מאמר שיטה

הדמיית תהודה מגנטית רב-בעלי חיים למדידות גידולים במודלים של עכברים סרטן לבלב

1.6K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/69927

⸱

3 בפברואר 2026

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Precision Health Program, Michigan State University, 2Department of Radiology, College of Human Medicine, Michigan State University, 3Veterinary Diagnostic Laboratory, College of Veterinary Medicine, Michigan State University, 4Institute for Quantitative Health Science and Engineering, Biomedical Imaging, Advanced Molecular Imaging Facility, Michigan State University

במאמר זה

סיכום

פרוטוקול זה משתמש במיטה רב-תאית להדמיית תהודה מגנטית מקבילה (MRI) של עד ארבעה בעלי חיים לזיהוי גידולי אדנוקרצינומה בלבלב במודלים מהונדסים גנטית. פרוטוקול MRI רב-בעלי חיים זה מהיר וחסכוני לזיהוי ומדידת גידולים, ומקל על בחירת בעלי חיים למחקרים פרה-קליניים ומעקב לאורך זמן אחר צמיחת הגידול.

תקציר

שיטות הדמיה מתקדמות ב-in vivo , כגון הדמיית תהודה מגנטית (MRI), הן כלי מחקר חיוניים לזיהוי יעיל של גידולים במודלים פרה-קליניים של עכברים. MRI מספק מידע אנטומי מפורט על מיקום וגודל הגידול. עם זאת, שיטת ההדמיה הזו יקרה וגוזלת זמן. כדי להתגבר על מחסום הגישה הזה מבלי לפגוע באיכות הדימות, הוטמע פרוטוקול MRI רב-חיות. פרוטוקול זה משתמש בתוספת מיטה בעלת ארבעה חדרים לקבלת סריקות MRI אנטומיות רב-חיות ברזולוציה גבוהה בתוך סשן רכישה אחד. דמיון של מספר עכברים בו זמנית מפחית את הזמן והעלות של ההליך הזה. פרוטוקול זה מתאר תהליך MRI רב-בעלי חיים שנועד להגדיל את יעילות גילוי הגידול וניטור גידולים לאורך זמן במודל עכברים מהונדס גנטית מבוסס Kras, שנמחק על ידי p53 (KPC) של אדנוקרצינומה בצינור הלבלב. מודל KPC קליני מבוסס זה סיפק תובנות יקרות ערך למנגנונים המולקולריים שמאחורי קרצינוגנזה, התקדמות הגידול ועמידות הטיפול. כהוכחת מושג, פרוטוקול זה מיושם כדי לאמת את התועלת הטיפולית של הסוכן הכימותרפי הסטנדרטי גמציטאבין במודל KPC. יישומים עתידיים של עיצוב מחקר פרה-קליני מונחה MRI נדונים בקצרה כדי להעריך את היעילות הטיפולית של טיפולים משולבים.

מבוא

אדנוקרצינומה של צינור הלבלב (PDAC) נותרה אחת מהמאירויות הקטלניות ביותר. למרות שיפורים מתונים בהישרדות בשנים האחרונות, שיעור ההישרדות של חמש השנים עדיין עומד על 13%1. ברוב המקרים, PDAC מתגלה בשלב מתקדם, שלעיתים כולל פלישה מקומית או גרורות מרוחקות, מה שמסבך את הטיפול. המחלה מגוונת ביולוגית ומסומנת בתאי גידול פולשניים מאוד, סטרומה דסמופלסטית צפופה, וכלי דם ירודים 2,3,4. מיקרו-סביבה מורכבת זו של גידול ממשיכה להקשות על מאמצים לאפיין באופן מלא את הרכיבים התאיים והלא-תאיים המשפיעים על התקדמות המחלה. כדי להתמודד עם זה, נדרשים מודלים פרה-קליניים יעילים המדמים מקרוב התקדמות מחלות אנושית ודסמופלזיה.

מגוון מודלים לעכברים יכולים לשמש לחקר הביולוגיה של התקדמות הסרטן ולהערכת היעילות של טיפולים חדשניים 5,6. מודל עכבר מהונדס גנטית מונע KRas (GEMM) מפתח באופן ספונטני גידולי לבלב המשחזרים תכונות פתופיזיולוגיות ומולקולריות רבות של PDAC 3,7,8,9,10,11 בבני אדם. במיוחד, דגם KPC המונע על ידי Kras, שנמחק על ידי p53 (LSL-KrasG12D; p53lox/+; Pdx1-Cre) הוא PDAC GEMM 7,8,9 מאופיין היטב. הדמיית גידולים היא מרכיב חשוב במחקרים פרה-קליניים. זיהוי ומדידת גודל הגידול מאפשרים בחירת בעלי חיים למחקרים פרה-קליניים, ניטור אורך של גדילה והתקדמות מחלה, והערכת תגובת הטיפול.

שיטות דימות מתקדמות ב-vivo כגון הדמיית אולטרסאונד (ארה"ב), ביולומינסציה (BLI), טומוגרפיה ממוחשבת (CT), הדמיית פלואורסצנציה (FLI), טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET) ודימות תהודה מגנטית (MRI) יכולות לשמש להדמיית גידולים במודל KPC ובמודלים דומים של PDAC 12,13,14,15,16. עם זאת, הדמיית גידולים במודל KPC יכולה להיות מאתגרת, וכל אחת משיטות ההדמיה הללו מציעה חוזקות ומגבלות ייחודיות. טכנולוגיות הדמיה אופטית, כגון ביולומינסצנציה (BLI) ודימות אולטרסאונד (ארה"ב), אינן פולשניות וחסכוניות. עם זאת, הרזולוציה המרחבית המוגבלת שלהם, במיוחד לאיברים פנימיים, עלולה להוביל למתאם לקוי עם נפח הגידול 12,15,17,18. ביולומינסצנציה דורשת תאים מהונדסים גנטית שמבטאים אות לוסיפראז, שגם הוא תלוי באספקת הסובסטרטים, זרימת הדם וחמצון הרקמות. טומוגרף ממוחשב מספק הדמיה מהירה עם ארטיפקטים תנועתיים מינימליים אך ניגוד רקמות רכות ירוד ללא חומרי ניגוד. חומר ניגוד יודיני עלול לגרום לרעילות בעכברים. הדמיה פלואורסצנצית דורשת חומרי ניגוד/גלאי פלואורסצנטי, ואוטופלואורסצנציה מאיברי בטן מפחיתה רגישות.

בשל המגבלות הקשורות לשיטות הדמיה אחרות, הדמיית תהודה מגנטית (MRI) נחשבת בדרך כלל לטכניקה האמינה ביותר להערכת גידולים עמוקים, ומציעה ניגודיות ברקמות רכות ורגישות מולקולרית גבוהה יותר למבנים אנטומיים פנימיים 13,14,15,19. עם זאת, פרוטוקולי MRI פרה-קליניים סטנדרטיים גוברים עלויות תפעול גבוהות וזמני רכישה ארוכים ויכולים להוות מחסום עבור מעבדות מחקר רבות. MRI רב-חיות יכול להתגבר על מחסום הגישה הזה על ידי הפחתת זמן ההכנה של בעלי חיים לפני הסריקה (הרדמה), זמן סריקה והחלמה לאחר הסריקה. פרוטוקול זה מדגים את ההיתכנות הטכנית של הדמיית גידולים ב-PDAC (איור 1, איור 2, איור 3 ואיור 4) ואת השימוש בממצאי תמונה לגיוס בעלי חיים לטיפול כימותרפי בגמציטאבין (איור 5). גידולי PDAC מציגים מנגנונים מובנים רבים התורמים לעמידות נגד תרופות כימותרפיה סטנדרטית (SOC). כגון גמציטבין, גמציטבין/נאב-פקליטקסל, או FOLFIRINOX 2,3,4. פרוטוקול זה מספק פלטפורמה מתאימה וחזקה להערכת תרופות טיפוליות חדשות וכימותרפיה SOC למציאת שילובים מבטיחים 20,21,22,23,24,25,26,27 שיכולים לשפר את תגובת הטיפול אצל המטופלים.

פרוטוקול

כל הניסויים שתוארו בוצעו בהתאם לפרוטוקולים שאושרו על ידי ועדת טיפול ושימוש בבעלי חיים מוסדית באוניברסיטת מישיגן סטייט. כל ההליכים הנוגעים לבעלי חיים חיים עומדים בהנחיות שנקבעו כדי להבטיח רווחה וטיפול הומני בבעלי חיים. פרוטוקול זה מתאר את השימוש והטיפול במודל העכבר KPC של PDAC: LSL-K-Ras G12D (Krastm4Tyj); p53lox/lox (Trp53tm1Brn); Pdx1-Cre (Pdx1-cre6Tuv)9.

1. הכנה מוקדמת של בעלי חיים

  1. ודאו אימות גנוטיפינג נכון של עכברי KPC לפני השימוש. להעביר עכברים ניסיוניים ממתקן בעלי החיים למתקן ההדמיה.
  2. הרדימו עד ארבעה עכברים בתא השראה אטום מחומם מראש עם 1.5-2% איזופלורן ו-0.8-2 ליטר לדקה. אשר הרדמה על ידי הפעלת גירוי מזיק (צביטת האצבעות).
  3. מרחו חומר סיכה עיני על שתי עיני כל עכבר כדי למנוע ייבוש בקרנית.

2. מערכת מיטת MRI מרובת חיות

  1. הניחו שני עכברים מרדימים במצב גחוני בחלק התחתון (משמאל ומימין) של התוספת המודפסת בתלת-ממד, שמחוברת למחזיק סריקת PET/MRI סטנדרטית שמספק הספק. ודאו שהחיות ממוקמות כשהקוצים והגפיים שלהם ישרים.
    הערה: מדפסת תלת-ממד שימשה להדפסת תוספות המיטה (קובץ משלים 1 ותיק משלים 2).
  2. חבר את כניסת האוויר במשטח הספק לקונוסים של האף באמצעות צינור (קוטר פנימי 1/16", קוטר חיצוני 1/8"), וחיבורי לואור (למשל, 7 x 1/16" זכר, 2 נקבה 1/16", 2 מחברים נקבה-נקבה, 2 מחברים נקבה-נקבה, 2 מחברי T שקע לשקע).
  3. אבטחו את ראש העכבר בקונוס אף לשמירה על הרדמה (1.5-2% איזופלוראן, 0.8-2 ליטר לדקה). כסו את התחתית בחלק העליון של תוספות המיטה המודפסות בתלת-ממד (איור 2B).
  4. הניחו את שני העכברים המורדימים האחרים במצב ונטרלי בחלק העליון (שמאל ומימין) של התוספת המודפסת בתלת-ממד למיטה.
  5. אבטחו את ראש העכבר בקונוס אף לשמירה על הרדמה (1.5-2% איזופלוראן, 0.8-2 ליטר לדקה).
  6. הדביקו את משטח הניטור הנשימתי לעכבר העליון השמאלי. ודאו שמשטח הניטור נמצא בגובה הבטן, לא בחזה, כדי למדוד את הנשימה ללא אות מהדופק.
  7. הגדר את רמת האיזופלוראן לשמור על קצב נשימה של 30-40 פעימות לדקה לאורך כל הסריקה, בדרך כלל 1.5-2%. אם מסלול הנשימה אינו נראה או שהמשרעת נמוכה מדי, ודא שהפד מוחזק היטב במקומו על ידי הסרט וכל החיבורים בצינור מהודקים.
  8. כסו את המיטה כדי להשלים את תא ה-MRI הרב-חיות (איור 2B).
    הערה: מיטת ה-PET/MRI היחידה שמספק הספק, מצוידת באוויר חם מחזור לשמירה על טמפרטורת הגוף של בעלי החיים (~35-37 מעלות צלזיוס). עד ארבעה עכברים ניתנים לסריקה בו-זמנית באמצעות תוספות מודפסות בתלת-ממד. ההגדרות המדויקות של טמפרטורת המים החמים, כמו גם קצבי יניקת האוויר והפליטה, תלויות בהגדרה בכל אתר, כולל המרחק מחדר הבקרה ל-MRI. ניתן להקים אותם בכל אתר באמצעות סדרת סריקות פיילוט שבהן הטמפרטורה נמדדת לאורך כל המחקר.

3. הגדרת Prescan וכיול הדמיה

  1. ודא שהעכברים נמצאים במרכז סליל ה-MRI לאורך על ידי יישור הלייזר האדום עם מרכז המיטה הרב-תאית לפני ששולחים את מחזיק המיטה לתוך הקידוח.
  2. הקצה תווית לסריקה באמצעות מזהה העכבר ותאריך הסריקה בפורמט הבא: מאמץ, מזהה עכבר, תאריך סריקה.
  3. הגדר סריקת FLASH משוקללת T1 עם פרוסה אקסיאלית אחת, שתי פרוסות קורונליות ושתי פרוסות סגיטליות כדי להמחיש את העכברים במיטה בעלת ארבעה תאים ולהגדיר את אזור ההדמיה באמצעות ההגדרות הבאות: TR/TE 50/2.4 ms, 2 ממוצעים, זווית היפוך 20°, רזולוציה 0.313 מ"מ, עובי פרוסה של 1 מ"מ, זמן סריקה 13 שניות.
  4. ודאו שכל גוף העכבר נמצא בשדה הראייה ושהעכברים ישרים. אם לא, חזור על שלבי מיקום העכבר ו/או הזז את מיטת העכבר פנימה או החוצה מהקידוח.
    הערה: פרמטרים אלו התבססו על המפרט של מערכת ה-MRI שבה השתמשו. פרמטרים אלו ניתנים להתאמה לפי הצורך כדי לייעל את רכישת התמונה בהתאם לדרישות הניסוי ו/או ליכולות מערכת ה-MRI.

4. הדמיית תהודה מגנטית רב-חיה

  1. הגדר את רצף הדהוד הספין המהיר המשוקלל T2 עם הפרמטרים הבאים: זמן חזרה (TR): 3,200 מילישניות, זמן הד: 46 מילישניות, מספר ממוצעים: 10, רזולוציה במישור: 300 x 300 מיקרון, מספר פרוסות קורונליות: 14, פער בתוך הפריסה: 0.3 - 0.7 מ"מ, דיכוי שומן: מופעל, גורם נדיר: 8, חבילות פרוסס: 2, זמן רכישת תמונה כולל: 14 דקות.
  2. לחץ על המרכז (תרגום) והקצה (סיבוב) של התיבות הצהובה והירוקה בתמונה הלוקלייזר כדי להתאים את מיקום חבילת הפרוסה לפי הצורך ולייעל את כיסוי אזור הלבלב ואיברי בטן אחרים עבור החלק העליון והתחתון של בעלי הטבע.
  3. ודאו שכל ארבעת העכברים מיושרים נכון במערכת מיטת ה-multianimal לפני שממשיכים בסריקה.
  4. עקבו אחרי הנשימה לאורך רצפי ההדמיה והתאימו את רמת האיזופלוראן במידת הצורך.
  5. לאחר סריקת ה-MRI, בדוק שאיכות התמונה מתאימה. חפש ארטיפקט תנועה, שמופיע כטשטוש, אם עכבר זז במהלך הסריקה. בדוק כיסוי מלא של הבטן. אם צריך, למקם מחדש את העכברים ולבצע את הסריקה מחדש.

5. התאוששות מעכבר

  1. כאשר הסריקה מסתיימת ומאומתת, הסר את המיטה ממערכת ה-MRI.
  2. פתח את החלק העליון של המיטה הרב-תאית. הסר את מוניטור הנשימה מהעכבר העליון השמאלי והעבר את החיות מהחלק העליון והתחתון של התוספות המודפסות בתלת-ממד לכלוב ההתאוששות.
  3. הכניסו את בעלי החיים לכלוב התאוששות מעל כרית חימום של 37 מעלות צלזיוס לצורך החלמה לאחר ההרדמה.
  4. עקבו אחרי קצב הנשימה והתנועה כדי להבטיח החלמה מלאה מההרדמה לפני החזרת העכברים לכלובים הביתיים. סימני ההחלמה כוללים נשימה תקינה ותנועה (הליכה).

6. עיבוד וניתוח קבצים בהדמיית תהודה מגנטית

  1. ייצוא את תמונות DICOM מתוכנת MRI לתוכנת ניתוח תמונה כדי לחתוך את התמונות מתמונה אחת עם ארבעה עכברים לתמונה אחת לכל עכבר בודד.
  2. בתוכנה, פתח את התמונה של קבוצת החיות העליונה במודול View . הגדרות החלון/הרמה האוטומטיות מספיקות, אך אם צריך, אפשר לכוון בלשונית השליטה הכללית בתצוגת התמונה כדי שהעכברים יהיו גלויים. בלשונית VOI , צייר ידנית קופסה נדיבה סביב העכבר הימני העליון באמצעות אובייקט אנליטי קוביה; ואז חותך את התמונה סביב הקופסה מהלשונית של פעולות המסכה והקונטורינג . בעת שמירת הקובץ החדש, ערוך את המטא-דאטה של DICOM ואת שם הקובץ למזהה העכבר הנכון; לאחר מכן, חזרו על זה בעכבר העליון השמאלי עם אותה תמונה, פתחו את התמונה של קבוצת העכברים התחתונה, וחזרו על החיתוך והשמירה על התשואה על ההשקעה.
    הערה: ה-VOI לא חייב להיות מדויק.
  3. השתמש בתוכנת MRI לצפייה כדי לנתח תמונות המאוחסנות בקבצי DICOM.
  4. נתחו פרוסות הדמיה מהגב אל הבטן או מהבטן לדורסל. לאתר את הטחול והקיבה כדי לקבוע הקשר מתאים לזיהוי גידולים בלבלב ו/או בלבלב.
  5. הגדר "אזור עניין" (ROI) על ידי ציור קו על גבול הגידול וביצוע סגמנטציה חצי-אוטומטית לחישוב נפח הגידול. שים לב לציסטות נוזליות ולממצאים היפרכרומטיים אחרים (איור 3 ואיור 4).
    הערה: יש להשתמש בצופה MRI לניתוח קבצי DICOM.

7. טיפול בגמציטאבין

  1. בצע סריקות MRI של בעלי חיים ב-KPC שבועית עד שהגידול מתחיל להיווצר וניתן לזהותו (נפח ≥20 מ"מ 3). לפני הסריקה, ודא שהעכברים בריאים (אין ירידה מופרזת במשקל או סימני מצוקה, קושי בנשימה ו/או נשימות).
  2. קבעו תוכנית טיפול לאחר שעומדים בקריטריוני הגידול.
    הערה: בקבוצת המטופלים, גמציטאבין הוזרק תוך-פריטונית (i.p.) במינון של 100 מ"ג/ק"ג פעמיים בשבוע.
    אזהרה: גמציטאבין הוא חומר כימותרפיה ציטוטוקסית. לטפל בציוד מגן אישי (PPE) מתאים, כולל כפפות וחלוק מעבדה. להשליך מזרקים וחומרים מזוהמים בהתאם לפרוטוקולי פסולת מסוכנת מוסדית.
  3. בצע סריקות MRI (לפי חלקים 1-6) פעם בשבוע כדי לעקוב אחר תגובת הגידול לגמציטבין.
  4. הקריבו בעלי חיים כאשר הגידול עומד בקריטריוני המתת חסד בהתבסס על מדידות נפח מניתוח MRI (סעיף 6) ו/או תסמינים אחרים.
  5. כאשר סורקים עכברים מטופלים ב-MRI, יש להציב מחסום מגן כדי למנוע העברת חומר כימותרפיה דרך הפרשות. במהלך ואחרי העבודה עם גמציטבין, יש להקפיד על נהלי היגיינה אישית טובים. השליכו מזרקים ריקים משומשים במיכל תחתולים לכימותרפיה.
  6. לאחר סיום העבודה, רססו את כל ציוד ההרדמה, מיטות ה-MRI וכל משטחי העבודה ב-70% אתנול. הניחו מחסומים וכפפות מזוהמים כימית ששימשו בהדמיה בתוך שקית פלסטיק, קשרו את השקית, והניחו אותה בקנה סיבים לשריפות.
  7. קבע פגישות הדמיה לפני סבב הטיפול הבא כדי למזער חשיפה לתרופה הכימותרפית.
    הערה: תדירות של סריקות MRI אחת לשבועיים עשויה להילקח בחשבון בהתאם לקצב גדילה של הגידול ולמשטר הטיפול. ניתן להעריך את התגובות לטיפול באמצעות קינטיקה של הגידול באמצעות הדמיה אורכית (איור 5).

תוצאות

בעלי חיים ב-KPC מפתחים גידולים בלבלב לאחר גיל 12 שבועות בגיל9. באמצעות מיטת MRI רב-תאית, החלה בדיקת גידול לעכברי KPC בגיל 10 שבועות. זה אפשר גיוס בעלי חיים עם גידולים בגודל של כ-200 מ"מ 3 למחקר פרה-קליני בטיפול בגמציטבין. נצפו הבדלים בקינטיקה של הגידול ובשינויים בהופעת הגידול. רוב גידולי KPC הראו דפוס גדילה מוצק עם מוקד יחיד או דומיננטי (איור 4A), מה שהקל על גיוס בעלי חיים לטיפולים ולהערכת נפח הגידול. עם זאת, נצפו גם בעלי חיים עם מספר גידולים קטנים מוצקים שהתפשטו לאורך כל הלבלב (איור 4A). חלק מהמקרים של PDAC עשויים גם להראות נגעים ציסטיים תוך-גידוליים מלאים בנוזלים, המלווים בנגעים ציסטיים לא ניאופלסטיים פריגיומליים ואחסון נוזלים הנובע מחסימת צינור כיס המרה ו/או הלבלב. (איור 4A).

לאחר הגיוס, בעלי החיים חולקו באקראי לשתי קבוצות ניסוי: קבוצת ביקורת שלא קיבלה טיפול וקבוצה מטופלת שקיבלה מתן תוך-פריטוניאלי (ip.) של גמציטאבין במינון של 100 מ"ג/ק"ג פעמיים בשבוע. מתוך 23 בעלי החיים הזכאים, 4 נקבות ו-7 זכרים הוקצו לקבוצת הביקורת, ו-6 נקבות ו-6 זכרים לקבוצת הטיפול. סריקות MRI שבועיות בוצעו באמצעות מערכת מיטות רב-חיות (איור 5A), שאפשרה לנו לעקוב באופן רציף אחר השינויים בקינטיקה של צמיחת הגידול הן בקבוצת הביקורת והן בקבוצות הטיפול (איור 5B).

נתוני ההדמיה המעובדים מראים כי גידולים במודל KPC שטופלו בגמציטאבין היו בעלי דפוס גדילה איטי יותר בהשוואה לקבוצת הביקורת שלא טופלה (איור 5C), שהיה קשור לעלייה מובהקת סטטיסטית (מבחן דירוג לוגריתם, p = 0.04) בהישרדות הכוללת של הקבוצה המטופלת (איור 5D). ההישרדות החציונית ל-KPC לא מטופל הייתה 20 שבועות, בעוד שהקבוצה המטופלת הראתה הארכה של הישרדות חציונית של יותר מ-23 שבועות (איור 5D).

איור 1
איור 1: תהליך תהליך דימות תהודה מגנטית רב-בעלי חיים, עיבוד וניתוח תמונה. השלבים המרכזיים בפרוטוקול ה-MRI הרב-חיות מודגשים מההכנה לסריקן ועד למחקרים פרה-קליניים מונחי תמונה. עד 4 בעלי חיים מורדמים בתא אינדוקציה (הכנה לסריקה) ומוכנים למיקום במיטת Multianimal (מערכת MRI). תמונה פרסקן של בעלי החיים בתצורה של 2 על 2 (2 בתא העליון, 2 בתא התחתון) ואחריה סריקת תהודה מגנטית (הדמיית MR). נתוני ההדמיה של כל בעל חיים נשמרים כקבצים נפרדים ומנותחים באופן עצמאי (ניתוח תמונה). מציאת תמונות וגודל הגידול משמשים לבחירת בעלי חיים למחקרים פרה-קליניים ולניטור תגובת הטיפול (ניסויים פרה-קליניים). אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

איור 2
איור 2: שלבים מרכזיים ב-MRI רב-חיות מההגדרה ועד הסריקה. (א) לוח עליון, הרכבת מערכת ה-MRI המותאמת לרב-חיות. תוספות מיטה מודפסות בתלת-ממד בעיצוב אישי עם יציאות הרדמה משולבות נכנסות למחזיק מיטה סטנדרטי מסוג PET/MRI עם חולדה אחת. בלוח התחתון, תוספות מודפסות בתלת-ממד אלו מחלקות את המיטה לשני תאים, ומאפשרות דימות בו-זמנית של עד ארבעה בעלי חיים: בעלי חיים 1 ו-2 מעל התוספת העליונה, ובעלי חיים 3 ו-4 מעל התוספת התחתונה. מישור רוחבי ומישור מותאם חזיתית של תוספות המדפסת התלת-ממדית מתוך צופה STL מוצגים. (ב) מיקום רציף של עכברים במיטת MRI רב-תאית (מלמעלה למטה). תמונה עליונה, שני בעלי חיים ממוקמים במצב גחוני בחלק התחתון (שמאל ומימין) של התוספת המודפסת בתלת-ממד, שנמצאת בתוך מיטת ה-PET/MRI שסופקה על ידי הספק. בתמונה האמצעית, שני העכברים האחרים ממוקמים במצב גחוני בחלק העליון (שמאל ומימין) של התוספת המודפסת בתלת-ממד; העכבר הממוקם בצד השמאלי של התוספת העליונה מחובר למוניטור נשימה. התמונה התחתונה: הרכבה מושלמת של ארבעה בעלי חיים עם הכיסוי למעלה. לכל בעלי החיים יש ראש מאובטח בקונוס אף לשמירה על הרדמה (1.5-2% איזופלורן, 0.8-2 ליטר לדקה). סידור סופי של כל ארבעת בעלי החיים במחזיק מיטת ה-MRI עם מתן הרדמה, דוד מים חמים ומערכת ניטור סימנים חיוניים, כדי לאפשר סריקת MRI ואיסוף נתונים של כל בעלי החיים במפגש אחד. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

איור 3
איור 3: איסוף ועיבוד נתונים מסריקות MRI מרובות בעלי חיים. (א) מבט מייצג (מישור מדיאלי) של סריקת ה-MRI הראשונית של כל ארבעת בעלי החיים. (B) סריקת MRI (מישור הגב) של כל ארבעת העכברים במיטה רב-תאית: שני עכברים ממוקמים בתחתית (3, 4) ושני עכברים בחלק העליון (1, 2) של התוספות המודפסות בתלת-ממד. (ג) קובץ MRI ברזולוציה גבוהה סופי של כל סריקת עכבר בודדת. אנא לחצו כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של התמונה הזו.

איור 4
איור 4: הצגות מגוונות של גידולי PDAC: MRI וניתוח היסטולוגיה משולב. (א) תמונת MRI מייצגת (מישור הגב) הממחישה את השונות האנטומית של גידולי PDAC (משמאל לימין): לבלב תקין, גידולים רב-מוקדיים עם נגעים ציסטיים מלאים בנוזלים, וגוש גידול מוצק. האיברים האנטומיים מסומנים בצבעים כדלקמן: קיבה (צהוב), טחול (ירוק), גידול (סגול), הצטברות נוזלים עקב חסימת צינור (כחול). פס קנה מידה לבן = 1 ס"מ. (B) חתכים היסטולוגיים של גידולים מוצבעים ב-H&E לצד מחלקות תאים המבוססות על שכבות מסווגות מאומנות בסיוע מחשב, המדגישות את התכונות ההיסטופתולוגיות של הגידולים התואמים לממצאי ה-MRI. אזור הגידול (T) מסומן בשחור לכל הדגימות כאשר הגידול קיים. סוגי התאים מוצגים בצבע: רקמת לבלב תקינה (אפורה), גידול (אדום), ותאי חיסון (צהובים). פס סולם שחור = 0.5 ס"מ. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של הדמות הזו.

איור 5
איור 5: יישום MRI רב-בעלי חיים לגיוס בעלי חיים ולניטור צמיחת גידולים במהלך טיפול בגמציטבין. (א) ציר זמן של עיצוב הניסוי: בעלי חיים (בני 14+ שבועות) גויסו לאחר שסריקת MRI זיהתה גידול ≥ 200 מ"מ 3. העכברים מהקבוצה שטופלה קיבלו גמציטאבין (100 מ"ג/ק"ג, i.p., b.i.w.) עד שהגיעו לקריטריונים להמתת חסד. סריקות MRI רב-חיות בוצעו לאורך כל הניסוי לכל בעלי החיים כדי לעקוב אחר קינטיקת גידול הגידול. (B) תמונות MRI מייצגות (מישור הגב) המראות התקדמות גידול עבור בעל חיים אחד מהלא מטופל ובעל חיים אחד מהקבוצה המטופלת, מהיום 0 ועד היום האחרון של הניסוי (נקודת סיום הישרדות). פס סולם לבן = 1 ס"מ. (C,D) גרפים הממחישים קינטיקת צמיחת הגידולים (C, n = 4 [2 F, 2 M] לעומת 4 [2 F, 2 M]) והישרדות כוללת (D, n = 11 [4 F, 7 M] לעומת 12 [6 F, 6 M]) בקבוצת הביקורת שלא טופלה ומטופלת. המשמעות הסטטיסטית לעקומות ההישרדות של קפלן-מאייר נקבעה על ידי מבחן Log-rank (Mantel-Cox) (* p < 0.05). אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

קובץ משלים 1: קובץ STL להדפסת תלת-ממד של התוספת התחתונה עם פתחי הרדמה משולבים שמתאים למחזיק מיטה סטנדרטי ל-PET/MRI לעכבר יחיד. אנא לחצו כאן להורדת הקובץ הזה.

קובץ משלים 2: קובץ STL להדפסת תלת-ממד של התוספת העליונה עם פתחי הרדמה משולבים שמתאים למחזיק מיטה סטנדרטי ל-PET/MRI לעכבר יחיד. אנא לחצו כאן להורדת הקובץ הזה.

דיון

פרוטוקול זה עושה שימוש במיטת PET/MRI סטנדרטית שמספק הספק, שעברה התאמה אישית עם תוספות מודפסות בתלת-ממד, המאפשרות סריקה סימולטנית של עד ארבעה עכברים (איור 1). תצורה רב-חייתית זו מפחיתה משמעותית לא רק את זמן סריקת ה-MRI היקר, אלא גם את משך ההליך הכולל. הוא מאפשר הכנה מקבילה (הרדמה, מיקום במיטה וטעינה במיטה), סריקה והתאוששות של ארבעה בעלי חיים במפגש אחד, לעומת הזמן הנוסף הנדרש להכנה, סריקה ושחזור כל בעל חיים בנפרד בארבעה מפגשים נפרדים. ההתקנה כוללת גם קונוסים נפרדים למתן הרדמה מבוקרת לכל בעל חיים, ניטור חיוני ייעודי לחיה אחת, ויכולות חימום משולבות לשמירת טמפרטורת הגוף של כל העכברים שנסרקו (איור 2). התוספות המודפסות בתלת-ממד מספקות יישור אחיד של בעלי חיים ומשפרות את עקביות הסגמנטציה. ניטור נשימתי בזמן אמת מאפשר הערכה והתאמה מתמשכת של ההרדמה במהלך הסריקה, ובכך למזער תופעות תנועה.

פרוטוקול זה שימש לזיהוי ומעקב לאורך זמן אחר התקדמות גידול הלבלב במודל KPC (איור 5A-C) שטופלו בסוכן הכימותרפי גמציטבין, ושימש כמחקר פרה-קליני מוסמך להוכחת היתכנות. גמציטבין, לבדו או בשילוב, הוא טיפול קו ראשון או שני לחולים עם סרטן לבלב מקומי או גרורתי 28,29,30. תוצאות אלו עם בעלי חיים שטופלו בגמציטבין תואמות את הדוחות הקודמים, שגם הם הראו יתרון הישרדות31. חשוב מכך, פרוטוקול זה מספק פלטפורמה מתאימה וחזקה לחקר טיפולים משולבים של תרופות טיפוליות חדשות וכימותרפיה SOC במודל KPC או במודלים דומים של PDAC. טיפולים משולבים אלו עשויים להיות מעכבי מולקולות קטנות, אימונותרפיה, siRNA, מודולטורי פעילות מיקרו-RNA ואוליגונוקלאוטידים טיפוליים נוספים נגד יעדים מולקולריים מרכזיים 20,21,22,23,24,25,26,27. טיפולים משולבים אלו עשויים לכלול גם מטרות מהונדסות גנטית להבנת האינטראקציה שלהן עם כימותרפיה SOC או טיפולים אחרים בשלב מוקדם של ההתפתחות 9,20,32.

בעוד שהמוקד של פרוטוקול זה הוא הדמיית הלבלב ואיברי חלל בטן נוספים, פרוטוקול רב-בעלי חיים זה ורצפי MRI מתוארים יכולים לשמש לאפיון אנטומי של מודלים אחרים של סרטן בעכברים, כגון סרטן השד והגליובלסטומה, או מחלות אחרות הקשורות לכליה ו/או לכבד. אנו מודעים לפרוטוקולים נוספים המתארים סריקות MRI רב-חיות18,34. לדוגמה, דאזאי ואחרים תיארו סריקות MRI נוירואנטומיות של עד שבעה עכברים18. בעוד שההגדרה הזו מאפשרת הדמיית מוח של שבעה בעלי חיים, היא אינה מאפשרת שליטה אישית על ההרדמה והטמפרטורה לכל עכבר. תא האחסון שלהם מיועד לעכברים שמשקלם פחות מכ-32 גרם; לעומת זאת, מיטת הרב-תאים שלנו תומכת בטווח רחב יותר של גדלי גוף של עכברים. בהתאם לאיבר המיועד, זמן הסריקה והרזולוציה, הפרוטוקול של דאזאי ואחרים עשוי להעניק יתרונות מסוימים על פני הפרוטוקול המתואר כאן.

גילויים

למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.

תודות

עבודה זו נתמכה, בין היתר, על ידי מענק R01 CA258314 של המכון הלאומי לסרטן ומענק 2024 של יוזמת טטרד למחקר בין-תחומי של MSU לשנת 2024 ל-LFS. אנו מודים לליבת ניתוח הרקמות של תוכנית הבריאות המדויקת של MSU, למכון למדעי הבריאות הכמותיים וההנדסה/תוכנית הבריאות המדויקת המתקדמת, למשאבי בעלי חיים בקמפוס של MSU, למעבדת האבחון הווטרינרית של MSU, ולמרכז ניתוח ומיפוי אלמנטים ביולוגיים כמותיים (QBEAM) של MSU על הסיוע הטכני.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
מדפסת תלת-ממד  סטרטאזיסJ750 להרכבות MRI מרובות בעלי חיים
גמציטאבין HClApexBioA1402-500להזרקות IP 
הורוסהורוסhttps://horosproject.org/לניתוח MRI
איזופלוראןקובטרוס11695067772להרדמת עכברים
מאייד איזופלוראןSOMNI ScientificVS6002להרדמת עכברים
מזרקי אינסולין U-100 במינון נמוךBD14-826-79להזרקות IP 
חיבורי צינור Luer Lock, פלאגים ישרים מניילון, דוקרנים ל-1/16" צינור ID x7מקמאסטר51525K521להרכבת מיטת MRI מרובת בעלי חיים
חיבורי צינור Luer Lock, תקע, עבור צינור Bardbed בגודל 1/16" מזהה x2מקמאסטר7466N11להרכבת מיטת MRI מרובת בעלי חיים
מחבר לואור זכר לזכר x2SAIMMLלהרכבת מיטת MRI מרובת בעלי חיים
מערכת ניטור ושער בעלי חיים קטנים תואמת MRISAIIדגם 1030ניטור בעלי חיים במהלך MRI
מתאם מיטת MRIברוקרT150743רכיב מיטת MRI שסופק על ידי הספק
סליל MRI, זיהוי 72 מ"מברוקרT20209V3סליל MRI שסופק על ידי הספק
עכברוש בינוני עריסה רב-מודאליתברוקרT151629מיטת MRI שסופקה על ידי הספק
חומר סיכה עיניים קובטרוס75848לשימוש במהלך הרדמה
תוכנת ParaVision 360ברוקרhttps://www.bruker.com/en/products-and-solutions/preclinical-imaging/paravision-360.htmlלניתוח MRI
PMOD 4.2ברוקרhttps://www.bruker.com/en/products-and-solutions/preclinical-imaging/pmod.htmlלניתוח MRI
מערכת MRI פרה-קלינית  ברוקרBioSpec 70/30ל-MRI
שרף Stratasys Vero ClearסטרטאזיסRGD810לייצור מיטות MRI מרובות בעלי חיים
מחברי שקע לשקע ב-Tee, צינור Luer Lock x2מקמאסטר51525K443למיטת MRI מרובת בעלי חיים  
צינור (קוטר פנימי 1/16", קוטר חיצוני 1/8 אינץ')ברוקרT12330להרכבת מיטת MRI מרובת בעלי חיים

מקורות

  1. Siegel, R. L., Giaquinto, A. N., Jemal, A. Cancer statistics, 2024. CA Cancer J Clin. 74 (1), 12-49 (2024).
  2. Lafaro, K. J., Melstrom, L. G. The paradoxical web of pancreatic cancer tumor microenvironment. Am J Pathol. 189 (1), 44-57 (2019).
  3. Kleeff, J., et al. Pancreatic cancer. Nat Rev Dis Primers. 2, 16022(2016).
  4. Collisson, E. A., Bailey, P., Chang, D. K., Biankin, A. V. Molecular subtypes of pancreatic cancer. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 16 (4), 207-220 (2019).
  5. Grimm, J., Potthast, A., Wunder, A., Moore, A. Magnetic resonance imaging of the pancreas and pancreatic tumors in a mouse orthotopic model of human cancer. Int J Cancer. 106 (5), 806-811 (2003).
  6. Ireson, C. R., Alavijeh, M. S., Palmer, A. M., Fowler, E. R., Jones, H. J. The role of mouse tumour models in the discovery and development of anticancer drugs. Br J Cancer. 121 (2), 101-108 (2019).
  7. Westphalen, C. B., Olive, K. P. Genetically engineered mouse models of pancreatic cancer. Cancer J. 18 (6), 502-510 (2012).
  8. Cook, N., Olive, K. P., Frese, K., Tuveson, D. A. K-ras-driven pancreatic cancer mouse model for anticancer inhibitor analyses. Methods Enzymol. 439, 73-85 (2008).
  9. Schipper, J., et al. Loss of microRNA-21 leads to profound stromal remodeling and short survival in K-ras-driven mouse models of pancreatic cancer. Int J Cancer. 147 (8), 2265-2278 (2020).
  10. Uprety, D., Adjei, A. A. KRAS: from undruggable to a druggable cancer target. Cancer Treat Rev. 89, 102070(2020).
  11. Buscail, L., Bournet, B., Cordelier, P. Role of oncogenic KRAS in the diagnosis, prognosis and treatment of pancreatic cancer. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 17 (3), 153-168 (2020).
  12. Snyder, C. S., et al. Complementarity of ultrasound and fluorescence imaging in an orthotopic mouse model of pancreatic cancer. BMC Cancer. 9, 106(2009).
  13. Farr, N., et al. Noninvasive characterization of pancreatic tumor mouse models using magnetic resonance imaging. Cancer Med. 6 (5), 1082-1090 (2017).
  14. Yin, T., Liu, Y., Peeters, R., Feng, Y., Ni, Y. Pancreatic imaging: current status of clinical practices and small animal studies. World J Methodol. 7 (3), 101-107 (2017).
  15. Rojas, J. D., et al. Validation of a combined ultrasound and bioluminescence imaging system with magnetic resonance imaging in orthotopic pancreatic murine tumors. Sci Rep. 12 (1), 102(2022).
  16. Vohra, R., et al. Evaluation of pancreatic tumor development in KPC mice using multiparametric MRI. Cancer Imaging. 18 (1), 41(2018).
  17. Serkova, N. J., et al. Preclinical applications of multi-platform imaging in animal models of cancer. Cancer Res. 81 (5), 1189-1200 (2021).
  18. Dazai, J., Spring, S., Cahill, L. S., Henkelman, R. M. Multiple-mouse neuroanatomical magnetic resonance imaging. J Vis Exp. (48), e2497(2011).
  19. Iwano, S., et al. Single-cell bioluminescence imaging of deep tissue in freely moving animals. Science. 359 (6378), 935-939 (2018).
  20. Sempere, L. F., Powell, K., Rana, J., Brock, A. A., Schmittgen, T. D. Role of non-coding RNAs in tumor progression and metastasis in pancreatic cancer. Cancer Metastasis Rev. 40 (1), 1-20 (2021).
  21. Smith, E. S., et al. Clinical applications of short non-coding RNA-based therapies in the era of precision medicine. Cancers (Basel). 14 (6), 1588(2022).
  22. Sempere, L. F., Keto, J., Fabbri, M. Exosomal microRNAs in breast cancer towards diagnostic and therapeutic applications. Cancers (Basel). 9 (7), 71(2017).
  23. Sempere, L. F., Azmi, A. S., Moore, A. MicroRNA-based diagnostic and therapeutic applications in cancer medicine. Wiley Interdiscip Rev RNA. 12, e1662(2021).
  24. Nakisa, A., et al. Tumor-associated carbohydrate antigen 19-9 (CA 19-9), a promising target for antibody-based detection, diagnosis, and immunotherapy of cancer. ChemMedChem. 19 (24), e202400491(2024).
  25. Miller, A. L., Garcia, P. L., Yoon, K. J. Developing effective combination therapy for pancreatic cancer: an overview. Pharmacol Res. 155, 104740(2020).
  26. Dreyer, S. B., Beer, P., Hingorani, S. R., Biankin, A. V. Improving outcomes of patients with pancreatic cancer. Nat Rev Clin Oncol. 22 (6), 439-456 (2025).
  27. Nevala-Plagemann, C., Hidalgo, M., Garrido-Laguna, I. From state-of-the-art treatments to novel therapies for advanced-stage pancreatic cancer. Nat Rev Clin Oncol. 17 (2), 108-123 (2020).
  28. Koltai, T., et al. Resistance to gemcitabine in pancreatic ductal adenocarcinoma: a physiopathologic and pharmacologic review. Cancers (Basel). 14 (10), 2486(2022).
  29. Casper, E. S., et al. Phase II trial of gemcitabine (2,2′-difluorodeoxycytidine) in patients with adenocarcinoma of the pancreas. Invest New Drugs. 12 (1), 29-34 (1994).
  30. Moore, M. Activity of gemcitabine in patients with advanced pancreatic carcinoma: a review. Cancer. 78 (3 Suppl), 633-638 (1996).
  31. Ho, T. T. B., et al. Combination of gemcitabine and anti-PD-1 antibody enhances the anticancer effect of M1 macrophages and the Th1 response in a murine model of pancreatic cancer liver metastasis. J Immunother Cancer. 8 (2), e001367(2020).
  32. Kempinska, K., et al. Genetic ablation of microRNA-10b improves treatment outcomes in mouse models of pancreatic cancer. Cancer Res. 84 (6 Suppl), Abstract 467 (2024).
  33. Fan, J., et al. Species-specific hepatic uptake of [64Cu]Cu-EOB-NOTA, a newly designed hepatospecific PET agent. Mol Imaging Biol. 27 (3), 305-312 (2025).
  34. Ramirez, M. S., Esparza-Coss, E., Bankson, J. A. Multiple-mouse MRI with multiple arrays of receive coils. Magn Reson Med. 63 (3), 803-810 (2010).

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

MRI רב-חיציונימודלים של סרטן הלבלבמדידת גידולמודל עכברי KPCהדמיה פרה-קליניתניטור גידוליםטיפול ב-Gemcitabineהדמיה אנטומיתהערכת נפח גידול
הדמיית תהודה מגנטית רב-בעלי חיים למדידות גידולים במודלים של עכברים סרטן לבלב
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.