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Research Article
Katlyn Pavlik1,2, Kendra Eagleson3, Katarzyna Kempinska1,2, Jacquelyn Del Valle3, Rachel Griffin3, Elizabeth Phelps1, Sarah Marei1, Matti Kiupel4, Rebecca Linton5, Lorenzo F. Sempere1,2
1Precision Health Program,Michigan State University, 2Department of Radiology, College of Human Medicine,Michigan State University, 3Campus Animal Resources,Michigan State University, 4Veterinary Diagnostic Laboratory, College of Veterinary Medicine,Michigan State University, 5Veterinary Medical Center, College of Veterinary Medicine,Michigan State University
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Este protocolo apresenta um procedimento para infusão guiada por imagem no sistema da árvore ductal da glândula mamária de coelho. Demonstramos a infusão controlada de uma solução ablativa à base de etanol contendo agente de contraste de raios-X em todas as aberturas dos tetos por fluoroscopia em tempo real.
O câncer de mama é a segunda principal causa de morte relacionada ao câncer em mulheres. Embora existam poucas intervenções proativas para mulheres de risco médio, a mastectomia profilática é a intervenção mais eficaz e redutora de risco para mulheres de alto risco. No entanto, a mastectomia profilática é um procedimento invasivo que remove todas as células epiteliais mamárias junto com o estroma, tecido adiposo e/ou musculatura circundantes. Nosso objetivo geral de pesquisa é desenvolver um procedimento de entrega intraductal (ID) não invasivo que mate localmente as células epiteliais mamárias, preenchendo toda a árvore ductal com uma solução ablativa. Demonstramos anteriormente que a entrega de etanol como solução ablativa é eficaz em modelos de roedores (camundongos e ratos). Este protocolo apresenta uma entrega ID de solução de etanol a 10-70% contendo iohexol (90-300 mg/mL) como agente de contraste de raios-X no sistema de árvore multiductal da glândula mamária de coelho. A glândula mamária de um coelho (Oryctolagus cuniculus) com um sistema de múltiplos dutos é mais parecida com o peito humano do que com a de outros animais grandes (por exemplo, vacas, ovelhas). Este protocolo de coelho aborda os desafios técnicos de escalabilidade, imagem em tempo real e entrega de ID em um sistema de árvore multiductal em um modelo intermediário de animais de grande porte. Este protocolo estabelece uma entrega de identificação de múltiplos dutos guiada por fluoroscopia com instrumentos, materiais e reagentes que podem ser aplicados diretamente na clínica. A análise tecidual permite otimizar a concentração de etanol para ablação epitelial máxima e dano tecidual colateral mínimo como ponto de partida para futura avaliação inédita em humanos desse procedimento ablativo para prevenção primária do câncer de mama.
O câncer de mama (CM) é a morte mais comum e a segunda maior relacionada ao câncer para mulheres nos Estados Unidos. As projeções para 2025 estimam que haverá 316.950 novos cânceres de mama e 42.170 mulheres morrerão de BC1. Atualmente, a mastectomia profilática bilateral é o procedimento mais eficaz para prevenir o CM. No entanto, este é um procedimento altamente invasivo que envolve uma remoção completa das células epiteliais, das quais surge o carcinoma de mama, e do tecido circundante. Devido à sua invasividade, bem como ao impacto psicológico e social desse procedimento, menos de 50% das mulheres de alto risco são submetidas à mastectomia redutora de risco2. Nós, e outros, desenvolvemos procedimentos de entrega intraductal (ID) para prevenção primária e/ou tratamento local do câncer de mama em modelos de roedores 2,3 como uma alternativa às prevenções e tratamentos atuais. O etanol (EtOH) tem um perfil de baixa toxicidade e segurança bem estabelecido e é utilizado em múltiplas aplicações clínicas, como agentes esclerosantes para tratamento de malformações venosas e como agente ablativo para tratamento local de alguns cânceres3. Normalmente, vários mililitros de EtOH são infundidos ou administrados em concentração de 90-100% nesses procedimentos clínicos. Em nosso trabalho anterior, a entrega de 70% de EtOH diretamente no sistema de árvore ductal de modelos de camundongos e ratos foi eficaz na ablação química de células epiteliais mamárias com danos limitados ao tecido normal adjacente e na prevenção da formação de tumor de mama 4,5,6,7. À medida que este procedimento é ampliado para o sistema de árvore ductal maior de um coelho com um volume luminal maior para a proporção da área da superfície da célula epitelial luminal, exploramos as propriedades ablativas de uma solução com uma porcentagem menor de EtOH (10% a 70%). Com um olhar atento à tradução clínica, raciocinamos que a menor porcentagem de etanol que é eficaz na ablação de células epiteliais será a mais bem tolerada e terá o melhor perfil de segurança.
A confirmação do preenchimento completo da árvore ductal é necessária para garantir que a solução ablativa entrou em contato direto com as células epiteliais mamárias. Em nossos estudos anteriores em modelos de roedores, a visualização de raios-X da(s) árvore(s) ductal(is) infundida(s) por microCT foi usada após o procedimento. Devido ao lapso de tempo necessário para anestesiar, transferir, definir e posicionar o animal para imagem, o Omnipaque (iohexol) aprovado pela FDA ou agentes de contraste de difusão rápida contendo iodo semelhantes não eram adequados para visualização da árvore ductal em roedores 6,8. Descobrimos que os agentes de contraste à base de nanopartículas, especialmente aqueles contendo nanocristal de óxido de tântalo, eram maislentos No entanto, essa confirmação a posteriori por microTC não nos permite monitorar ou controlar a quantidade de volume infundido e se desvia de procedimentos diagnósticos clinicamente estabelecidos, como a ductografia10,11, para visualização da árvore ductal. Assim, um passo fundamental para estabelecer a viabilidade técnica de traduzir esse procedimento de identificação para humanos é demonstrar a visualização da fluoroscopia em tempo real da árvore ductal infundida em um modelo animal de tamanho e complexidade crescentes de suas glândulas mamárias. Este protocolo amplia esse procedimento ablativo de roedores 4,5 para modelos de coelhos. Evolutivamente, anatomicamente e fisiologicamente, as glândulas mamárias de coelhos são mais semelhantes aos seios humanos do que os de roedores ou outros modelos animais de grande porte, como vacas e ovelhas 12,13,14. As coelhas têm quatro pares de glândulas mamárias, cada uma contendo quatro árvores ductais, enquanto os roedores têm apenas uma árvore ductal por glândula mamária. As de coelho podem ser canuladas 15,16 usando um procedimento semelhante à administração de ID de agente de contraste em ductografia clínica na primeira pesquisa clínica em humanos. Portanto, os coelhos fornecem um modelo intermediário prático e relevante de animais de grande porte para a aplicação translacional desse procedimento ablativo de ID em humanos. Este protocolo aborda os desafios técnicos da entrega de ID e imagens in vivo de um sistema de árvore multiductal que não poderiam ter sido abordados em modelos de roedores. Este protocolo utiliza instrumentos, reagentes e materiais compatíveis com a prática clínica atual para visualização de árvores ductais. Assim, o procedimento descrito para infusão guiada por fluoroscopia de solução ablativa à base de etanol contendo iohexol pode ser prontamente implementado e avaliado em ensaios clínicos inéditos em humanos.
Este método foi implementado em nosso laboratório para canular e infundir sequencialmente com sucesso todas as quatro árvores ductais de uma ou mais glândulas mamárias em um coelho, em uma única sessão, com uma solução ablativa à base de etanol contendo um agente de contraste (Figura 1, Figura 2, Figura 3). Este método envolve a infusão da solução ablativa diretamente na abertura do teto canulado com uma agulha de ponta romba de 27 G de um coelho (virgem de 4 meses) em uma mesa de fluoroscopia. Este procedimento é realizado em um animal sob anestesia geral (isoflurano) com tratamento anti-inflamatório peri e pós-procedimento (cetoprofeno, anti-inflamatório não esteróide). A fluoroscopia nos permite monitorar o preenchimento da árvore ductal em tempo real, controlar a taxa e a quantidade de volume dispensado e/ou determinar o sucesso da entrega de ID em cada sistema de árvore individual (Figuras 1, Figura 2, Figura 3). Essa técnica de fluoroscopia se aproxima mais da aplicação clínica pretendida para orientação por imagem do tratamento ablativo e pode ajudar a limitar a dose geral de radiação imposta ao paciente. Este protocolo demonstra que o Omnipaque (iohexol) aprovado pela FDA é um agente de contraste adequado para visualizar o preenchimento inicial da árvore ductal do coelho (Figura 3). Observações por exame macroscópico e análise histológica mostram que uma concentração de etanol de 70% causa rápido dano tecidual dentro e fora da árvore ductal e estendendo-se além da estrutura da glândula mamária (Figura 3). A concentração de etanol na faixa de 10-40% fornece ablação adequada de células epiteliais com menor dano tecidual colateral do que o etanol de 70% (Figura 4). Estudos longitudinais usando este procedimento com tamanho de grupo adequadamente alimentado por solução ablativa e coletas de tecido cronometradas serão necessários para estabelecer parâmetros ideais da solução ablativa para sua avaliação clínica em pacientes humanos.
Todos os experimentos descritos foram conduzidos sob protocolos aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Michigan State University. Os coelhos (Oryctolagus cuniculus) foram cuidados de acordo com o Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório e a Lei de Bem-Estar Animal do USDA em uma instalação credenciada pela AAALAC.
NOTA: Este método foi conduzido em animais brancos da Nova Zelândia virgens (nulíparos) e reprodutores aposentados (multíparos) com idades (4 meses a > 1 ano) e peso (2,6 a 4,2 kg) adquiridos de fontes comerciais. Em nossa experiência, o tamanho do animal determinado pelo peso é mais confiável do que a idade do animal para prever o tamanho das. Geralmente, os animais que pesam mais de 3,3 kg apresentam tetinas adequadas para canulação. O protocolo descrito abaixo concentra-se em animais virgens de 4 a 5 meses de idade e peso superior a 3,3 kg, uma vez que são mais apropriados para estudos de eficácia a longo prazo, cicatrização de feridas, toxicidade e segurança.
1. Preparo pré-operatório
2. Infusão intraductal
3. Imagem de fluoroscopia
4. Cuidados pós-operatórios e recuperação
5. Análise de tecidos
Cada uma das 8 glândulas mamárias de uma coelha contém 4 árvores ductais que se abrem em orifícios independentes dos tetos (Figura 2). Devido à diferença de tamanho e número de árvores ductais por glândula mamária entre roedores (apenas 1 ducto por glândula mamária), os coelhos são um bom modelo intermediário para a tradução humana. Podemos infundir até 400 μL de solução de EtOH a 10-70% para preencher toda a árvore ductal de qualquer glândula mamária de coelhos brancos da Nova Zelândia de 4 meses de idade (Figura 1, Figura 2, Figura 3, Figura 4 4,8,9). Podemos infundir até 4 árvores ductais em até 8 glândulas mamárias com a solução ablativa em uma única sessão. Um projeto experimental típico consiste em infundir 2-3 árvores ductais dentro de uma única glândula mamária em até 4 glândulas mamárias com uma solução ablativa específica contendo agente de contraste de raios-X à base de iodo (Figura 2, Figura 3). Para solução ablativa contendo iohexol (90-300 mg de iodo / mL), a fluoroscopia é realizada durante e / ou após cada infusão para determinar o sucesso individual da infusão de cada árvore ductal com quantidade parcial ou total de solução infundida (Figura 2, Figura 3). A coleta do tecido da glândula mamária permite avaliar como as mudanças na formulação afetam a destruição das células epiteliais mamárias (Figura 4). Essas análises de imagem fornecem informações para entender a solução mais adequada para alcançar a ablação máxima, minimizando os danos aos tecidos circundantes. Determinamos que a solução de EtOH a 10% fornece uma taxa ablativa comparável às soluções ablativas contendo uma porcentagem maior de EtOH (Figura 4).

Figura 1: Fluxo de trabalho do procedimento intraductal. As principais etapas do procedimento de identificação são destacadas. Por favor, veja o vídeo para mais detalhes. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Principais etapas da canulação e infusão intraductal. (A) Injeção de solução salina perpendicular ao teto para dilatar as aberturas ductais para canulação (visão plana mediana). (B) A canulação e o preenchimento de uma árvore ductal (D1) podem ser rastreados com corante azul na solução ablativa (visão plana mediana). (C) A fluoroscopia em tempo real oferece monitoramento preciso e de alta resolução do preenchimento da árvore ductal (D1) com iohexol na solução ablativa (visão do plano dorsal). As aberturas da árvore ductal são numeradas da esquerda para a direita, começando no quadrante superior (D1, quadrante superior esquerdo) e terminando no quadrante inferior (D4, quadrante inferior direito). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Tamanho do teto e entrega bem-sucedida da solução ablativa a vários ductos. Apresentação típica do tamanho das em coelhos brancos da Nova Zelândia. O tamanho do teto varia de acordo com o peso e a idade do coelho. As glândulas mamárias são numeradas do canto superior esquerdo (L1, cervical esquerdo) ao canto inferior direito (R8, inguinal direito). Todas as imagens são mostradas no plano dorsal. (A) Coelho virgem de 2,8 kg (superior) com menores, difíceis de canular, coelho virgem de 3,5 kg (meio) com tetinas adequadas para canulação e coelho multíparo de 4,1 kg (inferior) com maiores, muito mais fáceis de canular. (B) O corante alimentar azul na solução infundida pode ser usado como evidência in vivo de administração intraductal e obturação da árvore ductal. A infusão malsucedida é indicada com um contorno vermelho (entrega de almofada de gordura, superior) e infusões bem-sucedidas com um contorno azul (administração intraductal, média e inferior). Uma solução de EtOH a 70% causa mais danos à pele (eritema) minutos após a infusão (azul escuro, painel médio) em comparação com uma solução a 10% (azul claro, painel inferior). (C) A fluoroscopia fornece evidências in vivo de administração intraductal. Infusão malsucedida (entrega de almofada de gordura, painel superior). Infusão sequencial bem-sucedida de D1 ductal primeiro e D2 árvore ductal segundo (painel inferior esquerdo). A fluoroscopia ao vivo fornece orientação por imagem para preenchimento (setas brancas) da árvore ductal D3 (painel inferior direito); A linha de extensão preenchida com solução ablativa contendo iohexol e pinças para segurar o teto também são visíveis. As barras de escala correspondem a 1 cm em imagens com diferentes ampliações. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Análise tecidual das glândulas mamárias em coelhos brancos da Nova Zelândia após procedimento intraductal com solução ablativa à base de etanol. (A-B) Coloração representativa de H&E de uma glândula mamária inguinal direita de um animal de 4 meses de idade sem tratamento ablativo em comparação com uma glândula mamária inguinal direita de outro animal com tratamento ablativo de EtOH a 10%. As fatias de tecido são cortadas ao longo do plano mediano, de modo que D1 e D3 (árvores ductais esquerdas) são representadas nas mesmas seções de tecido. A visão de tecido inteiro (A) e a visão de alta ampliação (B) exibem efeitos morfológicos e cromáticos da ablação de EtOH na coloração de H&E (painéis superiores) e classes de células epiteliais e estromais deduzidas com base no classificador treinado assistido por computador (painéis inferiores). A barra de escala preta corresponde a 1 mm em A e a barra de escala branca a 100 μm em B. (C) A barra gráfica exibe a distribuição da classe celular em árvores ductais (n > 4 por grupo) tratadas com diferentes concentrações de EtOH ou não tratadas. Os asteriscos indicam o valor-p do teste t de Welch não pareado de cada classe de células por grupo em comparação com sua classe de células correspondente no grupo tratado com 10% de EtOH (* <0,05, ** < 0,01, **** <0,0001). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os autores não têm nada a divulgar.
Este protocolo apresenta um procedimento para infusão guiada por imagem no sistema da árvore ductal da glândula mamária de coelho. Demonstramos a infusão controlada de uma solução ablativa à base de etanol contendo agente de contraste de raios-X em todas as aberturas dos tetos por fluoroscopia em tempo real.
Este trabalho foi apoiado, em parte, pelo National Cancer Institute R01 CA258314 concessão ao LFS. Somos gratos ao Centro Médico Veterinário da MSU pelo uso de seus sistemas de imagem e conhecimento técnico (Luke Syperda e Susan Rosser), aos Recursos Animais do Campus da MSU pela assistência técnica (Rebecca Winget) e às instalações centrais de Análise de Tecidos do Programa de Saúde de Precisão da MSU e ao Centro de Análise e Mapeamento de Bioelementos Quantitativos da MSU (QBEAM) pela assistência técnica.
| Lupa 10X com luz e braçadeira, pescoço de ganso grande | Amazona | B0D982JCZ2 | Para visualização de tetos |
| Seringas de insulina Exel International | Fisher Científico | 14-841-31 | Para injeção periductal de solução salina |
| Agulhas rombas a granel calibre 27 comprimento 0,5 | Tecnologias de Infusão SAI | B27-50 100 Bulk | Para canulação intraductal |
| Evans azul | Sigma | E2129-50G | Para visualização da glândula mamária |
| Sistema de imagem de raios-X fluoroscópico | GE HealthCare | DT-C31-01 | Para aquisição de imagens por fluroscopia |
| Cobertor de aquecimento veterinário HotDog | Hotdog | WC71V | Para procedimento intraductal/preparação pré-operatória |
| Linhas de extensão macho-fêmea, comprimento 12 polegadas | Tecnologias de Infusão SAI | EXT-12 | Para procedimento intraductal |
| Omnipaque 500 mL (350 mg de iodo/mL) | GE Saúde | 0407-1414-72 | Agente de contraste para visualização de raios-X (fluoroscopia) |
| Corante alimentar azul estéril | Mccormick | 930641 | Para visualização da glândula mamária |
| Solução salina tamponada com fosfato estéril (PBS) | ThermoFisher | 14190250 | Para preparação da solução |
| Seringas | BD | 309659 | Para perfusão intraductal |
| V-gel | Docsinnovent | D30001 - 30006 | Para intubação (o número de catálogo depende do tamanho do V-gel) |
| Cetoprofeno | Covetrus | #005488 | Para analgesia |
| cetamina | Covetrus | 71069 | Para analgesia |
| Lidocaína tópica | Covertus | 70859 | Para analgesia |
| xilazina | Covetrus | 80907 | Para anestesia |
| Euthasol | Covetrus | #009444 | Para a eutanásia |
| lubrificante para os olhos | Covetrus | 75848 | Para anestesia |
| atipamezol | Covetrus | 82124 | Para anestesia |
| Banana Chips | Bio-Serv | #F7161 | Para aclimatação |
| Gemas de Fúria | Bio-Serv | #F5136-1 | Para aclimatação |
| Gotas de iogurte | Bio-Serv | #F7200-1 | Para aclimatação |