Доброкачественные и злокачественные заболевания поджелудочной железы потенциально опасны для жизни, при этом существуют значительные пробелы в понимании их патофизиологии. Панкреатит – воспаление поджелудочной железы – является третьей по значимости причиной госпитализаций и повторных госпитализаций в связи с желудочно-кишечными заболеваниями в США и связан со значительной заболеваемостью, смертностью и социально-экономическим бременем. Протоковая аденокарцинома поджелудочной железы (PDAC), занимающая третье место среди основныхпричин смертности, связанной с раком, является причиной большинства злокачественных новообразований поджелудочной железы3 и предвещает низкую 5-летнюю выживаемость — всего 11%2. Основной причиной смертности, связанной с раком, при PDAC является чрезмерная метастатическая нагрузка. К сожалению, у большинства пациентов наблюдается метастатическое заболевание. Таким образом, понимание динамики метастазирования при PDAC является критической неудовлетворенной потребностью в области исследования рака.
Механизмы, лежащие в основе воспаления и метастатического каскада поджелудочной железы, плохо изучены. Основной причиной этого пробела в знаниях является невозможность наблюдать клеточную динамику поджелудочной железы in vivo. Непосредственное наблюдение за этой клеточной динамикой обещает выявить важнейшие мишени для использования и улучшения диагностики и лечения пациентов с заболеваниями поджелудочной железы.
Прижизненная визуализация (ВВИ) — это метод микроскопии, который позволяет исследователям визуализировать и изучать биологические процессы у живых животных в режиме реального времени. IVI позволяет с высоким разрешением напрямую визуализировать динамику внутриклеточной и микроокружающей среды in vivo и в естественной среде рассматриваемого биологического процесса. Таким образом, IVI позволяет in vivo наблюдать за здоровыми и патологическими процессами.
Современные методы визуализации всего тела, такие как МРТ, ПЭТ и КТ, обеспечивают превосходное изображение целых органов и могут выявлять патологии еще до появления клинических симптомов4. Однако они не способны достичь одноклеточного разрешения или выявить самые ранние стадии заболевания – панкреатита или злокачественных новообразований.
В предыдущих исследованиях для наблюдения за доброкачественными и злокачественными заболеваниями кожи5,6, молочной железы7, легких8, печени9, головного мозга10 и поджелудочной железы 11 использовалось одноклеточное разрешение, что привело к пониманию механизмов прогрессирования заболевания12. Тем не менее, поджелудочная железа мышей создает значительные препятствия для достижения разрешения одной клетки с помощью IVI, в первую очередь из-за ее глубокого висцерального расположения и высокой податливости. Кроме того, это разветвленный, диффузно распределенный орган в брыжейке, который соединяется с селезенкой, тонкой кишкой и желудком, что затрудняет доступ к нему. Ткань также очень чувствительна к движению, вызванному прилегающей перистальтикой и дыханием. Минимизация движения поджелудочной железы имеет важное значение для микроскопии с одноклеточным разрешением, поскольку артефакты движения даже в несколько микрон могут размывать и искажать изображения, что делает невозможным отслеживание динамики отдельных клеток13.
Для проведения ВВИ хирургическим путем должно быть имплантировано окно визуализации брюшной полости (AIW) 9,11. Для хирургической имплантации AIW в брюшную стенку вшивается металлическая оконная рама. После этого интересующий орган крепится к каркасу с помощью цианоакрилатного клея. Хотя этого достаточно для некоторых жестких внутренних органов (например, печени, селезенки, ригидных опухолей), попытки визуализации здоровой поджелудочной железы мышей нарушаются из-за неоптимальной латеральной и осевой стабильности из-за податливой текстуры ткани и сложной архитектуры14. Чтобы устранить это ограничение, Park et al.14 разработали окно визуализации, специально предназначенное для здоровой поджелудочной железы. Это окно визуализации поджелудочной железы (PIW) сводит к минимуму влияние кишечника и дыхания за счет горизонтальной металлической полки в оконной раме, прямо под покровным стеклом, стабилизируя ткань и поддерживая ее контакт с покровным стеклом. Несмотря на то, что PIW обеспечивает повышенную латеральную стабильность, мы обнаружили, что это окно по-прежнему демонстрирует осевой дрейф и дополнительно препятствует визуализации крупных солидных опухолей из-за узкого зазора между металлической полкой и покровным стеклом15.
Чтобы устранить эти ограничения, мы разработали S-табилизированный W-индудля визуализации мышиного P-ancreas(SWIP), имплантируемое окно визуализации, способное обеспечить стабильную долгосрочную визуализацию как здоровой, так и больной поджелудочной железы (рис. 1)15. Здесь мы предоставляем исчерпывающий протокол хирургической процедуры, используемой для имплантации SWIP. Хотя основной целью было изучение динамических механизмов, участвующих в метастазировании, этот метод также может быть использован для изучения различных аспектов биологии и патологии поджелудочной железы.