Een experimenteel muismodel van bot metastase is opgericht naar aanleiding intracardiale levering van luciferase expressie mamma tumorcellen. De ontwikkeling van tumoren en resulteerde osteolytische laesie werden longitudinaal gevolgd met bioluminescentie en micro-CT beeldvorming.
Methodenartikel
Monitoring tumormetastasen en osteolytische laesies met bioluminescentie en Micro CT Imaging
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Naar aanleiding van intracardiale levering van MDA-MB-231-luc-D3H2LN cellen nu / nu muizen, systemische metastasen ontwikkeld in de geïnjecteerde dieren. Bioluminescentie beeldvorming met behulp van IVIS Spectrum werd gebruikt om de distributie en de ontwikkeling van de tumorcellen na de levering procedure inclusief DLIT reconstructie van de tumor signaal en de locatie te meten controleren.
De ontwikkeling van metastatische laesies tot op het bot weefsels triggers osteolytische activiteit en letsels aan scheenbeen en dijbeen waren longitudinaal geëvalueerd met behulp van micro-CT. Beeldvorming werd uitgevoerd met behulp van een Quantum FX micro-CT-systeem met een snelle beeldverwerking en lage X-ray dosis. De lage stralingsdosis kunnen meerdere beeldvorming sessies worden uitgevoerd met een cumulatieve X-ray dosering ver onder de LD50. Een muis imaging shuttle-apparaat werd gebruikt om achtereenvolgens het imago van de muizen met zowel IVIS Spectrum en Quantum FX bereiken van nauwkeurige positionering dier in zowel de bioluminescentie en CT-beelden. De optische-en CT-datasets waren co-geregistreerde in 3-dimentions het gebruik van de Living Image 4.1 software. Deze multi-mode benadering maakt nauwkeurige controle van de tumorgroei en ontwikkeling gelijktijdig met osteolytische activiteit.
Protocol
Longitudinale beeldvorming wordt gebruikt in pre-klinische studies om de voortgang van een ziekte te volgen of het effect van een therapeutische maatregel. In de oncologie, optische methoden bieden rigoureuze middelen om tumorgroei te controleren en precieze kwantificering van celgroei of genexpressie te leveren op elk tijdstip in een dergelijke studie. Anatomische veranderingen kunnen worden gemeten met behulp van een hoge resolutie techniek als microCT, maar voor longitudinale beeldvorming een lage X-ray dosis moet worden gebruikt om de biologische artefacten te vermijden. Optische en microCT beelden kunnen gelijktijdig worden geregistreerd op een combinatie van functionele en anatomische gegevens ervoor te zorgen dat een maximale informatie werd gehaald uit het diermodel te bieden.
1. Celpreparaat
- Remklauw biedt een scala van luciferase expressie kanker cellijnen voor pre-klinisch onderzoek in muismodellen.
- MDA-MB-231-luc-D2H2LN is een humane borsttumor cellijn die het luciferase-gen, die gebruikt kan worden als een optische indicator van tumorgenesis in vivo. Deze cellijn is gemaakt op basis van een spontane lymfeklier metastasen, dat is ontstaan uit een D3H1 uiervet pad tumor en het is bekend dat het agressief vormen uitzaaiingen.
- De cellen zijn bedoeld als een pathogeen-vrije bevroren cultuur die gemakkelijk in een standaard media groeit zonder de noodzaak voor selectie markers.
- Om te controleren Luciferase activiteit voor injectie in het dier een 90% confluent kolf wordt geoogst door behandeling met trypsine. Luciferase-activiteit wordt gemeten door het afgeven van 50.000 cellen in een microtiterplaat en het uitvoeren van seriële verdunning.
2. Intracardiale injectie van cellen bij dieren
- Vóór injectie, dieren zijn verdoofd met behulp van 3% isofluraan.
- 1-3 miljoen cellen zijn geïnjecteerd in 50ul volume in de linker ventrikel. Celsuspensie bevat 150ug/ml D-Luciferine te valideren injectietechniek.
- Ter bevestiging van een juiste intracardiale injectie muizen zijn afgebeeld in de IVIS systeem. Muizen die BLI-signaal geven door het hele lichaam op de juiste wijze geïnjecteerd. Als het signaal is gelokaliseerd de cellen waren niet de juiste manier ingespoten in het hart.
3. BLI beeldvorming om uitzaaiingen te controleren
- De beeldvorming shuttle ondersteunt de muis voor data capture, zowel in IVIS Spectrum en het QuantumFX microCT systeem.
- De shuttle helpt om het dier in dezelfde positie voor de beeldvorming en bevat de vaste signalen om te helpen bij de automatische co-registratie. De kamer is verbonden met de isofluorance vaporizer om de anesthesie te onderhouden.
- Imaging wizard in de Living Image software 4.1 kan worden gebruikt om automatisch de belichtingstijd, diafragma en binning en zorgen voor kwantitatieve gegevensverzameling.
- Meerdere beelden kunnen worden verworven en vergeleken in longitudinale studies met betrekking tot seconde of maanden, afhankelijk van de aard van het experiment.
- Dag 6 na injectie van de cellen, BLI beeldvorming met IVIS Spectrum toont uitzaaiingen tot op het bot in zeven van de negen muizen.
4. Longitudinale monitoring van osteolytische laesies met behulp van micro-CT
- Muizen die duidelijk botmetastasen zichtbaar met behulp van BLI was, werd afgebeeld in de Quantum FX micro-CT-systeem.
- De Quantum FX micro-CT-systeem levert hoge kwaliteit beelden op een X-ray dosis laag genoeg is om waar te longitudinale micro CT in staat stellen in preklinische studies.
- Botafbraak in beide benen kan longitudinaal worden gevolgd met behulp van dit systeem in minder dan een minuut.
- Muizen worden verdoofd met 3% isofluraan en kan direct worden overgedragen van de IVIS Spectrum systeem.
- Twee 60mm beelden elkaar geplakt om het hele dier te bekijken vast te leggen.
- Een 30mm FOV is ideaal voor de beeldvorming het kniegewricht in hoge resolutie.
- Een scan met een hoge voldoende resolutie om te meten en te kwantificeren botmetastasen duurt slechts 18 seconden en levert een dosis van slechts 13mGy.
- Muizen werden afgebeeld tot 8 keer in 36 dagen met de micro-CT-systeem zonder dat de groei van de tumor of de gezondheid van het dier.
- De micro-CT beeldvorming bleek dat bot leisions zichtbaar waren op dag 10 en vorderde zeer snel, wat overeenkomt met de toename van de BLI-signaal.
5. 3D co-registratie en analyse van BLI en UCT
- Zodra beelden zijn vastgelegd op zowel de IVIS spectrum en Quantum FX micro-CT-systeem gegevens kunnen mede worden geregistreerd in een 3D-reconstructie.
- MicroCT afbeeldingen worden geëxporteerd als DICOM-bestanden en geladen in de Living Image 4.1 3D Multi modaliteit tool.
- In het levende beeld Software het programma DLIT afmetingen oplopen tot drie reconstrueren het optische signaal.
- De vaste gereedschap in de software wordt gebruikt om de co-registratie van de optische BLI signaal naar de micro-CT beeld.
- Coregistered data sets kunnen kwantitatief worden geanalyseerd om meerdere parameters te controleren tijdens de progressie van de ziekte hier zijn we volgen de groei van de uitgezaaide tumor samen met de ontwikkeling van de osteolytische laesie in het bot.
Discussie
Beeldvorming van kleine proefdieren met microCT is toegepast op de controle osteolytische laesies onder pathologische omstandigheden, zoals de ontwikkeling van tumoren (Cowey et al., 2007;.. Labrinidis et al., 2009). Als bioluminescentie beeldvorming van luciferase gelabeld tumoren is op grote schaal pre-klinisch goedgekeurd, co-registratie van de bioluminescentie en microCT beelden die een betere definitie van anatomische locatie van de bioluminescentie signalen (Kaijzel et al. 2007).. Vorige studie met een luciferase gelabeld borsttumor cellijn MDA-MB-231-luc-D3H2LN toonde metastasen naar het bot en de ontwikkeling van osteolytische lesies na intra-cardiale injectie (Jenkins et al., 2005;. Minn et al., 2005). In deze studie, onderzochten we een longitudinale studie van tumor metastasen en osteolytische activiteit met combinatorische optische en een lage dosis straling microCT beeldvorming met de systemische MDA-MB-231-luc-D3H2LN metastase model. We voerden sequentiële beeldvorming met IVIS Spectrum en Quantum FX microCT systemen en bereikte bioluminescentie en CT co-registratie met onze nieuw ontwikkelde Living Image 4.1 software (Heng et al.., 2010). Bioluminescentie beeldvorming met IVIS biedt niet-invasieve detectie van de tumor cellen met een hoge gevoeligheid, waardoor de tumoren op te sporen in een vroeg stadium. Beeldvorming met Quantum FX maakt nauwkeurige 3D-reconstructie van de botlaesies en gedetailleerde anatomische informatie. Quantum FX-systeem biedt een lage stralingsdosis beeldvorming, die longitudinale monitoring van progressie van de ziekte mogelijk maakt. Correlatie van botlaesies en tumor uitzaaiingen werd afgebeeld in de co-geregistreerde beeld, en het voordeel van multimodaliteit volgen van laesie ontwikkeling lengterichting werd duidelijk aangetoond.
Openbaarmakingen
De auteurs zijn medewerkers van Caliper Life Sciences, die het instrument in te zien in dit artikel.
Referenties
- Jenkins, D. E., Hornig, Y. S., Oei, Y., Dusich, J., Purchio, T. Bioluminescent Human Breast Cancer Cell Lines that Permit Rapid and Sensitive in vivo Detection of Mammary Tumors and Multiple Metastases in Immune Deficient Mice. Breast Cancer Research. 7, R444-R454 (2005).
- Cowey, S., Szafran, A. A., Kappes, J., Zinn, K. R., Siegal, G. P., Desmond, R. A., Kim, H., Evans, L., Hardy, R. W. Breast Cancer Metastasis to Bone: Evaluation of Bioluminescent Imaging and MicroSPECT/CT for Detecting Bone Metastasis in Immunodeficient Mice. Clinical and Experimental Metastasis. 24, 389-401 (2007).
- Labrinidis, A., Hay, S., Liapis, V., Ponomarev, V., Findlay, D. M., Evdokiou, A. Zoledronic Acid Inhibits Both the Osteolytic and Osteoblastic Components of Osteosarcoma Lesions in a Mouse Model. Clinical Cancer Research. 15, (2009).
- Kaijzel, E. L., Pluijm, G. vander, Lowik, C. W. G. M. Whole-Body Optical Imaging in Animal Models to Assess Cancer Development and Progression. Clinical Cancer Research. 13, 3490-3497 (2007).
- Minn, A. J., Kang, Y., Serganova, I., Gupta, G. P., Giri, D. D., Doubrovin, M., Ponomarev, V., Gerald, W. L., Blasberg, R., Massague, J. Distinct Organ-Specific Metastatic Potential of Individual Breast Cancer Cells and Primary Tumors. The Journal of Clinical Investigation. 115, (2005).
- Xu, H., Christensen, A., Kuo, C., Nilson, D., Lim, E., Whalen, J., Kim, J. B., Zhang, N., Singh, R., Oldfield, S., Troy, T., Rice, B. Co-registration of in vivo Optical Tomography and Micro-CT for Longitudinal Studies. Word Molecular Imaging Congress. , (2010).
Herprints en machtigingen
