Самым смертоносным аспектом рака является метастазирование, на долю которого приходится более 90% заболеваемости и смертности, связанных с раком1. Метастазирование является многоступенчатым процессом, и из-за его сложности точные клеточные и молекулярные механизмы, которые управляют распространением и ростом метастазов, до сих пор неизвестны. Чтобы метастазировать, опухолевые клетки в первичной опухоли должны отделиться от соседних клеток и базальной мембраны, пройти через внеклеточный матрикс, интравазатировать, пройти через кровеносные или лимфатические сосуды, экстравазатировать во вторичном месте и, наконец, выжить и образовать вторичные опухоли. В дополнение к свойствам опухолевых клеток, вклад микроокружения, которое включает в себя соседнюю строму наряду с нормальными аналогами раковых клеток, имеет решающее значение для посева и образования метастатических поражений.
Традиционные методы изучения метастатического посева и роста изучают статические состояния, поскольку ткани иссекаются и разрезаются для гистологии. Эти данные лишь создают моментальный снимок этого высокодинамичного процесса. Несмотря на то, что из этих исследований можно извлечь некоторую полезную информацию, сложный процесс, посредством которого опухолевые и стромальные клетки взаимодействуют во время метастатического образования, не может быть адекватно оценен с помощью этих методов. Кроме того, невозможно получить представление о моделях миграции опухолевых или стромальных клеток, которые важны для создания колонии в отдаленном месте. Для эффективного изучения метастатического процесса важно непрерывно и в режиме реального времени визуализировать различные взаимодействия между раковыми клетками и их микроокружением.
Легкое является распространенным местом метастазов из солидных опухолей, таких как рак молочной железы, колоректальный рак, рак поджелудочной железы, меланома и саркома3. Прижизненная визуализация ранее использовалась для изучения межклеточного взаимодействия в различных моделях первичных опухолей и метастазов4,5. Методы визуализации легких у мышей, включая прижизненную визуализацию, визуализацию легочных срезов и анализ метастазов в легкие ex vivo, были опубликованы6–9. При прижизненной визуализации легких мышей используется торакальное отсасывающее окно для стабилизации легких6. Этот метод используется для покадровой визуализации микроциркуляции легких и альвеолярных пространств. Анатомическое расположение легких представляет собой проблему для прижизненной визуализации. Для того, чтобы получить доступ к легким, грудная полость должна быть открыта, что приводит к потере отрицательного давления и коллапсу легких. Этот метод позволяет визуализировать только небольшую часть легких и является технически сложным; Ненужное усложнение в исследованиях, в которых изучаются процессы, не зависящие от кровотока. Кроме того, этот метод также требует ограничения движения, вызванного дыханием. Это делается либо путем сбора изображений между вдохами, либо во время анализа после получения изображений10. Альтернативная визуализация среза легких ex vivo обеспечивает стабильность и глубину, а также подготавливает паренхиму легких к иммуноокрашиванию7. Тем не менее, длительный процесс разделения приводит к значительной задержке между моментом жертвоприношения животных и началом сеанса визуализации. Более того, процесс разрезания легкого мыши вызываетзначительную гибель клеток8, тем самым влияя на качество и количество образцов визуализации и, возможно, из-за необходимости изменяя взаимодействие опухоли и стромы. Для того, чтобы технически соединить методы прижизненной визуализации и визуализации срезов легких, используя при этом преимущества этих двух методов, был разработан относительно быстрый и простой метод визуализации легких ex vivo. Этот метод был достигнут путем визуализации целых долей легких без сечения. С помощью этого метода можно визуализировать подвижность раковых клеток, а также взаимодействие между раковыми клетками и стромальными клетками в их микроокружении в режиме реального времени в течение нескольких часов.