Przedstawiamy protokół chirurgicznego wszczepienia stabilizowanego okna optycznego do obrazowania w subkomórkowej rozdzielczości mysiej trzustki, umożliwiając seryjne i podłużne badania zdrowej i chorej trzustki.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Przedstawiamy protokół chirurgicznego wszczepienia stabilizowanego okna optycznego do obrazowania w subkomórkowej rozdzielczości mysiej trzustki, umożliwiając seryjne i podłużne badania zdrowej i chorej trzustki.
Fizjologia i patofizjologia trzustki są złożone. Choroby trzustki, takie jak zapalenie trzustki i gruczolakorak trzustki (PDAC), charakteryzują się wysoką zachorowalnością i śmiertelnością. Obrazowanie przyżyciowe (IVI) to potężna technika umożliwiająca obrazowanie tkanek w wysokiej rozdzielczości zarówno w stanie zdrowym, jak i chorym, pozwalająca na obserwację dynamiki komórek w czasie rzeczywistym. IVI mysiej trzustki stanowi poważne wyzwanie ze względu na głęboką trzewną i podatną naturę narządu, co czyni go bardzo podatnym na uszkodzenia i artefakty ruchowe.
Tutaj opisany jest proces implantacji Stabilizowanego W indowdo obrazowania I ntravital mysich Pancreas (SWIP). SWIP umożliwia IVI mysiej trzustki w normalnych stanach zdrowia, podczas transformacji ze zdrowej trzustki do ostrego zapalenia trzustki wywołanego przez ceruleinę oraz w stanach złośliwych, takich jak guzy trzustki. W połączeniu z genetycznie znakowanymi komórkami lub podawaniem barwników fluorescencyjnych, SWIP umożliwia pomiar dynamiki pojedynczej komórki i subkomórkowej (w tym migracji pojedynczej komórki i zbiorowej), a także seryjne obrazowanie tego samego obszaru zainteresowania przez wiele dni.
Zdolność do przechwytywania migracji komórek nowotworowych jest szczególnie ważna, ponieważ główną przyczyną śmiertelności związanej z rakiem w PDAC jest przytłaczające obciążenie przerzutami. Zrozumienie fizjologicznej dynamiki przerzutów w PDAC jest krytyczną, niezaspokojoną potrzebą i ma kluczowe znaczenie dla poprawy rokowania pacjentów. Ogólnie rzecz biorąc, SWIP zapewnia lepszą stabilność obrazowania i rozszerza zastosowanie IVI w zdrowych chorobach trzustki i złośliwych chorobach trzustki.
Łagodne i złośliwe choroby trzustki są potencjalnie zagrażające życiu, ze znacznymi lukami w zrozumieniu ich patofizjologii. Zapalenie trzustki - zapalenie trzustki - jest trzecią główną przyczyną przyjęć do szpitala i ponownych przyjęć związanych z chorobami przewodu pokarmowego w USA i wiąże się ze znaczną zachorowalnością, śmiertelnością i obciążeniem społeczno-ekonomicznym1. Sklasyfikowany jako trzecia najczęstsza przyczyna zgonów związanych z rakiem2, gruczolakorak przewodowy trzustki (PDAC) odpowiada za większość nowotworów złośliwych trzustki3 i zwiastuje słaby wskaźnik 5-letniego przeżycia wynoszący zaledwie 11%2. Główną przyczyną śmiertelności związanej z rakiem w PDAC jest przytłaczające obciążenie przerzutami. Niestety, u większości pacjentów występuje choroba z przerzutami. Dlatego zrozumienie dynamiki przerzutów w PDAC jest krytyczną, niezaspokojoną potrzebą w dziedzinie badań nad rakiem.
Mechanizmy leżące u podstaw stanu zapalnego i kaskady przerzutowej trzustki są słabo poznane. Głównym czynnikiem przyczyniającym się do tej luki w wiedzy jest niemożność zaobserwowania dynamiki komórkowej trzustki in vivo. Bezpośrednia obserwacja tej dynamiki komórkowej może ujawnić kluczowe cele, które pozwolą wykorzystać i poprawić diagnostykę i leczenie osób z chorobami trzustki.
Obrazowanie przyżyciowe (IVI) to technika mikroskopowa, która pozwala naukowcom na wizualizację i badanie procesów biologicznych u żywych zwierząt w czasie rzeczywistym. IVI umożliwia bezpośrednią wizualizację dynamiki wewnątrzkomórkowej i mikrośrodowiskowej w wysokiej rozdzielczości in vivo oraz w natywnym środowisku danego procesu biologicznego. Dlatego IVI pozwala na obserwację in vivo zdrowych i patologicznych procesów.
Współczesne metody obrazowania całego ciała, takie jak MRI, PET i CT, oferują doskonałe widoki całych narządów i mogą ujawnić patologie, nawet przed wystąpieniem objawów klinicznych4. Nie są jednak w stanie osiągnąć rozdzielczości pojedynczej komórki ani ujawnić najwcześniejszych stadiów choroby - zapalenia trzustki lub nowotworu złośliwego.
Poprzednie badania wykorzystywały rozdzielczość pojedynczej komórki IVI do obserwacji łagodnych i złośliwych chorób skóry5,6, breast7, lung8, liver9, brain10 i guzy trzustki11, co prowadzi do wglądu w mechanizmy progresji choroby12. Jednak mysia trzustka stanowi poważne przeszkody w osiągnięciu rozdzielczości pojedynczej komórki za pomocą IVI, przede wszystkim ze względu na jej głębokie położenie trzewne i wysoką podatność. Co więcej, jest to rozgałęziony, rozproszony narząd w krezce, który łączy się ze śledzioną, jelitem cienkim i żołądkiem, co utrudnia dostęp. Tkanka jest również bardzo wrażliwa na ruch spowodowany sąsiednią perystaltyką i oddychaniem. Minimalizacja ruchu trzustki jest niezbędna do mikroskopii jednokomórkowej, ponieważ artefakty ruchu nawet o wielkości kilku mikronów mogą rozmazywać i zniekształcać obrazy, uniemożliwiając śledzenie dynamiki poszczególnych komórek13.
Aby wykonać IVI, chirurgicznie musi być wszczepione okno obrazowania jamy brzusznej (AIW)9,11. Aby chirurgicznie wszczepić AIW, w ścianę jamy brzusznej wszywa się metalową ramę okienną. Następnie interesujący go narząd jest mocowany do ramy za pomocą kleju cyjanoakrylowego. Chociaż jest to wystarczające dla niektórych sztywnych narządów wewnętrznych (np. wątroby, śledziony, sztywnych guzów), próby obrazowania zdrowej mysiej trzustki są zagrożone przez nieoptymalną stabilność boczną i osiową ze względu na zgodną teksturę tkanki i złożoną architekturę14. Aby rozwiązać ten problem, Park et al.14 opracowali okno obrazowania zaprojektowane specjalnie dla zdrowej trzustki. To okienko obrazowania trzustki (PIW) minimalizuje wpływ ruchu jelit i oddychania poprzez włączenie poziomej metalowej półki w ramie okiennej, tuż pod szkiełkiem nakrywkowym, stabilizując tkankę i utrzymując jej kontakt ze szkłem nakrywkowym. Podczas gdy PIW oferuje zwiększoną stabilność boczną, stwierdziliśmy, że to okno nadal wykazuje dryf osiowy i dodatkowo zapobiega obrazowaniu dużych guzów litych ze względu na wąską szczelinę między metalową półką a szkiełkiem nakrywkowym15.
Aby rozwiązać te ograniczenia, opracowaliśmy tabelaryzowany Window dla Intravital obrazowania mysich Pancreas (SWIP), wszczepialne okno obrazowania, które jest w stanie osiągnąć stabilne, długoterminowe obrazowanie zarówno zdrowej, jak i chorej trzustki (Rysunek 1)15. W tym miejscu zapewniamy kompleksowy protokół procedury chirurgicznej stosowanej do wszczepienia SWIP. Chociaż głównym celem było zbadanie dynamicznych mechanizmów związanych z przerzutami, metoda ta może być również wykorzystana do zbadania różnych aspektów biologii i patologii trzustki.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury opisane w tym protokole zostały wykonane zgodnie z wytycznymi i przepisami dotyczącymi wykorzystania kręgowców, w tym z uprzednią zgodą Albert Einstein College of Medicine Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC).
1. Pasywacja okien
UWAGA: Pasywacja stali nierdzewnej oczyszcza metal z zanieczyszczeń i tworzy cienką warstwę tlenku, która znacznie zwiększa biokompatybilność metalu z tkankami miękkimi, nawet ponad tytan16.
2. Przygotowanie do implantacji guza lub operacji okna
UWAGA: Do badań nad nowotworami trzustki, komórki nowotworowe muszą być wszczepione i pozwolić im wyrosnąć na jawne guzy. Aby uwidocznić komórki nowotworowe in vivo, zaleca się użycie komórek, które zostały genetycznie zmienione w celu ekspresji białek fluorescencyjnych, takich jak Dendra2. Stosowanie fluorescencyjnych znaczników białek, które są jasne, złagodzi potencjalne problemy z autofluorescencją tkanek. Inne potencjalne białka fluorescencyjne, barwniki i genetycznie kodowane fluorescencyjne modele myszy, które mogą być używane, zostały omówione gdzie indziej17,18. Aby zapobiec zanieczyszczeniu pola operacyjnego, należy wykonać zabieg chirurgiczny w kapturze lub komorze laminarnej i upewnić się, że do przygotowania, operacji i rekonwalescencji używane są odrębne obszary.
3. Implantacja guza trzustki
4. Chirurgia okien trzustki
5. Leczenie ceruleiną w indukcji zapalenia trzustki
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Rysunek 1, zaadaptowany z Du i wsp.15, przedstawia klatki z filmu IVI z zapisem poklatkowym trzustki mysiej. Podczas początkowego okresu stabilizacji można zaobserwować pewien ruch tkanki (pierwsza godzina obrazowania, Rysunek 1A). Jednakże, przy kontynuowaniu obrazowania po tym okresie stabilizacji (>75 min), zaobserwowaliśmy wzrost stabilności bocznej i osiowej (Rysunek 1B). Porównanie stabilności SWIP z...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisany tutaj protokół SWIP zapewnia ulepszoną metodę stabilizacji tkanki trzustki poprzez wykorzystanie techniki haftu krzyżykowego. Wczesne okna obrazowania jamy brzusznej (AIW) umożliwiały obrazowanie przyżyciowe (IVI) narządów wewnętrznych jamy brzusznej, ale nie ograniczały odpowiednio ruchu tkanek miękkich, takich jak trzustka. W odpowiedzi Park i wsp. opracowali okienko do obrazowania trzustki (PIW), które zawiera poziomą metalową półkę i umożliwia lepszą stabilizację tkanki trzustki przy jednoczesnym utrzymaniu k...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.
Fundacja Charytatywna Evelyn Lipper, Centrum Biofotoniki Gruss-Lipper, Zintegrowany Program Obrazowania dla Badań nad Rakiem, stypendium NIH T-32 (CA200561) oraz grant Departamentu Obrony Programu Badań nad Rakiem Trzustki (PCARP) PA210223P1.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 1% (w/v) roztwór detergentu enzymatycznego | Alconox Inc | NA | Skoncentrowany, anionowy detergent z enzymami proteazy do czyszczenia ręcznego i ultradźwiękowego |
| 5% (w/v) roztwór wodorotlenku sodu | Sigma-Aldrich | S8045 | Odczynnik pasywacyjny |
| 5 mm szkło nakrywkowe | Mikroskopia elektronowa Sciences | 72296-05 | Szkiełka nakrywkowe okrągłe |
| 7% (w/v) roztwór kwasu cytrynowego | Sigma-Aldrich | 251275 | Odczynnik pasywacyjny |
| 28G 1 ml BD Strzykawka insulinowa | BD | 329410 | Strzykawka do wstrzykiwań komórkowych |
| Baytril 100 (enrofloksacyna) | Bayer (Santa Cruz Biotechnology) | sc-362890Rx | Antybiotykowa |
| lampa grzewcza do montażu na stole | McMaster-Carr | 3349K51 | Lampa grzewcza |
| Buprenorfina 0,3 mg / ml | Covetrus Ameryka Północna | 059122 | Buprenorfina Analgezja |
| Castroviejo Zakrzywione nożyczki | World Precision Instruments | WP2220 | Nożyczki do cięcia tkanek |
| C57BL/6J Mouse | Jackson Laboratory | 000664 | Mysz C57BL/6J |
| Roztwór chlorheksydyny | Durvet | 7-45801-10258-3 | Roztwór dezynfekujący chlorheksydyny |
| Kanister ze sprężonym powietrzem | Falcon | DPSJB-12 | Sprężone powietrze do suszenia tkanek |
| Akrylan cyjanowy - Żel Superglue | Staples | 234790-6 | Klej do skóry |
| Akrylan cyjanowy - Płynne | zszywki | LOC1647358 | Klej do szkiełek nakrywkowych |
| DPBS 1x | Corning | 21-031-CV | DPBS do wstrzykiwań ceruleiny/komórek |
| Zestaw do kauteryzacji Gemini | Aparat Harvard | 726067 | Długopis kauteryczny |
| Germinator 500 | CellPoint Scientific | GER 5287-120V | Sterylizator koralików |
| Graefe Mikro kleszcze preparacyjne; Ząbkowane; Niewielka krzywa; 0.8 mm Szerokość końcówki; Długość 4 " | Roboz Surgical | RS-5135 | Graefe Mikro kleszczyki preparacyjne |
| Mikroskop obrazowania | NA | NA | Zobacz Entenberg et al. 2011 [27] |
| Oprogramowanie do obrazowania | NA | NA | See Entenberg et al. 2011 [27] |
| Isoethesia (isoflurane) | Henry Schein Animal Health | 50033 | Izofluran Anesthesia |
| Kim Wipes | Fisher Scientific | 06-666-A | Chusteczki Kim |
| Taśma laboratoryjna | Fisher Scientific | 159015R | Taśma laboratoryjna |
| Zestaw do preparowania myszy Świat | Instrumenty precyzyjne | MOUSEKIT | Instrumenty chirurgiczne |
| Mysz Pulsoksymetr łapy Czujnik pulsoksymetru | Kent Scientific Corpo | MSTAT Sensor-MSE | Pulsoksymetr |
| Mysz Surgisuite | Kent Scientific | SURGI-M04 | Podgrzewana platforma |
| do usuwania włosów Nair Balsam | Amazon | B001RVMR7K | Emulsja do depilacji |
| Oxygen | TechAir | OX TM | Tlen |
| PERMA-HAND Czarne plecione jedwabne szewy, ETHICON Rozmiar 5-0 | VWR | 95056-872 | Jedwabny szew |
| buforowany fosforanem soli fizjologicznej 1x | Life Technologies | 10010-023 | |
| PBS PhysioSuite System | Kent Scientific | Podgrzewana platforma PhysioSuite | Kontroler |
| Puralube | Henry Schein Zdrowie zwierząt | 008897 | Smar do oczu |
| Puritan Niesterylne waciki z bawełnianą końcówką | Waciki bawełniane | Fisher Scientific | 867WCNOGLUE |
| SHARP Precyzyjne końcówki barierowe, do P-100, 100 i mikro; L | Denville Scientific Inc. | P1125 | 100 &mikro; L Końcówki do pipet |
| Izotiocyjanian tetrametylorodaminy– Dextran | Sigma-Aldrich | T1287-500MG | Etykieta naczyniowa |
| Płytka mocująca okno | NA | NA | Wykonana na zamówienie płytka do umieszczenia okienka na stoliku mikroskopowym. Płytka wykonana jest z 0,008 w kolbie ze stali nierdzewnej. Wymiary płytki można znaleźć w Entenberg et al., 2018 [8] . |
| Ościeżnica | okienna NA | NA | Okno składa się ze stalowej ramy z centralnym otworem, który akceptuje szkiełko nakrywkowe o grubości 5 mm. Rowek o średnicy 1,75 mm na obwodzie ramy zapewnia przestrzeń na przyleganie warstw mięśni otrzewnej i skóry. Patrz Entenberg i in., 2018 [8]. |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.