RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
he_IL
Menu
Menu
Menu
Menu
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
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
פרוטוקול זה מציג הליך לעירוי מונחה תמונה למערכת עץ הצינור של בלוטת החלב של הארנב. אנו מדגימים עירוי מבוקר של תמיסה אבלטיבית מבוססת אתנול המכילה חומר ניגוד רנטגן לכל פתחי הפטמה על ידי הדמיה בזמן אמת של פלואורוסקופיה.
סרטן השד הוא גורם המוות השני המוביל הקשור לסרטן בקרב נשים. בעוד שישנן מעט התערבויות יזומות לנשים בסיכון ממוצע, כריתת שד מונעת היא ההתערבות היעילה ביותר ומפחיתה את הסיכון לנשים בסיכון גבוה. עם זאת, כריתת שד מניעתית היא הליך פולשני המסיר את כל תאי האפיתל של החלב יחד עם הסטרומה, רקמת השומן ו/או השרירים שמסביב. מטרת המחקר הכוללת שלנו היא לפתח הליך אספקה תוך-צינורי (ID) לא פולשני שהורג באופן מקומי את תאי האפיתל של החלב על ידי מילוי כל עץ הצינור בתמיסה אבלטיבית. הראינו בעבר כי אספקת אתנול כפתרון אבלטיבי יעילה במודלים של מכרסמים (עכברים וחולדות). פרוטוקול זה מציג אספקה מזהה של תמיסת אתנול 10-70% המכילה יוהקסול (90-300 מ"ג/מ"ל) כחומר ניגוד בקרני רנטגן למערכת העצים הרב-צינורית של בלוטת החלב של הארנב. בלוטת החלב של ארנב (Oryctolagus cuniculus) עם מערכת רב-צינורית דומה יותר לשד האנושי מאשר לאלו של בעלי חיים גדולים אחרים (למשל, פרות, כבשים). פרוטוקול ארנב זה מתמודד עם אתגרים טכניים של מדרגיות, הדמיה בזמן אמת ומסירת תעודות זהות למערכת עצים רב-צינורית במודל ביניים של בעלי חיים גדולים. פרוטוקול זה קובע אספקת זיהוי רב-צינורית מונחית פלואורוסקופיה עם מכשירים, חומרים וריאגנטים שניתן ליישם ישירות במרפאה. ניתוח רקמות מאפשר אופטימיזציה של ריכוז האתנול לאבלציה אפיתלית מקסימלית ונזק מינימלי לרקמות אגביות כנקודת התחלה להערכה עתידית ראשונה בבני אדם של הליך אבלטיבי זה למניעה ראשונית של סרטן השד.
סרטן השד (BC) הוא מקרה המוות השכיח ביותר והשני בגובהו הקשור לסרטן בקרב נשים בארצות הברית. התחזיות לשנת 2025 מעריכות שיהיו 316,950 סרטן שד חדש, ו-42,170 נשים ימותו מ-BC1. נכון לעכשיו, כריתת שד מונעת דו-צדדית היא ההליך היעיל ביותר למניעת BC. עם זאת, מדובר בהליך פולשני ביותר הכולל הסרה מוחלטת של תאי האפיתל, מהם נוצר קרצינומה של השד, והרקמה שמסביב. בשל הפולשניות שלו כמו גם ההשפעה הפסיכולוגית והחברתית של הליך זה, פחות מ-50% מהנשים בסיכון גבוה עוברות כריתת שד מפחיתה סיכון2. אנחנו, ואחרים, פיתחנו נהלי אספקה תוך-צינוריים (ID) למניעה ראשונית ו/או טיפול מקומי בסרטן השד במודלים של מכרסמים 2,3 כחלופה למניעה ולטיפולים הנוכחיים. לאתנול (EtOH) יש פרופיל רעילות ובטיחות נמוך המבוסס היטב ומשמש ביישומים קליניים מרובים, כגון חומרים טרשתיים לטיפול במומים ורידיים וכחומר אבלטיבי לטיפול מקומי בכמה סוגי סרטן3. בדרך כלל, מספר מיליליטר של EtOH מוזרקים או מועברים בריכוז של 90-100% בהליכים קליניים אלה. בעבודתנו הקודמת, אספקה של 70% EtOH ישירות למערכת עץ הצינור של מודלים של עכברים וחולדות הייתה יעילה בהסרה כימית של תאי אפיתל חלב עם נזק מוגבל לרקמה תקינה סמוכה, ובמניעת היווצרות גידול שד 4,5,6,7. מכיוון שהליך זה מורחב למערכת עצי הצינור הגדולה יותר של ארנב עם נפח לומינלי גדול יותר ליחס שטח הפנים של תא אפיתל לומינלי, אנו חוקרים את התכונות האבלטיביות של תמיסה עם אחוז נמוך יותר של EtOH (10% עד 70%). בחיפוש אחר תרגום קליני, אנו מסיקים כי האחוז הנמוך ביותר של אתנול היעיל בהסרת תאי אפיתל יהיה הנסבל ביותר ובעל פרופיל הבטיחות הטוב ביותר.
יש צורך באישור של מילוי עץ צינור מלא כדי להבטיח שהתמיסה האבלטיבית באה במגע ישיר עם תאי אפיתל חלב. במחקרים הקודמים שלנו במודלים של מכרסמים, נעשה שימוש בהדמיית רנטגן של עצי צינור מוזרקים על ידי הדמיית מיקרו-CT לאחר ההליך. בשל חלוף הזמן הנדרש להרדמה, העברה, הגדרה ומיקום של בעל החיים להדמיה, Omnipaque (iohexol) שאושר על ידי ה-FDA או חומרי ניגוד דומים המכילים יוד לא התאימו להדמיית עץ צינורית במכרסמים 6,8. מצאנו שחומרי ניגוד מבוססי ננו-חלקיקים, במיוחד אלה המכילים ננו-גביש תחמוצת טנטלום, היו מפוזרים לאט יותר ומתאימים יותר להדמיית עץ צינורית במכרסמים 6,7,8,9. עם זאת, אישור מאוחר זה על ידי הדמיית מיקרו-CT אינו מאפשר לנו לנטר או לשלוט בכמות הנפח המוחדר וחורג מהליכי אבחון שנקבעו קלינית, כגון דוקטוגרפיה10,11, להדמיית עץ צינור. לפיכך, צעד מרכזי לביסוס ההיתכנות הטכנית של תרגום הליך זיהוי זה לבני אדם הוא הדגמת הדמיה פלואורוסקופית בזמן אמת של עץ הצינור המוזרק במודל של בעלי חיים בגודל ומורכבות הולכים וגדלים של בלוטות החלב שלו. פרוטוקול זה מגדיל את ההליך האבלטיבי הזה ממכרסמים 4,5 למודלים של ארנבות. מבחינה אבולוציונית, אנטומית ופיזיולוגית, בלוטות החלב של ארנב דומות יותר לשדיים אנושיים מאשר לאלו של מכרסמים או מודלים אחרים של בעלי חיים גדולים, כגון פרות וכבשים 12,13,14. לארנבות נקבות יש ארבעה זוגות של בלוטות חלב, כל אחת מכילה ארבעה עצי צינור, ואילו למכרסמים יש רק עץ צינור אחד לכל בלוטת חלב. פטמות ארנב יכולות להיות משומרות15,16 באמצעות הליך דומה למתן ID של חומר ניגוד בדוקטוגרפיה קלינית במחקר קליני ראשון בבני אדם. לכן, ארנבים מספקים מודל ביניים מעשי ורלוונטי של בעלי חיים גדולים ליישום תרגומי של הליך אבלטיבי זה לבני אדם. פרוטוקול זה נותן מענה לאתגרים טכניים של מסירת תעודות זהות והדמיה in vivo של מערכת עצים רב-צינורית שלא ניתן היה לטפל בהם במודלים של מכרסמים. פרוטוקול זה משתמש במכשירים, ריאגנטים וחומרים התואמים לפרקטיקה הקלינית הנוכחית להדמיה של עצי צינור. לפיכך, ההליך המתואר לעירוי מונחה פלואורוסקופיה של תמיסה אבלטיבית מבוססת אתנול המכילה יוהקסול יכול להיות מיושם ולהעריך בקלות בניסויים קליניים ראשונים בבני אדם.
שיטה זו יושמה במעבדה שלנו כדי להחדיר בהצלחה את כל ארבעת עצי הצינור של בלוטת חלב אחת או יותר בארנב, בפגישה אחת, עם תמיסה אבלטיבית מבוססת אתנול המכילה חומר ניגוד (איור 1, איור 2, איור 3). שיטה זו כוללת החדרת התמיסה האבלטיבית ישירות לתוך פתח הפטמה עם מחט קהה של 27 גרם של ארנב (בתול 4 חודשים) על שולחן פלואורוסקופיה. הליך זה מבוצע על בעל חיים בהרדמה כללית (איזופלורן) עם טיפול אנטי דלקתי לפני ואחרי ההליך (קטופרופן, תרופה אנטי דלקתית לא סטרואידית). הדמיית פלואורוסקופיה מאפשרת לנו לנטר את מילוי עץ הצינור בזמן אמת, לשלוט בקצב ובכמות הנפח המופץ, ו/או לקבוע עד כמה מוצלחת אספקת הזיהוי בכל מערכת עצים בודדת (איורים 1, איור 2, איור 3). טכניקת פלואורוסקופיה זו מתקרבת יותר ליישום הקליני המיועד להנחיית תמונה של הטיפול האבלטיבי ויכולה לעזור להגביל את מינון הקרינה הכולל המוטל על המטופל. פרוטוקול זה מדגים כי Omnipaque (iohexol) שאושר על ידי ה-FDA הוא חומר ניגוד מתאים להמחשת המילוי הראשוני של עץ צינור הארנב (איור 3). תצפיות בבדיקה גסה וניתוח היסטולוגי מראות כי ריכוז אתנול של 70% גורם לנזק מהיר לרקמות בתוך עץ הצינור ומחוצה לו ומעבר למבנה בלוטת החלב (איור 3). ריכוז אתנול בטווח של 10-40% מספק אבלציה נאותה של תאי אפיתל עם נזק נמוך יותר לרקמות אגביות מאשר אתנול 70% (איור 4). יידרשו מחקרי אורך המשתמשים בהליך זה עם גודל קבוצה בעל עוצמה מתאימה לכל תמיסה אבלטיבית ואוספי רקמות מתוזמנים כדי לקבוע פרמטרים אופטימליים של הפתרון האבלטיבי להערכה הקלינית שלו בחולים אנושיים.
כל הניסויים המתוארים נערכו תחת פרוטוקולים שאושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים באוניברסיטת מישיגן. ארנבים (Oryctolagus cuniculus) טופלו בהתאם למדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה וחוק רווחת בעלי חיים של USDA במתקן מוסמך AAALAC.
הערה: שיטה זו נערכה בבעלי חיים לבנים ניו זילנדיים בתולים (nulliparous) ומגדלים בדימוס (multiparous) בגילאים (4 חודשים עד > שנה) ובמשקל (2.6 עד 4.2 ק"ג) שנרכשו ממקורות מסחריים. מניסיוננו, גודל החיה שנקבע על ידי משקל אמין יותר מגיל החיה כדי לחזות את גודל הפטמות. בדרך כלל, בעלי חיים ששוקלים יותר מ-3.3 ק"ג מציגים פטמות מתאימות לקנולציה. הפרוטוקול המתואר להלן מתמקד בבעלי חיים בתולים בגילאי 4-5 חודשים ובמשקל של יותר מ-3.3 ק"ג, מכיוון שהם מתאימים יותר למחקרי יעילות ארוכי טווח, ריפוי פצעים, רעילות ובטיחות.
1. הכנה טרום ניתוחית
2. עירוי תוך-צינורי
3. הדמיית פלואורוסקופיה
4. טיפול והחלמה לאחר הניתוח
5. ניתוח רקמות
כל אחת מ-8 בלוטות החלב של נקבת ארנב מכילה 4 עצי צינור שנפתחים בפתחי פטמה עצמאיים (איור 2). בשל ההבדל בגודל ובמספר עצי הצינור לבלוטת החלב בין מכרסמים (רק צינור אחד לבלוטת חלב), ארנבים הם מודל ביניים טוב לתרגום אנושי. אנו יכולים להחדיר עד 400 מיקרוליטר של תמיסת EtOH של 10-70% כדי למלא את כל עץ הצינור של כל בלוטת חלב של ארנבים לבנים ניו זילנדיים בני 4 חודשים (איור 1, איור 2, איור 3, איור 4 4,8,9). אנו יכולים להחדיר עד 4 עצי צינור בעד 8 בלוטות חלב עם תמיסת האבלציה בפגישה אחת. תכנון ניסיוני טיפוסי מורכב מהחדרת 2-3 עצי צינור בתוך בלוטת חלב בודדת בעד 4 בלוטות חלב עם תמיסה אבלטיבית מסוימת המכילה חומר ניגוד רנטגן מבוסס יוד (איור 2, איור 3). עבור תמיסה אבלטיבית המכילה יוהקסול (90-300 מ"ג יוד/מ"ל), פלואורוסקופיה מבוצעת במהלך ו/או אחרי כל עירוי כדי לקבוע את ההצלחה האישית של החדרת כל עץ צינור בכמות חלקית או מלאה של תמיסה מוזרקת (איור 2, איור 3). איסוף רקמת בלוטת החלב מאפשר להעריך כיצד שינויים בפורמולציה משפיעים על הרס תאי אפיתל החלב (איור 4). ניתוחי הדמיה אלה מספקים מידע להבנת הפתרון המתאים ביותר להשגת אבלציה מקסימלית תוך מזעור נזק לרקמות שמסביב. קבענו כי תמיסת EtOH של 10% מספקת שיעור אבלטיבי דומה לתמיסות אבלטיביות המכילות אחוז גבוה יותר של EtOH (איור 4).

איור 1: זרימת עבודה של הליך תוך-צינורי. השלבים העיקריים של הליך הזיהוי מודגשים. אנא ראה את הסרטון לפרטים נוספים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: שלבים עיקריים של קנולציה ועירוי תוך-צינוריים. (A) הזרקת מי מלח בניצב לפטמה כדי להרחיב את פתחי הצינורות לקנולציה (תצוגת מישור חציונית). (B) ניתן לעקוב אחר קנולציה ומילוי של עץ צינורי (D1) עם צבע כחול בתמיסה האבלטיבית (תצוגת מישור חציונית). (C) הדמיית פלואורוסקופיה בזמן אמת מציעה ניטור מדויק וברזולוציה גבוהה של מילוי עץ צינור (D1) עם iohexol בתמיסה האבלטיבית (מבט במישור הגב). פתחי עץ הצינור ממוספרים משמאל לימין, החל ברביע העליון (D1, הרביע העליון השמאלי) ומסתיימים ברביע התחתון (D4, הרביע התחתון הימני). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: גודל פטמה ואספקה מוצלחת של תמיסה אבלטיבית למספר צינורות. הצגה אופיינית של גדלי פטמה בארנבים לבנים בניו זילנד. גודל הפטמה משתנה בהתאם למשקל וגיל הארנב. בלוטות החלב ממוספרות משמאל למעלה (L1, צוואר הרחם השמאלי) לימין התחתון (R8, מפשעתי ימין). כל התמונות מוצגות במישור הגבי. (A) ארנב בתולי במשקל 2.8 ק"ג (למעלה) עם פטמות קטנות יותר, קשה לקנולציה, ארנב בתולי במשקל 3.5 ק"ג (באמצע) עם פטמות מתאימות לקנולציה, וארנב רב-צדדי במשקל 4.1 ק"ג (למטה) עם פטמות גדולות יותר, הרבה יותר קל לקנולציה. (B) צבע מאכל כחול בתמיסה המוחדרת עשוי לשמש כעדות in vivo לאספקה תוך-צינורית ומילוי עץ צינור. עירוי לא מוצלח מסומן במתאר אדום (אספקת כרית שומן, למעלה), ועירוי מוצלח עם מתאר כחול (אספקה תוך-צינורית, אמצע ותחתון). תמיסת 70% EtOH גורמת לנזק רב יותר לעור (אריתמה) דקות לאחר העירוי (כחול כהה, פאנל אמצעי) בהשוואה לתמיסה של 10% (תכלת, פאנל תחתון). (ג) פלואורוסקופיה מספקת ראיות in vivo לאספקה תוך-צינורית. עירוי לא מוצלח (אספקת כרית שומן, פאנל עליון). עירוי רציף מוצלח של צינור D1 ראשון ועץ צינור D2 שני (פאנל שמאלי תחתון). פלואורוסקופיה חיה מספקת הנחיית תמונה למילוי (חצים לבנים) של עץ צינור D3 (הפאנל הימני התחתון); ניתן לראות גם את קו ההארכה המלא בתמיסת אבלציה המכילה יוהקסול ומלקחיים להחזקת הפטמה. פסי קנה המידה מתאימים ל-1 ס"מ בתמונות בהגדלות שונות. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: ניתוח רקמות של בלוטות החלב בארנבים לבנים בניו זילנד לאחר הליך תוך-צינורי עם תמיסה אבלטיבית מבוססת אתנול. (A-B) צביעת H&E מייצגת של בלוטת חלב מפשעתית ימנית של בעל חיים בן 4 חודשים ללא טיפול אבלטיבי בהשוואה לבלוטת חלב מפשעתית ימנית של חיה אחרת עם טיפול אבלטיבי של 10% EtOH. פרוסות רקמה נחתכות לאורך המישור החציוני, כך ש-D1 ו-D3 (עצי צינור שמאל) מיוצגים באותם מקטעי רקמה. תצוגת רקמה שלמה (A) ותצוגה בהגדלה גבוהה (B) מציגות השפעות מורפולוגיות וכרומטיות של אבלציה של EtOH על כתם H&E (לוחות עליונים) והסיקו מחלקות תאי אפיתל וסטרומה על סמך מסווג מאומן בעזרת מחשב (לוחות תחתונים). סרגל קנה המידה השחור מתאים ל-1 מ"מ ב-A וסרגל קנה המידה הלבן ל-100 מיקרומטר ב-B. (C) עמודת הגרף מציגה את התפלגות מחלקות התאים בעצים דוקטליים (n > 4 לקבוצה) שטופלו בריכוזים שונים של EtOH או שנותרו ללא טיפול. כוכביות מצביעות על ערך p של מבחן ה-t של וולש הלא מזווג של כל סוג תאים לקבוצה בהשוואה למחלקת התאים התואמת שלו בקבוצה שטופלה ב-10% EtOH (* <0.05, ** < 0.01, **** <0.0001). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
למחברים אין מה לחשוף.
פרוטוקול זה מציג הליך לעירוי מונחה תמונה למערכת עץ הצינור של בלוטת החלב של הארנב. אנו מדגימים עירוי מבוקר של תמיסה אבלטיבית מבוססת אתנול המכילה חומר ניגוד רנטגן לכל פתחי הפטמה על ידי הדמיה בזמן אמת של פלואורוסקופיה.
עבודה זו נתמכה, בחלקה, על ידי מענק R01 CA258314 של המכון הלאומי לסרטן ל-LFS. אנו אסירי תודה למרכז הרפואי הווטרינרי של MSU על השימוש במערכות ההדמיה והמומחיות הטכנית שלהם (לוק סיפרדה וסוזן רוסר), משאבי בעלי חיים בקמפוס MSU על הסיוע הטכני (רבקה וינגט), ולמתקן הליבה של ניתוח רקמות של תוכנית הבריאות המדויקת של MSU ולמרכז ניתוח ומיפוי אלמנטים ביולוגיים כמותיים של MSU (QBEAM) לסיוע טכני.
| זכוכית מגדלת פי 10 עם אור ומהדק, צוואר אווז גדול | אמזון | B0D982JCZ2 | להדמיה של פטמות |
| מזרקי אינסולין בינלאומיים של אקסל | פישר סיינטיפיק | 14-841-31 | להזרקה פרידוקטלית של מי מלח |
| מד מחטים קהות בתפזורת 27 אורך 0.5 | טכנולוגיות עירוי SAI | B27-50 100 בתפזורת | לקנולציה תוך-צינורית |
| כחול אוונס | סיגמא | E2129-50G | להדמיה של בלוטות החלב |
| מערכת הדמיית רנטגן פלואורוסקופית | GE HealthCare | DT-C31-01 | לרכישת תמונות פלורוסקופיה |
| שמיכת חימום וטרינרית נקניקיות | נקניקייה | WC71V | להליך תוך-צינורי / הכנה טרום ניתוחית |
| קווי הארכה זכר-נקבה, אורך 12 אינץ' | טכנולוגיות עירוי SAI | שלוחה 12 | להליך תוך-צינורי |
| אומניפאק 500 מ"ל (350 מ"ג יוד/מ"ל) | GE Healthcare | 0407-1414-72 | חומר ניגוד להדמיית רנטגן (פלואורוסקופיה) |
| צבע מאכל כחול סטרילי | מקורמיק | 930641 | להדמיה של בלוטות החלב |
| מי מלח סטריליים עם פוספט (PBS) | תרמו-פישר | 14190250 | להכנת פתרון |
| מזרקים | ב.ד. | 309659 | לעירוי תוך-צינורי |
| V-ג'ל | Docsinnovent | D30001 - 30006 | לאינטובציה (המספר הקטלוגי תלוי בגודל ה-V-gel) |
| קטופרופן | קובטרוס | #005488 | לשיכוך כאבים |
| קטמין | קובטרוס | 71069 | לשיכוך כאבים |
| לידוקאין מקומי | קוברטוס | 70859 | לשיכוך כאבים |
| קסילזין | קובטרוס | 80907 | להרדמה |
| Euthasol | קובטרוס | #009444 | להמתת חסד |
| חומר סיכה לעיניים | קובטרוס | 75848 | להרדמה |
| אטיפמזול | קובטרוס | 82124 | להרדמה |
| צ'יפס בננה | ביו-סרב | #F7161 | להתאקלמות |
| פניני זעם | ביו-סרב | #F5136-1 | להתאקלמות |
| טיפות יוגורט | ביו-סרב | #F7200-1 | להתאקלמות |