Goedaardige en kwaadaardige pancreasaandoeningen zijn potentieel levensbedreigend, met aanzienlijke hiaten in het begrip van hun pathofysiologie. Pancreatitis - ontsteking van de alvleesklier - is de derde belangrijke oorzaak van gastro-intestinale ziektegerelateerde ziekenhuisopnames en heropnames in de VS en wordt in verband gebracht met aanzienlijke morbiditeit, mortaliteit en sociaaleconomische lasten. Gerangschikt als de derde belangrijkste doodsoorzaak door kanker 2, is ductaal adenocarcinoom (PDAC) van de pancreas verantwoordelijk voor de meeste maligniteiten van de alvleesklier3 en voorspelt het een slechte 5-jaarsoverleving van slechts 11%2. De belangrijkste oorzaak van kankergerelateerde sterfte bij PDAC is een overweldigende metastatische belasting. Helaas vertonen de meeste patiënten gemetastaseerde ziekte. Daarom is het begrijpen van de dynamiek van metastase in PDAC een kritieke onvervulde behoefte op het gebied van kankeronderzoek.
De mechanismen die ten grondslag liggen aan ontstekingen en de metastatische cascade van de alvleesklier zijn slecht begrepen. Een belangrijke oorzaak van deze lacune in kennis is het onvermogen om de cellulaire dynamiek van de alvleesklier in vivo te observeren. Directe observatie van deze cellulaire dynamiek belooft kritieke doelen te onthullen om de diagnose en behandeling van mensen met pancreasaandoeningen te benutten en te verbeteren.
Intravitale beeldvorming (IVI) is een microscopietechniek waarmee onderzoekers biologische processen in levende dieren in realtime kunnen visualiseren en bestuderen. IVI maakt directe visualisatie met hoge resolutie mogelijk van intracellulaire en micro-omgevingsdynamiek in vivo en binnen de oorspronkelijke omgeving van het biologische proces in kwestie. Daarom maakt IVI in vivo observatie van gezonde en pathologische processen mogelijk.
Hedendaagse beeldvormingsmodaliteiten voor het hele lichaam, zoals MRI, PET en CT, bieden een uitstekend beeld van hele organen en kunnen pathologieën onthullen, zelfs vóór het begin van klinische symptomen. Ze zijn echter niet in staat om eencellige resolutie te bereiken of de vroegste stadia van ziekte - pancreatitis of maligniteit - te onthullen.
Eerder onderzoek heeft eencellige resolutie IVI gebruikt om goedaardige en kwaadaardige ziekten van huid5,6, borst7, long8, lever9, hersenen 10 en pancreastumoren 11 te observeren, wat leidde tot inzichten in mechanismen van ziekteprogressie 12. De alvleesklier van muizen vormt echter aanzienlijke obstakels voor het bereiken van eencellige resolutie met behulp van IVI, voornamelijk vanwege de diepe viscerale locatie en hoge compliantie. Bovendien is het een vertakt, diffuus verdeeld orgaan in het mesenterium dat verbinding maakt met de milt, dunne darm en maag, waardoor het moeilijk toegankelijk is. Het weefsel is ook zeer gevoelig voor beweging veroorzaakt door aangrenzende peristaltiek en ademhaling. Het minimaliseren van de beweging van de alvleesklier is essentieel voor microscopie met eencellige resolutie, omdat bewegingsartefacten van zelfs een paar micron beelden kunnen vervagen en vervormen, waardoorhet onmogelijk wordt om de dynamiek van individuele cellen te volgen.
Om IVI uit te voeren, moet een abdominaal beeldvormingsvenster (AIW) chirurgisch worden geïmplanteerd 9,11. Om de AIW operatief te implanteren, wordt een metalen raamkozijn in de buikwand gehecht. Daarna wordt het orgaan van belang met cyanoacrylaatlijm aan het frame bevestigd. Hoewel dit voldoende is voor sommige stijve inwendige organen (bijv. lever, milt, stijve tumoren), worden pogingen om de gezonde alvleesklier van muizen in beeld te brengen gecompromitteerd door suboptimale laterale en axiale stabiliteit als gevolg van de conforme textuur en complexe architectuur van het weefsel14. Om deze beperking aan te pakken, ontwikkelden Park et al.14 een beeldvormingsvenster dat speciaal is ontworpen voor de gezonde alvleesklier. Dit Pancreas Imaging Window (PIW) minimaliseert de invloed van darmbeweging en ademhaling door een horizontale metalen plank in het raamkozijn op te nemen, net onder het dekglaasje, waardoor het weefsel wordt gestabiliseerd en het contact met het dekglas behouden blijft. Hoewel de PIW een verhoogde laterale stabiliteit biedt, ontdekten we dat dit venster nog steeds axiale drift vertoont en bovendien de beeldvorming van grote solide tumoren verhindert vanwege de smalle opening tussen de metalen plank en het dekglaasje15.
Om deze beperkingen aan te pakken, ontwikkelden we de Sgetabiliseerde Window for Intravital beeldvorming van de muizen Pancreas (SWIP), een implanteerbaar beeldvormingsvenster dat in staat is om stabiele langetermijnbeeldvorming van zowel de gezonde als de zieke alvleesklier te bereiken (Figuur 1)15. Hier bieden we een uitgebreid protocol voor de chirurgische ingreep die wordt gebruikt om de SWIP te implanteren. Hoewel het primaire doel was om de dynamische mechanismen te bestuderen die betrokken zijn bij metastase, kan deze methode ook worden gebruikt om verschillende aspecten van de biologie en pathologie van de alvleesklier te onderzoeken.