odpowiedzialne za ~90% zgonów, przerzuty są główną przyczyną śmiertelności związanej z rakiem1. Wśród głównych miejsc klinicznie obserwowanych przerzutów (kości, wątroba, płuco, mózg)2, płuco okazało się szczególnie trudne do obrazowania in vivo za pomocą mikroskopii przyżyciowej. Dzieje się tak, ponieważ płuca są delikatnym narządem w wiecznym ruchu. Ciągły ruch płuc, dodatkowo spotęgowany przez ruch serca w klatce piersiowej, stanowi istotną barierę dla dokładnego obrazowania. W związku z tym, ze względu na względną niedostępność metod obrazowania optycznego o wysokiej rozdzielczości, wzrost raka w płucach jest często uważany za proces utajony3.
W warunkach klinicznych, technologie obrazowania, takie jak tomografia komputerowa (CT), pozytonowa tomografia emisyjna (PET) i rezonans magnetyczny (MRI) umożliwiają wizualizację głęboko w nienaruszonych ważnych narządach, takich jak płuca4. Jednakże, chociaż te metody zapewniają doskonały widok dużego narządu (często nawet ujawniając patologię przed wystąpieniem objawów klinicznych), mają niewystarczającą rozdzielczość, aby wykryć poszczególne rozsiane komórki nowotworowe w miarę ich postępu we wczesnych stadiach przerzutów. W rezultacie, zanim wyżej wymienione metody dostarczą jakichkolwiek wskazówek dotyczących przerzutów do płuc, ogniska przerzutowe są już dobrze ugruntowane i proliferują. Ponieważ mikrośrodowisko guza odgrywa kluczową rolę w progresji raka i tworzeniu przerzutów5,6, istnieje duże zainteresowanie badaniem najwcześniejszych etapów siewu przerzutowego in vivo. Zainteresowanie to jest dodatkowo podsycane przez coraz większe zrozumienie, że komórki rakowe rozprzestrzeniają się jeszcze przed wykryciem guza pierwotnego7,8 oraz coraz liczniejsze dowody na to, że przeżywają jako pojedyncze komórki i w stanie uśpienia przez lata lub dekady, zanim przerosną do makroprzerzutów9.
Poprzednio, obrazowanie płuc w rozdzielczości pojedynczej komórki wymagało koniecznie przygotowań ex vivo lub eksplantacji10,11,12,13, ograniczając analizy do pojedynczych punktów czasowych. Chociaż preparaty te dostarczają użytecznych informacji, nie dają żadnego wglądu w dynamikę komórek nowotworowych w narządzie połączonym z nienaruszonym układem krążenia.
Najnowsze osiągnięcia technologiczne w obrazowaniu umożliwiły przyżyciowe wizualizację nienaruszonego płuca w rozdzielczości pojedynczej komórki przez okres do 12 h14,15,16. Udało się to osiągnąć w modelu mysim przy użyciu protokołu, który obejmował wentylację mechaniczną, resekcję klatki piersiowej i unieruchomienie płuc wspomagane podciśnieniem. Jednak pomimo zaoferowania pierwszych obrazów w rozdzielczości pojedynczej komórki fizjologicznie nienaruszonego płuca, technika ta jest wysoce inwazyjna i terminalna, co wyklucza dalsze sesje obrazowania poza procedurą wskaźnikową. To ograniczenie uniemożliwia zatem zastosowanie go do badania etapów przerzutów, które trwają dłużej niż 12 godzin, takich jak spoczynek i ponowna inicjacja wzrostu14,15,16. Co więcej, wzorce zachowań komórkowych obserwowane przy użyciu tego podejścia do obrazowania muszą być ostrożnie interpretowane, biorąc pod uwagę, że różnice ciśnień wywołane próżnią mogą powodować zmiany w przepływie krwi.
Aby przezwyciężyć te ograniczenia, niedawno opracowano minimalnie inwazyjne Okno do Obrazowania Płuc w Wysokiej Rozdzielczości (WHRIL), umożliwiające seryjne obrazowanie przez dłuższy okres od dni do tygodni, bez potrzeby wentylacji mechanicznej17. Technika ta polega na stworzeniu "przezroczystej klatki piersiowej" z uszczelnioną jamą piersiową w celu zachowania prawidłowej funkcji płuc. Procedura jest dobrze tolerowana, co pozwala myszy na regenerację bez znaczących zmian w podstawowej aktywności i funkcji. Aby wiarygodnie zlokalizować dokładnie ten sam obszar płuc podczas każdej sesji obrazowania, do tego window18 zastosowano technikę znaną jako mikrokartografia. Przez to okno można było uchwycić obrazy komórek, które docierają do łożyska naczyniowego płuc, przekraczają śródbłonek, przechodzą podział komórek i rosną w mikroprzerzuty.
Tutaj badanie przedstawia szczegółowy opis ulepszonego protokołu chirurgicznego implantacji WHRIL, który upraszcza operację, jednocześnie zwiększając jej powtarzalność i jakość. Chociaż protokół ten został zaprojektowany, aby umożliwić badanie dynamicznych procesów leżących u podstaw przerzutów, technika ta może być alternatywnie stosowana do badań nad licznymi procesami biologii i patologii płuc.