ここでは、関心のある組織/器官および皮膚に直接接着することができる光学的に透明なシリコーン窓を使用して、長期の生体内イメージングのためのアプローチを提示する。これらの窓は、現在現場で使用されている他の窓よりも安価で汎用性が高く、外科的挿入は動物に限られた炎症および苦痛を引き起こす。
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方法論記事
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ここでは、関心のある組織/器官および皮膚に直接接着することができる光学的に透明なシリコーン窓を使用して、長期の生体内イメージングのためのアプローチを提示する。これらの窓は、現在現場で使用されている他の窓よりも安価で汎用性が高く、外科的挿入は動物に限られた炎症および苦痛を引き起こす。
生体内顕微鏡(IVM)は、単一細胞分解能での細胞移動、分裂、および死の可視化を可能にします。外科的に挿入されたイメージングウィンドウを通るIVMは、数日から数週間にわたって同じ組織の縦断的観察を可能にするため、特に強力である。典型的なイメージングウィンドウは、マウスの皮膚に縫合された生体適合性の金属フレーム内のガラスカバースリップで構成されています。これらの窓は、マウスの自由な動きを妨げ、強い炎症反応を誘発し、ガラスの破損または破れた縫合糸のために失敗し、そのいずれもが安楽死を必要とする可能性がある。これらの問題に対処するために、長期腹部器官および乳腺イメージング用の窓は、以前は頭蓋イメージング窓に使用されていた光学的に透明なシリコーンポリマーであるポリジメチルシロキサン(PDMS)の薄膜から開発された。これらの窓は組織に直接接着することができ、挿入に必要な時間を短縮する。PDMSは柔軟性があり、マウスの耐久性に寄与し、時間の経過とともに最大35日間試験されています。縦方向イメージングは、別々のセッション中に同じ組織領域をイメージングすることです。ステンレス製のグリッドが窓に埋め込まれ、同じ領域をローカライズし、数日離れた同じ場所での動的プロセス(乳腺の退縮など)の視覚化を可能にしました。このシリコーンウィンドウはまた、時間の経過とともに微小転移に発達する単一の播種性癌細胞のモニタリングを可能にした。この研究で使用されたシリコーン窓は、金属フレームのガラス窓よりも挿入が簡単で、画像化された組織の炎症を制限します。さらに、埋め込みグリッドにより、繰り返しイメージングセッションで同じ組織領域を簡単に追跡できます。
麻酔をかけられた動物の組織のイメージングである生体内顕微鏡(IVM)は、無傷の組織における細胞分解能での生理学的および病理学的事象のダイナミクスへの洞察を提供する。この技術の応用は多岐にわたりますが、IVMはがん生物学の分野で、がん細胞が組織に侵入して転移し、周囲の微小環境と相互作用し、薬物にどのように反応するかを解明するのに役立つ1、2、3。さらに、IVMは、エクスビボプロファイリングアプローチ(例えば、フローサイトメトリー)を補完する洞察を提供することにより、免疫応答を支配する複雑なメカニズムの理解を促進するための鍵となっています。例えば、生体内イメージング実験は、細胞遊走および細胞間接触に関連する免疫機能の詳細を明らかにし、傷害または感染に応答して時空間ダイナミクスを定量するためのプラットフォームを提供している4,5,6,7。これらのプロセスの多くは、組織学的染色によっても研究することができるが、動的変化の追跡を可能にするのはIVMのみである。実際、組織学的切片は所与の時間における組織のスナップショットを提供するが、インバイタルイメージングは、同じ組織内の細胞間および細胞内事象を経時的に追跡することができる。特に、蛍光標識の進歩と分子レポーターの発達により、分子事象は、増殖、死、運動性、および他の細胞または細胞外マトリックスとの相互作用などの細胞挙動と相関することが可能になった。ほとんどのIVM技術は蛍光顕微鏡法に基づいており、光散乱のためにより深い組織のイメージングを困難にします。したがって、関心のある組織は、しばしば侵襲的および終末的処置で外科的に曝露される必要がある。したがって、器官部位に応じて、組織を、数時間から40時間8まで変化する期間にわたって連続的に画像化することができる。あるいは、永久的な画像化窓の外科的挿入は、7、9週までの数日にわたって同じ組織の画像化を順次可能にする。
新しいイメージングウィンドウの開発は、バイタル内イメージングアプローチをさらに改善するための技術的必要性として強調されています10。プロトタイプのインタビタル画像化ウィンドウは、縫合糸11で皮膚に固定されたガラスカバースリップを含む金属リングである。自由な動きへの干渉、滲出液の蓄積、およびガラスカバースリップの損傷は、そのような窓の使用で見られる一般的な問題である。さらに、プロトタイプウィンドウは特殊な生産を必要とし、外科的処置は広範なトレーニングを必要とする可能性がある。これらの問題に対処するために、シリコーンポリマーであるポリジメチルシロキサン(PDMS)は、以前は脳12における長期画像化のための頭蓋窓において使用されていたが、腹部器官および乳腺画像化における使用のために適合された。ここでは、PDMSベースのシリコーン窓を生成するための詳細な方法が提示され、同じ組織領域の反復画像化のためのランドマークを提供するためにステンレス鋼グリッドの周りに窓を鋳造する方法を含む。さらに、腹部器官または乳腺の上に窓を挿入するための簡単でステッチフリーの外科的処置が記載されている。この新しいアプローチは、現在使用されているイメージングウィンドウの最も一般的な問題のいくつかを克服し、縦方向のインタビタルイメージングのアクセシビリティを向上させます。
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記載されているすべての手順は、コールドスプリングハーバー研究所外科ガイドラインに従って行われ、コールドスプリングハーバー研究所の施設動物ケアおよび使用委員会によって承認されていました。
1.シリコンウィンドウを鋳造する
2.シリコンウィンドウの挿入のためのマウスの準備
3. 肝臓のイメージングのための腹側窓の挿入;他の腹部器官に適応可能(図1)
4. 肝臓のイメージングのための側方窓の挿入;門脈における癌細胞の同時注入と互換性がある(図2)
5. 膵臓にイメージング用のウィンドウを挿入する(図3)
6. 乳腺にイメージング用の窓を挿入する(図4)
7. 術後の回復
8. 窓からの撮影
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イメージングウィンドウによるイントラバイタルイメージングは、数時間から数週間にわたって単一細胞分解能で幅広い細胞および分子イベントを観察、追跡、定量するために使用できます。イメージングウィンドウのための理想的な特徴には、a)マウスの幸福および組織の生理機能に対する限られた影響が含まれる。b)耐久性;c)挿入の単純さ;d)同じ領域の繰り返し画像化のための明確なランドマーク。その結果、汎用性の高い不活性シリコーン窓が簡単に製造および挿入され、グリッドを装備して、複数のイメージングセッションにわたって同じ視野を見つけることができます。
窓はPDMSでできており、安価で柔軟で透明な素材です。窓は、ほとんどの研究室で広く購入可能な消耗品で鋳造することができます。これらの目的のために、市販の24ウェルプレートの蓋にすでにエッチングされている円形金型(直径22mm)がうまく機能する。単位面積当たりに使用するポリマーの量を変えることにより、窓の厚さを調整することができる。イメージング解像度に対するウィンドウの厚さの影響を文書化するために、40nm蛍光微小球の点像分布関数(PSF)分析を行い、さまざ...
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生体内イメージングウィンドウは、生理学的および病理学的プロセスを細胞分解能で直接視覚化するための重要なツールです。マウスに柔軟なシリコーンイメージングウィンドウをキャスティングおよび挿入するために説明されている新しい手順は、現在使用されているイメージングウィンドウの最も一般的な問題(滲出液、破損、および通常の可動性との干渉)のいくつかを克服し、マウスにさらなる安全性を提供し、この技術のアクセシビリティを向上させます。
最も広く使用されているイメージングウィンドウは、ガラスカバースリップを保持する金属フレームで構成されています。これらのプロトタイプウィンドウの使用に対する主な障害は、金属リングの固定には面倒なステッチング手順が必要であり、高度な外科的訓練を受けた人員が必要であることです。さらに、フレームの製造にはコストがかかり、特殊な機器が必要です。PDMS ウィンドウは、これらの問題の両方を克服します。PDMSウィンドウを挿入する手順は、ステッチングを排除し、技術を学ぶための障壁を大幅に下げます。窓を作る材料も安価で、簡単に購入できます。さらに、窓の形状と外科的処置の両方は、乳腺、...
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M.E.は、Insmed, Inc.の ブレンソカティブ の研究諮問委員会のメンバーです。Vividion Therapeutics, Inc.の科学諮問委員会のメンバー。Protalix, Inc.のコンサルタント。Agios Pharmaceuticals, Inc.の株式を保有していますD.A.T.はMestag Therapeuticsの共同設立者であり、科学諮問委員会のメンバーであり、Mestag Therapeutics、Leap Therapeutics、Surface Oncology、Cygnal Therapeuticsの株式を保有しています。他の著者は、競合する利益を宣言していません。
レーザーカットされたステンレス鋼グリッドの設計と最適化におけるロブ・アイファートの支援に感謝します。この研究は、CSHLがんセンター(P30-CA045508)および国立衛生研究所(NIH)からのM.E.のための資金(1R01CA2374135および5P01CA013106-49)によって支援された。CSHLとノースウェルヘルス;トンプソン家族財団;アメリカ全土を泳ぐ。サイモンズ財団からCSHLへの助成金。M.S.は、一般医科学研究所医学者養成プログラム研修賞(T32-GM008444)およびNIH国立がん研究所(受賞番号1F30CA253993-01)の支援を受けました。L.M.はジェームズ・S・マクドネル財団のポスドク・フェローシップの支援を受けています。J.M.A.は、がん研究所/アービントン・ポスドク・フェローシップ(CRI賞#3435)の受賞者です。D.A.T.は、Lustgarten Foundation Dedicated Laboratory for Pancreatic Cancer ResearchとThompson Family Foundationの支援を受けています。漫画は Biorender.com で作成されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 3M Mediporeソフトクロスサージカルテープ | 3M | 70200770819 | |
| シルク縫合糸 4-0 PERMA HAND BLACK 1 x 18" RB-2 | Ethicon | N267H | |
| ACTB-ECFP マウス | Jackson Laboratory | 22974 | |
| AEC Substrate Kit, Peroxidase (HRP), (3-amino-9-ethylcarbazole) | Vector Laboratories | SK-4200 | |
| アルコール綿棒 | BD | ||
| 麻酔システム | Molecular Imaging Products Co. | ||
| Acqknowledgeソフトウェアとセンサー | BIOPAC | ACK100W、ACK100M、TSD110 | |
| ベタジンスプレー | LORIS | 109-08 | |
| c-fms-EGFP (MacGreen) マウス | Jackson Laboratory | 18549 | |
| C57BL/6J mice | Jackson Laboratory | 664 | |
| CD45 Monoclonal Antibody (30-F11) | Invitrogen | 14-0451-82 | |
| CD68 Antibody Abcam | ab125212 | ||
| Curity ガーゼスポンジ | Covidien | ||
| Donkey Anti-Goat IgG H&L (HRP) | アブカム | ab6885 | |
| ロバアンチウサギIgGハンド&L (HRP) | アブカム | ab97064 | |
| ロバアンチラットIgGハンド&L (HRP) | Abcam | ab102182 | |
| ダウ SYLGARD 184 シリコーン封止剤 透明 | 電子顕微鏡 科学 | 24236-10 | 2 部構成、10:1 混合比 |
| 丸型カバーガラス、直径 8mm 、#1.5 厚さ | 電子顕微鏡科学 | 72296-08 | |
| Ender-3 Pro 3Dプリンター | Shenzhen Creality 3D Technology Co., LTD | ||
| 遠赤外線加熱ブランケット | Kent Scientific | RT-0520 | |
| Fc 受容体ブロッカー | Innovex Biosciences | NB309 | |
| Fiji イメージング処理パッケージ | https://imagej.net/software/fiji/ | ||
| FluoroSpheresカルボン酸塩、0.04µm, yellow-green (505/515) | Invitrogen | F8795 | |
| ゲーティングシステム: | バイオパックシステムズ株式会社 | これらのコンポーネントを組み合わせることで、イメージング中のマウスのバイタルモニタリングとマウス呼吸のゲーティング画像取得が可能になります。すべてBIOPACシステムから取得しました。 | |
| Acqknowledgeソフトウェア | ACK100W ACK100M | ||
| デフアンプモジュール Cシリーズ | DA100C | ||
| デュアルゲーティングシステム 小動物 | DTU200 | ||
| MP160 for Windows - 解析システム | MP160WSW | ||
| MouseOx Plus 120V | MOX-120V;015000 | ||
| 圧力パッド | TSD110 | ||
| Gelfoam | Pfizer | 9031508 | 吸収性ゼラチンスポンジ |
| 硬化細ハサミ | Fine Science Tools | 14090-11 | 2組 ステンレス製 シャープシャープ チップ ストレートチップ 26 mm 刃先 長さ11cm |
| ヒト/マウスミエロペルオキシダーゼ/MPO 抗体 | R&D Systems | AF3667 | |
| ホットビーズ滅菌器 | Fine Science Tools | 18000-45 | 使用前に約30分 をオンにし、>200 &でツールを滅菌します。C for 30 s |
| イマリス | ビットプレーン | www.bitplane.com | |
| イマージョン ミディアム イマーソール W 2010 | ツァイス | 444969-0000-000 | |
| BD超細針付きインスリンジ 6mm x 31G 1 mL/cc | BD | 324912 | |
| イソフルラン (フルリソ) | VetOne | 502017 | |
| Lycopersicon Esculentum (トマト) レクチン (LEL, TL), DyLight® 594 | Vector Laboratories | DL-1177-1 | |
| LysM-eGFPマウス | www.mmrrc.org | 012039-MU | |
| マイクロ解剖鉗子 | Roboz | RS-5135 | 鋸歯状、わずかなカーブ、0.8 mmの先端幅、4インチの長さ |
| マイクロ解剖鉗子 | Roboz | RS-5153 | 1 x 2歯、わずかなカーブ、0.8 mm tip 幅、4インチ長さ |
| MTS MiniBionix II 808 | MTSシステム | 油圧サーボ材料試験機 | |
| 好中球エラスターゼ 680 FASTプローブ | パーキンエルマー | NEV11169 | |
| Nitrogen | General Welding Supply Corp. | ||
| 酸素 | ゼネラル溶接供給株式会社 | ||
| ポリ乳酸フィラメント | ハッチボックス | 直径 1.75 mm | |
| ProLong Diamond 退色防止 封入剤 | Invitrogen | P36970 | |
| Puralube 眼科用軟膏 | Dechra | NDC17033-211-38 | |
| Reflex 7 創傷クリップ | Roboz Surgical | RS-9255 | |
| ステンレススチールグリッド | Fotofab | One グリッドは直径 0.200 インチで、0.016 x 0.016 インチの合計 52 個のグリッド正方形があります。各正方形の間には0.003インチのスペースがあります。 | |
| 表面処理された滅菌組織培養プレート | フィッシャーサイエンティフィック | FB012929 | イメージングウィンドウの硬化面として使用される蓋 |
| TriMスコープ多光子顕微鏡 | LaVision BioTec | Imagingは、2つのTi:Sapphireレーザー(Mai TaiおよびInSight、Spectra-Physics)と光パラメトリック発振器を備えた直立2光子顕微鏡(Trimscope、LaVision BioTec)で行われました。次のロングパスダイクロイックビームスプリッター(Chroma)を使用して、信号を4つのフォトマルチプライザーチューブに向けました: T560LP T665LPXXR T495lxpr | |
| Vetbond | 3M | 70200742529 | |
| VWRマイクロカバーガラス | VWR | 48404-453 |
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