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Research Article
Margaret A. Nagai-Singer1, Alissa Hendricks-Wenger1,2,3, Rebecca M. Brock1,2, Holly A. Morrison1, Juselyn D. Tupik1, Sheryl Coutermarsh-Ott1, Irving C. Allen1,2,4
1Department of Biomedical Sciences and Pathobiology,Virginia-Maryland College of Veterinary Medicine, 2Graduate Program in Translational Biology, Medicine and Health,Virginia Polytechnic Institute and State University, 3Department of Biomedical Engineering and Mechanics,Virginia Polytechnic Institute and State University, 4Department of Basic Science Education, Virginia Tech Carilion School of Medicine,Virginia Polytechnic Institute and State University
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
우리는 피지-ImageJ를 사용하여 4T1 유방암 모델에서 폐 전이를 정량화하는 보다 일관되고 신속한 방법을 설명합니다.
유방암은 2019년에만 미국에서 40,000명의 여성 사망과 30%의 새로운 여성 암 진단을 차지하는 파괴적인 악성 종양입니다. 유방암 관련 죽음의 주요 원인은 전이성 부담입니다. 따라서 유방암을 위한 전임상 모델은 전이성 부담을 임상적으로 관련시키기 위해 분석할 필요가 있다. 4T1 유방암 모델은 단계 IV 인간 유방암을 위한 자발적으로 전이되고 정량화 가능한 마우스 모델을 제공합니다. 그러나, 대부분의 4T1 프로토콜은 조직 배양 판에 스테인드 콜로니를 수동으로 계수함으로써 전이성 부담을 정량화한다. 이는 전이성 부담이 낮은 조직에 충분하지만 수동 계산의 인간의 오류는 플레이트가 혼잡하고 계산하기 어려운 경우 일관성이 없고 가변적인 결과를 초래합니다. 이 방법은 인간 계수 오류에 대한 컴퓨터 기반 솔루션을 제공합니다. 여기서, 우리는 4T1 모델에서 고전이성 조직인 폐를 이용한 프로토콜을 평가한다. 피지-ImageJ에서 분석을 위해 메틸렌 블루 스테인드 플레이트의 이미지를 획득하여 업로드합니다. 피지-ImageJ는 전이성 부담이 있는 플레이트의 백분율을 나타내는 파란색 이미지의 선택된 영역의 백분율을 결정합니다. 이 컴퓨터 기반 접근 방식은 고전이성 조직에 대한 수동 계수 또는 조직 병리학 평가보다 더 일관되고 신속한 결과를 제공합니다. 피지-ImageJ 결과의 일관성은 이미지의 품질에 따라 달라집니다. 이미지 간의 결과에 약간의 변화가 발생할 수 있으므로 여러 이미지를 촬영하고 결과를 평균화하는 것이 좋습니다. 최소한의 한계에도 불구하고,이 방법은 일관되고 신속한 결과를 제공함으로써 폐의 전이성 부담을 정량화하는 개선입니다.
8명의 여자에 대하여 1개는 그녀의 일생에 있는 유방암으로 진단될 것입니다, 그러나 다중 처리 선택권에도 불구하고 유방암은 미국 여자에 있는 암 관련 죽음의 두 번째 주요한 원인입니다 1. 이 여자는 그들의 유방에 있는 1 차적인 종양에서 정지하지 않습니다. 대신, 전이성 부담은 일반적으로 폐, 뼈, 두뇌, 간 및 림프절2로퍼지기 때문에 이 질병의 사망에 책임 있습니다. 이 때문에 유방암 모델은 이 질병의 사망률을 억제하는 데 기여하기 위해 전이를 평가해야합니다. 4T1 뮤린 유방암 모델은 이를 달성하기 위한 훌륭한 프로토콜입니다. 여기에 설명된 방법은 피지-ImageJ를 사용하여 폐 전이를 정량화하여 일관되고 신속한 결과를 생성함으로써 4T1 모델에 대한 개선을 제공합니다.
4T1 모델은 잘 확립되어 있으며, 대부분의 실험실은 2001년 풀라스키와 오스트랜드-로젠버그가 설명한 프로토콜과 같은 프로토콜을 사용합니다. 4T1 세포주6-티오구아닌(6TG)은 내성 및 단계 IV, 삼중 음성 유방암3,4,5의대표이다. 그것은 정형 소 모델이며 인간 유방암3,4에서와같은 장기에 자발적으로 전이되기 때문에 임상적으로 관련이 있다. 4T1 세포는 주입된 세포의 양에 기초하여 예측 가능한 속도로 자발적으로 전이3,4. 중요한 것은, 여기에서 사용된 마우스 사이 유전다름은 전이성 부담에 있는 예상된 개별 간 가변성을 일으키는 원인이 되었습니다. 전이를 평가하기 위해, 조직은 6TG 선택 및 메틸렌 블루 스테인링을 사용하여 먼 부위의 암세포를 수집하고 정량화하기 위해 수확됩니다. 그 결과 전이성 식민지를 나타내는 파란색 점이 있는 조직 배양 판의 컬렉션이 생성됩니다. 그러나 풀라스키와 오스트랜드-로젠버그 프로토콜은 이를 수동으로 계산하여 전이성 식민지를 정량화하므로 이 모델에서 전이를 평가하는 표준 수단이 되었습니다. 이것은 낮은 전이성 부담을 가진 조직에 대 한 쉬운, 폐 같은 조직은 종종 전이와 함께 라덴. 폐 판은 매우 수렴 될 수 있기 때문에 수동 계수로 전이성 식민지를 정확하고 정확하게 정량화하기가 어렵고 인간의 실수가 발생하기 쉽습니다. 전이성 부담을 더 잘 정량화하기 위해 피지-ImageJ를 사용하여 인간 카운팅 오류에 대한 컴퓨터 기반 솔루션을 설명합니다. 혈종실린및 에오신(H&E) 염색을 통해 조직병리학적 분석은 폐 전이를 정량화하는 또 다른 수단이며, 흥미롭게도 피지-ImageJ 소프트웨어6,7로개선되었다. 그러나, 조직 병리학 적 분석은 폐의 단일 조각을 관찰하기 때문에, 그것은 부정확하고 대표적이지 않을 수 있습니다. 이는 4T1 모델이 고르게 분포되지 않는 장기 전체에 여러 전이성 병변을 일으키기 때문이다. 조직 병리학 적 분석과 수동 계수 사이의 전반적인 추세는 유사 할 수 있지만8,개별 값은 다를 수 있으므로 조직 병리학 분석은 정량화의 유일한 수단으로 사용되어서는 안됩니다. 우리는 조직 병리학 적 분석과 다른 카운터 사이의 수동 계산의 불일치에 비해 이점을 입증하면서 피지 -ImageJ를 사용하는 일관성을 보여줍니다. 또한, 우리는이 방법은 수동 계산에 의존 할 때보다 훨씬 빨리 자신의 연구에서 데이터를 분석 할 수 있다는 것을 의미 10-14 일에서 5 일로 잠복기 시간을 줄일 수 있음을 보여줍니다.
이 방법은 풀라스키 및 오스트랜드-로젠버그 프로토콜3에대한 간단한 조정 모음입니다. 4T1 모델은 널리 사용되고 폐 전이가 전임상 모델에서 측정하는 중요한 매개 변수이기 때문에, 우리는 이 방법이 널리 사용될 수 있고 유방암 연구자에 매우 가치가 있다고 믿습니다. 필요한 유일한 추가 소모품은 카메라와 피지-ImageJ와 컴퓨터에 대 한 액세스, 이미지 분석에 자주 사용 하는 무료 소프트웨어9. 이 방법은 특히 폐 전이에 초점을 맞추고 있지만, 상당한 전이성 부담을 가진 다른 조직에 사용될 수 있습니다.
여기에 설명된 모든 방법은 버지니아 공대의 기관 동물 관리 및 사용 위원회 (IACUC)에 의해 승인되었으며 실험실 동물의 치료 및 사용을위한 국립 보건 가이드에 따라 승인되었습니다. 이 프로토콜을 수행하려면 적절한 기관의 허가와 모든 적절한 지침을 준수해야 합니다.
1. 세포 배양
2. 주사
3. 모니터링
4. 네크로키
5. 조직 처리
참고: 이 섹션의 모든 단계는 멸균 기술을 사용하여 수행해야 합니다.
6. 스테인딩 플레이트
7. 이미지 분석
이 방법은 풀라스키 및 오스트랜드-로젠버그 4T1 프로토콜3에서 간단한 조정을 포함하고 그림 1에서시각화할 수 있다. 3명의 별도 연구원이 12개의 폐판(1:10 희석)에 대해 수동으로 전이성 콜로니를 계산했을 때, 결과는 다른카운터(그림 2A)간에매우 일치하지 않았다. 모든 연구자들은 "푸른 점으로 나타나는 전이성 식민지를 계산"하도록 지시받았지만, 불일치는 고전이성 플레이트를 수동으로 계산하는 문제를 보여줍니다. 연구원은 4T1 모형을 가진 경험의 다양한 수준을 가졌습니다. 보드 인증 수의병리학자는 피지-ImageJ 폐판분석(도 2B)과비교하기 위한 또 다른 방법으로 전이를 위한 H&E 염색폐 슬라이드를 분석하였다.
피지-ImageJ 분석을 사용하여 3명의 별도 연구원은 12개의 플레이트(1:2 희석)의 수집에 대한 3개의 개별 이미지를 분석했습니다. 이미지는 약간 다른 조명두 개의 별도 실험실 공간에서 촬영되었습니다. 플레이트의 배열 또는 사진을 찍은 각도는 각 이미지마다 달랐습니다. 수동 계산 결과와는 달리, 피지-ImageJ 결과는 각각 3개의이미지(그림 3A)에대한 카운터 간에 일관되게 일치하였다. 3개의 이미지 사이에 불일치가 있었는지 확인하기 위해, 3개의 이미지와 3개의 카운터로부터의 결과는 폐판당 결합되었다(도3B). 일부 플레이트의 이미지에는 차이가 있지만 전반적인 추세는 유사하며 수동 계산보다 일관성이 높습니다. 3개의 상이한 이미지 사이의 변형을 고려하기 위해 각 이미지의 결과는 각플레이트(그림 3C)에대해 평균화되었습니다. 이러한 평균은 전이성 부담을 정확하고 정확하게 분석하는 카운터 간에 일관된 결과를 제공했습니다. 따라서 이 프로토콜은 플레이트 컬렉션의 적어도 3개의 이미지를 다른 배열, 다른 각도 또는 약간 다른 조명 설정에서 촬영한 다음 결과를 분석하고 평균화하는 것을 제안합니다. 그림 2A와 그림 3C를비교할 때 수동 계수와 피지-ImageJ 분석 간의 대비가 시각화됩니다.
이 프로토콜에서 제공하는 개선을 입증하는 또 다른 방법은 그림 2와 그림 3의수를 기반으로 카운터 사이의 가장 이상전성 부담에서 가장 적은 전이성 부담으로 플레이트의 순위를 비교하는 것입니다. 수동 계산은 가장 컨할 수 있는 플레이트에 동의했지만, 다음 순위는카운터(그림 4A)와일치하지 않았다. 대조적으로, 각 이미지에 대한 피지 이미지J 분석의 순위는 카운터(그림 4B)사이에훨씬 더 일치했다. 일관성은 각 플레이트에 대한 각 이미지의 결과가 평균되었을 때도 볼 수있습니다(그림 4C). 이 프로토콜은 카운터 간에 완전한 일관성을 제공하지는 않지만 그림 4A와 그림 4C를비교할 때 수동 계산에서 개선된 것입니다. 조직 병리학 적 분석은 수동 및 피지 이미지J 계산(그림 4D)과모두 달랐다.
이미지의 반사를 피하는 것의 중요성을 입증하기 위해, 손의 반사와 후속 피지-ImageJ 분석이 있는 이미지가 반사없이 동일한 플레이트에 반대하는(왼쪽)(그림5A)를나타내고 있다. 더러운 배경 표면이나 플레이트의 혈액 샘플 잔류물에서 다른 어두운 결점도 피지-ImageJ 분석에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 그림 5B의 혈전은 2전전이성 식민지 (흰색 화살표로 지적됨)만 가지고 있지만 어두운 잔류물 (검은 화살로 지적됨)은 피지 -ImageJ가 31.6 %의 전이성으로 간주했습니다. 따라서, 혈액 샘플이 전이성 식민지가 아닌 플레이트에 잔류 다크 스팟을 남길 것이기 때문에 깨끗하고 가벼운 표면을 가지고 혈액 샘플에 이 방법을 사용하지 않는 것이 중요합니다.

그림 1: 프로토콜 회로도. 이 프로토콜은 4T1 모델에서 폐 전이를 분석하는 데만 중점을 둡니다. 이 프로토콜의 일반적인 흐름은 배양에서 4T1 세포를 성장시키고, 왼쪽 복부 유방 지방 패드에 4T1 세포를 주입하고, IACUC 및 기관 프로토콜에 따라 마우스를 모니터링하고, 마우스를 희생하고 폐를 수집, 폐 샘플에서 세포를 수집하고, 6TG 선택 배지에서 세포를 수집하고, 6TG 선택 배지에서 세포를 수집하고, 피지 를 사용하여 세포를 고정및 염색하는 것을 포함한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 수동으로 전이성 세포를 계산하고 조직 병리학 적 분석은 일치하지 않는 결과를 가지고 있습니다. A. 1:10 희석을 가진 12개의 폐 판은 연구원 사이에서 다양하더라도 전이성 식민지를 같은 방식으로 계산하도록 지시된 3명의 개별 연구원에 의해 수동으로 계산되었습니다. 계산된 전이성 식민지의 수는 연구원 사이에서 크게 변화했습니다. B. H&E 염색 폐 슬라이드에 존재하는 전이체로 분류된 개별 종양 세포 응고를 확인하고 정량화한 조직 병리학 분석. 하나의 대표적인 슬라이드의 높은, 중간 및 낮은 배율 이미지가 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 피지-ImageJ 분석은 전이성 부담을 결정하는 데 정확하고 정확합니다. A. 12 개의 폐 판은 1:2 희석을 가진 12 개의 폐 플레이트가 12 개의 폐 판의 3 개의 별도 이미지에서 3 명의 분리 된 연구원에 의해 분석되었습니다. B. 3명의 연구원각각에 의하여 3개의 심상 각각에서 결과가 결합되었습니다. C. 3개의 심상에서 각 폐 판에서 결과는 평균했다. Tukey의 다중 비교 시험을 가진 단방향 ANOVA는 각 폐 판에 대한 카운터 사이 중요한 다름을 결정하지 않았습니다. 데이터는 평균 + SD로 표시됩니다.

그림 4: 피지-ImageJ 분석은 수동 계수 및 조직 병리학 분석에 비해 전이성 부담의 보다 일관된 순위를 제공합니다. A. 그림 2에서 동일한 폐 플레이트는 그림 2의 수동 수에 따라 대부분의 전이성에서 가장 적은 전이성으로 순위가 매겨졌습니다. B. 그림 3에서 동일한 12 개의 폐 플레이트는 그림 3AC의 피지 -ImageJ 분석을 기반으로 가장 이상 전이성에서 가장 적은 전이성으로 순위가 매겨졌습니다. D. 폐 슬라이드는 조직 병리학 적 평가에 따라 대부분의 전이성에서 가장 적은 전이성으로 선정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 반사 및 비전성 다크 스팟은 결과에 부정적인 영향을 미칩니다. A. 사진을 찍는 손을 반사하는 이미지는 피지 이미지 J 분석 (왼쪽)을 올바른 피지 -ImageJ 분석 (오른쪽)에 비교하는 것과 같이 피지 이미지 J 분석을 방해합니다 (오른쪽) B. 혈액 판은 종종 전이성 식민지 (흰색 화살표)가 아닌 접시에 남은 얼룩 (검은 화살표)을 남깁니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
저자는 공개 할 것이 없습니다.
우리는 피지-ImageJ를 사용하여 4T1 유방암 모델에서 폐 전이를 정량화하는 보다 일관되고 신속한 방법을 설명합니다.
이 작품은 버지니아 -메릴랜드 수의과 대학 (IA), 엔지니어링 건강을위한 중요한 기술 및 응용 과학 센터 (IA), 및 건강 R21EB028429 (IA)의 국립 연구소에 의해 지원되었다.
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