방법 논문

췌장암 마우스 모델에서 종양 측정을 위한 다동물 자기공명영상

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DOI:

10.3791/69927

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2026년 2월 3일

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1Precision Health Program, Michigan State University, 2Department of Radiology, College of Human Medicine, Michigan State University, 3Veterinary Diagnostic Laboratory, College of Veterinary Medicine, Michigan State University, 4Institute for Quantitative Health Science and Engineering, Biomedical Imaging, Advanced Molecular Imaging Facility, Michigan State University

이 논문에서

요약

이 프로토콜은 최대 4마리의 동물에 대해 다중 챔버 침대를 사용하여 유전자 조작 마우스 모델에서 췌장 선암종 종양을 검출하기 위해 최대 4대의 동물에 대해 병렬 자기공명영상(MRI)을 촬영합니다. 이 다동물 MRI 프로토콜은 종양을 빠르고 비용 효율적으로 탐지하고 측정하여 전임상 연구를 위한 동물 선발과 종양 성장의 종단 모니터링을 용이하게 합니다.

초록

자기공명영상(MRI)과 같은 첨단 생체 내 영상 기법은 전임상 마우스 모델에서 종양을 효과적으로 탐지하는 데 필수적인 연구 도구입니다. MRI는 종양의 위치와 크기에 대한 상세한 해부학적 정보를 제공합니다. 하지만 이 영상 기법은 비용이 많이 들고 시간이 많이 소요됩니다. 영상 품질을 저해하지 않으면서 이 접근 장벽을 극복하기 위해 다동물 MRI 프로토콜이 도입되었습니다. 이 프로토콜은 4개의 챔버 침대 인서트를 사용하여 단일 획득 세션 내에 고해상도 다동물 해부학 MRI 스캔을 얻습니다. 동시에 여러 대의 쥐를 상상하면 이 절차의 시간과 비용을 줄일 수 있습니다. 이 프로토콜은 유전공학적으로 설계된 Kras 기반 p53-결손(KPC) 생쥐 모델에서 췌장 선암의 종양 발견 및 종단적 종양 모니터링 효율성을 높이기 위해 설계된 다동물 MRI 워크플로우를 설명합니다. 이 임상적으로 잘 확립된 KPC 모델은 췌장 암 발생, 종양 진행, 치료 저항성의 분자 기전에 대한 귀중한 통찰을 제공했습니다. 개념 증명으로서 이 프로토콜은 표준 화학요법 약물인 젬시타빈의 KPC 모델에서의 치료적 이점을 검증하는 데 적용됩니다. 이 MRI 유도 전임상 연구 설계의 향후 적용 사례를 간략히 논의하여 복합 요법의 치료 효능을 평가합니다.

서론

췌장 관성 선암(PDAC)은 가장 치명적인 악성 종양 중 하나로 남아 있습니다. 최근 몇 년간 생존율이 다소 개선되었음에도 불구하고 5년 생존율은 여전히 13%에 불과합니다1. 대부분의 경우 PDAC는 국소 침습이나 원방 전이가 포함된 진행된 단계에서 발견되어 치료가 복잡해집니다. 이 질환은 생물학적으로 다양하며, 매우 침습적인 종양 세포, 밀집된 핵형성 기질, 그리고 혈관 형성 불량이 특징입니다 2,3,4. 이 복잡한 종양 미세환경은 질병 진행에 영향을 미치는 세포 및 비세포 구성 요소를 완전히 특성화하는 노력을 계속 방해하고 있습니다. 이를 해결하기 위해서는 인간 질병 진행과 디스모플라증을 밀접하게 모방하는 효과적인 전임상 모델이 필요합니다.

다양한 마우스 모델을 사용하여 암 진행의 생물학을 연구하고 새로운 치료제의 효능을 평가할 수 있습니다 5,6. KRAS에 기반한 유전자 조작 마우스 모델(GEMM)은 인간 PDAC의 다양한 병태생리적·분자적 특징을 재현하는 췌장 종양을 자발적으로 발현합니다. 3,7,8,9,10,11. 특히, Kras 기반의 p53 삭제 KPC 모델(LSL-KrasG12D; p53lox/+; Pdx1-Cre)는 잘 특성화된 PDAC GEMM 7,8,9입니다. 종양 영상은 전임상 연구에서 중요한 구성 요소입니다. 종양 발견과 종양 크기 측정은 전임상 연구를 위한 동물 선정, 종양 성장 및 질병 진행의 종단 모니터링, 치료 반응 평가를 가능하게 합니다.

초음파 영상(US), 생물발광(BLI), 컴퓨터 단층촬영(CT), 형광 영상(FLI), 양전자 방출 단층촬영(PET), 자기공명영상(MRI)과 같은 첨단 체내 영상 기법이 KPC 모델 및 유사 PDAC 모델에서 종양 영상에 사용할 수 있습니다 12,13,14,15,16. 하지만 KPC 모델에서의 종양 영상은 도전적일 수 있으며, 각 영상 기법은 고유한 강점과 한계를 지니고 있습니다. 생물발광(BLI)과 초음파 영상(미국)과 같은 광학 영상 기술은 비침습적이고 비용 효율적입니다. 하지만 특히 내부 장기의 공간 해상도가 제한적이어서 종양 부피12, 15, 17, 18과의 상관관계가 낮을 수 있습니다. 생물발광은 루시퍼라제 신호를 발현하는 유전공학 세포를 필요로 하며, 이는 기질 전달, 혈류, 조직 산소 공급에도 의존합니다. 컴퓨터 단층촬영기는 조영제가 없으면 연부 조직 대비가 좋지 않은 빠른 영상 촬영을 제공합니다. 요오드 조영제는 쥐에게 독성을 일으킬 수 있습니다. 형광 영상은 조영제/형광 탐침이 필요하며, 복부 장기에서 나오는 자가형광은 감도를 낮춥니다.

다른 영상 기법과 관련된 제약 때문에, 자기공명영상(MRI)은 일반적으로 깊은 종양을 평가하는 데 가장 신뢰할 만한 기법으로 여겨지며, 내부 해부학적 구조에 대해 연조직 대조제와 분자 민감도를 더 우수하게 제공합니다 13,14,15,19 . 하지만 표준 전임상 MRI 프로토콜은 높은 운영 비용과 긴 획득 시간이 발생하여 많은 연구실에 장벽이 될 수 있습니다. 다동물 MRI는 사전 검사 동물 준비 시간(마취), 스캔 시간, 스캔 후 동물 회복 시간을 줄여 이러한 접근 장벽을 극복할 수 있습니다. 이 프로토콜은 PDAC 종양 영상의 기술적 실현 가능성을 입증합니다(그림 1, 그림 2, 그림 3, 그림 4). 그리고 이미지 결과를 활용해 젬시타빈으로 항암치료를 위해 동물을 모집하는 방법(그림 5)을 보여줍니다. PDAC 종양은 표준 치료(SOC) 화학요법제에 대한 내성에 기여하는 여러 내재 기전을 보입니다. 예를 들어 젬시타빈, 젬시타빈/NAB-파클리탁셀, 또는 FOLFIRINOX 2,3,4 등이 있습니다. 이 프로토콜은 새로운 치료제와 SOC 화학요법을 평가하여 환자 치료 반응을 향상시킬 수 있는 유망한 조합을 찾기 위한 적합하고 견고한 플랫폼을 제공합니다.

프로토콜

설명된 모든 실험은 미시간 주립대학교 기관동물 관리 및 사용 위원회가 승인한 프로토콜에 따라 수행되었습니다. 살아있는 동물을 이용한 모든 절차는 동물의 복지와 인도적 대우를 보장하기 위해 정해진 지침을 준수합니다. 이 프로토콜은 PDAC KPC 마우스 모델의 사용 및 처리를 설명합니다: LSL-K-RAS G12D (Krastm4Tyj); p53lox/lox (Trp53tm1Brn); Pdx1-Cre (Pdx1-cre6Tuv)9.

1. 선상 동물 준비

  1. 사용 전에 KPC 마우스의 적절한 유전자형 확인을 반드시 완료하세요. 실험용 쥐를 동물 시설에서 영상 시설로 옮깁니다.
  2. 1.5-2% 이소플루란과 0.8-2 L/min 산소를 투여한 예열된 밀폐 유도 챔버에서 최대 4마리의 쥐를 마취합니다. 마취를 확인하려면 발가락 꼬집기 같은 독성 자극을 적용하세요.
  3. 각막 건조를 방지하기 위해 각 마우스의 양쪽 눈에 안과 윤활제를 바르세요.

2. 다동물 MRI 침대 설치

  1. 마취된 쥐 두 마리를 3D 프린팅 침대 인서트의 하단(왼쪽과 오른쪽)에 배쪽 위치로 놓고, 이 인서트는 공급업체에서 제공한 표준 단일 쥐 PET/MRI 촬영 홀더에 부착됩니다. 동물들이 척추와 팔다리를 곧게 펴서 위치하도록 하세요.
    참고: 침대 인서트(보충 파일 1 및 보충 파일 2)는 3D 프린터로 인쇄되었습니다.
  2. 벤더 베드의 공기 입력을 튜브(내경 1/16", 외경 1/8")와 루어 피팅(예: 7 x 1/16" 수, 2 x 1/16" 암컷, 2개의 암-암 커넥터, 2개의 T 소켓-소켓 커넥터)을 사용하여 노즈 콘에 연결합니다.
  3. 마취를 유지하기 위해 마우스 머리를 코 콘에 고정하세요(1.5-2% 아이소플루란, 0.8-2 L/분의 산소). 바닥을 3D 프린팅 침대 인서트의 상단으로 덮으세요(그림 2B).
  4. 나머지 두 마리 마취 쥐를 3D 프린팅 침대 인서트의 위쪽(왼쪽과 오른쪽) 복쪽 위치에 놓으세요.
  5. 마취를 유지하기 위해 마우스 머리를 코 콘에 고정하세요(1.5-2% 아이소플루란, 0.8-2 L/분의 산소).
  6. 호흡 모니터링 패드를 마우스 왼쪽 상단에 붙이세요. 심장 박동 신호 없이 호흡을 측정하려면 모니터링 패드가 가슴이 아닌 복부 높이에 위치하도록 하세요.
  7. 이소플루란 수치를 측정해 스캔 내내 호흡 속도를 30-40bpm, 보통 1.5-2%로 유지하도록 설정하세요. 호흡 흔적이 보이지 않거나 진폭이 너무 낮다면, 패드가 테이프로 단단히 고정되어 있고 튜브 내 모든 연결이 단단히 고정되어 있는지 확인하세요.
  8. 다동물 MRI 챔버를 완성하기 위해 침대를 덮어주세요(그림 2B).
    참고: 공급업체가 제공한 단일 쥐 PET/MRI 침대에는 동물의 체온(~35-37 °C)을 유지하기 위해 순환하는 따뜻한 공기가 장착되어 있습니다. 최대 4대의 마우스를 3D 프린팅 인서트로 동시에 스캔할 수 있습니다. 따뜻한 물 온도와 공기 흡입 및 배기 속도의 정확한 설정은 각 부위의 설치 방식, 특히 제어실과 MRI의 거리 등에 따라 달라집니다. 이 테스트들은 각 연구소에서 일련의 파일럿 스캔을 통해 온도를 모니터링하고 각 연구에 맞게 표준화하는 방식으로 설정할 수 있습니다.

3. 사전 스캔 설정 및 영상 보정

  1. 마우스가 MRI 코일의 수직 중심에 위치하도록 하기 위해 빨간색 레이저를 다중 챔버 베드 중심에 맞추고 침대 홀더를 내부에 넣습니다.
  2. 마우스 ID와 스캔 날짜를 사용하여 스캔에 라벨을 할당하세요: 스트레인, 마우스 ID, 스캔 날짜.
  3. T1 가중 FLASH 스캔을 1개의 축 단면, 2개의 코로나 단면, 2개의 시상면 단면으로 설정하여 4개 방 침대에서 쥐를 시각화하고 다음 설정을 사용하여 영상 영역을 정의합니다: TR/TE 50/2.4 ms, 2 평균, 뒤집힘 각도 20°, 해상도 0.313 mm, 슬라이스 두께 1 mm, 스캔 시간 13초.
  4. 마우스 몸통이 시야에 들어오고 쥐들이 곧게 펴져 있는지 확인하세요. 만약 그렇지 않다면, 마우스 위치 조정 단계를 반복하거나 마우스 베드를 튜브 안팎으로 옮기세요.
    참고: 이 매개변수들은 사용된 MRI 시스템의 사양을 기반으로 하였습니다. 이 매개변수들은 필요에 따라 조정하여 실험적 요구사항 및/또는 MRI 시스템의 기능에 따라 이미지 획득을 최적화할 수 있습니다.

4. 다동물 자기공명영상

  1. T2 가중치 빠른 스핀 에코 시퀀스를 다음 매개변수로 설정하세요: 반복 시간(TR): 3,200 ms, 에코 시간: 46 ms, 평균 수: 10, 인플레인 해상도: 300 x 300 μm, 코로나 슬라이스 수: 14개, 슬라이스 내 간격: 0.3 - 0.7 mm, 지방 억제: 활성화, 희귀 인자: 8, 슬라이스 패키지: 2, 총 이미지 획득 시간: 14분.
  2. 로컬라이저 이미지의 노란색과 초록색 박스의 중앙(이동)과 가장자리(회전)를 클릭하면, 상단과 하단 동물의 췌장 부위와 복부 장기 커버를 최적화하기 위해 슬라이스 패키지 위치를 필요에 따라 조정하세요.
  3. 다마리 동물 침대 세팅에서 네 마리 쥐가 모두 올바르게 정렬되었는지 확인한 후 스캔을 진행하세요.
  4. 영상 촬영 시퀀스 전반에 걸쳐 호흡을 모니터링하고 필요 시 이소플루란 수치를 조절하세요.
  5. MRI 촬영이 완료된 후에는 영상 품질이 적절한지 확인하세요. 스캔 중에 마우스가 움직였을 때 흐림 현상으로 나타나는 모션 아티팩트를 찾아보세요. 복부 전체가 완전히 덮여 있는지 확인하세요. 필요하면 마우스를 재배치하고 스캔을 다시 하세요.

5. 쥐 회복

  1. 스캔이 완료되고 확인되면 MRI 시스템에서 침대를 제거하세요.
  2. 멀티챔버 침대 상단을 열어보세요. 왼쪽 마우스 위 호흡 모니터를 제거하고, 3D 프린팅 인서트의 위아래에서 동물들을 회복 케이지로 옮기세요.
  3. 동물을 37°C 온열 패드 위에 있는 회복 케이지에 넣어 마취 후 회복을 돕습니다.
  4. 마취 후 완전한 회복을 위해 호흡 속도와 움직임을 모니터링하여 쥐를 집 우리로 돌려보내세요. 회복의 징후로는 정상적인 호흡과 움직임(걷기)이 포함됩니다.

6. 자기공명영상 파일 처리 및 분석

  1. MRI 소프트웨어에서 DICOM 이미지를 이미지 분석 프로그램으로 내보내 네 마리의 마우스가 있는 한 이미지에서 각 마우스마다 한 이미지로 자르세요.
  2. 소프트웨어에서 View 모듈의 상단 동물 이미지를 열어보세요. 자동 창/레벨 설정만으로도 충분하지만, 필요하면 일반 이미지 디스플레이 제어 탭에서 마우스가 보이도록 조정하세요. VOI 탭에서 큐브 분석 객체를 사용해 오른쪽 상단에 넉넉한 박스를 수동으로 그립니다; 그 후 마스킹 및 윤곽 작업 탭에서 해당 박스 주변의 이미지를 자르세요. 새 파일을 저장할 때는 DICOM 메타데이터와 파일 이름을 올바른 마우스 ID로 편집하세요; 그 다음 같은 이미지를 사용해 왼쪽 위 마우스에 대해 반복하고, 아래 마우스 세트의 이미지를 열어 ROI 자르기와 저장을 반복하세요.
    참고: VOI는 정확할 필요는 없습니다.
  3. DICOM 파일에 저장된 이미지를 분석하기 위해 MRI 뷰어 소프트웨어를 사용하세요.
  4. 등쪽에서 복쪽, 또는 배쪽에서 등쪽으로 영상 절단을 분석합니다. 췌장 및/또는 췌장 종양 식별을 위한 적절한 맥락을 확보하기 위해 비장과 위를 찾아내세요.
  5. 종양 경계에 선을 그려 '관심 영역(ROI)'을 정의하고 반자동 분할을 수행하여 종양 부피를 계산합니다. 액체 낭종과 기타 과염색 소견을 주의하세요(그림 3 , 그림 4).
    참고: DICOM 파일 분석에는 MRI 뷰어를 사용해야 합니다.

7. 젬시타빈 치료

  1. 종양이 형성되어 발견될 때까지 KPC 동물에 대한 MRI 촬영을 매주 시행하세요(부피 ≥20 mm3). 스캔 전에 쥐가 건강한지 확인하세요(과도한 체중 감소, 고통 징후, 호흡 곤란, 헐떡임 없음).
  2. 종양 기준이 충족되면 치료 계획을 세우세요.
    참고: 치료군의 경우 젬시타빈을 주 2회 복강 내 주사(ip.)로 100 mg/kg 용량으로 투여했습니다.
    주의: 젬시타빈은 세포독성 화학요법제입니다. 장갑과 실험복을 포함한 적절한 개인 보호 장비(PPE)를 착용하세요. 오염된 주사기와 물질은 기관의 유해 폐기물 프로토콜에 따라 폐기합니다.
  3. 1-6절 이후 매주 MRI 스캔을 시행하여 젬시타빈에 대한 종양 반응을 모니터링하세요.
  4. 종양이 MRI 분석( 섹션 6) 에서 측정된 부피 측정 및/또는 기타 증상에 따라 안락사 기준을 충족할 경우 동물을 희생시킨다.
  5. MRI 스캔 시 치료된 쥐를 대상으로 화학요법제가 배설물을 통해 이동하는 것을 막기 위해 보호 장벽을 설치하세요. 젬시타빈 사용 중과 치료 후에는 좋은 개인 위생 습관을 지키세요. 사용한 빈 주사기는 화학요법 용기에 폐기하세요.
  6. 작업이 끝나면 모든 마취 장비, MRI 침대, 그리고 모든 작업 표면에 70% 에탄올을 뿌리세요. 영상 촬영 시 사용한 화학물질 오염 보호 장벽과 장갑을 비닐봉지에 넣고, 봉지를 묶은 뒤 섬유통에 넣어 소각하세요.
  7. 다음 치료 전에 영상 촬영을 예약하여 화학요법 약물 노출을 최소화하세요.
    참고: 종양 성장 속도와 치료 계획에 따라 격주로 MRI 촬영 빈도를 고려할 수 있습니다. 종양 반응학에 의한 치료에 대한 반응은 종단 영상을 통해 평가할 수 있습니다(그림 5).

결과

KPC 동물들은9주 이후 췌장종양이 발생합니다. 다심 MRI 침대를 사용하여 KPC 마우스의 종양 선별검사를 10주에 시작하였습니다. 이를 통해 약 200mm3 크기의 종양을 가진 동물을 게임시타빈 치료의 전임상 연구에 모집할 수 있었습니다. 종양 속도학과 종양 증상의 차이가 관찰되었습니다. 대부분의 KPC 종양은 단일 또는 우세 초점을 가진 견고한 성장 패턴을 보였으며(그림 4A), 이는 치료 및 종양 부피 평가를 위한 동물 모집을 용이하게 했습니다. 그러나 췌장 전체에 걸쳐 여러 개의 작은 고형 종양이 퍼진 동물도 관찰되었습니다(그림 4A). 일부 PDAC 사례는 종양 내 액체가 채워진 낭포성 병변과 함께 종양 주위 비종양성 낭포성 병변과 담낭 및/또는 췌장의 관성 폐쇄로 인한 체액 저류를 동반할 수 있습니다. (그림 4A).

모집 후, 동물들은 무작위로 두 개의 실험군에 배정되었습니다: 치료를 받지 않은 대조군과 주 2회 100 mg/kg 용량의 복강 내 투여(ip.) 투여를 받은 치료군입니다. 총 23마리의 적격 동물 중 여성 4마리와 수컷 7마리가 대조군에, 암컷 6마리와 수컷 6마리가 치료군에 배정되었습니다. 다동물 침대 시스템을 이용한 주간 MRI 스캔(그림 5A)을 통해 대조군과 치료군 모두에서 종양 성장 속도론 변화를 지속적으로 모니터링할 수 있었습니다(그림 5B).

처리된 영상 데이터는 젬시타빈 치료 KPC 모델의 종양이 치료받지 않은 대조군에 비해 성장 패턴이 느린 것으로 나타났으며(그림 5C), 이는 치료 집단의 전체 생존율이 통계적으로 유의하게 증가한 것으로 나타났습니다(로그 순위 검정, p = 0.04). 치료받지 않은 KPC의 중간 생존 기간은 20주였으나, 치료군은 중앙값 생존 기간이 23주 이상 연장되었습니다(그림 5D).

그림 1
그림 1: 다동물 자기공명영상 절차, 영상 처리 및 분석의 워크플로우. 다동물 MRI 프로토콜의 주요 단계는 사전 스캔 준비부터 영상 유도 전임상 연구까지 강조됩니다. 최대 4마리의 동물을 유도 챔버(사전 촬영 준비)에서 마취시키고, 다동물 침대(다동물 MRI 침대 설치)에 배치할 준비를 합니다. 2 x 2 배열(상단 구획에 2명, 아래 구획에 2명)로 동물을 촬영한 후 자기공명 스캔(MR 영상)을 촬영합니다. 각 동물의 영상 데이터는 개별 파일로 저장되어 독립적으로 분석됩니다(이미지 분석). 영상 소결과 종양 크기를 이용해 전임상 연구를 위한 동물을 선정하고 치료 반응(전임상 시험)을 모니터링합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.

그림 2
그림 2: 다중 동물 MRI의 설정부터 스캔까지의 주요 단계. (A) 맞춤형 다동물 MRI 침대 시스템 조립 상단 패널. 맞춤형 3D 프린팅 침대 인서트와 통합 마취 포트가 표준 단일 쥐 PET/MRI 침대 홀더에 장착됩니다. 하단 패널에서는 이 3D 프린팅 인서트가 침대를 두 개의 챔버로 나누어 최대 네 마리의 동물을 동시에 촬영할 수 있습니다: 동물 1, 2는 상단 인서트 위에 있고, 3과 4는 하단 인서트 위에 위치합니다. STL 뷰어에서 3D 프린터 인서트의 횡면과 전면 변형 평면이 보여집니다. (B) 쥐를 다방 MRI 침대에 순차적으로 배치(위에서 아래까지). 상단 이미지는 3D 프린팅 인서트의 하단(좌우) 복쪽 위치에 두 마리의 동물을 배치한 모습으로, 이는 공급업체가 제공한 PET/MRI 침대 안에 있습니다. 중간 이미지에서 나머지 두 마우스는 3D 프린팅 인서트의 상단(왼쪽과 오른쪽) 복부 위치에 배치되어 있습니다; 상단 인서트 왼쪽에 위치한 마우스에는 호흡 모니터가 부착되어 있습니다. 아래 이미지: 덮개를 위에 올려놓은 네 마리 동물의 완성된 조립 모습. 모든 동물은 마취를 유지하기 위해 코 콘에 머리를 고정합니다(1.5-2% 이소플루란, 0.8-2 L/분의 산소). 마취 전달, 온수기, 생체 모니터링 시스템을 갖춘 MRI 침대 홀더에 네 동물 모두를 최종 배치하여 한 세션에서 모든 동물의 MRI 스캔과 데이터 수집을 가능하게 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.

그림 3
그림 3: 다동물 MRI 스캔을 통한 데이터 수집 및 처리. (A) 네 동물 모두의 초기 MRI 스캔의 대표적인 모습(내측면). (B) 다중 체실 침대 내 네 마리 쥐의 MRI 스캔(배면): 3D 프린팅 인서트의 하단(3, 4)에 두 마리의 마우스, 상단(1, 2)에 두 마리의 마우스. (C) 각 마우스 스캔의 최종 고해상도 MRI 파일. 이 그림의 확대판을 보시려면 여기를 클릭하세요.

그림 4
그림 4: PDAC 종양의 다양한 증상: 통합 MRI 및 조직학 분석. (A) PDAC 종양의 해부학적 변이성을 보여주는 대표적인 MRI 이미지(배측면): 정상 췌장, 액체가 채워진 낭포성 병변이 있는 다발성 종양, 고형 종양 덩어리. 해부학적 장기는 다음과 같이 색상으로 구분됩니다: 위(노랑), 비장(초록색), 종양(보라색), 관막힘으로 인한 체액 축적(파랑). 흰색 눈금 막대 = 1 cm. (B) 컴퓨터 지원 훈련된 분류기 오버레이를 기반으로 한 H&E 염색 종양의 조직학적 절편과 세포 분류 분류 그룹을 나란히 하여 MRI 소견과 일치하는 종양의 조직병리학적 특징을 강조합니다. 종양이 있을 때 모든 샘플에 대해 검은색으로 윤곽선으로 표시된 종양(T) 영역. 세포 분류는 색상으로 표시되어 있습니다: 정상 췌장 조직(회색), 종양(빨간색), 면역 세포(노란색). 검은색 스케일 바 = 0.5 cm. 이 그림의 확대 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.

그림 5
그림 5: 젬시타빈 치료 중 동물 모집 및 종양 성장 모니터링을 위한 다동물 MRI 응용 프로그램. (A) 실험 설계 일정: 14+주 된 동물을 MRI 스캔에서 200 mm3≥ 종양이 발견된 후 모집되었습니다. 치료군 쥐들은 안락사 기준에 도달할 때까지 젬시타빈(100 mg/kg, I.P., B.I.W.)을 투여받았습니다. 실험 기간 동안 모든 동물을 대상으로 종양 성장 반응학을 모니터링하기 위해 다중 동물 MRI 스캔이 수행되었습니다. (B) 실험 0일부터 마지막 날까지 종양 진행 경향을 보여주는 대표성 MRI 이미지(등쪽면). 흰색 척도 바 = 1 cm. (C,D) 대조군에서 종양 성장 속도(C, n = 4 [2 F, 2 M] 대 4 [2 F, 2 M]) 및 전체 생존율(D, n = 11 [4 F, 7 M] vs. 12 [6 F, 6 M])을 보여주는 그래프. Kaplan-Meier 생존 곡선의 통계적 유의성은 Log-rank(Mantel-Cox) 검정(* p < 0.05)으로 결정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.

보충 파일 1: 표준 단일 쥐 PET/MRI 침대 홀더에 맞는 마취 포트가 통합된 하단 인서트의 3D 프린팅용 STL 파일입니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭해 주세요.

보조 파일 2: 표준 단일 쥐 PET/MRI 침대 홀더에 맞는 통합 마취 포트가 있는 상단 인서트의 3D 프린팅용 STL 파일입니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭해 주세요.

토론

이 프로토콜은 공급업체가 제공한 표준 단일 쥐 PET/MRI 침대를 맞춤 제작된 3D 프린팅 인서트로 사용하여 최대 4마리의 마우스를 동시에 스캔할 수 있게 합니다 (그림 1). 이 다동물 구성은 비용이 많이 드는 MRI 스캔 시간뿐만 아니라 전체 시술 기간도 크게 단축시킵니다. 이 방법은 마취, 침대 위치 조정, 침대 하루 설치와 병행 준비, 스캔, 회복을 한 세션에서 동시에 수행할 수 있게 해주며, 각 동물을 개별적으로 네 번의 세션에 걸쳐 준비, 스캔, 회복하는 데 추가적인 시간이 소요됩니다. 이 구성에는 각 동물에게 통제된 마취 전달을 위한 개별 코 콘, 한 마리 동물에 대한 전용 생체 모니터링, 그리고 스캔된 모든 쥐의 체온 유지를 위한 통합 가열 기능이 포함되어 있습니다 (그림 2). 3D 프린팅 인서트는 동물의 일관된 정렬을 제공하고 분절 일관성을 향상시킵니다. 실시간 호흡 모니터링은 스캔 중 마취의 지속적인 평가와 조정을 가능하게 하여 움직임 아티팩트를 최소화합니다.

이 프로토콜은 화학요법제 젬시타빈으로 처리된 KPC 모델(그림 5A-C)에서 췌장 종양 진행을 검출하고 종단적으로 모니터링하는 데 사용되었으며, 개념 증명 전임상 연구로 활용되었습니다. 젬시타빈은 단독 또는 병용으로 국소 또는 전이성 췌장암 환자에 대한 1차 또는 2차 치료제로 사용됩니다 28,29,30. 젬시타빈 처리된 동물에 대한 이러한 결과는 이전 보고들과 일치하며, 그 보고서들 역시 생존 이점이 있음을 보여준다31. 더 중요한 것은, 이 프로토콜이 KPC 모델 또는 유사 PDAC 모델에서 신치료제와 SOC 화학요법의 복합요법을 연구할 수 있는 적절하고 견고한 기반을 제공한다는 점입니다. 이 병용 치료제들은 소분자 억제제, 면역치료, siRNA, 마이크로RNA 활성 조절자 및 기타 치료용 올리고뉴클레오타이드를 주요 분자 표적20,21,22,23,24,25,26,27에 대해 사용할 수 있습니다. 이러한 병용 치료는 또한 유전자 변형 표적을 포함하여 SOC 화학요법 또는 기타 치료제와의 상호작용을 초기 단계에서 이해할 수 있습니다9, 20, 32.

이 프로토콜의 초점은 췌장 및 기타 복강 장기의 영상 촬영이지만, 이 다동물 프로토콜과 기술된 MRI 시퀀스는 유방암, 교모세포종 등 다른 마우스 암 모델이나 신장 및/또는 간 관련 질환의 해부학적 특성 분석에도 적용할 수있습니다. 우리는 다동물 MRI 촬영을 설명하는 다른 프로토콜들도 알고 있습니다18,34. 예를 들어, Dazai 등은 최대7마리의 쥐에 대한 신경해부학적 MRI 스캔을 기술했습니다. 이 시스템은 7마리의 동물에 대한 뇌 영상을 가능하게 하지만, 각 마우스의 마취제와 온도를 개별적으로 조절하는 것은 불가능합니다. 그들의 하우징 챔버는 약 32g 미만의 쥐를 위해 설계되었습니다; 반면, 저희 멀티챔버 베드는 더 넓은 크기의 마우스 몸통을 지원합니다. 의도된 기관, 스캔 시간, 해상도에 따라 다자이 등의 프로토콜이 여기서 설명한 프로토콜보다 몇 가지 장점을 제공할 수 있습니다.

공개 사항

저자들은 공개할 이해 상충이 없습니다.

감사의 글

이 연구는 부분적으로 국립암연구소 R01 CA258314 보조금과 2024년 MSU Tetrad 이니셔티브 학제간 연구 보조금의 지원을 받았습니다. MSU 정밀 건강 프로그램 조직 분석 코어, MSU 정량 건강 과학 및 공학/정밀 건강 프로그램 첨단 분자 영상 시설, MSU 캠퍼스 동물 자원, MSU 수의학 진단 연구소, MSU 정량 생물 원소 분석 및 매핑(QBEAM) 센터의 기술 지원에 감사드립니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
3D 프린터 & nbsp;스트라타시스J750 다동물 MRI 침대 인서트용
젬시타빈 HCl에이펙스바이오A1402-500IP 주입에 대해... nbsp;
호로스호로스https://horosproject.org/MRI 분석을 위해
이소플루란코베트루스11695067772쥐 마취를 위해
아이소플루란 증기SOMNI 사이언티브VS6002쥐 마취를 위해
저용량 U-100 인슐린 주사기BD14-826-79IP 주입에 대해... nbsp;
루어 락 튜브 커플링, 나일론 직선 플러그, 1/16" 튜브 내경 x7 바브드맥마스터51525K521다동물 MRI 침대 조립을 위한
루어 락 튜브 커플링, 플러그, 1/16" 바드드 튜브 ID x2맥마스터7466N11다동물 MRI 침대 조립을 위한
수-수(male to mal) 루어 커넥터 x2사이MML다동물 MRI 침대 조립을 위한
MR 호환 소동물 모니터링 및 게이팅 시스템SAII모델 1030MRI 중 동물을 모니터링하세요
MRI 침대 어댑터브루커T150743벤더가 제공하는 MRI 침대 구성 요소
MRI 코일, 내경 72mm브루커T20209V3공급업체 제공 MRI 코일
멀티모달리티 요람 중간 쥐브루커T151629공급업체 제공 MRI 침대
안과 윤활제 코베트루스75848마취 중 사용
파라비전 360 소프트웨어브루커https://www.bruker.com/en/products-and-solutions/preclinical-imaging/paravision-360.htmlMRI 분석을 위해
PMOD 4.2브루커https://www.bruker.com/en/products-and-solutions/preclinical-imaging/pmod.htmlMRI 분석을 위해
전임상 MRI 시스템 브루커바이오스펙 70/30MRI를 위해
스트라타시스 베로 클리어 수지스트라타시스RGD810다동물 MRI 침대 제작을 위한
티 소켓 간 커넥터, 루어 락 튜브 x2맥마스터51525K443다동물 MRI 실험에 대해,
튜빙 (내경 1/16", 외경 1/8")브루커T12330다동물 MRI 침대 조립을 위한

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