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Per studiare la dinamica proliferativa delle cellule epiteliali mammarie durante le diverse fasi di sviluppo della ghiandola mammaria è stato eseguito il protocollo descritto. Il design del R.MIW è illustrato nella Figura 1 e la procedura per impiantare un R.MIW è riassunta nella Figura 2. Il R.MIW viene impiantato chirurgicamente tra la ghiandola mammaria e la pelle. Una sutura viene utilizzata per tenere all'interno dell'anello della finestra e impedire ai topi di tirare le suture (Figura 2). Le suture che contengono il R.MIW sono realizzate in seta non assorbibile, che ha proprietà ipoallergeniche, una consistenza morbida ed è facile da maneggiare. L'anello R.MIW è realizzato in titanio, uno dei materiali più biocompatibili che non favoriscono l'infiammazione o la necrosi dopo l'impianto21. Se le condizioni asettiche sono seguite e le suture sono ben eseguite, l'impianto della ghiandola mammaria R.MIW presenta un basso rischio di complicanze postoperatorie. Inoltre, a differenza dell'impianto di finestre di imaging addominale22, l'impianto R.MIW non è un fattore limitante per la sopravvivenza del topo perché la ghiandola mammaria non è un organo vitale e consente l'imaging quotidiano fino al limite specificato nel protocollo etico. L'unico fattore che limita la durata dell'impianto della finestra è il turnover omeostatico della pelle, che alla fine porterà alla caduta delle suture dopo 4 - 6 settimane. Pertanto, è importante ispezionare regolarmente la stabilità delle suture. Se lo si desidera, le suture possono essere rimosse e sostituite da una nuova sutura a cordone di borsa in condizioni asettiche (come descritto nei passaggi 3.5 - 3.8) per garantire la stabilità della finestra.
Una delle principali sfide quando si utilizza l'approccio di imaging multiday è la riduzione di un ROI in giorni consecutivi. A tal fine, è possibile includere una rapida scansione di panoramica prima di selezionare i ROI (Figura 3B). Più punti di riferimento tissutali possono essere utilizzati per ripercorrere la stessa regione del tessuto, incluso il segnale della rete di collagene (visualizzato dalla seconda generazione armonica), la struttura tissutale e i modelli locali di cellule etichettate in modo differenziale o stocastico con coloranti o proteine fluorescenti (Figura 3B). In questo esempio rappresentativo, un R.MIW è stato impiantato sulla 4a ghiandola mammaria di un MMTV-PyMT; R26-CreERT2het; R26-Confettihet topo femmina all'inizio della formazione di tumore palpabile. Successivamente, la ricombinazione stocastica è stata indotta mediante iniezione di 1,5 mg di tamoxifene, con conseguente ricombinazione del costrutto Confetti in alcune cellule (Figura 3C). Le cellule tumorali ricombinate sono state seguite per un periodo di 20 giorni (Figura 3B,C). Se l'imaging della stessa regione della ghiandola mammaria per giorni consecutivi è precluso, la finestra può essere aperta in un ambiente asettico (come descritto nel passaggio 5.1) per chiarire ulteriormente e riposizionare il tessuto per migliorare la visibilità e l'acquisizione delle immagini (Figura 3A).
Usando questo metodo, la ghiandola mammaria in via di sviluppo durante la pubertà è stata seguita a livello di singola cellula. L'IVM ripetuto attraverso un R.MIW è stato eseguito utilizzando R26-CreERT2het; R26-mTmGhet topi femmina tra le 4-6 settimane di età, in cui tutte le cellule sono etichettate con tdTomato di membrana (Figura 4A)23. Ai topi è stata iniettata una bassa dose di tamoxifene (0,2 mg/25 g di peso corporeo), con conseguente ricombinazione sporadica del costrutto mTmG, causando un cambiamento da rosso a verde in alcune cellule di tutti i tessuti, compresa la ghiandola mammaria (Figura 4B). Gli stessi ROI sono stati rivisitati in più giorni per visualizzare i cambiamenti morfologici all'interno della ghiandola mammaria, tra cui l'allungamento duttale e la ramificazione duttale (Figura 4C) a risoluzione cellulare. È importante sottolineare che questa combinazione di etichettatura delle cellule stocastiche e IVM di più giorni consente anche di visualizzare i cambiamenti dinamici dell'ambiente duttale, come la dinamica delle singole cellule nello stroma che circonda i dotti di allungamento e ramificazione (Figura 4D) e la dinamica cellulare all'interno del linfonodo inguinale (Figura 4E).

Figura 4: IVM di più giorni della morfogenesi delle ramificazioni puberali. (A) R26-CreERT2 puberale; I topi R26-mTmG di età compresa tra 4-6 settimane sono stati iniettati con una bassa dose di tamoxifene che ha portato alla ricombinazione cre-mediata dell'allele R26-mTmG e sono stati ripresi nei giorni 1, 3 e 5 per seguire i cambiamenti dinamici nello sviluppo della ghiandola mammaria. (B) Rappresentazione schematica del costrutto del topo R26-mTmG , che in condizioni non ricombinate provoca l'espressione ubiquitaria di tdTomato di membrana (mT). In caso di ricombinazione mediata da Cre, mT viene commutato per l'espressione eGFP (mG) di membrana. (C) rendering 3D di un dotto mammario allungato e ramificato per più giorni ripreso attraverso un R.MIW in un R26-CreERT2; R26-mTmG topo femmina a 6 settimane di età. (D) Singole immagini del piano Z della punta ramificata (pannelli superiori) e del ramo allungato (pannelli inferiori). mT è raffigurato in rosso e mG in ciano, le barre della scala rappresentano 100 μm (A e B). Le singole cellule nello stroma sono evidenziate da asterischi bianchi. Si noti che l'intensità del segnale è stata aumentata manualmente per evidenziare le singole cellule nello stroma, portando ad un aspetto leggermente sovraesposto delle cellule epiteliali mammarie. (E) Immagini rappresentative del linfonodo inguinale di un R26-CreERT2; Mouse femmina R26-mTmG ripreso attraverso un R.MIW, che mostra una scansione dei riquadri di panoramica (pannello di sinistra), immagini di zoom (pannelli a destra) di un singolo piano Z (in alto) e un rendering 3D (in basso). La seconda generazione armonica (collagene I) è mostrata in verde, mT in rosso e mG in ciano. Le barre di scala rappresentano 500 μm (panoramica tilescan) e 100 μm (zoom immagini). I pannelli di figura C e D sono modificati da Messal et al. 2. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Allo stesso modo, nella ghiandola mammaria adulta, l'approccio R.MIW proposto consente la visualizzazione delle stesse strutture duttali su più giorni con visibilità senza compromessi. Anche l'uso di modelli reporter fluorescenti meno luminosi24, come il modello murino Cdh1-mCFP (Ecadherin-mCFP), consente la visualizzazione della stabilità duttale e dei sottili cambiamenti morfologici a risoluzione cellulare (Figura 5). Si noti che la visibilità tra il giorno 3 e il giorno 5 è migliorata significativamente dopo il riposizionamento dei tessuti (Figura 5).

Figura 5: Imaging di più giorni della ghiandola mammaria adulta. Immagini renderizzate 3D di una struttura duttale mammaria di una femmina adulta Cdh1-mCFP (ciano, che segna l'espressione delle cellule luminali Ecadherin-positive) del mouse per più giorni consecutivi. Il modello di collagene I (seconda generazione armonica, magenta) è stato utilizzato per ripercorrere lo stesso ROI e il segnale Cdh1-mCFP è stato utilizzato per contrassegnare le cellule duttali (luminali). Si noti che la visibilità dopo il giorno 3 è stata migliorata dall'apertura del coperchio R.MIW e dal riposizionamento del tessuto. Le barre di scala rappresentano 100 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Per valutare l'eterogeneità proliferativa delle cellule epiteliali mammarie durante il ciclo ormonale a livello di singola cellula, è stato utilizzato il foto-convertibile Kikume Green-Red (KikGR) reporter modello murino25,26, che ha un'espressione ubiquitaria della proteina KikGR. KikGR è un fluoroforo brillante che subisce una conversione da verde a rosso dopo l'esposizione alla luce viola e il rapporto rosso/verde può essere utilizzato come proxy per l'attività proliferativa di una cellula2 (Figura 6A,B). Utilizzando l'approccio R.MIW, abbiamo seguito le stesse cellule all'interno dell'albero duttale della ghiandola mammaria adulta per diversi giorni e abbiamo trovato un'eterogeneità proliferativa precedentemente imprevista in tutto l'albero duttale (Figura 6C). Le cellule proliferative alte e basse sono state equamente distribuite sulle diverse aree convertite (Figura 6C,D). Sorprendentemente, a livello locale, le cellule vicine hanno mostrato grandi differenze nel loro rapporto rosso/verde (Figura 6C,D). La quantificazione del rapporto rosso/verde di diverse cellule (come proxy per la loro attività proliferativa) 10 giorni dopo la foto-conversione, ha rivelato tassi di diluizione altamente variabili di alcune cellule all'interno dello stesso microambiente duttale (Figura 6E). Insieme, questi dati rivelano una notevole eterogeneità proliferativa locale all'interno della ghiandola mammaria adulta e, allo stesso tempo, un tasso di turnover uniforme globale.

Figura 6: IVM longitudinale dell'eterogeneità proliferativa nella ghiandola mammaria adulta utilizzando il modello murino KikGR. (A) I topi KikGR sono stati ripresi al giorno 0 prima e dopo l'esposizione alla luce viola. Le sessioni di imaging sono state ripetute nei giorni 2, 6 e 10 dopo la conversione. (B) Rappresentazione schematica degli ipotetici risultati sulla foto-conversione delle cellule epiteliali mammarie KikGR a seguito di proliferazione (pannello di sinistra) e nessuna proliferazione (pannello di destra) in funzione del tempo. (C) La stessa area della ghiandola mammaria è stata fotografata attraverso un R.MIW per un periodo di 10 giorni. Le regioni più piccole sono state foto-convertite il giorno 0 e mostrano un tasso di diluizione simile del segnale rosso Kikume nel tempo, indicando un tasso di turnover uguale in tutto l'epitelio. (D) Le immagini zoom (singoli piani Z) delle regioni indicate nel pannello C mostrano eterogeneità proliferativa a livello cellulare 6 e 10 giorni dopo la foto-conversione. Le barre di scala rappresentano 100 μm (pannello C) e 10 μm (pannello D). (E) Quantificazione del rapporto rosso/verde di cellule selezionate casualmente (n = 48 celle) in tre aree foto-convertite. Un elevato rapporto rosso/verde è indicativo di un basso tasso di diluizione e di una bassa attività proliferativa, mentre un basso rapporto rosso/verde è indicativo di un alto tasso di diluizione e proliferazione. I pannelli di figura C-E sono stati modificati da Messal et al. 2. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.