Questo protocollo descrive l'uso della microscopia multifotone per eseguire l'imaging a lungo termine ad alta risoluzione di una singola cellula del polmone intatto in tempo reale utilizzando una finestra di imaging stabilizzata sotto vuoto.
Articolo metodologico
Questo protocollo descrive l'uso della microscopia multifotone per eseguire l'imaging a lungo termine ad alta risoluzione di una singola cellula del polmone intatto in tempo reale utilizzando una finestra di imaging stabilizzata sotto vuoto.
Metastasi a siti secondari come il polmone, fegato e osso è un evento traumatico con un tasso di mortalità di circa il 90% 1. Di questi siti, il polmone è il più difficile da valutare utilizzando imaging ottico intravitale grazie alla sua posizione chiusa all'interno del corpo, delicatezza e ruolo essenziale nel sostenere corretta fisiologia. Mentre le modalità cliniche (tomografia ad emissione di positroni (PET), la risonanza magnetica (MRI) e la tomografia computerizzata (CT)), sono in grado di fornire immagini non invasive di questo tessuto, non hanno la risoluzione necessaria per visualizzare i primi eventi di semina, con un singolo pixel composto da quasi un migliaio di cellule. I modelli attuali di metastasi polmonari semina postulato che gli eventi subito dopo l'arrivo di una cellula tumorale sono deterministico per la sopravvivenza e la successiva crescita. Ciò significa che in tempo reale strumenti di imaging intravitale con risoluzione singola cella 2 sono necessari per definire i fenotipi della cel seminaLS e testare questi modelli. Mentre l'imaging ottico ad alta risoluzione del polmone è stato eseguito utilizzando vari ex vivo i preparativi, questi esperimenti sono in genere saggi di tempo a punto singolo e sono suscettibili di manufatti e le possibili conclusioni errate a causa dell'ambiente drammaticamente alterato (temperatura, profusione, citochine, etc. ) risultante dalla rimozione dalla cavità toracica e sistema circolatorio 3. Studi recenti hanno dimostrato che il time-lapse imaging ottico intravitale del polmone intatto è possibile utilizzando un vuoto stabilizzato finestra di imaging 2,4,5 Tuttavia, i tempi tipici di imaging si sono limitati a circa 6 ore. Qui si descrive un protocollo per eseguire l'imaging intravitale time-lapse a lungo termine del polmone utilizzando tale finestra su un periodo di 12 ore. Le sequenze di immagini time-lapse ottenuti con questo metodo consentono la visualizzazione e la quantificazione delle interazioni cellula-cellula, la dinamica della membrana e perfusione vascolare nel polmone. Abbiamo inoltre dEscribe una tecnica di elaborazione di immagini che offre una visione senza precedenti chiara del microcircolo polmonare.
Imaging ad alta risoluzione ottica intravitale ha dimostrato di essere fondamentale per comprendere molti processi biologici, permettendo a cella singola e parametri sub-cellulari da misurare e quantificare. Nella ricerca cancro, l'imaging intravitale delle cellule tumorali e stromali ha portato alla scoperta di molte interazioni microambientali 6-11 che sono presenti solo in animali intatti.
Scoperte circa microambienti associati intravasation e la diffusione delle cellule tumorali nel cancro al seno con l'imaging ottico risoluzione di singola cellula in vivo ha anche portato a nuovi marcatori per la prognosi e la risposta al trattamento in pazienti con cancro mammario 12-16. Le migliori tecnologie di imaging disponibili per la visualizzazione in profondità all'interno intatti gli organi vitali interni sono le modalità clinici (risonanza magnetica, PET, CT), che offrono una vista eccellente di tutta organo e possono rivelare patologie ancor prima che essi producono sintomi clinici. Non sono in grado, however, per rivelare le prime fasi di metastasi e dei meccanismi cellulari di guida progressione del tumore a causa della loro mancanza di risoluzione di singola cellula. Per il momento in metastasi polmonari sono visibili in queste modalità, sono ben stabiliti e proliferare. Data la stima che il 90% delle cellule disseminate tumorali che arrivano al polmone o non sopravvivono 17 o inizialmente rimangono dormienti 18, e l'osservazione che arrivano molto prima di quanto precedentemente previsto 19, l'imaging le prime fasi di arrivo e la sopravvivenza diventa cruciale per la comprensione del processo di semina metastatico e la ricorrenza della crescita tumorale in siti distanti.
L'esecuzione di queste osservazioni nel polmone si è dimostrato estremamente difficile tuttavia; la stragrande maggioranza degli studi di imaging hanno utilizzato ex vivo o espianto preparati 20-23, che solo danno una visione nei polmoni in momenti singoli. Mentre questi preparativi forniscono informazioni utilirmazioni, non danno una comprensione completa delle interazioni, rapporti di causa ed effetto, e dinamiche che si verificano tra i vari componenti del microambiente. La mancanza di un adeguato sistema circolatorio (e squilibrio concomitante di omeostasi) e la disconnessione dal resto del sistema immunitario del corpo rende desideravano convalidare le conclusioni che queste preparazioni generano nel tessuto intatto in vivo.
Molti gruppi hanno eseguito l'imaging intravitale del polmone intatto 2,4,5,24-33 con Wearn e tedesco essere il primo a chirurgicamente esporre lo strato pleurico 24 e Terry il primo a utilizzare una finestra di imaging impiantabile 25.
immagini ad alta risoluzione nel polmone è fortemente ostacolata dal movimento costante del polmone e diverse tecniche sono state sviluppate per superare questa limitazione. Wagner e Filley 27 hanno studiato il movimento naturale del polmone caninoe progettato loro protocollo chirurgico per localizzare loro finestra impiantato su una regione relativamente fisso mentre Wagner utilizzata vuoto nella sua finestra preparazione chirurgica per immobilizzare il tessuto 28. Da quel momento, una varietà di tecniche sono state utilizzate per l'immagine polmone tra cui: bloccaggio bronchi, apnea sequenziale e di imaging gated, acquisizione sovracampionato, incollaggio del lobo polmonare e aspirazione 34. Ognuno di questi ha i suoi vantaggi e svantaggi e nessuno tecnica è emerso come superiore ad un altro 34. Ad esempio, bronchi bloccaggio e apnea sequenziale alterano il normale scambio di gas nei polmoni e possono causare atelettasia. l'imaging Gated e l'acquisizione sovracampionato non soffrono di questi svantaggi, ma richiedono ad alta velocità o di apparecchiature di imaging specializzata non ampiamente accessibile. Infine sia incollaggio del polmone e la tecnica del vuoto evitare entrambi gli inconvenienti sopra citati, ma che possono mostrare lesioni forza indotta taglio se cura non è takit. Negli ultimi anni, la finestra di vuoto è stato miniaturizzato e adattato per l'uso nei topi utilizzando confocale e microscopia multifotonica 4,5,33 e eccellente imaging ad alta risoluzione è stato raggiunto 2. La tabella 1 riassume questa ricca storia ed esalta quelle carte che descrivono romanzo avanzamenti nella l'uso di finestre di imaging polmonare intravitale.
Questo protocollo descrive l'uso di prolungato time-lapse multiphoton intravitale microscopia a immagine di metastasi nel vivo, polmone intatto con la massima risoluzione possibile subcellulare. Le immagini sono acquisite fino a 12 ore utilizzando un microscopio multifotone dotato di elevata apertura numerica della lente obiettivo e rivelatori tubo fotomoltiplicatore multipla (PMT). modelli di topi transgenici sono utilizzati per etichetta fluorescente macrofagi native con fluorescente ad alta destrano peso molecolare e proteine transfettate cellule tumorali fluorescenti (per etichettare le cellule tumorali e sistema vascolare respectively). Anche se questa scelta di cellule fluorescente consente la visualizzazione delle interazioni cellula-macrofagi cellule endoteliali tumorali e le dinamiche, questo protocollo funziona per qualsiasi ceppo di topo fluorescenti o non fluorescente. Dopo l'acquisizione, il movimento residuo di deriva (se presente) viene eliminata con un plug-in Fiji 35,36 e personalizzati macro tempo medio del canale vascolare per eliminare lampeggiante causata da cellule del sangue circolanti senza etichetta.
Mentre questo protocollo concentra sull'imaging metastasi, le tecniche sono applicabili a molti altri processi biologici osservabili con l'imaging cella singola ad alta risoluzione nel polmone.
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Tutte le procedure descritte in questo protocollo sono stati eseguiti in conformità con le linee guida e regolamenti per l'uso di animali vertebrati, tra cui la preventiva approvazione da parte del Albert Einstein College of Medicine Istituzionale cura degli animali e del Comitato uso.
1. Modello mouse e cellule tumorali Generazione fluorescente
2. Multiphoton Microscopio Set up and Imaging Preparazione
NOTA: Anche se questo protocollo può essere eseguita su qualsiasi multiphoton microscopio, il sistema utilizzato per acquisire i dati riportati in questo protocollo è stato descritto in precedenza in dettaglio 45.
3. Vacuum System Impostare
4. Chirurgia
5. Imaging intravitale
6. L'eutanasia
Analisi 7. Immagine
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Per dimostrare il tipo di risultati che si possono ottenere con questo metodo, abbiamo iniettato cellule tumorali E0771-LG etichettati con il trifoglio proteina fluorescente nella vena della coda di topi MacBlue 44 a varie punti di tempo prima dell'intervento chirurgico. Dopo l'intervento chirurgico, 155 kD rodamina destrano marcato è stato iniettato IV per segnare è stata eseguita imaging vascolare e time-lapse.
Qu...
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Ad alta risoluzione in vivo imaging ottico in combinazione con le etichette funzionali fluorescente come proteine e anticorpi ha notevolmente aumentato la nostra comprensione della cascata metastatica. Ha permesso la visualizzazione diretta e la quantificazione di cella singola e parametri sub-cellulare nelle cellule tumorali, cellule ospiti e la loro microambiente. Questo l'imaging all'interno del tumore primario ha portato, ad esempio, alla scoperta di microambienti discreti, a sostegno di una invasio...
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Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questa ricerca è stata supportata dal NIH-CA100324, il P30CA013330 di sostegno al centro oncologico dell'Einstein National Cancer Institute, R01CA172451 a JWP e all'Integrated Imaging Program. Questa tecnologia è stata sviluppata nel Gruss-Lipper Biophotonics Center e nell'Integrated Imaging Program presso l'Albert Einstein College of Medicine. Riconosciamo il sostegno di questi Centri in questo lavoro. Gli autori ringraziano Mike Rottenkolber, Ricardo Ibagon e Anthony Leggiadro dell'officina meccanica Einstein per la loro abile e tempestiva maestria, il laboratorio di Matthew Krummel per aver generosamente condiviso i loro disegni di progettazione delle finestre, Kevin Elicieri e Jeremy Bredfeldt per la loro esperienza in microscopia e le loro raccomandazioni sugli amplificatori e Allison Harney e Bojana Gligorijevic per le discussioni informative.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Regolatore di vuoto in ottone nichelato 1/8 NPT femmina, con manometro, 0 - 20" Hg Vuoto | McMaster Carr | 4172K12 | Regolatore di vuoto |
| Adattatore per tubo spinato in ottone per tubo flessibile da 1/4" ID x 1/8" NPTF Tubo maschio | McMaster Carr | 5346K13 | Adattatore per tubo flessibile con regolatore di vuoto |
| Palloni filtranti di marca Pyrex con tubazione; Collo lavorato per tappo in gomma n. 4; Capacità: 50 ml | Corning Life Sciences Glass | 5360-50 | Flacone sottovuoto |
| Vetrini coprioggetti rotondi in vetro Spessore #1,5, 0,16 - 0,19 mm 10 mm di diametro. | Ted Pella, Inc. | 260368 | Vetrini coprioggetti |
| Exel International Safelet monouso Cateteri per flebo; 22 g x 1 poll. | Exel International | 26746 | Catetere tracheale |
| PERMA-HAND Suture di seta intrecciate nere, ETHICON LIGAPAK Bobina di erogazione Misura 2-0 | VWR | 95056-992 | Stringa |
| liquida Super colla, trasparente, 0.14 oz | Hendel Corp. | LOC1647358 | Colla cianoacrilica |
| Isotiocianato di tetrametilrodamina Dextran | Sigma-Aldrich | T1287-500MG | 155 kD Destrano |
| da laboratorio Tubo in PVC Tygon trasparente, 1/16" ID, 1/8" OD, 1/32" Spessore parete, 25 piedi di lunghezza | McMaster Carr | 5155T12 | Tubi sottili e Tubi per |
| tubi in polietilene resistente alle crepe Luer, 1/8" ID, 1/4" OD, 1/16" spessore della parete, bianco, 50 piedi di lunghezza | McMaster Carr | 5181K24 | Tubi spessi |
| Lozione depillatoria | Nair-Micro | ||
| Medical Tubing 95 Durometer LDPE | Scientific Commodities Inc. | BB31695-PE/1 | Tubo per catetere della vena caudale |
| 30 G x 1 poll. Ago BD PrecisionGlide Aghi | BD | 305128 | per catetere della vena caudale |
| Puritan Tamponi non sterili con punta in cotone | Fisher Scientific | 867WCNOGLUE | |
| Raccordo per tubo spinato in policarbonato trasparente, riducente dritto per tubo da 3/32" x 1/16" ID | McMaster Carr | 5117k51 | Connettori tra tubi |
| Tappi in gomma monoforo Fisher | Scientific | 14-135F | Tappo per pallone da vuoto |
| Punte barriera di precisione SHARP, per P-100, 100 e micro; l | Denville Scientific Inc. | P1125 | Punta per pipetta |
| Nastro da laboratorio | Fisher Scientific | 159015R | |
| Puralube | Henry Schein Salute degli animali | 008897 | Unguento oftalmico |
| Kit per cauterizzazione Gemini | Apparecchio Harvard | Penna per cauterizzazione 726067 | |
| pinza per micro dissezione; Seghettato; leggera curva; Larghezza della punta 0,8 mm; 4" di lunghezza | Roboz Surgical | RS-5135 | forcipe |
| Forbici da microdissezione extra fini 4" dritte affilate/affilate 24 mm | Roboz Surgical | RS-5912 | Forbici affilate |
| Forbici da micro dissezione 4" Dritte smussate/smussate | Roboz Surgical | RS-5980 | Salviette per forbici smussate |
| Fisher Scientific | 06-666-A | imbracatura | |
| PhysioSuite System | Kent Scientific | PhysioSuite | Vitals Monitor |
| Siringa da 1 ml, Tubercolina Slip Tip | BD | 309659 | Siringa |
| Cianoacrilato | Graffe | LOC1647358 | Cover Slip Adesivo |
| Vaselina | Fisher Scientific | 19-086291 | Adattatore barriera all'acqua |
| Luer Cannulla 1,5 - 2,2 mm | Harvard Apparatus | 734118 | Connettore per catetere |
| FisioSuite MouseSTAT Pulsossimetro | Kent Scientific | Pulsossimetro | |
| Isoethesia (isoflurano) | Henry Schein Animal Health | 50033 | 250 ml |
| Oxygen | TechAir | OX TM | |
| 1x PBS | Life Technologies | 10010-023 | |
| Valvola a sfera in PVC, Push to Connect, 1/4 di pollice | Grainger | 3CGJ7 | Ventilatore |
| Harvard Apparatus | 683 | L'alternativa è disponibile da Kent Scientific: MouseVent | |
| OptiMEM Siero ridotto Medium | ThermoFisher Scientific | 31985062 | |
| Reagente di trasfezione Lipofectamine 2000 | ThermoFisher Scientific | 11668019 | |
| MacBlue Tg(Csf1r*-GAL4/VP16,UAS-ECFP)1Hume/J Topi | Jackson Laboratory | 026051 | |
| Microscopio multifotone | Olympus | Fluoview FV1000 | Alternativa al cannocchiale personalizzato |
| Involucro ambientale | precisione in plastica | per FV1000 | Alternativa all'involucro personalizzato |
| Soluzione salina tamponata con fosfato | ThermoFisher Scientific | 14190136 | |
| Misuratore di potenza laser | coerenteMaxIITOP | ||
| Testa del misuratore di potenza laser | Coerente | PM10 | |
| pcDNA3-Clover Vettore di proteine fluorescenti | Addgene | 40259 | |
| G418 Solfato Antibiotico selettivo | ThermoFisher Scientific | 10131027 | |
| MoFlo Fluorescente-Attiva Smistatore cellulare | Beckman Coulter | XDP | |
| Tripsina EDTA 1x | Corning | 25-052-Cl | |
| 40 µ m Mesh | Falcon | 352235 | |
| Piastra a 96 pozzetti | Costar | 3599 | |
| Piastra di coltura da 60 mm | Piastra di coltura Corning | 430196 | |
| 10 cm | Piastra di coltura Corning | 353003 | |
| Albumina sierica bovina | Sigma-Aldrich | A4503 | |
| Soluzione salina tamponata con fosfato di Dulbecco 1x | Corning | 21-031-CV | |
| C57BL/6J Laboratorio di Topo | Jackson | 000664 | |
| Kim Salviette | Fisher Scientific | 06-666-A |
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