Klein dier beeldvormende technieken laten seriële diagnostische onderzoeken en therapeutische interventies in vivo. Onlangs heeft de reikwijdte van de toepassingen aanzienlijk verbreed en omvat momenteel de beoordeling van het colon tumor ontwikkeling, wondgenezing en de monitoring van de ontsteking. Dit protocol illustreert deze diverse mogelijke toepassingen van muizen endoscopie.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Muizen Endoscopie voor In Vivo Multimodal Imaging van Carcinogenese en Evaluatie van intestinale wondgenezing en ontsteking
* These authors contributed equally
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Muismodellen zijn op grote schaal gebruikt voor pathogenese van menselijke ziekten te bestuderen en diagnostische procedures en therapeutische interventies preklinisch evalueren. Echter, deugdelijke bepaling van pathologische veranderingen vereist vaak histologische analyse, en als ex vivo uitgevoerd, vereisen dood van het dier. Daarom wordt in conventionele experimentele instellingen, intra-individuele follow-up onderzoeken zijn zelden mogelijk. Aldus ontwikkeling van muizen endoscopie in levende muizen kunnen onderzoekers voor het eerst zowel direct visualiseren de maag mucosa en ook herhaal de procedure te controleren op wijzigingen. Tal van toepassingen voor in vivo muizen endoscopie bestaan, waaronder het bestuderen van intestinale ontsteking of wondgenezing, het verkrijgen van mucosale biopten herhaaldelijk, en lokaal toe te dienen diagnostische of therapeutische middelen met behulp van miniatuur injectie katheters. Onlangs heeft moleculaire beeldvorming uitgebreid diagnostische beeldvorming modalities om specifieke detectie van afzonderlijke doelmoleculen met specifieke photoprobes. De conclusie is dat muizen endoscopie ontpopt als een nieuwe cutting-edge technologie voor diagnostische experimentele in vivo beeldvorming en kan een aanzienlijke impact hebben op preklinisch onderzoek op diverse terreinen.
Inleiding
Diermodellen zijn sterk verrijkt ons begrip van talrijke intestinale pathologieën. Het laboratorium muis (Mus musculus) heeft zich als eerste diermodel in biomedisch onderzoek vanwege de overvloedige genetische en genomische informatie en is direct beschikbaar in transgene en knockout stammen. Naast de verbetering van het begrip ziekte pathogenese, zijn diermodellen ook belangrijker is gebruikt voor het testen van kandidaat-geneesmiddelen evenals preklinische diagnostische of therapeutische ingrepen. Ondanks de verschillende muismodellen nabootsen menselijke ziekten, vele diagnostische en interventionele opties die routinematig worden gebruikt in patiëntenzorg zijn niet beschikbaar voor muizen. Dienovereenkomstig surveillance strategieën om het toezicht op de gang van muizen ziekte of het effect van therapeutische interventies zijn vaak beperkt tot indirecte waarnemingen of post mortem analyses. Terwijl niet-invasieve procedures zijn voor de controle muizen vitaliteit zoals de ziekte-activiteit indices, quantification van gewicht verlies of winst, bloed, urine en ontlasting analyseert, dit zijn slechts indirecte indicatoren en worden beïnvloed door de inter-individuele variabiliteit. Bovendien, post mortem analyse voorkomen longitudinale observaties op repetitieve tijdstippen. Geavanceerde beeldvormende technieken om de ziekte in muizen zijn pas recentelijk geïntroduceerd 1,2 bewaken. Hoewel deze beeldvormende technieken maken voor herhaalde analyses, ze bieden alleen een beschrijvende en vaak onnauwkeurige uitzicht op de darmen, niet in staat directe mucosale visualisatie of toestaan diagnostische of therapeutische interventies, zoals biopsie verwerving of actueel en intramucosaal toepassing van kandidaat-geneesmiddelen.
Recent zijn hoge-resolutie endoscopische voor toepassing in levende muizen ontwikkeld 3,4. Voor het eerst deze endoscopische technieken maken directe visualisatie van endoluminale colonaandoeningen pathologieën zoals wondgenezing of darmontsteking verschaffen objectief, real-time status waardoor longitudinale studies in hetzelfde dier op zich herhalende tijdstippen. Naast waardoor herhaalde biopsies per individu muis kan endoscopische systemen ook worden gebruikt om therapeutisch te beïnvloeden een afzonderlijke tumor of lokale ontsteking aangezien rechtstreekse toepassing van een stof aan het interessegebied. Zoals therapeutische en controlestoffen direct naar aandachtsgebied kan worden geleverd, kan worden uitgevoerd in dezelfde muis, behalve interindividuele variabiliteit. Deze systemen zijn nu gebruikt voor de beoordeling van colon ontsteking, wondheling, laparoscopische leverbiopsie en orthotope inductie van levertumoren 8 en tumorontwikkeling met verschillende scoresysteem zoals muizen endoscopische index van colitis ernst (MEICS) 5-7. MEICS bestaat uit vijf parameters inflammatie: verdikking van de darmwand, veranderingen van de vasculaire patroon, aanwezigheid van fibrine, granulariteit van de Mucosal oppervlak, en ontlasting consistentie.
In dit protocol beschrijven we het gebruik van starre endoscopie in muismodellen van intestinale wondgenezing, ontsteking en colonkanker. Ten eerste tonen we de endoscopische beoordeling van wondgenezing en ontsteking colon en longitudinale beoordeling van colitis activiteit en de studie van cancerogenesis in de murine colon. Voorbij de beschrijvende gebruik van muizen endoscopie, gedetailleerde instructies over het gebruik van endoscopische instrumenten bieden we biopsieën, en de actuele en intramucosaal toepassing van verschillende componenten van belang (bijvoorbeeld, kandidaat-geneesmiddelen of tumorcellen). Tot slot tonen we het gebruik van muizen fluorescentie-endoscopie, waarbij geavanceerde moleculaire beeldvormende technieken in dienst heeft, in de setting van colorectale tumoren.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Alle dierproeven werden goedgekeurd door het Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz (LANUV) volgens de Duitse wet op de dierenbescherming.
1 Materialen en Experimentele Setup
- Dierenverzorging
- Gebruik vrouwelijke of mannelijke muizen van een stam met een gewicht van 20 tot 25 g en het huis aan de ter plaatse verzorging van dieren wetgeving.
- Feed muizen met speciale chow voor knaagdieren en toepassen-alfalfa gratis chow ten minste drie dagen voor de examens fluorescentie te endoluminal auto-fluorescentie te minimaliseren.
- Bieden geautoclaveerd drinkwater ad libitum.
- Inductie van acute DSS-geïnduceerde colitis
- Bereid een 3% (w / v) dextran sulfaat natrium (DSS, molecuulgewicht: 36,000-50,000 Da)-oplossing door het oplossen van 3 g DSS 100 ml geautoclaveerd water. Bieden deze oplossing als de exclusieve drinkwater aan muizen ad libitum en bereken 5 ml van de DSS-oplossing per muis / dag. Feed control muizen met geautoclaveerd water zonder DSS ad libitum 9.
- Inductie van colorectale kanker
- Ontbinden mutageen azoxymethane (AOM) (LET OP! Kan kanker en genetische schade veroorzaken!) In een steriele isotone zoutoplossing tot een uiteindelijke concentratie van 1 mg / ml te verkrijgen. Breng een enkele dosis van 10 mg AOM per kg lichaamsgewicht intraperitoneaal met een 1 ml injectiespuit (30 G) 10.
- Challenge muizen (exclusief controlemuizen) met repetitieve cycli van 3% (w / v) DSS van dag 0 tot 7, dag 14 tot 21, dag 28 tot 35 en dag 42-49 inflammatoire aangedreven colorectale cancerogenesis induceren. Feed muizen met geautoclaveerd water alleen tussen deze uitdagingen (zie figuur 4A voor een gedetailleerd tijdschema). Feed controle muizen met geautoclaveerd water gedurende het experiment.
- Voorbereiding van fluorescentie-endoscopie (FE)
- Gebruik fluoresceïne- Isothiocyanat (FITC) - dextran (moleculair gewicht van 70.000 Da; FITC: Glucose = 1: 250) voor detectie van colonadenoom door visuele verbetering van dysplasie bijbehorende vasculaire patroon.
- Dien 60 mg FITC-geconjugeerde dextran verdund in 100 pi PBS intraveneus 5 min voordat fluorescentie endoscopisch onderzoek.
- Anesthesie
- Zorg continue isofluraan voeding voor anesthesie (1,5 LO 2 / min; 1,5-2 vol% isofluraan [2-chloor-2-(difluormethoxy) -1,1,1-trifluor-ethaan]). Gebruik speciale veterinaire anesthesie apparatuur met een gezichtsmasker om streng te controleren, anesthesie.
- Voorbereiding van klysma
- Inboezemen 2 ml vloeistof klysma (inhoud: dinatriumwaterstoffosfaat 1,5% (w / v) en natriumdiwaterstoffosfaat 11% (w / v)) in de dikke darm als belangrijke fecale lading wordt vermoed dat kan van oordeel vertroebelen.
2 Technische apparatuur
- Gebruik een veterinair endoscopische werkstation dat is ontwikkeld en goedgekeurd voor het gebruik van kleine dieren endoscopie. Sluit de workstation een camera-unit, een xenon lichtbron, een luchtpomp en een conventionele pc-monitor voor wit licht endoscopie. Vervolgens sluit u de camera en de miniatuur stijve telescoop (1,9 mm buitendiameter, 10 cm lengte, figuur 5).
- Gebruik endoscoop schede met werkkanaal (Figuur 5D) voor de toepassing van biopsietangen of injectie buis. Gebruik de schede zonder werkkanaal voor diagnostische colonoscopie.
- Configureren van de instellingen van de lichtbron voor fluorescentie-endoscopie om gebruikte tracers prikkelen (bijvoorbeeld 490 nm voor de FITC-geconjugeerde dextran). Daarnaast integreert een passende bandpass filter tussen de telescoop en de camera (bijvoorbeeld 525 nm voor FITC-geconjugeerde dextran).
- Plaats flexibele biopsietang (3 Charr., 28 cm) door het werkkanaal van de endoscoop biopsieën.
- Breng flexibele injectiebuis (0,96 mm) door het werkkanaal voor topische, intramucosaal of een endoluminaleDMINISTRATIE van diagnostische of therapeutische middelen.
- Gebruik een verwarmbaar onderzoek tafel met een temperatuur van 42 ° C. Dit voorkomt dat muizen steeds onderkoeld tijdens het onderzoek.
3 Anesthesie van Dieren
- Plaats muis in een kleine maar dichte doos en beheren isofluraan (100% (v / v), 5 vol%, 3 L / min). Wacht tot de muis verliest het bewustzijn.
- Breng de muis op de onderzoekstafel voor endoscopie. Doorgaan isofluraan inademing via een gezichtsmasker met een dosis van 100% v / v, 1,5 vol%, 1,5 L / min. Altijd van toepassing oogzalf om droge ogen te voorkomen terwijl ze onder narcose.
- Evalueren effectiviteit van de anesthesie door het controleren van de reflexen. Controleer de 'turn around reflex': indien voldoende verdoofd, moet een muis tot op zijn rug niet omdraaien. Controleer de 'tenen reflex': wanneer verdoving voldoende is, zacht knijpen in tussen de tenen van het dier mag niet leiden tot intrekking van het been (stadium vanchirurgische tolerantie).
4 colonoscopie
- Leg verdoofde muis gevoelig / op zijn rug op de onderzoekstafel.
- Dien 2 ml klysma via dichtgeknoopt canule in de dikke darm als belangrijke fecale belasting wordt vermoed dat het zicht kunnen belemmeren. Wachten voor muizen om te poepen na het toedienen van het klysma. Plaats de endoscoop zeer zorgvuldig om perforatie te vermijden.
- Open beide kleppen van de mantel met een daarvan is verbonden met de luchtpomp. Sluit de andere klep met uw wijsvinger aan de lucht afgeven. Opblazen dikke darm met lucht, langzaam en voorzichtig, vooral in het geval van biopsie of injectie.
- Advance endoscoop slechts voor zover de rechter colon buiging tot perforatie (4-5 cm vanaf de anus) te vermijden.
- Diagnostische colonoscopie
- Onderzoeken het slijmvlies van inflammatoire of maligne veranderingen tijdje terug te trekken van de endoscoop. Trek langzaam de gehele omtrek van de darm te beoordelen. Beoordelen intraluminale pathologies met behulp van geschikte opgericht scoring systemen zoals vereist.
- Om identieke endoscopische positie voor het verwerven garandeert tijdens repetitieve visualisaties van de wond gebieden, let op de afstand tussen de anus en de muizen mucosale laesie. Bovendien, met de punt van de biopsietang als afstandhouder identieke afstand tussen de endoscoop en het wondgebied tijdens beeldacquisitie bereiken. De wond maat is gerelateerd aan de omvang van de endoscoop huls, waarvan 3 mm omvat.
OPMERKING: Plaats endoscoop in identieke positie met optische vergelijking met foto documentatie van eerdere onderzoeken. Meet laesies in dezelfde hoek en afstand naar elkaar opvolgen endoscopisch onderzoek.
- Biopsie procedure
- Neem biopten met de hulp van twee onderzoekers. Breng de biopsietang voorzichtig door het werkkanaal totdat de punt van de tang is zichtbaar op het beeldscherm voor het tweede onderzoeker. Open en sluit tang voorzichtig naar eenleegte perforatie.
- Verplaats een tang om de site van de pathologie.
- Injectie procedure
- Voeren injectie procedure met de hulp van twee onderzoekers. Pre-fill flexibele injectieslang (0.96 mm) volledig met het middel worden toegediend. Duw buis door het werkkanaal totdat de canule (30 G) is zichtbaar op de monitor om de tweede onderzoeker. Bereid de fijne spuit en voorzichtig beheer van het gevraagde bedrag van diagnostisch of therapeutisch middel. Injectievolumes moet 50 pl maximum.
- Steek de naald in de submocosa onder een hoek van 15-30 graden. Geconfronteerd met de schuine kant in de richting van het slijmvlies. Het slijmvlies toont een karakteristiek tillen teken na een succesvolle injectie.
- Fluorescentie-endoscopie (FE)
- Dien 60 mg FITC-geconjugeerde dextran verdund in 100 pl PBS intraveneus voor endoscopisch onderzoek fluorescentie.
- Controleer het optimale tijdstip tussen injectie vande fluorescent gelabelde tracer en imaging procedure die afhankelijk tracer farmacologie. Instellingen van bandfilter systeem te configureren in overeenstemming met excitatie en emissie golflengte van de tracer gebruikt. Voer fluorescentie endoscopie aspecifieke bloedvolume tracers (bijvoorbeeld FITC) onmiddellijk na intraveneuze injectie van de fluorescente kleurstof aan de vasculaire patroon van het slijmvliesoppervlak beoordelen.
- Overweeg beeldvorming enkele uren na tracer toepassing in geval van gerichte tracers of 'smart probes' om een beter doel voor achtergrond-verhouding bieden.
- Presteren foto-en video-documentatie van de resultaten.
5 Post-colonoscopie
- Scheid de muis in een leegstaande kooi en leg het op een stuk keukenpapier om de muis te beschermen tegen het opzuigen van het nest. Verwarm de muis met een rosse lamp om onderkoeling te voorkomen. Let op de muis en niet onbeheerd achter, totdat het voldoende is hersteldbewustzijn te borstligging behouden. Eenmaal volledig bij bewustzijn, plaats de muis terug naar zijn respectievelijke kooi.
- Eind experiment plaats muis in een kleine maar dichte doos en beheren CO 2 (100% (v / v), 100 vol%, 3 L / min). Wacht tot de muis verliest volledige bewustzijn en stopt de ademhaling. Dispatch muis door de nek breken. Voeren abdominale laparotomie en explanteren de dikke darm. Open de dikke darm in de lengte en was het voor verdere histologische of moleculaire evaluatie.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
In vivo opvolging van intestinale wondgenezing
Tijdens routine endoscopie werden mucosale wonden mechanisch geïnduceerd door miniatuur biopsietang met een diameter van 3 French (gelijk aan 1 mm Figuur 1A). Vervolgens werd de wondgenezing gecontroleerd door dagelijkse endoscopische onderzoeken en gekwantificeerd door het meten van de resterende wond gebied met behulp van software voor beeldbewerking, bijvoorbeeld ImageJ (Figuur 1B). De individuel...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Epitheliale wondheling is een continu proces. Continue fysiologische afschilfering van huidcellen in de maag mucosa optreedt die regelmatig regeneratie van epitheelcellen 16. Bijgevolg verminderde wondgenezing heeft een enorme impact op een aantal ziekten, waaronder gastro-intestinale ulcera en 17 naadlekkage 18. Evaluatie van de moleculaire achtergrond als potentiële kandidaat-geneesmiddelen te epitheliale genezing te stimuleren kan slechts gedeeltelijk worden uitgevoerd in celkweek sys...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Wij danken Sonja Dufentester en Elke Weber voor deskundige technische bijstand. Wij danken Faekah Gohar voor het proeflezen van het manuscript en Stefan Brückner voor medische informatica ondersteuning. Dit werk werd ondersteund door een interdisciplinaire subsidie van de Else-Kröner-Fresenius-Stiftung (2012_A94). D. Bettenworth werd ondersteund door een onderzoeksbeurs van de Faculteit der Geneeskunde, Westfälische Wilhelms-Universität Münster. M. Brückner werd ondersteund door een "Gerok" draai stand van de Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG SFB1009B8). Wij danken Heike Blum ter illustratie van de muis cartoon.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Reagents | |||
| Alfalfa-vrije voeding | Harlan Laboritories, Madison, USA | 2014 | |
| Azoxymethaan (AOM) | Sigma-Aldrich, Deisenhofen, Duitsland | A5486 | |
| Bepanthen oogzalf | Bayer, Leverkusen, Duitsland | 80469764 | |
| Dextransulfaat natrium (DSS) | TdB Consultancy, Uppsala, Zweden | DB001 | |
| Eosine | Sigma-Aldrich, Deisenhofen, Duitsland | E 4382 | |
| Ethyleendiaminetetraazijnzuur (EDTA) | Sigma-Aldrich, Deisenhofen, Duitsland | E 9884 | |
| Falcon buis 50 ml | BD Biosciences, Erembodegem, België | 352070 | |
| Florene 100 V/V | Abbott, Wiesbaden, Duitsland | B506 | |
| Hematoxylinen | Sigma-Aldrich, Deisenhofen, Duitsland | HHS32-1L | |
| Isopentaan (2-Methylbutaan) | Sigma-Aldrich, Deisenhofen, Duitsland | M32631-1L | |
| Methyleenblauw | Merck, Darmstadt, Duitsland | 1159430025 | |
| O.C.T. Tissue Tek compound | |||
Referenties
- Bettenworth, D., et al. Translational 18F-FDG PET/CT imaging to monitor lesion activity in intestinal inflammation. Journal of nuclear medicine : official publication, Society of Nuclear Medicine. 54, 748-755 (2013).
- Lewis, J. S., Achilefu, S., Garbow, J. R., Laforest, R., Welch, M. J. Small animal imaging. current technology and perspectives for oncological imaging. European journal of cancer. 38, 2173-2188 (2002).
- Huang, E. H., et al. Colonoscopy in mice. Surgical endoscopy. 16, 22-24 (2002).
- Becker, C., et al. In vivo imaging of colitis and colon cancer development in mice using high resolution chromoendoscopy. Gut. 54, 950-954 (2005).
- Becker, C., Fantini, M. C., Neurath, M. F. High resolution colonoscopy in live mice. Nature protocols. 1, 2900-2904 (2006).
- Neurath, M. F., et al. Assessment of tumor development and wound healing using endoscopic techniques in mice. Gastroenterology. 139, 1837-1843 (2010).
- Pickert, G., et al. STAT3 links IL-22 signaling in intestinal epithelial cells to mucosal wound healing. The Journal of experimental medicine. 206, 1465-1472 (2009).
- Shapira, Y., et al. Utilization of murine laparoscopy for continuous in-vivo assessment of the liver in multiple disease models. Plos one. 4, e4776(2009).
- Wirtz, S., Neufert, C., Weigmann, B., Neurath, M. F. Chemically induced mouse models of intestinal inflammation. Nature protocols. 2, 541-546 (2007).
- Neufert, C., Becker, C., Neurath, M. F. An inducible mouse model of colon carcinogenesis for the analysis of sporadic and inflammation-driven tumor progression. Nature protocols. 2, 1998-2004 (2007).
- Dieleman, L. A., et al. Chronic experimental colitis induced by dextran sulphate sodium (DSS) is characterized by Th1 and Th2 cytokines. Clinical and experimental immunology. 114, 385-391 (1998).
- Gao, Y., et al. Colitis-accelerated colorectal cancer and metabolic dysregulation in a mouse model. Carcinogenesis. 34, 1861-1869 (2013).
- Foersch, S., Neufert, C., Neurath, M. F., Waldner, M. J. Endomicroscopic Imaging of COX-2 Activity in Murine Sporadic and Colitis-Associated Colorectal Cancer. Diagnostic and therapeutic endoscopy. 2013, 250641(2013).
- Bremer, C., Ntziachristos, V., Weissleder, R. Optical-based molecular imaging: contrast agents and potential medical applications. European radiology. 13, 231-243 (2003).
- Keller, R., Winde, G., Terpe, H. J., Foerster, E. C., Domschke, W. Fluorescence endoscopy using a fluorescein-labeled monoclonal antibody against carcinoembryonic antigen in patients with colorectal carcinoma and adenoma. Endoscopy. 34, 801-807 (2002).
- Jones, M. K., Tomikawa, M., Mohajer, B., Tarnawski, A. S. Gastrointestinal mucosal regeneration: role of growth factors. Frontiers in bioscience : a journal and virtual library. 4, 303-309 (1999).
- Mertz, H. R., Walsh, J. H. Peptic ulcer pathophysiology. The Medical clinics of North America. 75, 799-814 (1991).
- Pantelis, D., et al. The effect of sealing with a fixed combination of collagen matrix-bound coagulation factors on the healing of colonic anastomoses in experimental high-risk mice models. Langenbeck's archives of surgery / Deutsche Gesellschaft fur Chirurgie. 395, 1039-1048 (2010).
- Burk, R. R. A factor from a transformed cell line that affects cell migration. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 70, 369-372 (1973).
- Msaki, A., et al. The role of RelA (p65) threonine 505 phosphorylation in the regulation of cell growth, survival, and migration. Molecular biology of the cell. 22, 3032-3040 (2011).
- Zigmond, E., et al. Utilization of murine colonoscopy for orthotopic implantation of colorectal cancer. PloS one. 6, e28858(2011).
- Foersch, S., et al. Molecular imaging of VEGF in gastrointestinal cancer in vivo using confocal laser endomicroscopy. Gut. 59, 1046-1055 (2010).
- Mitsunaga, M., et al. Fluorescence endoscopic detection of murine colitis-associated colon cancer by topically applied enzymatically rapid-activatable probe. Gut. 62, 1179-1186 (2013).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
