Obrazowanie in vivo trzustki w wysokiej rozdzielczości było ułatwione dzięki oknu obrazowania przyżyciowego trzustki.
Artykuł metodologiczny
Obrazowanie in vivo trzustki w wysokiej rozdzielczości było ułatwione dzięki oknu obrazowania przyżyciowego trzustki.
Bezpośrednie obrazowanie in vivo trzustki w rozdzielczości komórkowej na żywym modelu małego zwierzęcia było technicznie trudne. Niedawne badanie obrazowania przyżyciowego, z oknem obrazowania jamy brzusznej, umożliwiło wizualizację dynamiki komórkowej w narządach jamy brzusznej in vivo. Jednak ze względu na miękką strukturę trzustki myszy przypominającą arkusz, na którą łatwo wpływają ruchy fizjologiczne (np. perystaltyka i oddychanie), trudno było przeprowadzić ustabilizowane obrazowanie podłużne in vivo przez kilka tygodni na poziomie komórkowym w celu identyfikacji, śledzenia i ilościowego określenia wysp trzustkowych lub komórek rakowych w trzustce myszy. W niniejszym artykule opisujemy metodę wszczepiania nowatorskiej podstawy nośnej, zintegrowanego okna obrazowania przyżyciowego trzustki, które może przestrzennie oddzielić trzustkę od jelita w celu podłużnego obrazowania przyżyciowego poklatkowego mikrostruktury trzustki. Podłużne obrazowanie in vivo z oknem obrazowania umożliwia stabilną wizualizację, pozwalającą na śledzenie wysp trzustkowych przez okres 3 tygodni oraz trójwymiarowe obrazowanie mikrostruktury w wysokiej rozdzielczości, czego dowodem jest tutaj ortotopowy model raka trzustki. Dzięki naszej metodzie dalsze badania obrazowe przyżyciowe mogą wyjaśnić patofizjologię różnych chorób obejmujących trzustkę na poziomie komórkowym.
Trzustka jest organem brzusznym z funkcją zewnątrzwydzielniczą w przewodzie pokarmowym i funkcją endokrynną polegającą na wydzielaniu hormonów do krwiobiegu. Obrazowanie komórkowe trzustki w wysokiej rozdzielczości może ujawnić patofizjologię różnych chorób związanych z trzustką, w tym zapalenia trzustki, raka trzustki i cukrzycy1. Konwencjonalne narzędzia do diagnostyki obrazowej, takie jak tomografia komputerowa, obrazowanie w rozdzielczości magnetycznej i ultrasonografia, są szeroko dostępne w dziedzinie klinicznej1,2. Jednak te metody obrazowania ograniczają się do wizualizacji tylko zmian strukturalnych lub anatomicznych, podczas gdy nie można określić zmian na poziomie komórkowym lub molekularnym. Biorąc pod uwagę, że zmiany molekularne w cukrzycy lub raku trzustki u ludzi mogą rozpocząć się ponad 10 lat przed diagnozą3,4, wykrycie chorób trzustki na podstawie ich przemiany molekularnej w okresie utajonym może potencjalnie zapewnić wczesną diagnozę i szybką interwencję. W ten sposób obrazowanie, które przezwycięży ograniczenia rozdzielczości i dostarczy cennych informacji na temat funkcji, znacznie przyciągnie uwagę, zapewniając wczesną diagnozę raka trzustki lub zaawansowaną identyfikację zmian w wyspach trzustkowych podczas progresji cukrzycy 5.
W szczególności w przypadku wysepek, obrazowanie jądrowe, obrazowanie bioluminescencyjne i optyczna koherentna tomografia zostały zasugerowane jako nieinwazyjne techniki obrazowania wysp trzustkowych6. Jednak rozdzielczość tych metod jest znacznie niska, z typowymi wartościami od kilkudziesięciu do setek mikrometrów, oferując ograniczoną zdolność do wykrywania zmian na poziomie komórkowym w wysepkach. Z drugiej strony, poprzednie badania wysepek trzustkowych w wysokiej rozdzielczości przeprowadzono w warunkach ex vivo7,8 (np. krojenie lub trawienie trzustki), niefizjologiczne9 (np. eksterioryzacja trzustki) i warunki heterotopowe10,11,12 (np. implantacja pod torebką nerkową, wewnątrz wątroby i w przedniej komorze oka), co ogranicza ich interpretację i implikacje kliniczne. Jeśli uda się ustalić in vivo, fizjologiczny i ortotopowy model obrazowania o wysokiej rozdzielczości, będzie to kluczowa platforma do badania wysp trzustkowych.
Obrazowanie przyżyciowe, które ujawnia patofizjologię na poziomie mikroskopijnej rozdzielczości u żywego zwierzęcia, spotkało się ostatnio z dużym zainteresowaniem13. Spośród metod obrazowania in vivo, opracowanie okna obrazowania jamy brzusznej14, które wszczepia okienko do brzucha myszy, pozwoliło na odkrycie nowych odkryć (tj. stadium przed mikroprzerzutami wczesnych przerzutów do wątroby15 i mechanizm utrzymania komórek macierzystych w nabłonku jelitowym16). Chociaż okno obrazowania jamy brzusznej dostarcza cennych wyników, zastosowania tego okienka w przypadku trzustki i wynikające z nich badania obrazowania przyżyciowego oparte na chorobach związanych z trzustką nie zostały dokładnie zbadane.
W przeciwieństwie do dobrze zdefiniowanych cech ciała stałego ludzkiej trzustki, trzustka myszy jest rozproszoną strukturą przypominającą tkankę miękką17. Dlatego nieustannie wpływają na nią ruchy fizjologiczne, w tym perystaltyka jelit i oddychanie. Poprzednie badanie nad zastosowaniem okna obrazowania jamy brzusznej dla trzustki wykazało, że wędrowanie występuje z powodu artefaktów ruchowych wywołanych wypróżnieniami18. W uzyskanym uśrednionym obrazie zaobserwowano silne rozmycie, co utrudniało wizualizację i identyfikację struktur w mikroskali.
Tutaj opisujemy użycie nowatorskiego, zintegrowanego okna obrazowania przyżyciowego trzustki w połączeniu z mikroskopią przyżyciową19,20 do badania podłużnych zdarzeń na poziomie komórkowym w chorobach obejmujących trzustkę. Oprócz szczegółowego opisu metodologii z poprzedniego badania18, w tym artykule omówione zostanie rozszerzone zastosowanie okna obrazowania trzustki w różnych chorobach związanych z trzustką. W tym protokole wykorzystano niestandardowy system skaningowej mikroskopii konfokalnej z szybkością wideo, jako system mikroskopii przyżyciowej. Jako źródło wzbudzenia wykorzystano cztery moduły laserowe (długości fal 405, 488, 561 i 640 nm), a cztery kanały sygnałów emisyjnych wykryto za pomocą fotopowielaczy (PMT) przez filtry pasmowoprzepustowe (BPF1: FF01-442/46; BPF2: FF02-525/50; BPF3: FF01-600/37; BPF4: FF01-685/40). Skanowanie laserowe składało się z obracającego się zwierciadła wielokątnego (oś X) i zwierciadła skanującego galwanometru (oś Y), które umożliwiało skanowanie z szybkością wideo (30 klatek na sekundę). Szczegółowe informacje na temat mikroskopii przyżyciowej zostały opisane w poprzednich badaniach10,18,19,20,21,22,23.
W naszym poprzednim badaniu wysepek18, udało nam się i stabilnie zobrazować wysepki u żywych myszy za pomocą transgenicznego modelu myszy (MIP-GFP)24, w którym wysepki były oznaczone GFP. Metoda ta umożliwiła wizualizację zmian zachodzących w wysepkach w wysokiej rozdzielczości w okresie 1 tygodnia. Ułatwiło to również obrazowanie tych samych wysp trzustkowych przez okres do 3 tygodni, co sugeruje możliwość długoterminowych badań wysp trzustkowych w celu funkcjonalnego śledzenia lub monitorowania podczas patogenezy cukrzycy 18. Ponadto opracowaliśmy ortotopowy model raka trzustki, w którym fluorescencyjne komórki raka trzustki (PANC-1 NucLight Red)25 zostały bezpośrednio wszczepione do trzustki myszy. Dzięki zastosowaniu okna obrazowania przyżyciowego trzustki, model ten może być wykorzystany jako platforma do badania patofizjologii komórkowej i molekularnej w mikrośrodowisku guza raka trzustki oraz do monitorowania terapeutycznego nowych kandydatów na leki.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury opisane w tym artykule zostały przeprowadzone zgodnie z 8wydaniem Przewodnika po opiece i użytkowaniu zwierząt laboratoryjnych (2011)26 i zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt w Koreańskim Instytucie Zaawansowanej Nauki i Technologii (KAIST) oraz Narodowym Szpitalu Bundang Uniwersytetu w Seulu (SNUBH).
1. Przygotowanie okna i innych materiałów
2. Chirurgia
3. Obrazowanie przyżyciowe
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Mikroskopia przyżyciowa w połączeniu ze zintegrowanym oknem obrazowania przyżyciowego trzustki na podstawie wspierającej umożliwia obrazowanie trzustki na poziomie komórkowym u myszy. Ten protokół z oknem obrazowania przyżyciowego trzustki zapewnia długoterminową stabilność tkanek, która umożliwia uzyskanie obrazowania o wysokiej rozdzielczości w celu śledzenia poszczególnych wysp trzustkowych przez okres do 3 tygodni. W rezultacie można uzyskać obrazowanie mozaikowe dla rozszerzonego pola widzenia, trójwymiarową (3D) re...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisany tutaj protokół składa się z obrazowania przyżyciowego trzustki przy użyciu nowatorskiego, zintegrowanego okna obrazowania przyżyciowego trzustki zmodyfikowanego z okna obrazowania jamy brzusznej. Wśród opisanych powyżej protokołów pierwszym krytycznym krokiem jest wszczepienie okienka obrazowania trzustki przyżyciowej u myszy. Do nakładania kleju w oknie ważne jest, aby nałożyć klej między marginesem okna a szkłem nakrywkowym, ale nie na tkankę trzustki, ponieważ może to znacznie przerwać obrazowanie przyżyciowe....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
To badanie było wspierane przez grant nr 14-2020-002 z Funduszu Badawczego SNUBH oraz przez grant National Research Foundation of Korea (NRF) finansowany przez rząd Korei (MSIT) (NRF-2020R1F1A1058381, NRF-2020R1A2C3005694).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Estry sukcynimidylowe Alexa Fluor 647 (estry NHS) | Invitrogen | A20006 | Sonda fluorescencyjna do koniugatu z przeciwciałem |
| BALB/C Nude | OrientBio | BALB/C Nude | BALB/C Nude |
| BD Rurka polietylenowa Intramedic Cewnik | BD Biosciences | 427401 | PE10 do połączenia z igłą |
| C57BL/6N | OrientBio | C57BL/6N | C57BL/6N C57BL/6N |
| Okulary nakrywkowe okrągłe | Marienfeld | 0111520 | Szkło nakrywkowe do okienka obrazowania trzustki |
| FITC Dextran 2MDa | Merck (dawniej Sigma Aldrich) | FD200S | Do identyfikacji naczyń Płaszczyzna bitowa |
| IMARIS 8.1 | IMARIS | Przetwarzanie obrazu | |
| Mikroskopia przyżyteczkowa | IVIM tech | IVM-C | Mikroskopia przyżyciowa |
| Nożyczki IRIS | JEUNGDO BIO & PLANT CO, LTD | S-1107-10 | Ten produkt można zastąpić produktem innej firmy |
| Loctite 401 | Henkel | 401 | Klej cyjanoakrylowy N-butylu |
| Uchwyt na mikroigły | JEUNGDO BIO & PLANT CO, LTD | H-1126-10 | Ten produkt można zastąpić produktem innej firmy |
| Mikro ściągacz | JEUNGDO BIO & PLANT CO, LTD | 17004-03 | Ten produkt można zastąpić produktem innej firmy |
| Kleszcze do mikrokleszczyków | JEUNGDO BIO & PLANT CO, LTD | F-1034 | Ten produkt można zastąpić produktem innej firmy |
| MIP-GFP | The Jackson Laboratory | 006864 | B6. Cg-Tg(Ins1-EGFP)1Hara/J |
| Nylon 4-0 | AILEE | NB434 | Niewchłanialny szew |
| Omnican N 100 30G | B BRAUN | Do cewnika naczyniowego, używaj tylko części igły | |
| PANC-1 NucLightRed | Wykonane | zamówienie Wykonane | w laboratorium |
| Okno obrazowania trzustki | Geumto | Engineering Na zamówienie niestandardowe | Okno obrazowania trzustki - zamówienie niestandardowe |
| Physiosuite | Kent Scientific | PS-02 | Homeotermiczny regulator temperatury |
| Oczyszczony NA/LE Szczurzy anty-mysz CD31 | BD Biosciences | 553708 | Przeciwciało do znakowania naczyń in vivo |
| Kleszcze pierścieniowe | JEUNGDO BIO & PLANT CO, LTD | F-1090-3 | Ten produkt można zastąpić produktem innej firmy |
| Rompun | Bayer Rompun | Środek znieczulający | |
| TMR Dextran 65-85kDa | Merck (dawniej Sigma Aldrich) | T1162 | Do identyfikacji statku |
| Uchwyt okienny | Geumto Engineering | Na zamówienie Uchwyt | do okien - na zamówienie |
| Zoletil | Virbac | Zoletil 100 | Środek znieczulający |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie