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Articolo metodologico

Valutazioni dell'ossigenazione e della perfusione vascolare in modelli preclinici di cancro e guarigione delle ferite utilizzando OS-DCE OAI

276 visualizzazioni

DOI:

10.3791/70689

7 aprile 2026

In questo articolo

Sommario

Qui presentiamo un protocollo per l'esecuzione dell'Imaging Optoacustico Sensibile all'Ossigeno – Dynamic Contrast Enhanced Optoacoustic Imaging (OS-DCE OAI) per valutare modelli preclinici di cancro e guarigione delle ferite. L'OS OAI può visualizzare ossi- e desossiemoglobina, mappando l'ossigenazione dei tessuti. Il DCE-OAI può visualizzare la farmacocinetica di un agente di contrasto esogeno, mappando così la perfusione vascolare.

Abstract

L'imaging optoacustico sensibile all'ossigeno (OS OAI) e l'imaging optoacustico dinamico con contrasto (DCE OAI) forniscono letture complementari e non invasive della fisiologia tissutale. OS OAI sfrutta la rilevazione multispettrale di ossiemoglobina e desossiemoglobina endogene per generare mappe della saturazione di ossigeno nel sangue (%sO₂), mentre la DCE OAI monitora la farmacocinetica in vivo di un assorbitore nel vicino infrarosso per quantificare la perfusione vascolare e la permeabilità. L'obiettivo di questo protocollo è presentare un flusso di lavoro unificato OS-DCE OAI che consenta la valutazione simultanea di ossigenazione e perfusione in due contesti preclinici ampiamente utilizzati: tumori ortotopici per il cancro al seno e ferite cutanee a spessore completo.

In questo protocollo, abbiamo dimostrato OAI di modelli murini di cancro al seno o ferita da lacerazione. Per OS OAI, vengono acquisite scansioni multispettrali multi-sliccio a 700–875 nm per consentire la dismescolazione spettrale e la stima di percentuali di sO₂. Per la DCE OAI, acquisizioni ripetute a risoluzione temporale ≤5-s vengono eseguite prima e dopo l'iniezione endovenosa di bolus di indocyanina verde (ICG), utilizzando campionamento multispettrale a 700-875 nm o campionamento a lunghezza d'onda singola a 800 nm per generare curve di ampiezza del segnale in funzione del tempo rispetto all'OA. Lo sviluppo di modelli animali, la preparazione per l'imaging OA, le acquisizioni OAI OS e DCE OAI, e le analisi per misurare le caratteristiche di ossigenazione e perfusione vascolare sono dettagliati, insieme a linee guida chiave per la risoluzione dei problemi per artefatti di movimento, assorbitori superficiali e iniezioni fallite.

Insieme, questo protocollo OS-DCE OAI produce un ritratto funzionale integrato dell'ipossia e del trasporto vascolare che può rilevare cambiamenti fisiologici in tumori e ferite prima delle misure anatomiche grossolane. L'OS-DCE OAI è facilmente adattabile ad altri modelli di patologia.

Introduzione

L'imaging optacustico (OAI), noto anche come imaging fotoacustico o tomografia optoacustica multispettrale, è una modalità relativamente nuova che abbina l'eccitazione ottica alla rilevazione a ultrasuoni (US) per consentire l'imaging dei tessutiprofondi 1,2. Nell'OAI, impulsi laser brevi in nanosecondi eccitano cromofori endogeni come ossi- e desossiemoglobina, generando espansione termoelastica localizzata e onde acustiche a banda larga rilevate dai trasduttori americani. Questi segnali permettono all'OAI di ottenere immagini con contrasto ottico a risoluzione spaziale simil....

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Protocollo

Esegui tutte le procedure con l'approvazione del Comitato per la Cura e l'Uso degli Animali Istituzionali (IACUC) della tua istituzione. Tutte le procedure del protocollo qui sotto sono state approvate dall'IACUC della nostra istituzione.

1. Anestesia (per procedure successive)

  1. Induzca l'anestesia. Inizialmente indurre e mantenere l'anestesia con il 5% di isoflurano in un gas portatore di ossigeno al 100% finché il topo non è più sveglio.
  2. Mantieni l'anestesia. Continuare ad anestetizzare il topo con 1,5–2% di isoflurano in un gas portatore di ossigeno al 100%. Verifica....

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Risultati

Il segnale OAI può generare mappe della saturazione di ossigeno in tumori e ferite
Dopo l'acquisizione e la ricostruzione di dataset OAI multispettrali, le regioni di interesse (ROI) possono essere definite all'interno di tumori o letti di ferite per quantificare l'intensità del segnale a diverse lunghezze d'onda. Vengono quindi applicati algoritmi di dismix spettrale per separare i contributi di ossiemoglobina (HbO 2) e disossiemoglobina (Hb) dal segnale o.......

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Discussione

Le curve PK OAI DCE possono essere influenzate da una varietà di artefatti che riducono l'affidabilità dell'analisi PK. Un problema comune è la presenza di ferite superficiali, croste o sangue secco all'interno del campo di immagini, che possono introdurre un forte assorbimento aspecifico alla superficie cutanea e oscurare segnali più profondi (Figura 8). Quando si disegnano i ROI all'interno del tumore, bisogna fare attenzione a evitare di includere queste .......

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno conflitti di interesse riguardo a quest'opera.

Ringraziamenti

Gli autori desiderano ringraziare il dottor Neal Burton di iThera Medical, GmbH per la consulenza. Questo lavoro è stato finanziato da una sovvenzione NRSA di radiologia dell'Università di Madison (2T32CA009206-46), dal finanziamento pilota ITPT Radiological Sciences Trainee, dal programma Clinical and Translational Science Award (CTSA), dal National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS), dal UL1TR002373 e TL1TR002375 di finanziamento NIH R43 CA265603, NIH R01 EB034261, NIH R21 EB037731 e da un Falk Catalyst Award del Falk Medical Research Trust.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Ago da 20 gExel INT26417Ago ipodermico; 20G x 1", utilizzato per la preparazione delle soluzioni di eparina
Cellule 4T1ATCCCRL-2539Linea cellulare tripla negativa per il cancro al seno
Anti-Anti (100x)Gibco15240-062Cocktail di antibiotici
Perforatore per biopsiaIntegra 33-36Punch per biopsia usa e getta da 6 mm  
Acqua di grado coltura cellulareCorning25-055-CV500 mL; testato con un SATER sterile USP per specifiche di inection  
Soluzione della matrice di collageneCorning354262Matrice di collagene per la formazione e iniezione tumorale
EtanoloDeacon Laboratory2701Antisettico generico
Lubrificante per gli occhi  Optixcare 50-218-844220 g/0,70 oz; solo per uso animale 
Garza Fisherbrand22-415-468Garza di cotone; 3" x 3" (7,6 x 7,6 cm); 12 strati
GuantiVWR76457-130Guanti d'esame in nitrilo
EparinaMeithealNDC71288-402-1010.000 unità USP per 10 mL, 1000 unità USP per mL; Fiala multidosaggio da 10 mL
Verde di indocyaninaTCII0535Agente di contrasto optoacustico
IsofluranoIsospira17033-091-25Un anestetico inalatorio non infiammabile e non esplosivo da usare su cavalli e cani; 250 mL 
Film di laboratorioParafilm PM-9922" x 250'; Nucleo di diametro 1"
Rimuovente di peli per dorata nair NairLL4038Crema depilatoria; Ricco burro di cacao e burro di cacao vitamina E
Ago TerumoNN2732R27G x 1 1/4" (6,40 mm x 32 mm); R.W. Reg. Bevel 
Macchina per l'imaging optoacusticoiTheraMedical MSOT in Vision 512Scanner optoacustico
PBS, 1xCorning 21-040-CV500 mL; Soluzione salina tamponata con fosfato senza calcio e magnesio  
RPMICorning 10-040-CVMezzi di coltura cellulare
Soluzione salinaHospiraNDC0409-4888-0210 mL a dose singola; Iniezione di cloruro di sodio allo 0,9%, USP
CronometroiTheraMedical 4135333Usato per registrare minuti e secondi  
SiringheCardinal Health11881280121 mL di siringa per insulina; Solo insulina U-100; 27G x 1/2" (0,35 x 12,7 mm)
Medicazione trasparente per feriteTegaderm1624Wstile di fotogramma trasparente a pellicola; 2 3/8" x 2 3/4" (6 cm x 7 cm)
PinzetteTermo Electron 7626Usato per tirare indietro la pelle quando si iniettano cellule nei topi
Gel per ultrasuoniEcoVue283Confezione da 32 g, senza prpylene glicole, solubile in acqua, senza parabeno e senza coloranti
Suture non tinteEthiconVR493taglio da 18"; P-3 3/8 13 mm; non tinta e intrecciata, sutura assorbibile sintetica, non USP
Pad riscaldanteRepti Therm UTH120VAC 60Hz 8W Usato per riscaldare gli animali sotto anestesia;  
SteccheGrace Bio-Labs476684Silicone trasparente, diametro diametrale 14 mm x diametro diametrale 10 mm spessore 0,5 con punti di sutura e nbsp;
Clip per feriteReflex 7203-1000Sistema di chiusura reflex della pelle, 7 mm, acciaio inox stee

Riferimenti

  1. Wang, L. V., Hu, S. Photoacoustic tomography: In vivo imaging from organelles to organs. Science. 335 (6075), 1458-1462 (2012).
  2. Ntziachristos, V., Razansky, D. Molecular imaging by means of multispectral optoacoustic tomography (MSOT). Chem Rev. 110....

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Ristampe e permessi

Tag

Imaging optoacusticovalutazione dell ossigenazioneimaging a contrasto dinamicomodelli di cancro al senosaturazione di ossigeno nel sangueverde di indocianinaimaging multispettrale