Summary
뼈 전이의 pathogenesis에서 angiogenesis가 중요한 공정이므로 이미징 및 치료를위한 목표를 나타냅니다. 여기서는 특정 사이트 유방암 골 전이의 쥐 모델을 제시하고 비 invasively 이미지 angiogenesis에 전략을 설명
Abstract
Angiogenesis는 암 성장과 전이 형성의 필수적인 기능입니다. 뼈 전이에 angiogenic 요인 골수 캐비티에서뿐만 아니라 지역의 뼈 파괴의 결과로 종양과 뼈 세포의 상호 작용에 대한 종양 세포 증식을위한 필수적입니다. 우리의 목표는 비침습 이미징 기술을 이용하여 골격 병변의 angiogenesis의 생체내 평가에있게 실험적인 골 전이의 모델을 개발하는 것이었습니다.
이를 위해, 우리는 각각의 뒷다리 다리 하나가 아닌 다른 신체 부분에서 metastases의 성장하는 걸로 외면 상복부의 동맥에 10 5 MDA-MB-231 인체 유방암 세포를 주입. 종양 세포 접종 후 25-30일 따라 특정 사이트 뼈 metastases는 말초 대퇴골, 근위 경골과 비골 근위 1로 제한, 개발합니다. angiogenesis의 형태학의 기능적인 측면은 뼈 메타에 길이 방향 조사 수자기 공명 영상 (MRI), 체적 계산 tomography (VCT)과 초음파 (미국)를 사용 stases.
MRI는 처음 골수 캐비티로 제한하고 진행하면서 이후 피질 골을 초과되고 뼈 metastases의 연조직 부분에 morphologic 정보를 표시합니다. 동적 대비 향상된 MRI를 지역 혈액 볼륨, 관류 및 혈관 투과성을 포함하여 (DCE-MRI) 기능이 데이터가 취득하고 2-4 계량하실 수 있습니다 사용하기. 뼈 파괴는 형태학의 VCT 이미징을 사용하여 높은 해상도로 캡처된다. MRI 결과에 대한 보완, osteolytic 병변은 intramedullary 종양 성장의 사이트에 인접한 찾을 수 있습니다. 콘트라스트 에이전트 응용 후, VCT 혈관 조영술은 고해상도의 뼈 metastases에서 macrovessel 아키텍처를 보여, 그리고 DCE-VCT는 이러한 병변 5,6의 microcirculation에서 통찰력을 가능하게합니다. 미국 인해 골격에 병변에서 형태학의 기능적인 특징을 평가에 적용피질 골 지역 osteolysis. B-모드와 도플러 기법을 사용하여 부드러운 조직 metastases의 구조와 관류는 각각 평가할 수있다. DCE-우리 microbubbles 7 주입 후 뼈 metastases의 vascularization의 실시간 영상을 허용합니다.
결론적으로 특정 사이트 유방암 뼈의 모델 MRI, VCT 이러한 골격 병변의 형태와 angiogenesis의 기능적 매개 변수에 대한 미국의 제안은 상호 보완적인 정보를 포함한 멀티 모달 이미징 기술을 metastases.
Protocol
1. 세포 배양
- 문화 MDA-MB-231 RPMI-1640의 인간 유방암 세포 (미국 유형 문화 수집) (Invitrogen, 독일) 10 % FCS (시그마, 독일)와 함께 보충. 모든 표준 조건 하에서 문화 (37 ° C, humidified 분위기, 5 % CO 2)와 통과 세포에게 3 배 주에 그들 대수 성장을 유지하는 보관하십시오. 아래에서 설명하는 동물 모델의 경우 종양이 장면 속도가 90 % 이상 1 등 MDA-MB-231 세포의 뼈 특정 sublines 사용을위한 필요가 없습니다.
- PBS-2에서 MM EDTA (에틸렌 다이아 민 테트라 초산)를 사용 후 수확 하위 합류 종양 세포 (칼슘이없는 식염수 인산 버퍼 + 및 MG 2 +) 및 0.25 % 트립신 (시그마, Taufkirchen, 독일). 백작 MDA-MB-231 Neubauer의 챔버에있는 세포 및 RPMI-1640에서 그들을 정지 (1 ML에서 5x10 5 셀).
2. 뼈 전이의 누드 쥐 모델
- 모든 실험은 책임이 정부 애니마 승인되었다리터 윤리위원회.
- 6~8주의 나이에 누드 쥐를 사용하고 적절한 작은 동물 시스템 (예 : 미니 장벽 시스템)의 병원체가없는 조건에서 보관. 통제된 조건 하에서 동물을 보관 (21 + / - 2 ° C 상온, 60 %의 습도, 12 시간 가벼운 어두운 리듬)와 쥐에 autoclaved 사료와 물 광고 libitum을 제공합니다.
- 동물의 수술하기 전에 진통제 약물 주입 (예 : Carprofen 4 밀리그램 / kg SC, 자사의 단일 행정과 (약 8 시간) 반감기 짧은 인해를 carprofen은 종양의 성장에 영향을 미치지 않습니다.) 산소의 혼합 가스 (0.5 L / 분)과 isoflurane (1-1.5 권. %)와 쥐를 마취하고 쥐가 제대로 anesthetized하고 다음 절차를 시작하기 전에 정기적으로 통풍이 있는지 확인하십시오.
- 적절한 쌍안경 운영 현미경 (예 : Leica) 아래 anesthetized 동물을 놓고 16 배의 배율로 작동합니다.
- ingu에 피부와 피하 조직을 절단하여 수술 시작가위 (BC060r 아이리스 가위 108mm)를 사용 2-3센티미터의 길이에 inal 지역. 대퇴 동맥 (FA)를 해제 분기 모든 동맥은 외면적인 상복부의 동맥 (바다), 내림차순 genicular 동맥 (DGA), 오금 동맥 (PA) 및 saphenous 동맥 (SA)을 포함하여 해부를해야합니다.
- DGA에서뿐만 아니라 바다의 원산지 근위 대퇴 동맥에 클립을 넣고, PA 및 SA가 temporally 지역의 혈액 흐름을 막다합니다. 출혈 (그림 1A)없이이 배의 오프닝을 허용하기 위해 말초 부분에서 바다를 Ligate.
- 내고 (그림 1B)의 근위 가위 (Vannas 마이크로 SCRS - 홈 붙이 STR 85mm)를 사용하여 바다를 잘라 바다에 1 % papaverin 솔루션을 관리할 때문에 선박의 휴식 (로 바늘의 후속 삽입을 촉진하기 그림 1C).
- 가위로 바다의 직경의 약 절반 잘라 바다의 루멘으로 바늘 (0.3 mm 직경 42 밀리미터 길이)를 삽입하는 동안 holdiNG 포셉 (그림 1D, E)와 선박의 컷 엔드. 가능한 경우 선박 벽 천공 초래할 수 불규칙한 움직임을 줄이기 위해 외부 장치에 바늘을 고정시킨다. 바늘에 주사기를 연결합니다. 말초 FA에서 클립을 제거하고 saphenous 동맥 (그림 1 층)에 배치하십시오.
- 바다로 천천히 0.2 ML 미디어에 정지 MDA-MB-231 세포를 주사. 클립의 미덕으로 MDA-MB-231 세포 DGA와 PA로 이동합니다. 바늘을 제거하고 동맥 클립을 벗고 전에 출혈을 방지하기 위해 바다를 ligate. 외과 클립을 사용하여 상처를 닫고 흡입 마취를 종료할 수 있습니다.
- 사후 절차 모니터링 내용 쥐은 보통 심각한 골격 합병증을 피하기 위해 7~8주 종양 세포 접종 후 euthanized있다. 이 기간 동안 동물 종양 크기와 고통의 증거 (예, 행동적 편차, 체중 감소, 운동 결함) 평가하기 매일 모니터링해야합니다. 동물 종양을 보여주면종양이 성장하는 동안 통증이 윤리적으로 허용 한도 또는 증거를 초과 크기는, 그들은 euthanized해야합니다.
- Immuno-결함 (누드) 쥐 인간 MDA-MB-231 유방암 세포 xenogenous 이식에 사용되었다. 누드 쥐가 더 성장하는 종양을 시각화하도록 선택되지 않았습니다.
3. 자기 공명 이미징 (MRI)
- 종양 세포 접종 후 영상과 함께 시작하기 전에 종양 성장의 약 25-30일을 허용합니다. MR 영상은 적절한 동물 코일과 헌신적인 실험 스캐너나 인간 MR 시스템을 사용하십시오. 우리는 인간의 MR 시스템 (심포니, 지멘스, 독일)와 83mm와 120mm (그림 2A)의 가능한 길이의 내경과 공진기 원통형 볼륨으로 설계 radiofrequency 여기 및 검출을위한 가정 내장된 코일을 사용 하였다.
- 산소와 위의 주어진 isoflurane과 함께 쥐를 마취. 꼬리 정맥에 카테터를 삽입하고 탭을 사용하여 그 꼬리에 문제를 해결 전자. . 대비 에이전트 (; Magnevist, 바이엘 - Schering, 독일 등 0.1 mmol / kg 약 0.5 ML의 GD-DTPA)를 포함하는 주사기를 연결
- 흡입 마취를 유지 MR 시스템에 쥐를 놓습니다. 뼈 전이를 찾을 morphologic MR 시퀀스로 시작 (예 : T2 가중 : 터보 스핀 에코 시퀀스, TR 3240 MS, TE 81 MS, 매트릭스 152 X 256, FOV 90 X 53.4 mm 2, 슬라이스 두께 1.5 mm, 3 평균, 스캔 시간 3시 40분 분).
- 큰 직경 뼈 전이의 슬라이스를 결정하고 DCE-MRI (예 : 포화 복구 터보 플래시 시퀀스, TR 373에 대한 시퀀스를 시작 MS, TE 1.86 MS, 매트릭스 192 X 144, FOV 130 X 97.5 mm 2, 슬라이스 두께 5 음 측정 512, 평균 1 스캔 시간 6시 55분의 분). 약 30 초 후, 10 초의 기간 동안 대비 에이전트를 주입하기 시작한다. MRI 검사를 수행하려면 위의 절차를위한 총 시간은 동물마다 약 15-20 분입니다.
- , 인간이나 실험적인 스캐너 중 하나를 적절한 중부 표준시 시스템을 선택하십시오. 여기서는 판매량 계산된 단층 촬영기 (; 볼륨 중부 표준시, 지멘스, 독일 그림 2B)을 갖춘 평면 패널의 프로토 타입을 사용.
- 산소와 위의 주어진 isoflurane과 함께 쥐를 마취. 꼬리 정맥에 카테터를 삽입하고 테이프를 사용하여 꼬리에 고정시킨다. 대비 에이전트 (; Imeron 400 Bracco, 독일 약 0.5 ML의 kg 당 예를 들어 1g의 요오드를) 포함하는 주사기를 연결합니다.
- 흡입 마취 하에서 스캐너에 쥐를 놓습니다. VCT에 대해 다음 검색 매개 변수를 사용 관 전압 80 kV, 튜브 전류 50mA, 검사 시간 51 초, 회전 속도 10 초, 초 당 120 프레임, 매트릭스 512 X 512과 슬라이스 두께 0.2 mm. 평판 시스템의 두 번째 회전하는 동안 대비 에이전트를 주사. VCT 검사를 수행하려면 위의 절차를위한 총 시간은 anim 당 약 5-10 분입니다알.
- 수정일 FDK (Feldkamp - 데이비스 - 크레스) 콘 빔 재건 알고리즘 (커널 H80a, Afra, 독일)의 이미지를 재구성.
5. 초음파 (미국)
- 실험 및 임상 미국의 시스템은이 목적으로 사용할 수 있습니다. 우리는 15L8 선형 변환기 (; 지멘스-Acuson, 캘리포니아 주 마운틴 뷰 그림 2C)와 임상 시스템 Acuson 세코 이아 512 초음파 장치를 사용했습니다.
- 산소와 위의 주어진 isoflurane과 함께 쥐를 마취. 꼬리 정맥에 카테터를 삽입하고 테이프를 사용하여 꼬리에 고정시킨다. . microbubble 대비 에이전트 (; SonoVue, Bracco, 이탈리아 예 1.6 ML / 약 0.5 ML에서 kg)를 포함하는 주사기를 연결 삼각대를 사용하여 각각의 뒷다리 다리에 미국 변환기를 수정하고 변환기와 뒷다리 다리 사이에 미국 젤을 적용합니다.
- 뼈 전이의 가장 큰 직경을 결정하고 t에 변환기를 수정 :; : B-모드 영상 (0.51 기계적 지수 17 MHz의 송신 주파수) 수행그의 위치. 조직 재관류에 대한 자세한 내용은 B-모드 영상의 도플러 신호를 추가합니다. 대뇌 피질의 뼈를 중단에만 병변이 미국 파도에 액세스할 것을 명심하시기 바랍니다.
- , microbubbles을 주입 90 초 길이의 cine 루프를 기록할 :; : 동적 내용 대비 강화된 미국 (DCE-US) 모드 (0.18 기계적 지수 7 MHz의 송신 주파수) 케이던스 대비 펄스 시퀀싱 (CPS)에서 미국의 장치를 설정합니다. 미국 시험을 수행할 수있는 위에서 언급한 절차를위한 총 시간은 동물마다 약 10-15 분입니다.
6. 영상 자료의 Postprocessing
- 연조직 종양 (MRI, 미국)과 뼈 metastases의 골격 파괴 (VCT)을 특성화하고 dicom 뷰어 (예 : Osirix Dicom과 위치, 병변의 크기와 병변의 볼륨을 결정하기 위해 MRI, VCT과 미국에서 형태학의 정보를 사용하여 뷰어).
- 뼈 metastases (혈관 조영술)에 혈관의 분기 패턴을 얻으려면 VCT 데이터를 사용할 수 있습니다. 다시빼기 기법 (예 : Osirix Dicom 뷰어) 여부에 상관없이 동맥 단계의 정보를 사용하여 2D 또는 3D 이미지를 제작합니다.
- DCE-MRI, DCE-VCT 및 DCE-US에서 vascularization의 매개 변수를 계량하기 위해서는 modalities에 대한 특정 소프트웨어 도구를 사용합니다. DCE-MRI의 경우에 기초 다이나 랩 (Mevis 연구, 브레멘, 독일) 두와 뼈 metastases에서 혈관 매개 변수 진폭 (혈액 볼륨과 연관된)와 교환 속도 상수 k를 EP에 (관류 및 혈관 투과성과 관련) 결정 Brix 8,9의 구획 모델입니다. 평가를위한 대체 pharmacokinetic 모델을 사용할 수 있으며, Tofts 모델에게 10 예.
- DCE-VCT 데이터를 계량하려면 다이나 랩 (Mevis 연구, 브레멘, 독일)과 곡선 (AUC) 또는 피크 향상 (PE) 아래와 같은 영역과 같은 매개 변수를 계산하기위한 데이터의 묘사 분석을 수행합니다.
- 정량 분석 소프트웨어를 사용하여 실시간 DCE-ko에서 정보를 수치 (예 : Qontras구현 bolus 주입 모델에 따라 cine-루프를 분석하여 않나요 Bracco, 이탈리아). 뼈 전이를 통해 이익 (ROI)의 영역을 놓고, 색깔로 표시된지도, 예를 들어 지역의 혈액 부피, 지역 혈액 흐름과 충전 시간에서 곡선이나 정량 매개 변수 아래와 같은 구역으로 지정하거나 설명하는 요인을 결정합니다.
7. 대표 결과
바다에 MDA-MB-231 세포의 intraarterial 주입 (그림 1)에 따라 특정 사이트 뼈 metastases는 누드 쥐의 각 뒷다리 다리에 개발할 수 있습니다. 대퇴골에만 Osteolytic의 병변은 경골과 비골은 몇 주 동안 약 25-30일 포스트 주입하고 따라야 업을 시작 MRI, VCT과 미국 (그림 2)에서 비 invasively 군데하실 수 있습니다. 네이티브 및 대비 향상된 기술 등 MRI, VCT 미국을 결합하면 상호 보완적인 정보는 부드러운 조직으로 구성되어있다 뼈 metastases에서 평가 수종양 (종양 세포와 기질)와 각 osteolytic 병변 (뼈 파괴). 기술 사이에 각각의 데이터를 비교 들어, 세 이미징 modalities 같은 시궁창에 순차적으로 사용할 수 있습니다. MRI는 처음 골수 캐비티에 감금하고 이후 개발 과정에서 대뇌 피질의 뼈를 초과하는 뼈에 전이성 부드러운 조직의 형태를 표시합니다. 같은 지역 혈액 볼륨, 관류 및 혈관 투과성과 같은 기능 매개 변수는 (그림 3) DCE-MRI 및 계량에서 얻을 수있다. 뼈 구조와 metastases 특히 osteolytic 변화 VCT에 의해 높은 해상도로 평가됩니다. MRI 결과에 대한 보완, osteolytic 병변은 종양 성장을 intramedullary에 인접해 있습니다. VCT 혈관 조영술은 뼈 metastases의 변경된 macrovessel 아키텍처를 보여, 그리고 DCE-VCT는 microcirculation의 각 측면 (그림 4)를 표시합니다. metastati의 피질 골 지방 파괴로 인하여C의 병변은 미국은 B-모드와 도플러 기술을 사용하여 연조직 종양의 형태학의 기능적인 특징을 평가에 적용됩니다. microbubbles의 적용시, DCE - 미국은 뼈 metastases의 vascularization 실시간 영상 (그림 5)을 허용합니다.
그림 1. 수술 현미경을 통해 몇 군데로 종양 세포 접종 준비 누드 쥐 뒷다리 다리. 피상적인 상복부의 동맥 (바다), 내림차순 genicular 동맥 (DGA), 오금 동맥 (PA) 및 saphenous 동맥 (SA)을 포함하여 대퇴 동맥의, 분기 패턴 (FA). 동맥 클립 SA, PA 및 근위 FA뿐만 아니라 바다의 결합에 배치, B는, 바다가 결합의 근위 잘렸지만, C, papaverine의 추가 후 바다의 근육 이완, D, 바다의 절개 (에 의해 촬영 포셉); E, 바다로 바늘의 삽입, 바다 F, 집착 바늘 (외부 좋 클립의 미덕에 의해 DGA와 PA로 바다를 통해 장치)와 MDA-MB-231 종양 세포의 주사를 xating.
그림 2, 인간 MR 시스템 (심포니, 지멘스, 독일) 및 스캐너에 배치 radiofrequency 여기 및 검출을위한 가정 내장된 코일,. B, 판매량 계산된 단층 촬영기를 (볼륨 중부 표준시, 지멘스, 독일) 시설의 평면 패널, C, 임상 초음파 시스템 Acuson Sequioa 512 (지멘스-Acuson, Mountain View, CA)를.
그림 3. 축방향 MR 섹션. 왼쪽 패널 T2w MRI, 가운데 패널, 진폭 (DCE-MRI), 오른쪽 패널, 교환 속도 상수 k를 EP (DCE-MRI). 화살표는 뼈 metastases에서 지적한다. 적색 (높은 값)에서 파란색 (낮은 값)에 DCE-MRI 데이터 범위에 대한 컬러지도.
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그림 4. osteolytic 뼈 전이 (왼쪽 패널)와 혈관 조영술 (중앙 패널)뿐만 아니라 매개 변수 피크 향상 (오른쪽 패널)에서 축 방향의 DCE-VCT 부분의 3 차원 VCT의 reconstructions. 적색 (높은 값)에서 파란색 (낮은 값)에 DCE-VCT 데이터 범위에 대한 컬러지도.
뼈 전이의 B-모드 (형태, 왼쪽 패널), 도플러 (관류, 중앙 패널)와 CEUS (오른쪽 패널 vascularization의 실시간 이미징의 microbubbles의 주입 후 정상 강화)에서 그림 5. 미국의 이미지.
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Discussion
이미징 절차와 함께 여기에 제시된 실험 뼈 metastases를 일으킬 방법은 길이 방향 누드 쥐에 osteolytic 병변을 후속 수 있습니다. 우리의 모델에서는 MDA-MB-231 인체 유방암 세포 pudendoepigastric 몸통과 대퇴 동맥을 통해 장골의 동맥 사이의 문합입니다 바다로 주입됩니다. 따라서 무릎 관절의 제공된 영역으로 혈액의 흐름은 바다를 내고 이후에 유지됩니다. 에 비해 뼈 전이의 설립 모델에 비해이 모델의 장점은 intracardiac 사출 모델 11 및 대상 조직에 종양 세포 넘쳐 흐름 및 마이 그 레이션의 병원성 프로세스의 포함에 비해 뼈 metastases의 사이트 특정 모양입니다 경골 주입 모델 12. 또한,이 모델에서는 조직의 종양의 부담은, 특히 내장의 보급에 SE 이상의 종방향 연구를 허용하는 생략따라서 veral 주 그리고는 필요한 동물 1,13의 감소 수 있습니다.
뼈 전이의 pathogenesis에 종양 세포 증식을 촉진하고 뼈 재흡수을 유발하기위한 필수 프로세스와 angiogenesis의 역할은 이전에 전직 생체내 연구 14,15에서 시연되었다. 여기서는 비 invasively MRI, VCT 미국을 적용 이러한 병변에 angiogenesis을 평가하기 위해 생체내 이미징 기술로 제시. 누드 쥐 모델, 혈액 볼륨 및 선박에 대한 기능적인 정보를 포함한 vascularization의 상호 보완적인 정보를 이용하여 투자율 / 재관류 (DCE-MRI, DCE-VCT), 고해상도의 선박 형태 (VCT 혈관 조영술), 재관류 (미국 도플러) 및 실시간 vascularization (DCE-US)의 이미지가 1-7,16를 얻을 수 있습니다.
MRI, VCT과 미국을 이용 angiogenic 매개 변수의 이미징이 아닌 invasively 및 생체내의 골격 전이에 angiogenesis의 병원성 역할의 해설을 가능하게 3,4,6의 필요없이. 위에서 언급한 이미징 기술에 대한 다른 응용 프로그램 골격 metastases 안티 angiogenic 또는 표준 요법시 종방향 연구에서 치료 효과를 조사입니다. pharmacological 응답 시연 내용은 종방향 연구는 8 및 17 쥐 간의 그룹 크기와 종양 세포 접종 후 안티 - 종양, 안티 - angiogenic 및 안티 resorptive 효과에게 2-7,17을 입증하기 위해 수행되었다 70일로 덮어 버렸습니다. 임상 관련 동물 모델에서 인간이 사용하기 위해 스캐너의 이미징 기법의 적용으로 인해 제시된 절차는 뼈 metastases 16 환자의 치료 반응 평가에 대한 높은 translational 가치입니다.
결론적으로 유방암 뼈 metastases, angiogenesis의 형태학의 기능적인 측면이 사이트에 특정 동물 모델을 사용하면 비 invasively 및 생체내에 몇 군데하실 수 있습니다
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Disclosures
관심의 어떠한 충돌 선언 없습니다.
Acknowledgments
이 작품은 독일 Forschungsgemeinschaft (SFB-TR 23 SFB-TR 79, TB 및 디케이)에 의해 지원되었다. 저자는 훌륭한 기술 지원을 위해 Leotta와 리사 Seyler 카린, Renate Bangert 감사드립니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| MDA-MB-231 human breast cancer cells | American Type Culture Collection | HTB-26 | |
| RPMI-1640 | Invitrogen | 61870 | |
| FCS | Invitrogen | 10270 | |
| Trypsin-EDTA | Invitrogen | 25300 | |
| Carprofen Rimadyl | Pfizer Pharma GmbH | PZN 110208 | |
| Magnevist | Bayer-Schering | PZN 6961516 | |
| Imeron 400 MCT | Bracco | PZN 228654 | |
| SonoVue | Bracco | PZN 1567358 | |
| Papaverin | Alfa Aesar | L 04152 | |
| Isofluran | Baxter Internationl Inc. | HDG 9623 | |
| Symphony (Magnetic resonance imaging) | Siemens AG | ||
| Volume CT (Volumetric computed tomography) | Siemens AG | ||
| Acuson Sequioa 512 (Ultrasound) | Siemens-Acuson |
References
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