Name: Monitorowanie przerzutów nowotworowych i zmian osteolitycznych za pomocą bioluminescencji i obrazowania mikrotomografią komputerową (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-04-14T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 4 s
Description: Poznaj metodę monitorowania przerzutów nowotworowych i zmian osteolitycznych u myszy za pomocą bioluminescencji i mikrotomografii komputerowej. To podejście umożliwia nieinwazyjną analizę progresji choroby.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Obrazowanie podłużne jest stosowane w badaniach przedklinicznych do śledzenia postępu choroby lub pomiaru efektu działania terapeutyku. W onkologii metody optyczne stanowią rygorystyczne narzędzia do monitorowania wzrostu guza i precyzyjnego określania ilościowego wzrostu komórek lub ekspresji genów w każdym punkcie czasowym takiego badania. Zmiany anatomiczne można mierzyć za pomocą techniki o wysokiej rozdzielczości, takiej jak microCT, jednak w przypadku obrazowania podłużnego należy stosować niską dawkę promieniowania rentgenowskiego, aby uniknąć artefaktów biologicznych. Obrazy optyczne i microCT mogą być współrejestrowane w celu uzyskania kombinacji danych funkcjonalnych i anatomicznych, co zapewnia wydobycie maksymalnej ilości informacji z modelu zwierzęcego.
1. Przygotowanie komórek
<ol>
<li>Firma Caliper dostarcza szereg linii komórkowych raka wykazujących ekspresję lucyferazy do badań przedklinicznych w modelach mysich.</li>
<li>MDA-MB-231-luc-D2H2LN to ludzka linia komórkowa guza piersi wykazująca ekspresję genu lucyferazy, która może służyć jako optyczny wskaźnik tumorigenzy in vivo. Linia ta powstała z samoistnej przerzutnej do węzła chłonnego, która wywodzi się z guza w poduszce tłuszczowej piersi D3H1 i znana jest z agresywnego tworzenia przerzutów.</li>
<li>Komórki dostarczane są w formie mrożonej hodowli wolnej od patogenów, która łatwo rośnie w standardowych mediach bez konieczności stosowania markerów selekcyjnych.</li>
<li>Aby zweryfikować aktywność lucyferazy przed wstrzyknięciem do zwierzęcia, pobiera się komórki z kolby o 90% konfluencji metodą trypsynizacji. Aktywność lucyferazy mierzy się poprzez naniesienie 50 000 komórek na płytkę mikrotitracyjną i przeprowadzenie rozcieńczeń seryjnych.</li>
</ol>
2. Wewnątrzsercowe wstrzykiwanie komórek u zwierząt
<ol>
<li>Przed wstrzyknięciem zwierzęta poddaje się anestezji z użyciem 3% izofluranu.</li>
<li>Do lewej komory wstrzykuje się od 1 do 3 milionów komórek w objętości 50ul. Zawiesina komórkowa zawiera 150ug/ml D-Luciferin w celu walidacji techniki wstrzykiwania.</li>
<li>Aby potwierdzić prawidłowe wstrzyknięcie wewnątrzsercowe, myszy poddaje się obrazowaniu w systemie IVIS. Myszy wykazujące sygnał BLI w całym organizmie zostały wstrzyknięte prawidłowo. Jeśli sygnał jest zlokalizowany, oznacza to, że komórki nie zostały prawidłowo wstrzyknięte do serca.</li>
</ol>
3. Obrazowanie BLI w celu monitorowania przerzutów
<ol>
<li>Karetka do obrazowania stabilizuje mysz podczas akwizycji danych zarówno w systemie IVIS Spectrum, jak i w systemie mikroCT QuantumFX.</li>
<li>Karetka pomaga utrzymać zwierzę w tej samej pozycji podczas obrazowania i zawiera markery fiducyjne ułatwiające automatyczną korejestrację. Komora jest połączona z parownikiem isofluranu w celu utrzymania znieczulenia.</li>
<li>Kreator obrazowania w oprogramowaniu Living Image 4.1 może być wykorzystany do automatycznego wyboru czasu ekspozycji, wartości przysłony (f-stop) oraz binningu, co zapewnia ilościowy pobór danych.</li>
<li>W badaniach podłużnych, obejmujących od sekund do miesięcy w zależności od charakteru eksperymentu, można pozyskać i porównać wiele obrazów.</li>
<li>W 6. dobie po wstrzyknięciu komórek obrazowanie BLI w systemie IVIS Spectrum wykazuje przerzuty do kości u siedmiu z dziewięciu myszy.</li>
</ol>
4. Podłużne monitorowanie zmian osteolitycznych przy użyciu mikro-TK
<ol>
<li>Myszy, u których stwierdzono wyraźne przerzuty do kości widoczne w BLI, poddano obrazowaniu w systemie mikro-CT Quantum FX.</li>
<li>System mikro-CT Quantum FX dostarcza wysokiej jakości obrazy przy dawce promieniowania rentgenowskiego na tyle niskiej, aby umożliwić rzeczywiste podłużne badanie mikro-CT w badaniach przedklinicznych.</li>
<li>Degradację kości w obu kończynach można monitorować podłużnie za pomocą tego systemu w czasie krótszym niż minuta.</li>
<li>Myszy są znieczulane 3% izofluranem i mogą być przenoszone bezpośrednio z systemu IVIS Spectrum.</li>
<li>Dwa obrazy o szerokości 60 mm są łączone (zszywane), aby uzyskać widok całego zwierzęcia.</li>
<li>Pole widzenia (FOV) o rozmiarze 30 mm jest idealne do obrazowania stawu kolanowego w wysokiej rozdzielczości.</li>
<li>Pojedynczy skan z rozdzielczością wystarczającą do pomiaru i ilościowego określenia przerzutów do kości trwa zaledwie 18 sekund i dostarcza dawkę zaledwie 13mGy.</li>
<li>Myszy były obrazowane do 8 razy w ciągu 36 dni za pomocą systemu mikro-CT bez wpływu na wzrost guza lub stan zdrowia zwierzęcia.</li>
<li>Obrazowanie mikro-CT wykazało, że zmiany kostne były widoczne w 10. dniu i postępowały bardzo szybko, co odpowiadało zwiększeniu sygnału BLI.</li>
</ol>
5. Trójwymiarowa korejestracja i analiza BLI oraz uCT
<ol>
<li>Po zarejestrowaniu obrazów w systemach IVIS spectrum oraz Quantum FX micro CT, dane można zarejestrować wspólnie w celu stworzenia rekonstrukcji 3D.</li>
<li>Obrazy microCT są eksportowane jako pliki DICOM i wczytywane do narzędzia Living Image 4.1 3D Multi modality.</li>
<li>W oprogramowaniu Living Image należy uruchomić program DLIT, aby przeprowadzić trójwymiarową rekonstrukcję sygnału optycznego.</li>
<li>Do wspólnej rejestracji optycznego sygnału BLI z obrazem micro CT służy narzędzie fiducial w oprogramowaniu.</li>
<li>Zarejestrowane wspólnie zestawy danych można analizować ilościowo w celu monitorowania wielu parametrów podczas progresji choroby; w tym przypadku śledzimy wzrost guza przerzutowego wraz z rozwojem zmiany osteolitycznej w kości.</li>
</ol>

<ol><li>Jenkins, D. E., Hornig, Y. S., Oei, Y., Dusich, J., Purchio, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioluminescent+Human+Breast+Cancer+Cell+Lines+that+Permit+Rapid+and+Sensitive+in+vivo+Detection+of+Mammary+Tumors+and+Multiple+Metastases+in+Immune+Deficient+Mice%5BTitle%5D)+AND+%22Breast+Cancer+Research%22%5BJournal%5D)">Bioluminescent Human Breast Cancer Cell Lines that Permit Rapid and Sensitive in vivo Detection of Mammary Tumors and Multiple Metastases in Immune Deficient Mice.</a> Breast Cancer Research. 7, R444-R454 (2005).</li>
<li>Cowey, S., Szafran, A. A., Kappes, J., Zinn, K. R., Siegal, G. P., Desmond, R. A., Kim, H., Evans, L., Hardy, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Breast+Cancer+Metastasis+to+Bone%3A+Evaluation+of+Bioluminescent+Imaging+and+MicroSPECT%2FCT+for+Detecting+Bone+Metastasis+in+Immunodeficient+Mice%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+and+Experimental+Metastasis%22%5BJournal%5D)">Breast Cancer Metastasis to Bone: Evaluation of Bioluminescent Imaging and MicroSPECT/CT for Detecting Bone Metastasis in Immunodeficient Mice.</a> Clinical and Experimental Metastasis. 24, 389-401 (2007).</li>
<li>Labrinidis, A., Hay, S., Liapis, V., Ponomarev, V., Findlay, D. M., Evdokiou, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zoledronic+Acid+Inhibits+Both+the+Osteolytic+and+Osteoblastic+Components+of+Osteosarcoma+Lesions+in+a+Mouse+Model%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Cancer+Research%22%5BJournal%5D)">Zoledronic Acid Inhibits Both the Osteolytic and Osteoblastic Components of Osteosarcoma Lesions in a Mouse Model.</a> Clinical Cancer Research. 15, (2009).</li>
<li>Kaijzel, E. L., Pluijm, G. vander, Lowik, C. W. G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whole-Body+Optical+Imaging+in+Animal+Models+to+Assess+Cancer+Development+and+Progression%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Cancer+Research%22%5BJournal%5D)">Whole-Body Optical Imaging in Animal Models to Assess Cancer Development and Progression.</a> Clinical Cancer Research. 13, 3490-3497 (2007).</li>
<li>Minn, A. J., Kang, Y., Serganova, I., Gupta, G. P., Giri, D. D., Doubrovin, M., Ponomarev, V., Gerald, W. L., Blasberg, R., Massague, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distinct+Organ-Specific+Metastatic+Potential+of+Individual+Breast+Cancer+Cells+and+Primary+Tumors%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Clinical+Investigation%22%5BJournal%5D)">Distinct Organ-Specific Metastatic Potential of Individual Breast Cancer Cells and Primary Tumors.</a> The Journal of Clinical Investigation. 115, (2005).</li>
<li>Xu, H., Christensen, A., Kuo, C., Nilson, D., Lim, E., Whalen, J., Kim, J. B., Zhang, N., Singh, R., Oldfield, S., Troy, T., Rice, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Co-registration+of+in+vivo+Optical+Tomography+and+Micro-CT+for+Longitudinal+Studies%5BTitle%5D)+AND+%22Word+Molecular+Imaging+Congress%22%5BJournal%5D)">Co-registration of in vivo Optical Tomography and Micro-CT for Longitudinal Studies.</a> Word Molecular Imaging Congress. , (2010).</li>
</ol>

Autorzy są pracownikami firmy Caliper Life Sciences, która produkuje instrument przedstawiony w niniejszym artykule.

Obrazowanie małych zwierząt za pomocą mikro-TK znajduje zastosowanie w monitorowaniu zmian osteolitycznych w warunkach patologicznych, takich jak rozwój nowotworów (Cowey et al. 2007; Labrinidis et al., 2009). Ponieważ obrazowanie bioluminescencyjne guzów znakowanych lucyferazą zostało szeroko wprowadzone w badaniach przedklinicznych, korejestracja obrazów bioluminescencyjnych i mikro-TK pozwoliła na lepsze określenie anatomicznej lokalizacji sygnałów bioluminescencyjnych (Kaijzel et al. 2007). Wcześniejsze badanie z wykorzystaniem linii komórkowej raka piersi MDA-MB-231-luc-D3H2LN znakowanej lucyferazą wykazało obecność przerzutów do kości oraz rozwój zmian osteolitycznych po wstrzyknięciu wewnątrzsercowym (Jenkins et al 2005; Minn et al., 2005). W niniejszej pracy przeprowadziliśmy podłużne badanie przerzutów nowotworowych i aktywności osteolitycznej z wykorzystaniem kombinacyjnego obrazowania optycznego oraz mikro-TK o niskiej dawce promieniowania w systemowym modelu przerzutów MDA-MB-231-luc-D3H2LN. Wykonaliśmy sekwencyjne obrazowanie z użyciem systemów IVIS Spectrum i Quantum FX microCT, a korejestrację bioluminescencji i TK przeprowadziliśmy za pomocą opracowanego przez nas oprogramowania Living Image 4.1 (Heng et al., 2010). Obrazowanie bioluminescencyjne systemem IVIS zapewnia nieinwazyjną detekcję komórek nowotworowych z wysoką czułością, co pozwala na wykrycie guzów we wczesnym stadium. Obrazowanie systemem Quantum FX umożliwia dokładną rekonstrukcję 3D zmian kostnych oraz dostarcza szczegółowych informacji anatomicznych. System Quantum FX oferuje obrazowanie z niską dawką promieniowania, co pozwala na podłużne monitorowanie postępu choroby. Korelacja zmian kostnych i przerzutów nowotworowych została przedstawiona na obrazie korejestrowanym, co wyraźnie zademonstrowało zalety multimodalnego śledzenia rozwoju zmian w czasie.

monitorowanie przerzutów nowotworowych i zmian osteolitycznych za pomocą obrazowania bioluminescencyjnego i mikro-tomografii komputerowej

Monitoring Tumor Metastases and Osteolytic Lesions with Bioluminescence and Micro CT Imaging

Po wewnątrzsercowym podaniu komórek MDA-MB-231-luc-D3H2LN myszom Nu/Nu u zwierząt poddanych procedurze rozwinęły się przerzuty systemowe. Do monitorowania rozprzestrzeniania się i rozwoju komórek nowotworowych po procedurze podania zastosowano obrazowanie bioluminescencyjne przy użyciu systemu IVIS Spectrum, w tym rekonstrukcję DLIT w celu pomiaru sygnału nowotworowego i określenia jego lokalizacji.
Rozwój zmian przerzutowych w tkankach kostnych wywołuje aktywność osteolityczną, a zmiany w kościach piszczelowych i udowych oceniano podłużnie za pomocą mikro-CT. Obrazowanie przeprowadzono przy użyciu systemu Quantum FX micro CT z zastosowaniem szybkiego obrazowania i niskiej dawki promieniowania rentgenowskiego. Niska dawka promieniowania pozwala na przeprowadzenie wielu sesji obrazowania z kumulatywną dawką promieniowania znacznie poniżej LD50. Aby sekwencyjnie obrazować myszy zarówno za pomocą IVIS Spectrum, jak i Quantum FX, użyto urządzenia do transportu myszy, co pozwoliło na dokładne pozycjonowanie zwierząt zarówno w obrazach bioluminescencyjnych, jak i CT. Zbiory danych optycznych i CT zarejestrowano wspólnie w trzech wymiarach przy użyciu oprogramowania Living Image 4.1. To wielomodalne podejście umożliwia jednoczesne, ścisłe monitorowanie wzrostu i rozwoju guza oraz aktywności osteolitycznej.

Eksperymentalny model przerzutów do kości u myszy został ustanowiony po dokardialnym podaniu komórek guza piersi wykazujących ekspresję lucyferazy. Rozwój guza oraz powstałe zmiany osteolityczne monitorowano podłużnie za pomocą obrazowania bioluminescencyjnego oraz mikro-CT.

Monitorowanie przerzutów nowotworowych i zmian osteolitycznych za pomocą obrazowania bioluminescencyjnego i mikro-tomografii komputerowej

Po wewnątrzsercowym podaniu komórek MDA-MB-231-luc-D3H2LN myszom Nu/Nu w zwierzętach, którym wykonano wstrzyknięcie, rozwinęły się przerzuty systemowe. Bioluminescencja ...

<a class="grey_button" href="/video/3353">
Chiński
</a>

monitoring-tumor-metastases-osteolytic-lesions-with-bioluminescence

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Monitorowanie przerzutów nowotworowych i zmian osteolitycznych z wykorzystaniem obrazowania bioluminescencyjnego i mikro-TK

Obrazowanie bioluminescencyjne aktywności czynnika indukowanego hipoksją-1α jest stosowane do monitorowania rozwoju hipoksji guza wewnątrzczaszkowego w mysim modelu przerzutów raka piersi do mózgu.

In vivo obrazowanie bioluminescencyjne dynamiki niedotlenienia guza w przerzutach raka piersi do mózgu w modelu mysim

W patogenezie przerzutów do kości angiogeneza jest procesem kluczowym, w związku z czym stanowi cel obrazowania i terapii. W niniejszej pracy przedstawiamy szczurzy model miejscowych przerzutów raka piersi do kości oraz opisujemy strategie nieinwazyjnego obrazowania angiogenezy in vivo z wykorzystaniem obrazowania rezonansem magnetycznym, wolumetrycznej tomografii komputerowej i ultrasonografii.

Wielomodalne obrazowanie angiogenezy w modelu przerzutów raka piersi do kości u szczurów nago z wykorzystaniem obrazowania rezonansem magnetycznym, wolumetrycznej tomografii komputerowej i ultradźwięków

Modele zwierzęce są często wykorzystywane do badania przerzutów nowotworowych do kości. W niniejszym protokole opiszemy dwie powszechne metody inokulacji guza w badaniach nad przerzutami do kości oraz krótko omówimy niektóre z analiz stosowanych do monitorowania i ilościowego określania tych modeli.

Modele przerzutów do kości

Źródło:Marina Arantes Radicchi1, Victor Carlos Mello1,Victória Paz Machado1, Márcia Cristina Oliveira da Rocha1, Jaqueline Vaz de Oliveira1, Luana Cristina Camargo1,2, Luís Alexandre Muehlmann1, Ricardo Bentes Azevedo1, Sônia Nair Bao1, João Paulo Figueiró Longo11Instytut Nauk Biologicznych, Uniwersytet w Brasílii, 2Zakład Podstawowych Procesów Psychologicznych, Instytut Psychologii, Uniwersytet w BrasíliiTen film przedstawia procedurę śledzenia progresji guza in vivo poprzez wstrzyknięcie...

Obrazowanie bioluminescencyjne progresji guza piersi w modelu mysim płci żeńskiej

Obrazowanie bioluminescencyjne jest dobrze znanym narzędziem do lokalizacji guzów i przerzutów, ale kwantyfikacja tych obrazów często wymaga skomplikowanych obliczeń i specjalnych instrumentów. Opisujemy łatwą w użyciu metodę luminoscore, opartą na precyzyjnych warunkach akwizycji, niewymagającą obliczeń i umożliwiającą monitorowanie obciążenia guzem i odpowiedzi na leczenie w modelach mysich.

Metoda kwantyfikacji guza oparta na bioluminescencji do monitorowania progresji guza i efektów leczenia w modelach chłoniaka myszy

Tutaj używamy obrazowania bioluminescencyjnego, rentgenowskiego i pozytonowej tomografii emisyjnej/tomografii komputerowej, aby zbadać, jak hamowanie aktywności mTOR wpływa na guzy szpiczaka kostnego przeszczepionego szpiczakiem kostnym w modelu ksenoprzeszczepu. Pozwala to na fizjologicznie istotne, nieinwazyjne i multimodalne analizy działania przeciwszpiczaka mózgu terapii ukierunkowanych na guzy szpiczaka kostnego przeszczepione szpiczakiem kostnym in vivo.

Multimodalna bioluminescencyjna i pozytroniczna tomografia emisyjna/tomografia obliczeniowa ksenoprzeszczepów szpiczaka mnogiego szpiku kostnego u myszy NOG

Ta praca wstępnie ustawia zaawansowany protokół do dokładnej oceny obciążenia guza poprzez detekcję zielonego białka fluorescencyjnego i sygnałów bioluminescencji, a także integrację ilościowej techniki wykrywania molekularnego.

Badanie potrójnie ujemnego raka piersi przy użyciu ortotopowego modelu raka piersi

Opisane podejście łączy eksperymentalne testy przerzutów do żył ogonowych z obrazowaniem żywych zwierząt in vivo, aby umożliwić monitorowanie w czasie rzeczywistym powstawania i wzrostu przerzutów raka piersi, a także ilościowe określenie liczby i wielkości przerzutów w płucach.

Łączne wykorzystanie testów przerzutów do żył ogonowych i obrazowania in vivo w czasie rzeczywistym w celu ilościowego określenia kolonizacji przerzutowej raka piersi i obciążenia płuc

Modele przerzutów do kości nie rozwijają przerzutów równomiernie ani ze 100% częstością. Bezpośrednie wstrzyknięcie do komórek nowotworowych kości może spowodować embolizację płuc. Przedstawiamy naszą technikę modelowania pierwotnych guzów kości i przerzutów do kości z wykorzystaniem implantacji przeszczepu guza litego do kości, prowadzącej do powtarzalnego wszczepienia i wzrostu.

Modelowanie pierwotnych guzów kości i przerzutów do kości z implantacją przeszczepu guza litego do kości

Tutaj opisujemy nieinwazyjną metodę monitorowania obejmującą lucyferazy i ekspresję białka zielonej fluorescencji w różnych liniach komórkowych raka piersi. Protokół ten zapewnia technikę monitorowania powstawania guza i kolonizacji przerzutów w czasie rzeczywistym u myszy.

Monitorowanie wzrostu raka piersi i tworzenia kolonii przerzutowych u myszy za pomocą bioluminescencji

Manuskrypt opisuje metodologię ustalania oraz monitorowania wzrostu podłużnego spontanicznych przerzutów do płuc z ortotopowo wstrzykiwanych guzów piersi, które mogą być interwencyjne na wszystkich etapach kaskady przerzutowej.

In vivo (in vivo) Obrazowanie w celu pomiaru spontanicznych przerzutów do płuc komórek guza piersi wstrzykniętych ortotopowo

Poznaj metodę monitorowania przerzutów nowotworowych i zmian osteolitycznych u myszy za pomocą bioluminescencji i mikrotomografii komputerowej. To podejście umożliwia nieinwazyjną analizę progresji choroby.

Monitorowanie przerzutów nowotworowych i zmian osteolitycznych za pomocą bioluminescencji i obrazowania mikrotomografią komputerową (Wideo) | JoVE Journal

Monitorowanie przerzutów nowotworowych i zmian osteolitycznych za pomocą obrazowania bioluminescencyjnego i mikro-tomografii komputerowej

Przeglądaj więcej filmów