RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ru_RU
Menu
Menu
Menu
Menu
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
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Этот протокол представляет собой процедуру инфузии под визуальным контролем в протоковую систему дерева молочной железы кролика. Мы демонстрируем контролируемую инфузию абляционного раствора на основе этанола рентгеноконтрастного вещества во все отверстия сосков с помощью рентгеноскопии в реальном времени.
Рак молочной железы является второй по значимости причиной смерти женщин от рака. Несмотря на то, что существует несколько упреждающих вмешательств для женщин со средним риском, профилактическая мастэктомия является наиболее эффективным вмешательством, снижающим риск, для женщин с высоким риском. Тем не менее, профилактическая мастэктомия — это инвазивная процедура, при которой удаляются все эпителиальные клетки молочной железы вместе с окружающей стромой, жировой тканью и/или мускулатурой. Наша общая цель исследования заключается в разработке неинвазивной процедуры внутрипротоковой (ID) доставки, которая локально убивает эпителиальные клетки молочной железы путем заполнения всего протокового дерева абляционным раствором. Ранее мы продемонстрировали, что ID-доставка этанола в виде абляционного раствора эффективна на моделях грызунов (мышей и крыс). Этот протокол представляет собой подачу 10-70% раствора этанола, содержащего йогексол (90-300 мг/мл) в качестве рентгеноконтрастного агента, в систему многопротоковых деревьев молочной железы кролика. Молочная железа кролика (Oryctolagus cuniculus) с системой нескольких протоков больше похожа на человеческую грудь, чем у других крупных животных (например, коров, овец). Этот протокол для кроликов решает технические проблемы, связанные с масштабируемостью, визуализацией в реальном времени и доставкой идентификаторов в систему многоканального дерева в промежуточной модели для крупных животных. Этот протокол предусматривает доставку многоканального ID под контролем рентгеноскопии с инструментами, материалами и реагентами, которые могут быть непосредственно применены в клинике. Анализ тканей позволяет оптимизировать концентрацию этанола для максимальной эпителиальной абляции и минимального повреждения сопутствующих тканей в качестве отправной точки для будущей первой оценки на человеке этой абляционной процедуры для первичной профилактики рака молочной железы.
Рак молочной железы (РМЖ) является наиболее распространенным и вторым по величине уровнем смертности, связанной с раком, среди женщин в Соединенных Штатах. Прогнозы на 2025 год показывают, что будет зарегистрировано 316 950 новых случаев рака молочной железы, и 42 170 женщин умрут от BC1. В настоящее время двусторонняя профилактическая мастэктомия является наиболее эффективной процедурой для профилактики РМЖ. Тем не менее, это высокоинвазивная процедура, которая предполагает полное удаление эпителиальных клеток, из которых возникает карцинома молочной железы, и окружающих тканей. Из-за своей инвазивности, а также психологического и социального воздействия этой процедуры, менее 50% женщин с высоким риском подвергаются мастэктомии, снижающей риск2. Мы, как и другие, разработали процедуры внутрипротокового (ID) введения для первичной профилактики и/или местного лечения рака молочной железы у грызунов моделей 2,3 в качестве альтернативы существующим методам профилактики и лечения. Этанол (EtOH) обладает низким профилем токсичности и безопасности, который хорошо известен и используется во многих клинических применениях, таких как склерозирующие агенты для лечения венозных мальформаций и в качестве абляционного агента для местного лечения некоторых видоврака. Как правило, в этих клинических процедурах вводится или доставляется несколько миллилитров EtOH в концентрации 90-100%. В нашей предыдущей работе доставка 70% EtOH непосредственно в систему протокового дерева моделей мышей и крыс была эффективной для химической абляции эпителиальных клеток молочной железы с ограниченным повреждением прилегающих нормальных тканей, а также для предотвращения образования опухолей молочной железы 4,5,6,7. Поскольку эта процедура масштабируется до более крупной системы протоковых деревьев кролика с большим отношением объема света к площади поверхности люминального эпителия, мы исследуем абляционные свойства раствора с более низким процентом EtOH (от 10% до 70%). В поисках клинического перевода мы полагаем, что самый низкий процент этанола, который эффективен в удалении эпителиальных клеток, будет наиболее хорошо переносимым и иметь наилучший профиль безопасности.
Подтверждение полного пломбирования протокового дерева необходимо для того, чтобы гарантировать, что аблятивный раствор вступил в непосредственный контакт с эпителиальными клетками молочной железы. В наших предыдущих исследованиях на моделях грызунов после процедуры использовалась рентгеновская визуализация введенных протоковых деревьев с помощью микрокомпьютерной томографии. Из-за требуемого времени для обезболивания, перемещения, установки и позиционирования животного для визуализации, одобренный FDA Omnipaque (иогексол) или аналогичные быстро диффундирующие контрастные вещества, содержащие йод, не подходили для визуализации протоковых деревьев у грызунов 6,8. Мы обнаружили, что контрастные вещества на основе наночастиц, особенно содержащие нанокристаллы оксида тантала, медленнее диффундируют и больше подходят для визуализации протоковых деревьев у грызунов 6,7,8,9. Тем не менее, это апостериорное подтверждение с помощью микрокомпьютерной томографии не позволяет нам отслеживать или контролировать количество введенного объема и отклоняется от клинически установленных диагностических процедур, таких как дуктография10,11, для визуализации протокового дерева. Таким образом, ключевым шагом к установлению технической возможности трансляции этой процедуры ИД на человека является демонстрация рентгеноскопии визуализации введенного протокового дерева в режиме реального времени на животной модели с возрастающим размером и сложностью его молочных желез. Этот протокол масштабирует эту абляционную процедуру от грызунов 4,5 до кроличьих моделей. Эволюционно, анатомически и физиологически молочные железы кроликов больше похожи на человеческую грудь, чем на молочные железы грызунов или других крупных животных, таких как коровы и овцы. Самки кроликов имеют четыре пары молочных желез, каждая из которых содержит четыре протоковых дерева, в то время как грызуны имеют только одно протоковое дерево на молочную железу. Соски кролика могут быть канюлированы15,16 с использованием процедуры, аналогичной введению контрастного вещества в клинической дуктографии в первом клиническом исследовании на человеке. Таким образом, кролики представляют собой практичную и актуальную промежуточную модель крупного животного для трансляционного применения этой абляционной процедуры ИД к человеку. Этот протокол решает технические проблемы, связанные с доставкой идентификаторов и визуализацией in vivo многоканальной системы дерева, которые не могли быть решены на моделях грызунов. В этом протоколе используются инструменты, реагенты и материалы, совместимые с современной клинической практикой для визуализации протоковых деревьев. Таким образом, описанная процедура инфузии абляционного раствора на основе этанола под контролем рентгеноскопии может быть легко реализована и оценена в первых клинических испытаниях на людях.
Этот метод был реализован в нашей лаборатории для успешного канюлирования и последовательного введения всем четырем протоковым деревьям одной или нескольких молочных желез кролика за один сеанс абляционным раствором на основе этанола, содержащим контрастное вещество (рис. 1, рис. 2, рис. 3). Этот метод включает в себя введение абляционного раствора непосредственно в отверстие канюлированного соска с помощью иглы с тупым наконечником 27 г кролика (4-месячного девственника) на рентгеноскопическом столе. Эта процедура проводится животному под общим наркозом (изофлуран) с пери- и постпроцедурным противовоспалительным лечением (кетопрофен, нестероидный противовоспалительный препарат). Рентгеноскопическая визуализация позволяет нам контролировать заполнение протокового дерева в режиме реального времени, контролировать скорость и количество выдаваемого объема и/или определять, насколько успешна доставка ID в каждой отдельной системе дерева (Рисунки 1, Рисунок 2, Рисунок 3). Этот метод рентгеноскопии более приближен к предполагаемому клиническому применению для визуального контроля абляционного лечения и может помочь ограничить общую дозу облучения, налагаемую на пациента. Этот протокол демонстрирует, что одобренный FDA Omnipaque (иогексол) является подходящим контрастным веществом для визуализации первоначального заполнения протокового дерева кролика (Рисунок 3). Наблюдения при тщательном осмотре и гистологическом анализе показывают, что концентрация этанола в 70% вызывает быстрое повреждение тканей внутри и за пределами протокового дерева и выходит за пределы структуры молочной железы (Рисунок 3). Концентрация этанола в диапазоне 10-40% обеспечивает адекватную абляцию эпителиальных клеток с меньшим повреждением коллатеральных тканей, чем 70% этанол (Рисунок 4). Потребуются лонгитюдные исследования с использованием этой процедуры с соответствующим размером группы на абляционный раствор и временными сборами тканей для установления оптимальных параметров абляционного раствора для его клинической оценки у пациентов.
Все описанные эксперименты проводились в соответствии с протоколами, утвержденными Комитетом по уходу за животными и их использованию в Университете штата Мичиган. Кролики (Oryctolagus cuniculus) ухаживали в соответствии с Руководством по уходу за лабораторными животными и их использованием и Законом о благополучии животных Министерства сельского хозяйства США в учреждении, аккредитованном AAALAC.
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот метод проводили на девственных (нерожавших) и вышедших на пенсию заводчиков (многородящих) животных породы новозеландской белой породы в возрасте (от 4 месяцев до > 1 года) и весе (от 2,6 до 4,2 кг), полученных из коммерческих источников. По нашему опыту, размер животного, определяемый по весу, более надежен, чем возраст животного, чтобы предсказать размер сосков. Как правило, животные весом более 3,3 кг поставляются с подходящими сосками для канюляции. Описанный ниже протокол ориентирован на девственных животных в возрасте 4-5 месяцев и весом более 3,3 кг, поскольку они больше подходят для долгосрочных исследований эффективности, заживления ран, токсичности и безопасности.
1. Предоперационная подготовка
2. Внутрипротоковая инфузия
3. Рентгеноскопия
4. Послеоперационный уход и восстановление
5. Анализ тканей
Каждая из 8 молочных желез самки кролика содержит 4 протоковых дерева, которые открываются у независимых отверстий соска (рис. 2). Из-за разницы в размерах и количестве протоковых деревьев на молочную железу у грызунов (всего 1 проток на молочную железу), кролики являются хорошей промежуточной моделью для человеческого перевода. Мы можем ввести до 400 μL 10-70% раствора EtOH для заполнения всего протокового дерева любой молочной железы 4-месячных кроликов новозеландской белой породы (Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4 4,8,9). Аблятивным раствором можно ввести до 4 протоковых деревьев в 8 молочных желез за один сеанс. Типичный план эксперимента заключается во введении 2-3 протоковых деревьев в пределах одной молочной железы в 4 молочных железах специальным абляционным раствором, содержащим рентгеновское контрастное вещество на основе йода (Рисунок 2, Рисунок 3). Для абляционного раствора, содержащего иогексол (90-300 мг йода/мл), рентгеноскопию проводят во время и/или после каждой инфузии для определения индивидуального успеха введения частичного или полного количества инфузионного раствора в каждом протоковом дереве (рис. 2, рис. 3). Забор ткани молочной железы позволяет оценить, как изменения в рецептуре влияют на разрушение эпителиальных клеток молочной железы (Рисунок 4). Эти визуализирующие анализы предоставляют информацию, позволяющую понять наиболее подходящее решение для достижения максимальной абляции при минимизации повреждения окружающих тканей. Мы определили, что 10% раствор EtOH обеспечивает сопоставимую скорость абляции с абляционными растворами, содержащими более высокий процент EtOH (рис. 4).

Рисунок 1: Рабочий процесс внутрипротоковой процедуры. Выделены ключевые этапы процедуры идентификации. Пожалуйста, посмотрите видео для получения более подробной информации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Основные этапы внутрипротоковой канюляции и инфузии. (А) Инъекция физиологического раствора перпендикулярно соску для расширения отверстий протоков для канюляции (вид в срединной плоскости). (B) Канюляция и заполнение протокового дерева (D1) можно отслеживать с помощью синего красителя в абляционном растворе (вид в срединной плоскости). (C) Рентгеноскопическая визуализация в режиме реального времени обеспечивает точный мониторинг заполнения протокового дерева (D1) с высоким разрешением йогексолом в абляционном растворе (вид в дорсальной плоскости). Отверстия в виде дерева воздуховодов нумеруются слева направо, начиная с верхнего квадранта (D1, левый верхний квадрант) и заканчивая нижним квадрантом (D4, правый нижний квадрант). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: Размер соски и успешная доставка абляционного раствора в несколько воздуховодов. Типичное представление размеров сосков у кроликов новозеландской белой породы. Размер соски варьируется в зависимости от веса и возраста кролика. Молочные железы пронумерованы от верхнего левого угла (L1, левый шейный) до нижнего правого (R8, правый паховый). Все изображения показаны в дорсальной плоскости. (A) Девственный кролик весом 2,8 кг (вверху) с меньшими сосками, трудно поддающийся канюлированию, девственный кролик весом 3,5 кг (средний) с подходящими сосками для канюляции, и многородящий кролик весом 4,1 кг (внизу) с большими сосками, который гораздо легче канюлируется. (В) Синий пищевой краситель в инфузионном растворе может быть использован in vivo в качестве доказательства внутрипротоковой доставки и заполнения протокового дерева. Неудачная инфузия обозначается красным контуром (доставка жирового пакета, верх), а успешные инфузии – синим контуром (внутрипротоковая доставка, середина и низ). 70% раствор EtOH вызывает больше повреждений кожи (эритема) через несколько минут после инфузии (темно-синий, средняя панель) по сравнению с 10% раствором (светло-голубой, нижняя панель). (В) Рентгеноскопия предоставляет in vivo доказательства внутрипротокового рода. Неудачная инфузия (доставка жирового пакета, верхняя панель). Успешная последовательная инфузия сначала протокового D1 и второго протокового дерева D2 (нижняя левая панель). Рентгеноскопия в реальном времени обеспечивает визуальное наведение на пломбирование (белыми стрелками) протокового дерева D3 (нижняя правая панель); Также видна линия разгибания, заполненная абляционным раствором, содержащим Iohexol, и щипцы для удержания соска. Масштабные линейки соответствуют 1 см на изображениях при разном увеличении. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 4: Анализ тканей молочных желез у новозеландских белых кроликов после внутрипротоковой процедуры абляционным раствором на основе этанола. (A-B) Репрезентативное H&E-окрашивание правой паховой молочной железы 4-месячного животного без абляционного лечения по сравнению с правой паховой молочной железой другого животного с 10% абляционным лечением EtOH. Срезы тканей разрезаются по срединной плоскости, поэтому D1 и D3 (деревья левых протоков) представлены на одних и тех же срезах ткани. На снимке всей ткани (А) и снимке с большим увеличением (В) показаны морфологические и хроматические эффекты абляции EtOH на окрашивание H&E (верхние панели) и выведены классы эпителиальных и стромальных клеток на основе компьютерно обученного классификатора (нижние панели). Черная масштабная линейка соответствует 1 мм в А , а белая масштабная линейка — 100 мкм в В. (C) Линейка графика показывает распределение классов клеток в протоковых деревьях (n > 4 в группе), обработанных различными концентрациями EtOH или оставленных необработанными. Звездочками обозначено p-значение непарного t-критерия Уэлча для каждого класса клеток в каждой группе по сравнению с соответствующим классом клеток в группе с 10% EtOH (* <0,05, ** < 0,01, **** <0,0001). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Авторам нечего раскрывать.
Этот протокол представляет собой процедуру инфузии под визуальным контролем в протоковую систему дерева молочной железы кролика. Мы демонстрируем контролируемую инфузию абляционного раствора на основе этанола рентгеноконтрастного вещества во все отверстия сосков с помощью рентгеноскопии в реальном времени.
Эта работа была поддержана, в частности, Национальным институтом рака R01 CA258314 грантом для LFS. Мы благодарны Ветеринарному медицинскому центру МГУ за использование их систем визуализации и техническому опыту (Люк Сиперда и Сьюзан Россер), MSU Campus Animal Resources за техническую помощь (Ребекка Уингет), а также основному центру Программы точного здравоохранения МГУ по анализу тканей и Центру количественного анализа и картирования биоэлементов МГУ (QBEAM) за техническую помощь.
| 10-кратное увеличительное стекло со светом и зажимом, большая гусиная шея | Амазонка | B0D982JCZ2 | Для визуализации сосков |
| Инсулиновые шприцы Exel International | Научный центр Фишера | 14-841-31 | Для перипротоковых инъекций физиологического раствора |
| Объемные тупые иглы калибра 27 длина 0,5 | Инфузионные технологии SAI | B27-50 100 Сыпучий | Для внутрипротоковой канюляции |
| Эванс синий | Сигма | Э2129-50Г | Для визуализации молочных желез |
| Рентгеноскопическая система рентгеновской визуализации | GE HealthCare | DT-C31-01 | Для получения изображений флуроскопии |
| Ветеринарное согревающее одеяло HotDog | Хотдог | WC71V | Для внутрипротоковой процедуры/предоперационной подготовки |
| Удлинители мужские-женские, длина 12 дюймов | Инфузионные технологии SAI | EXT-12 | Для внутрипротоковой процедуры |
| Omnipaque 500 мл (350 мг йода/мл) | GE Healthcare | 0407-1414-72 | Контрастное вещество для рентгеновской визуализации (рентгеноскопии) |
| Стерильный синий пищевой краситель | Маккормик | 930641 | Для визуализации молочных желез |
| Стерильный фосфатно-солевой буфер (PBS) | ТермоФишер | 14190250 | Для приготовления раствора |
| Шприцы | БД | 309659 | Для внутрипротоковой инфузии |
| V-гель | Доксинновент | Д30001 - 30006 | Для интубации (каталожный номер зависит от размера V-геля) |
| Кетопрофен | Коветрус | #005488 | Для обезболивания |
| кетамин | Коветрус | 71069 | Для обезболивания |
| Лидокаин для местного применения | Коверт | 70859 | Для обезболивания |
| ксилазин | Коветрус | 80907 | Для анестезии |
| Эвтасол | Коветрус | #009444 | Для эвтаназии |
| Лубрикант для глаз | Коветрус | 75848 | Для анестезии |
| атипамезол | Коветрус | 82124 | Для анестезии |
| Банановые чипсы | Био-Серв | #F7161 | Для акклиматизации |
| Драгоценные камни Furity | Био-Серв | #F5136-1 | Для акклиматизации |
| Капли для йогурта | Био-Серв | #F7200-1 | Для акклиматизации |