膵臓がんマウスモデルにおける腫瘍測定のための多動物磁気共鳴画像法

膵管腺癌は非常に致死性の高い疾患です。PDACは通常、局所進行または転移性疾患として進行性の段階で診断されるため、治療がさらに困難になります。PDACは、非常に攻撃的ながん細胞、広範な脱形成反応、低血管を特徴とする異質な疾患です。

KRAS駆動の遺伝子組み換えマウスモデルは、人間の膵臓細胞に似た変異を持ち、病態生理や分子的特徴を持つ膵腫瘍を自発的に発生させるため、前臨床的治療評価に適しています。KRAS駆動のP53削除済みKPCモデルは、よく特徴付けられたPDAC遺伝子組み換えマウスモデルです。KPCモデルにおける腫瘍の発生を効果的に監視し、治療反応を評価するためには、磁気共鳴画像法などの高度な生体内イメージング技術が重要な研究ツールです。

MRIは深部腫瘍評価におけるゴールドスタンダードの画像診断法と広く考えられており、深部組織標的に対して最も高い軟部組織解剖学的コントラストと分子感度を示します。しかし、標準的なMRIプロトコルは高い運用コストと長い非難期間を伴います。このプロトコルは、多動物チャンバーを用いて最大4匹のマウスを並列磁気共鳴画像法で測定し、膵腺癌腫瘍を検出するものであり、前臨床試験、動物募集、治療反応のモニタリングのための腫瘍検出と測定のための迅速かつ経済的かつ正確な方法です。

簡単に言うと、まず動物を手術の準備と、3DプリントインサートでマルチアニマルMRIベッドを設置します。その後、MRIスキャンを行い、その後データ解析を行い、前臨床試験の治療成功を判断します。実験用KPCマウスを動物施設から画像診断施設へ輸送します。

最大4匹のマウスを、かなり暖かく密閉された誘導室でイソフルランで麻酔します。角膜乾燥を防ぐため、両目に眼科潤滑剤を塗布してください。3Dプリントされたベッドインサートの下部に、麻酔をかけたマウス2匹を腹部に置き、その挿入物はベンダー提供の標準ラットPETMRIスキャンホルダーに取り付けられています。

頭部と鼻のコーンを固定して麻酔を維持してください。処理済みマウスをスキャンする際は、排泄物を通じた化学療法薬の移動を防ぐ保護バリアを設置してください。底面は3Dプリントのベッドインサートの上部を覆います。

3Dプリントのベッドインサートの上部に、さらに2匹の麻酔マウスを腹側に置きます。麻酔を維持するために鼻のコーンで頭部を固定してください。ベンダー提供の単一ラットPET MRIベッドには、動物の体温を維持するための循環する暖かい空気が備わっています。

呼吸モニターを上部の3Dベッドインサート左側にあるマウスに取り付けます。ベッドを覆って複数動物のMRIチャンバーを完成させます。赤いレーザーをマウスの中心に合わせることで、マウスがMRIコイルの中心に位置することを確認してください。

マウスIDとスキャン日を以下の形式でスキャンにラベルを割り当てます。品種、マウスID、スキャン日付。ベッドにいる4匹すべてのマウスに適した撮影領域を定義するために、ローカライザー画像を取得します。

ローカライザースキャンは、4匹のマウスベッドにいるマウスを観察するためのT1重みフラッシュスキャンで、軸方向のスライス1つ、冠状スライス2つ、矢状面2つのスライスを使います。T2希少スキャンを設定するには、ローカライザー画像に基づいてスライスパッケージを調整し、上部および下部の動物群の膵臓領域や他の腹部臓器の可視化を最適化します。スキャンを進める前に、4匹のマウスが複数動物のベッドセットアップで正しく整列しているか確認してください。

画像診断の過程で呼吸を監視し、必要に応じてイソフルラン濃度を調整してください。スキャンが終わったら、MRIからベッドを外してください。多動物用のベッドの上部を開け、左上のマウスから呼吸モニターを取り外します。

3Dプリントのインサートの上下から動物を回収ケージに移します。回復ケージは42度の温熱パッドの上に置き、麻酔後の回復に備えます。マウスをケージに戻す前に、麻酔からの完全な回復を確保するために呼吸数と動きを監視してください。

ParaVision 360からDICOM画像を画像解析プログラムにエクスポートし、4匹のマウスが使った画像から1枚のマウスごとに1枚の画像にトリミングします。PMODで、View モジュールの上位の動物の画像を開きます。VOIタブで、右上のマウスの周りにボックスを描き、そのボックスの周りに画像をトリミングします。

正しいマウスIDにDICOMメタデータを編集し、正しいファイル名で作成した画像を保存します。同じ画像で左上のマウスの画像を開いてトリミングと保存を繰り返します。DICOMファイルに保存された画像を解析するためにMRIビューアソフトウェアを使いましょう。

ソフトウェアパッケージにはオープンソースのMRIビューアを使用しています。背側から腹側、または腹側から背側への画像診断を解析します。膵臓や膵臓腫瘍の適切な位置を特定するために、脾臓や胃などの臓器を見つけてください。

腫瘍が存在するすべてのスライスで関心領域を定義し、半自動セグメンテーションで腫瘍体積を計算します。液体嚢胞やその他の色過な症状にも注意してください。代表的なMRI画像では、胃、脾臓、腫瘍を検出できます。

ほとんどのKPC腫瘍は単一または優勢の焦点を持つ堅実な成長パターンを示し、治療のための募集や腫瘍体積評価を容易にしました。しかし、膵臓全体に複数の小さな固形腫瘍が広がっている動物も観察されました。PDAC腫瘍はまた、腫瘍内嚢胞性の出現を伴い、腫瘍側の非腫瘍性嚢胞病変や管閉塞を伴うこともあり、これにより液体を含む病変が生じることがあります。

相関組織研究では、MRIによる解剖学的腫瘍の特徴と、画像撮影直後に採取されたH&E染色腫瘍組織の組織学的特徴との間に一致が示されています。MRI上の過染色領域が液体充填病変と一致する場合、嚢胞性病変および組織学的解析に対応します。この多動物MRIを、化学療法薬ジェムシタビンを用いるKPCモデルの膵腫瘍進行を概念実証試験としてモニタリングしています。

ジェムシタビン単独または併用は、局所または転移性膵臓がん患者の第一選択治療です。KPC動物は生後12週を過ぎて膵臓腫瘍を発症します。募集後、動物は2つの実験グループに分けられました。

1つは、治療なしでジェムシタビンの腹膜内投与を受けた対照群です。複数動物ベッドシステムを用いて週1回のMRIスキャンを実施し、治療群と対照群の両方で腫瘍成長動態の変化を継続的にモニタリングできました。我々のデータは、ジェムシタビン治療済みKPCモデルの腫瘍は未治療の対照群に比べて成長パターンが遅いことを示しています。

ジェムシタビン処理動物の結果は、以前の報告と一致し、生存利益をもたらすものでした。このプロトコルは、標準治療化学療法における新しい治療薬の併用療法を研究するための適切かつ堅牢なプラットフォームを提供します。私たちは、この費用対効果の高いMRIプロトコルを用いて、特定のmRNAとPDACの役割を遺伝学的および薬理学的補完的なアプローチで調査しています。

しかし、これらの併用療法は、小分子阻害剤、免疫療法、siRNA、その他の治療用オリゴヌクレオチドとして主要な分子標的に対しても作用する可能性があります。このプロトコルの焦点は膵臓や他の腹腔臓器の画像解析ですが、この多動物プロトコルと記載されたMRIシーケンスは、乳がんや膠芽腫、腎臓や肝臓に関わる他の疾患など、他のマウスがんモデルの解剖学的特徴付けにも応用可能です。全体として、この多動物MRIプロトコルは、膵臓がんモデルにおける高品質で縦断的な腫瘍モニタリングおよび前臨床治療評価のための迅速かつ信頼性が高く、コスト効率の高いプラットフォームを提供します。