$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Для изучения пролиферативной динамики эпителиальных клеток молочной железы на разных стадиях развития молочной железы был выполнен описанный протокол. Конструкция R.MIW изображена на рисунке 1, а процедура имплантации R.MIW обобщена на рисунке 2. R.MIW хирургически имплантируется между молочной железой и кожей. Шов используется для удержания внутри оконного кольца и предотвращения натягивания мышами швов (рисунок 2). Швы, удерживающие R.MIW, изготовлены из нерассасывающегося шелка, который обладает гипоаллергенными свойствами, мягкой текстурой и прост в обращении. Кольцо R.MIW изготовлено из титана, одного из наиболее биосовместимых материалов, которые не способствуют воспалению или некрозу после имплантации21. Если соблюдаются асептические условия и швы хорошо выполнены, имплантация молочной железы R.MIW представляет низкий риск послеоперационных осложнений. Кроме того, в отличие от имплантации окна абдоминальной визуализации22, имплантация R.MIW не является ограничивающим фактором для выживания мышей, поскольку молочная железа не является жизненно важным органом и позволяет ежедневно визуализировать до предела, указанного в этическом протоколе. Единственным фактором, ограничивающим продолжительность имплантации окна, является гомеостатический оборот кожи, который со временем приведет к выпадению швов через 4 – 6 недель. Поэтому важно регулярно проверять устойчивость швов. При желании швы могут быть сняты и заменены новым швом в асептических условиях (как описано в шагах 3.5 - 3.8) для обеспечения устойчивости окна.
Основной проблемой при использовании многодневного подхода к визуализации является отслеживание рентабельности инвестиций в последовательные дни. С этой целью можно включить быстрое обзорное сканирование перед выбором ROI(s) (рисунок 3B). Несколько тканевых ориентиров могут быть использованы для отслеживания одной и той же области ткани, включая сигнал коллагеновой сети (визуализируется вторым поколением гармоник), структуру ткани, а также локальные паттерны клеток дифференциально или стохастически меченые красителями или флуоресцентными белками (рисунок 3B). В этом репрезентативном примере R.MIW был имплантирован на 4-ю молочную железу MMTV-PyMT; R26-CreERT2het; R26-Confettihet самка мыши в начале пальпируемого опухолевого образования. Впоследствии стохастическая рекомбинация индуцировалась инъекцией 1,5 мг тамоксифена, что приводило к рекомбинации конструкции Конфетти в некоторых клетках (рисунок 3C). За рекомбинированными опухолевыми клетками наблюдали в течение 20 дней (рисунок 3B,C). Если визуализация одной и той же области молочной железы в течение последовательных дней исключена, окно может быть открыто в асептической среде (как описано на этапе 5.1) для дальнейшего очищения и перемещения ткани для улучшения видимости и получения изображения (рисунок 3A).
С помощью этого метода за развивающейся молочной железой в период полового созревания наблюдали на одноклеточном уровне. Повторный IVM через R.MIW проводили с использованием R26-CreERT2het; R26-mTmGhet самки мышей в возрасте 4-6 недель, у которых все клетки помечены мембраной tdTomato (рисунок 4A)23. Мышам вводили низкую дозу тамоксифена (0,2 мг/25 г массы тела), что приводило к спорадической рекомбинации конструкции mTmG, вызывая изменение от красного к зеленому в некоторых клетках во всех тканях, включая молочную железу (рисунок 4B). Те же ROI были пересмотрены в течение нескольких дней для визуализации морфологических изменений в молочной железе, включая удлинение протоков и ветвление протоков (рисунок 4C) при клеточном разрешении. Важно отметить, что эта комбинация стохастической маркировки клеток и многодневного IVM также позволяет визуализировать динамические изменения протоковой среды, такие как динамика одиночных клеток в строме, окружающей удлиняющиеся и ветвящиеся протоки (рисунок 4D), а также клеточную динамику в паховом лимфатическом узле (рисунок 4E).

Рисунок 4: Многодневный IVM пубертатного ветвящегося морфогенеза. (A) Пубертат R26-CreERT2; Мышам R26-mTmG в возрасте от 4 до 6 недель вводили низкую дозу тамоксифена, приводящую к cre-опосредованной рекомбинации аллеля R26-mTmG , и их визуализировали на 1, 3 и 5 днях, чтобы проследить динамические изменения в развивающейся молочной железе. (B) Схематическое изображение мышиной конструкции R26-mTmG , которая в нерекомбинированных условиях приводит к повсеместной экспрессии мембранного tdTomato (mT). При cre-опосредованной рекомбинации mT переключается на экспрессию мембранного eGFP (mG). (C) 3D-рендеринг удлиняющегося и ветвящегося молочного протока в течение нескольких дней, визуализированного через R.MIW в R26-CreERT2; R26-mTmG самка мыши в возрасте 6 недель. (D) Одиночные Z-плоские изображения ветвящегося наконечника (верхние панели) и удлиняющейся ветви (нижние панели). mT изображен красным цветом, а mG в голубом, шкала представляет 100 мкм (A и B). Одиночные клетки в строме выделены белыми звездочками. Обратите внимание, что интенсивность сигнала была увеличена вручную, чтобы выделить отдельные клетки в строме, что привело к слегка переэкспонированному появлению эпителиальных клеток молочной железы. (E) Репрезентативные изображения пахового лимфатического узла R26-CreERT2; Женская мышь R26-mTmG , изображенная через R.MIW, показывает обзорное сканирование плитки (левая панель), масштабирование изображений (правые панели) одной Z-плоскости (вверху) и 3D-рендеринг (внизу). Вторая генерация гармоник (коллаген I) показана зеленым цветом, mT красным цветом и mG в голубом. Шкалы представляют собой 500 мкм (обзор tilescan) и 100 мкм (масштабирование изображений). Фигурные панели C и D изменены по сравнению с Messal et al. 2. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Аналогичным образом, во взрослой молочной железе предлагаемый подход R.MIW позволяет визуализировать одни и те же проточные структуры в течение нескольких дней с бескомпромиссной видимостью. Даже использование менее ярких флуоресцентных репортерных моделей24, таких как модель мыши Cdh1-mCFP (Ecadherin-mCFP), позволяет визуализировать стабильность протоков и тонкие морфологические изменения при клеточном разрешении (рисунок 5). Обратите внимание, что видимость между 3 и 5 днем значительно улучшилась после репозиционирования тканей (рисунок 5).

Рисунок 5: Многодневная визуализация взрослой молочной железы. 3D-визуализация структуры протоков молочной железы взрослой самки Cdh1-mCFP (голубой, отмечающий экспрессию экадхерин-положительных просветных клеток) мыши в течение нескольких последовательных дней. Коллагеновый паттерн I (второе поколение гармоник, пурпурный) использовался для отслеживания той же рентабельности инвестиций, а сигнал Cdh1-mCFP использовался для маркировки проточных (просветных) клеток. Отметим, что видимость после 3 дня была улучшена за счет открытия крышки R.MIW и репозиционирования ткани. Шкалы представляют 100 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Для оценки пролиферативной гетерогенности эпителиальных клеток молочной железы во время гормонального цикла на одноклеточном уровне была использована фотоконвертируемая мышь-репортер Kikume Green-Red (KikGR) модели25,26, которая имеет повсеместную экспрессию белка KikGR. KikGR представляет собой яркий флуорофор, который подвергается зелено-красному преобразованию при воздействии фиолетового света, а соотношение красный/зеленый может быть использовано в качестве прокси для пролиферативной активности клетки2 (рисунок 6A, B). Используя подход R.MIW, мы наблюдали за теми же клетками в протоковом дереве взрослой молочной железы в течение нескольких дней и обнаружили ранее непредвиденную пролиферативную гетерогенность по всему протоковому дереву (рисунок 6C). Высокие и низкие пролиферативные клетки были равномерно распределены по различным преобразованным областям (рисунок 6C,D). Поразительно, что на местном уровне соседние клетки показали большие различия в соотношении красного и зеленого (рисунок 6C, D). Количественная оценка соотношения красный/зеленый различных клеток (в качестве прокси для их пролиферативной активности) через 10 дней после фотопреобразования выявила весьма изменчивые скорости разбавления некоторых клеток в пределах одной и той же микросреды протоков (рисунок 6E). Вместе эти данные показывают замечательную локальную пролиферативную гетерогенность внутри взрослой молочной железы и в то же время глобальную равномерную скорость оборота.

Рисунок 6: Продольное IVM пролиферативной гетерогенности во взрослой молочной железе с использованием мышиной модели KikGR. (A) Мыши KikGR были сфотографированы на 0-й день до и после воздействия фиолетового света. Сеансы визуализации повторялись на 2, 6 и 10 день после преобразования. (B) Схематическое изображение гипотетических результатов при фотопреобразовании эпителиальных клеток молочной железы KikGR после пролиферации (левая панель) и отсутствия пролиферации (правая панель) в зависимости от времени. (C) Одна и та же область молочной железы была сфотографирована с помощью R.MIW в течение 10 дней. Меньшие области были преобразованы на 0-й день и показывают аналогичную скорость разбавления красного сигнала Кикумэ с течением времени, что указывает на равную скорость оборота по всему эпителию. (D) Увеличенные изображения (одиночные Z-плоскости) указанных областей на панели C показывают пролиферативную гетерогенность на клеточном уровне через 6 и 10 дней после фотопреобразования. Шкалы представляют собой 100 мкм (панель C) и 10 мкм (панель D). (E) Количественная оценка соотношения красного/зеленого цветов случайно выбранных ячеек (n = 48 ячеек) в трех фотопреобразованных областях. Высокое соотношение красного/зеленого цветов свидетельствует о низкой скорости разбавления и низкой пролиферативной активности, тогда как низкое соотношение красный/зеленый свидетельствует о высокой скорости разбавления и пролиферации. Фигурные панели C-E были изменены по сравнению с Messal et al. 2. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.