בופרנורפין 0.3 מ"ג/מ"ל | Covetrus צפון אמריקה | 059122 | בופרנורפין משכך כאבים |
| Castroviejo מספריים מעוקלים | מכשירי דיוק עולמיים | WP2220 | מספריים לחיתוך רקמות |
| C57BL / 6J | עכבר מעבדת ג'קסון | 000664 | עכבר C57BL/6J |
| תמיסת כלורהקסידין | Durvet | 7-45801-10258-3 | תמיסת חיטוי כלורהקסידין |
| מיכל אוויר דחוס | Falcon | DPSJB-12 | אוויר דחוס לייבוש רקמות |
| ציאנו אקרילט - סיכות דבק סופר ג'ל | 234790-6 | דבק עור | |
| ציאנו אקרילט - סיכות דבק-על נוזלי | LOC1647358 | דבק כיסוי | |
| DPBS 1x | קורנינג | 21-031-CV | DPBS להזרקות סרולאין/תאים |
| ערכת קוטר תאומים מכשיר | הרווארד 726067 | ||
| עט נביטה 500 | CellPoint Scientific | GER 5287-120V | מעקר חרוזים |
| Graefe מיקרו מלקחיים; משונן; עקומה קלה; רוחב קצה 0.8 מ"מ; אורך 4 אינץ' | Roboz כירורגי | RS-5135 | מלקחיים לניתוח מיקרו של Graefe |
| מיקרוסקופ הדמיה | NA | NA | ראה Entenberg et al. 2011 [27] |
| תוכנת הדמיה | NA | NA | ראה Entenberg et al. 2011 [27] |
| Isoethesia (isoflurane) | Henry Schein Animal Health | 50033 | Isoflurane Anesthesia |
| Kim Wipes | Fisher Scientific | 06-666-A | קים מגבונים |
| קלטת מעבדה | פישר סיינטיפיק | 159015R | ערכת ניתוח עכבר קלטת מעבדה |
| מכשירים מדויקים בעולם | מכשירים | כירורגיים מכשירים כירורגיים | |
| כף עכבר חיישן אוקסימטר דופק | קנט מדעי קורפו | חיישן MSTAT-MSE | דופק אוקסימטר |
| עכבר Surgisuite | קנט סיינטיפיק | SURGI-M04 | פלטפורמה מחוממת |
| Nair הסרת שיער תחליב | אמזון | B001RVMR7K | תחליב אפילציה |
| חמצן | TechAir | OX TM | חמצן |
| PERMA-HAND תפרי משי קלועים שחורים, ETHICON גודל 5-0 | VWR | 95056-872 | תפר משי |
| פוספט חוצץ מי מלח 1x | Life Technologies | 10010-023 | PBS |
| PhysioSuite System | Kent Scientific | PhysioSuite | פלטפורמה מחוממת בקר |
| Puralube | הנרי שיין בריאות בעלי חיים | 008897 | חומר סיכה לעיניים |
| פוריטני לא סטרילי כותנה עם קצה כותנה | Fisher Scientific | 867WCNOGLUE | Cotton Swabs |
| SHARP טיפים למחסום דיוק, עבור P-100, 100 ומיקרו; L | דנוויל סיינטיפיק בע"מ | P1125 | 100 ומיקרו; L טיפים לפיפט |
| טטרמתילרודמין איזותיוציאנט&ndash– Dextran | Sigma-Aldrich | T1287-500MG | תווית כלי דם |
| צלחת לקיבוע חלונות | NA | NA צלחת בהתאמה אישית למיקום חלונות על במת המיקרוסקופ. הצלחת עשויה מ-0.008 במלאי נירוסטה. למידות הצלחת ראה Entenberg et al., 2018 [8]. | |
| מסגרת חלון | NA | NA | החלון מורכב ממסגרת פלדה עם צמצם מרכזי המקבל כיסוי של 5 מ"מ. חריץ של 1.75 מ"מ סביב היקף המסגרת מספק מקום לשריר הצפק ולשכבות העור להיצמד אליו. ראה Entenberg et al., 2018 [8]. |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.