Bu anti-kanser tedavisi için, görüntüleme yanıt için bir yöntem açıklanmaktadır<em> In vivo</em> Ve tek hücreli çözünürlükte.
Tümör mikro tümör gelişimini, ilerlemesini metastazı, ve anti-kanser tedavileri için yanıt olarak önemli bir rol oynar. Üç boyutlu ko-kültür sistemleri sık sık ilaç etkileşimleri rolleri içeren tümör-stroma etkileşimleri açıklamak için kullanılır. Bununla birlikte, bozulmamış mikroçevresindeki in vivo olarak meydana gelen etkileşimlere bir çok in vitro tamamen ortamlarda bu da taklit edilemeyen. Böylece, gerçek zamanlı olarak bu süreçlerin doğrudan görselleştirme tedavilere tümör tepkilerinin anlaşılması ve kanser hücreleri ve bu yanıtları etkileyebilir stroma arasındaki etkileşimleri tespit edilmesinde önemli bir araç haline gelmiştir. Burada direkt olarak ilaç dağılımı, kanser hücresi yanıtlarını ve meme kanseri modelinde sistemik tedavi uygulanmasından sonra tümör-stroma etkileşimleri değişiklikleri gözlemlemek için, canlı farelerde anestezi dönen disk konfokal mikroskopi kullanılarak için bir yöntem sağlar. Biz labeli prosedürleri tarifng farklı tümör parçaları, terapötik cevapları gözlemlemek için hayvanların tedavisi ve 40 saat görüntüleme ve tümör dokuları sergilemek için cerrahi işlem. Bu protokol elde edilen sonuçlar ilaç infiltrasyon, kanser hücre ölümü ve stromal hücre göçü gibi süreçler görüntü analiz yazılımı kullanılarak değerlendirilebilir hangi time-lapse film vardır.
Tümör büyüme 1 için uygun bir ortam sağlamaya yardımcı kanser hücreleri ve stromal bileşenlerin (hücresel ve hücresel olmayan her ikisi): Solid tümörler iki ana bölmeden oluşmaktadır. Bunlar stromal bileşenlerin meme 2-5 de dahil olmak üzere kanser birçok türleri, gelişimi, ilerlemesi ve yayılımında önemli rol oynamaktadır. Stromal ortam da terapötik cevapları 2,4,5 etkiler. Böylece kanser hücreleri sağlam mikroçevresinin kapsamında geleneksel ve yeni tedavilere yanıt belirleyen kanser biyolojisi hakkındaki bilgilerimizi geliştirerek ve güncel tedavi stratejileri geliştirmek için önemlidir. Ayrıca, kanser hücre-stroma etkileşim tedavi uygulamasını takiben nasıl değiştiğini tanımlayan tümör nüks biyolojisi anlamak için önemlidir.
Organik tip eş-kültür sistemleri tümör-stroma etkileşimleri incelemek için yararlı olmuştur <s6> kadar, ancak şu anda mevcut yöntemlerin başarılı bir bağışıklık hücrelerinin vasküler fonksiyon ve yerleştirme açısından özellikle in vitro tümör mikro bozulmamış, tekrarlamak edilemez olduğu aşikardır. Gerçekten de, in vitro olarak görülmektedir tedavileri, kanser hücresi yanıtlarını sık sık mikroçevrede 5 bozulmamış in vivo, gözlenen önemli ölçüde farklı. Böylece, terapötik yanıta tümör-stroma etkileşim ve bunların etkilerini incelemek için in vivo modeller daha iyi klinik mekanizmalar 7 yansıtıyor olabilir.
In vivo anti-kanser tedaviye yanıtları okuyan birincil yolu tümör büyüklüğü ve işlenmiş hayvan veya hastalardan elde edilen dokuların histolojik değerlendirme ölçümleri yoluyla olmuştur. Ancak, son yirmi yılda mikroskopi ve floresan gazetecilere gelişmeler arası ve hücre içi süreçlerin görselleştirme sağlamıştırcanlı, anestezi altındaki hayvanlarda yüksek çözünürlüklü (intravital görüntüleme) 8. Bu intravital mikroskopi teknolojiler ve mekansal hücresel ve hücre altı çözünürlükte 8,9 tümör-stroma etkileşim vivo dinamiği diseksiyon için özellikle değerli olduğu kanıtlanmıştır.
Intravital görüntüleme ile çözülememiştir oylandı Süreçleri anti-tümör T hücre sitotoksik 10,11, T hücreleri ve miyeloid hücreler 12 arasındaki etkileşimleri, terapötik tedavi 13, makrofaj-bağımlı kanser hücresi intravazasyon ve metastaz sonrası kollajen oluşumu ve organizasyon değişiklikleri dinamikleri 14 ve vasküler permeabilite 15.
Intravital görüntüleme için üç önemli gereksinimleri vardır. Bunlar uygun hazırlama ve pozlama dokuların görüntüleme, ilgi doku bileşenlerinin floresan etiketleme ve eşleştirilmiş bir mikroskop kamera s dahilgörüntüleri 16 edinme yeteneğine istem. Bu gereksinimleri gidermek için kullanılan en yaygın stratejiler şunlardır: 1) heterotopik preparatları (örn., kulak veya göz orbita inokülasyonu), kalıcı görüntüleme pencereleri veya dışarıya preparatları (örn., dorsal deri flebi); 2) transgenik floresan gazetecilere ve.. floresan enjektabl doku parçaları etiketlemek için, ve 3) multiphoton veya konfokal mikroskopi sistemleri sırasıyla 9 fotoçoğaltıcı tüpler veya şarj bağlı cihaz (CCD) kameralar ile eşleştirilmiş. Biz floresan gazetecilere kodlayan transgenlerin ifade anestezi altındaki hayvanlarda görüntüleme için inguinal meme bezi göstermek için bir cerrahi hazırlanan flep modeli kullanın. Görüntüler dört lazer iplik diske konfokal mikroskop sistemi 17 ile eşleştirilmiş bir yoğunlaştıkça CCD (ICCD) kamera kullanarak 12 ila 40 saat arasında bir süre içinde alınır. Bu şekilde Görüntüleme bize vivo ilaç dağıtım, evre bağımlı ch gibi süreçleri incelemek için izin verdiemotherapeutic yanıtları, kemoterapiye bağlı hücre ölümü ve miyeloid hücre davranışlarını 5 türü.
Bu anti-kanser terapisi ve meme kanseri fare modellerinde tümör-stroma etkileşimleri için kanser hücresi yanıtı intravital görüntüleme için bir protokol sağlar. Bu protokol, bir tek görüntü oturumda, 40 saate kadar olan süreler için transgenik ve transplantasyon modellerinde hem transjenik ve enjekte edilen floresan etiketler çok çeşitli kanser hücreleri, stromal iki bileşenin davranışı ve ölüm izlemek için kullanılabilir.
In vivo sistemik tedavilere tümörlerin yanıtları mikroçevrede akut yanıt ve nüks 5 hem etkiler olarak, in vitro kanser hücrelerinin olanlara ölçüde farklı olabilir. Vivo kemoterapi yolaklardaki açıkladıktan sonra büyük engellerden biri kanser hücreleri ve onların mikroçevrede arasındaki etkileşimlerin karmaşıklığı. Özellikle, katı tümörlerin ve kanser gibi anti-kanser tedavisi sırasında ortaya çıkan hücre ölümü olarak stromal hücreler, bir bileşenin bozulması arasında bir denge gelişmiş olduğundan, doku organizasyon üzerinde dramatik etkileri de neden olabilir.
Burada sağlanan intravital görüntüleme tekniği anti-kanser ilaçlar ile tedavi sırasında canlı, anestezi farelerin tümörleri içinde kanser hücre-stroma etkileşimlerinin doğrudan görselleştirme sağlar. Biz (17 bkz göreceli sınırlı penetrasyon derinliği vardır iplik Disk konfokal mikroskopi, kullanın </)> sup, ancak ameliyat ve etiketleme teknikleri mikroskopi diğer türleri ile de kullanılabilir. Bu deneylerden elde Filmler floresans şiddetindeki değişiklikleri (örneğin hücre ölümü etiketli nüfusu veya indüksiyon infiltrasyonu nedeniyle), hücre hareketi, enjektabl dağılımı (vasküler sızıntı izlemek için örneğin), ve eş-dahil süreçleri izlemek için kullanılabilir floresan sinyalleri 5,12,17,20 lokalizasyonu.
Biz rutin görüntü 6 saatten fazla fareler ve 18 saat boyunca da yapılan görüntüleme. Bu bu uzun süreler için sürekli anestezi altında fareler bakımını gerektirir. Uygun anestezi ile, bizim hayvanların% 90 üzerinde 6 saat ayakta, ve yaklaşık% 80 18 saatten fazla yaşayamaz. Uzun süreli anestezi nasıl gerçekleştirileceği ile ilgili ayrıntılar daha önce 19 yayınlanmıştır. Bizim tecrübelerimize göre, beş faktör kritiktir: u, hipotermi kaçınarak dehidratasyon kaçınarak, fizyolojik kan oksijen doygunluk seviyelerini muhafazaizofluran için nemlendirilmiş taşıyıcı gaz şarkı, ve ağrı belirti görünmüyor hangi anestezinin en düşük düzeyde hayvanları tutmak. Vücut ısısını korumak için, biz (38 ° C'de) ısıtmalı battaniye altında fare tutmak. Dehidratasyon önlemek için, tüm görüntüleme işlemi boyunca salin ip küçük hacimleri enjekte. Fizyolojik kan oksijen doygunluğu seviyesini korumak için, taşıyıcı gaz (yerine yaygın olarak kullanılan% 100 fazla)% 21 oksijen ile başlar. Saat bir deneme içine – – Bu bize bir fare eğer inhale oksijen seviyelerini artırmak için sağlayan kan oksijen doygunluğu bir azalma gösterir. Bizim tecrübelerimize göre, bu zamana (% 30-40 gibi) de inhale oksijen düzeyini artırmanın hemen hemen her zaman ek görüntüleme saat için izin hayvan stabilize edecek. Anestezi optimal düzeyde 60-65/min ve 400-450/min nabız oranları nefes oranları% 1-1.5 izofluran ve sonuçları ile elde en fareler içindir. Bizim görüntüleme deneylerinde, öncelikle transgenik fare modeli kullanıns (MMTV-PyMT ve C3 [1]-Tag) hangi tümörlerin tek bir görüntüleme oturumu sırasında birden çok x, y pozisyonlarında paralel tümör progresyonu farklı aşamalarında birden fazla lezyon görüntüleme için izin multifokal vardır. Bu aşama bağımlı terapötik cevapları tespitine yönelik deneylere göre fare-to-fare varyasyon ilişkin kaygıların azaldığı ve görüntüleme için gerekli hayvan sayısını azaltır.
Intravital görüntüleme sırasında yapılabilir tümör lezyonlarının patolojik evreleme az detaylı farklıdır, ve her ne kadar MMTV-PyMT modeli (ve diğer spontan kanser modelleri) daha, intravital görüntüleme sırasında fark edilebilir ilerici histopatolojik aşamalardan geçer histolojik kesitler 5,17. Kanser hücreleri genellikle ilerlemiş tümörler izole olarak tersine, transplantasyon modelleri, en geç evre tümörlerde yansıtma eğilimindedir. Böyle bir model, böylece tümör-stroma eğitim için daha uygundurlarfarklı aşamalarında arasındaki bu etkileşimler farklılıkları daha geç evre tümörlerde etkileşimleri.
Biz nasıl tedavi ile indüklenen hücre ölümü sonrası meydana görüntü nükleer yapısal değişikliklere ilişkin örnekler göstereceğiz. Anti-kanser tedavisi yokluğunda, bu strateji etiketleme yerine durulaştırmada, in situ görüntü hücre bölünmesi için kullanılabilir, örneğin, hücre proliferasyonu ve uyuşukluk mikroçevrede tarafından nasıl etkilenir. Gelecekte, mitokondriyal bileşenlerin fluoresan etiketleme apoptotik hücre ölümü esnasında meydana gelen görüntü mitokondriyal değişiklikler mümkün kılabilir.
Bu protokolde, biz de diğer microenvironmental bileşenleri de görüntülenebilir ve görüntülü olabilir nasıl tedavi sonrası görüntü kanser hücre-immün hücre etkileşimleri, ancak örnekler göstermiştir. Stromal bileşenleri için mevcut transgenik muhabiri çizgiler (örneğin., FSP1-EGFP 17, αSMA-TTT 21, COL1A1-EG fibroblastlar için olanlar dahilFP 21) ya da damar hücrelerinde (örn. TIE2-GFP 22; VEGF-GFP 23).
Intravital görüntüleme in vivo aşağıdaki kemoterapi yönetiminde meydana gelen etkileşimlere ve süreçlerin gerçek zamanlı görüntüleme sağlar. Teknolojisi mevcut, biz terapötik yanıtı nasıl etkilediğini miyeloid hücreler anlaşılmasında önemli ilerleme kaydettik; tümör mikro çok karmaşık çünkü ancak, önemli gelişmeler halen çevre aracılı ilaç direnci yatan süreçlere mekanistik defterleri başlamak için ihtiyaç vardır. Hala gerekli en önemli gelişmeler biri belirli bir hücre popülasyonu daha iyi belirleyiciler tanımlanmasıdır. Iyi belirteçlerin önemi de meme tümör mikro, fibroblastlar ve bağışıklık hücrelerinin en önemli stromal hücre bileşenlerinin iki gösterilmiştir. α-düz kas aktin (αSMA) sık tanımlamak için kullanılırfibroblastlar, fakat protein aynı zamanda, vasküler düz kas hücreleri ve myoepitelyal hücreleri 24 ile ifade edilir. ΑSMA-GFP muhabiri fareler mevcut olmakla Böylece, belirli bir hücre tipi belirlemede intravital görüntüleme deneme sırasında aşağıdaki olmak zordur. Benzer şekilde, c-fms promotörü altında ifade edilen bu tür EGFP gibi tek bir floresan işaretleyici sık sık 12,17 bağışıklık hücrelerinin çoklu alt popülasyonlar tespit edecektir. Biri ideal belirli bir hücre tipi tanımlamak için tek bir belirteç kullanmak istiyorum rağmen Böylece, temel biyoloji karmaşıklığı Bu yaklaşımı kullanarak önemli bir sorun teşkil etmektedir.
Bu problemin bir çözüm kısmi daha fazla aynı flüoresan raportör salgılayan hücrelerin alt popülasyonlar ayırt etmek için enjekte edilebilir etiket kullanmaktır. Örneğin, floresan dekstranlar makrofajlar tarafından alınır ve c-fms-EGFP ve Fsp1-EGFP raportör transgenik fareler ile etiketlenir makrofaj subpopülasyonunun etiketlemek için kullanılabilirler <sup> 17. Flüoresan millerine konjuge antikorlar da belirli altgrupları (c-FMS-EGFP muhabiri 17 etiketli miyeloid hücrelerin Gr1-pozitif nüfus gibi) tanımlamak için kullanılır olmuştur.
Nasıl ya da neden tümörlerin hayvanların büyük kohort gerektiren farklı zaman noktalarında hasat dokularından elde edilen idare terapötik veya histolojik serisi cevap hakkında az mekanistik bilgi vermek kumpas ölçümü, tarafından oluşturulan tümör yanıtı eğrileri aksine, bizim teknik doğrudan, ölçülebilir bilgi sağlar hücre ölümü dinamikleri ve küçük gruplarda kanser hücreleri ile stromal hücrelerin etkileşimleri. Bu nedenle, burada rapor edilen prosedür kullanılarak bir avantajı, gerçek zamanlı olarak bir dokunulmamış tümör mikro bağlamında ilaç etkileşimleri ile ilgili bilgi sağlar dinamik olmasıdır. Bu bilgiler 5 terapötik cevapları sürücü yatan süreçleri önemli bakışlar yol açabilir </> Sup.
The authors have nothing to disclose.
Biz teknik destek için J. Cappellani ve J. Qiu ederim. Bu çalışma, Ulusal Kanser Enstitüsü (U01 CA141451), Starr Kanser Konsorsiyumu, Cure için Susan G. Komen, Meme Kanseri, ME Meme Kanseri Karşı Manhasset Kadın Koalisyonu Mücadele Long Island 2 Günü Yürüyüşü'ne ve fon tarafından desteklenen Congressionally Yönetmen Meme Kanseri Araştırma Programı öncesi-doktora bursu, ESNESN ABD ayrıca Biyolojik Bilimler Watson Okulu Leslie C. Hızlı ve William Randolph Hearst Vakfı Bursu sahibidir. HAA Norveç Araştırma Konseyi (160698/V40 ve 151.882), ve Güneydoğu Bölgesel Sağlık Yetkililer (2.007.060) fonları tarafından desteklenmiştir.
Reagent | |||
MMTV-PyMT mice | Jackson Laboratory | 2374 | |
C3(1)-Tag mice | Jackson Laboratory | 13591 | |
ACTB-ECFP mice | Jackson Laboratory | 3773 | |
ACTB-H2B-EGFP mice | Jackson Laboratory | 5418 | |
1 x PBS | Made in-house | ||
2 MD Dextran, Fluorescein-conjugated | Invitrogen | D-7137 | Reconstitute in dH2O (4 mg/ml, store at -20°C); dilute to 1 mg/ml in 1 x PBS |
10 kD Dextran, Alexa Fluor 647-conjugated | Invitrogen | D-22914 | Reconstitute in dH2O (4 mg/ml, store at -20°C); dilute to 1 mg/ml in 1 x PBS |
Doxorubicin hydrochloride | Sigma-Aldrich | 44583 | Reconstitute in dH2O and store at 4 °C; dilute in 1 x PBS |
Isothesia (Isoflurane) | Butler Animal Health Supply | 029450 | 250 ml |
Propidium iodide | Invitrogen | P3566 | 1 mg/ml; dilute 1:15 in 1 x PBS |
Nitrogen | |||
Oxygen | |||
Equipment | |||
18G x 1½” regular bevel needle | BD | 305196 | |
μManager | Vale Lab, UCSF | www.micro-manager.org | Open-source software |
Alcohol swab | BD | 326895 | 70% isopropyl alcohol swabs |
Anesthesia system | Molecular Imaging Products, Co. | ||
Cover glass | Corning | 2940-245 | No. 1½, 24×50 mm; disinfect with 70% isopropanol wipes |
Curity gauze sponges (sterile) | Kendall | 6939 | |
Glass microscope slides | Corning | 2948-75×25 | Pre-cleaned; if not pre-cleaned, disinfect with 70% isopropanol wipes |
Hardened fine scissors | Fine Science Tools | 14090-11 | 2 pairs; stainless steel, sharp-sharp tips, straight tip, 26 mm cutting edge, 11 cm length |
Heated blanket | Gaymar Industries | ||
Hot bead sterilizer | Fine Science Tools | 18000-45 | Turn on approximately 30 min before use; sterilize tools at >200 °C for 30 sec |
Imaris | Bitplane | www.bitplane.com | |
Krazy Glue | Elmer’s Products | KG484 | |
Laboratory tape ( ½”) | |||
Laboratory tape (1″) | |||
Lid to a Styrofoam shipping cooler | This will be used as the surgical platform | ||
Micro dissecting forceps | Roboz | RS-5153 | 1×2 teeth, slight curve, 0.8 mm tip width, 4″ length |
Micro dissecting forceps | Roboz | RS-5135 | Serrated, slight curve, 0.8 mm tip width; 4″ length |
Microscope | Spinning-disk confocal, XYZ Piezo stage, epifluourescence capablility17,25 | ||
Microscope stage insert | Applied Scientific Instrumentation | Custom fabricated, with two circular imaging ports | |
MouseOx oximeter, software, and sensors | STARR Life Sciences | www.starrlifesciences.com | |
Nalgene Super Versi-Dry lab soakers | Thermo Scientific | 74218-00 | Cut into fourths for lining surgical platform |
Nebulizer | Salter Labs | 8901 | Used to humidify gases; prevents irritation of lung tissues |
Slip-tip disposable tuberculin syringe (1 ml) | BD | 309659 | |
Surflo winged infusion set | Terumo | SV-23BLK | 23G x ¾” ultra thin needle, 12″ tubing |
Betadine Spray | Purdue Pharma | BASP3H |