Summary
Il presente protocollo descrive l'ecografia ad alta frequenza per visualizzare l'intera ghiandola tiroidea del topo e monitorare la crescita del carcinoma anaplastico della tiroide.
Abstract
Il carcinoma anaplastico della tiroide (ATC) è associato a una prognosi sfavorevole e a un breve tempo di sopravvivenza mediano, ma nessun trattamento efficace migliora significativamente i risultati. Modelli murini geneticamente modificati che imitano la progressione dell'ATC possono aiutare i ricercatori a studiare trattamenti per questa malattia. Incrocio di tre diversi genotipi di topi, un TPO-cre/ERT2; BrafCA/wt; È stato sviluppato il modello ATC transgenico Trp53 Δex2-10/Δex2-10. Il modello murino ATC è stato indotto da un'iniezione intraperitoneale di tamoxifene con sovraespressione di BrafV600E e delezione di Trp53, e i tumori sono stati generati entro circa 1 mese. L'ecografia ad alta risoluzione è stata applicata per studiare l'inizio e la progressione del tumore e la curva di crescita dinamica è stata ottenuta misurando le dimensioni del tumore. Rispetto alla risonanza magnetica (MRI) e alla tomografia computerizzata, gli ultrasuoni presentano vantaggi nell'osservazione del modello murino ATC, come essere non invasivi, portatili, in tempo reale e senza esposizione alle radiazioni. Gli ultrasuoni ad alta risoluzione sono adatti per misurazioni dinamiche e multiple. Tuttavia, l'esame ecografico della tiroide nei topi richiede conoscenze ed esperienze anatomiche rilevanti. Questo articolo fornisce una procedura dettagliata per l'utilizzo di ultrasuoni ad alta risoluzione per la scansione dei tumori nel modello ATC transgenico. Nel frattempo, vengono elencati la regolazione dei parametri ad ultrasuoni, le capacità di scansione ad ultrasuoni, l'anestesia e il recupero degli animali e altri elementi che richiedono attenzione durante il processo.
Introduction
Sebbene il carcinoma anaplastico della tiroide (ATC) rappresenti meno del 2% dei tumori della tiroide, causa oltre il 50% dei decessi correlati al cancro della tiroide ogni anno. Il tempo mediano di sopravvivenza dopo la diagnosi con ATC è solo di circa 6 mesi e non sono disponibili trattamenti che migliorino significativamente la sopravvivenza 1,2.
La rarità dell'ATC ha ostacolato la ricerca che studia come la malattia inizia e progredisce in modo aggressivo. Recentemente sono diventati disponibili modelli murini geneticamente modificati che imitano la malattia, che forniscono informazioni sulla malattia e sulle sue risposte ai possibili trattamenti 3,4,5. Tali studi richiedono un'accurata imaging tumorale per le misurazioni e il monitoraggio, che viene tipicamente eseguita utilizzando la risonanza magnetica, la tomografia computerizzata o l'ecografia ad alta risoluzione 6,7. L'ecografia è stata ampiamente utilizzata negli organi di topo. Ha vantaggi rispetto alla risonanza magnetica e alla tomografia computerizzata poiché può essere eseguita in tempo reale e non espone il soggetto a radiazioni e l'attrezzatura necessaria è abbastanza piccola da essere portatile 8,9. Tuttavia, gli studi sul monitoraggio continuo della crescita dell'ATC mediante ultrasuoni sono rari; Pertanto, questo lavoro esplora l'utilità degli ultrasuoni in questo contesto.
Qui viene presentato un protocollo per l'utilizzo dell'ecografia ad alta risoluzione per scansionare, monitorare e misurare accuratamente i tumori in un modello murino di ATC.
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Protocol
Il presente studio è stato eseguito con l'approvazione del Comitato per la cura e l'uso degli animali dell'Università del Sichuan. TPO-cre/ERT2; BrafCA/wt; In questo studio sono stati utilizzati topi transgenici Trp53 Δex2-10/Δex2-10 10 (vedere Tabella dei materiali). Le fasi del protocollo possono essere modificate per diverse specie animali, se necessario. Qui sono stati utilizzati dodici topi, tra cui sei femmine e sei maschi, con un'età media di 93 giorni.
1. Preparazione sperimentale
- Accendere il sistema ecografico (vedi Tabella dei materiali) e creare una nuova cartella per l'acquisizione delle immagini e la raccolta dei dati. Selezionare la sonda di linea a 40 MHz e fare clic sul modello di tessuto superficiale per attivare il trasduttore tissutale superficiale. Utilizzare la "modalità B" per l'imaging tiroideo (Figura 1A).
NOTA: la modalità B è la modalità di imaging ecografico di base. L'aspetto delle immagini ecografiche si basa sulle interazioni fisiche del suono con i tessuti del corpo. Le immagini in modalità B sono prodotte come immagini grigie11,12. - Tenere i topi in gabbie specifiche con libero accesso al cibo e all'acqua. Posizionare la gabbia su un dispositivo di riscaldamento supplementare (vedi Tabella dei materiali) per garantire la termoregolazione.
- Garantire una quantità sufficiente di isoflurano nel vaporizzatore e O2 nel serbatoio. Se le forniture sono inadeguate, scambiare i serbatoi con quelli nuovi.
- Pulire la piattaforma di imaging animale con soluzione salina sterile e accendere il pulsante di riscaldamento. Verificare che la temperatura sia di 38-40 °C prima di posizionare l'animale sulla piattaforma (Figura 1C).
2. Preparazione animale per l'imaging
- Accendere il vaporizzatore isoflurano. Trasferire il mouse dalla gabbia alla scatola dell'anestetico.
- Anestetizzare l'animale usando una miscela di 1%-2% di isoflurano dal vaporizzatore e ossigeno che scorre a 0,8 L/min.
- Applicare la crema depilatoria dal petto al collo, attendere 30 secondi, quindi asciugare completamente la crema e la pelliccia. Risciacquare accuratamente l'area e la pelliccia circostante con soluzione salina calda e sterile.
- Posizionare l'animale anestetizzato sulla piattaforma riscaldata. Coprire il muso con un cono nasale collegato all'uscita dell'anestesia (Figura 2A, B).
NOTA: Il mouse deve essere completamente sedato entro 1-2 minuti. Se l'animale è ancora attivo, eseguire un'induzione prolungata dell'isoflurano fino a quando l'animale non mostra più un riflesso di ritiro del pedale. Assicurati che l'animale respiri stabilmente. - Durante l'imaging, monitorare la frequenza cardiaca del mouse attraverso la piattaforma riscaldata.
NOTA: Il sistema di imaging ecografico è dotato di un cardiofrequenzimetro. - Usa del nastro adesivo per fissare gli arti del topo alla piattaforma riscaldata, con l'animale in posizione supina. Assicurarsi che il cono del naso sia posizionato stabilmente con un flusso costante di gas anestetico (1,5 L/min).
- Proteggi gli occhi applicando un unguento oftalmico.
3. Imaging tumorale
- Regolare il sistema di imaging per ottimizzare la risoluzione. Impostare i seguenti parametri: guadagno bidimensionale, 25-30 dB; profondità immagine, 10 mm; numero di zone focali, 3; e centro, 3-6 mm.
NOTA: Per il presente studio è stata utilizzata una sonda a 40 MHz. La modalità B è stata specificata per l'acquisizione dei dati. - Applicare liberamente il gel ad ultrasuoni (vedi Tabella dei materiali) sull'area della pelle nuda.
- Tenere la sonda e metterla a contatto con il gel ad ultrasuoni sul torace, quindi eseguire la scansione dal torace verso il collo per individuare la tiroide (Figura 2C).
NOTA: Applicare delicatamente la pressione durante la scansione; Un'eccessiva pressione sul collo dell'animale può causare ansimare o apnea. Questo protocollo è stato sviluppato sulla base della scansione portatile, ma la scansione meccanizzata può anche essere eseguita utilizzando una macchina per guidare la sonda, come una piattaforma di imaging animale che si muove lungo gli assi x e y. - Scansione su e giù per identificare i confini del tumore e valutarne le dimensioni e la forma.
NOTA: Una tiroide sana di solito appare come una struttura ipoecogena e omogenea davanti alla trachea. I tumori anaplastici fanno apparire la tiroide molto più grande, che può essere facilmente identificata dalla scansione del collo (Figura 3). - Identificare i tumori ATC dalla trachea e dai muscoli della cinghia a seconda della posizione anatomica e dell'ecografia ecografica.
NOTA: I muscoli della cinghia si trovano davanti alla tiroide e alla trachea, così come dietro la tiroide. L'eco ecografica dei muscoli della cinghia appare superiore a quella dell'ATC, mentre l'attenuazione esiste dietro la trachea13.- Sulla base dell'impressione del tumore totale, confermare la sezione dell'immagine con il più grande diametro tumorale da sinistra a destra. Premere il pulsante di congelamento e misurare i diametri tumorali anteroposteriore e da sinistra a destra utilizzando il calibro ad ultrasuoni.
NOTA: Il diametro anteroposteriore deve essere misurato perpendicolarmente al diametro del tumore da sinistra a destra (Figura 4). La dimensione del tumore dell'ATC è stata calcolata moltiplicando il diametro anteroposteriore per il diametro del tumore da sinistra a destra14. Poiché la dimensione dei tumori sui lati sinistro e destro era incoerente, ciascun lato dei tumori è stato calcolato separatamente. La dimensione totale dei tumori è stata ottenuta aggiungendo i tumori bilaterali. Le dimensioni sono state registrate per osservare la curva di crescita dell'ATC.
- Sulla base dell'impressione del tumore totale, confermare la sezione dell'immagine con il più grande diametro tumorale da sinistra a destra. Premere il pulsante di congelamento e misurare i diametri tumorali anteroposteriore e da sinistra a destra utilizzando il calibro ad ultrasuoni.
- Salva la registrazione come cine loop, che facilita la revisione delle immagini selezionate.
4. Recupero degli animali
- Dopo la scansione, pulire il gel ad ultrasuoni e rimuovere il nastro di contenimento dagli arti dell'animale.
- Posizionare il mouse sul dispositivo di riscaldamento supplementare (punto 1.2). Appoggiare l'animale su un fianco (Figura 2D).
- Dopo che il mouse si è ripreso (~ 5 minuti), trasferirlo di nuovo nella gabbia.
- Pulire il sistema ecografico, la sonda e la piattaforma utilizzando un panno morbido e salviette con alcool isopropilico o glutaraldeide.
- Spegnere il sistema di imaging.
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Representative Results
La dimensione media dell'ATC destro all'inizio dello studio era di 4,867 mm 2 e la dimensione media dell'ATC sinistro era di 5,189 mm2. Nella quarta misurazione, la dimensione media dell'ATC destro era cresciuta a 11,844 mm 2, mentre la dimensione del tumore del lobo sinistro era cresciuta fino a 9,280 mm2. La dimensione totale dell'ATC è aumentata da 10.057 mm 2 a 15.843 mm2. Nella fase successiva dello studio, l'ATC è cresciuto rapidamente. In termini di topo etichettato "P92" (Tabella 1), la dimensione del tumore sulla quarta misurazione era cresciuta fino a quasi quattro volte più grande della dimensione della misurazione iniziale. Le misurazioni rappresentative di quattro topi e le curve di crescita sono mostrate nella Figura 5.
L'ecografia ad alta frequenza è la modalità di imaging più spesso utilizzata per esaminare le ghiandole tiroidee negli esseri umani e la tecnica sembra adatta anche ai topi. Può visualizzare l'intera ghiandola tiroidea del topo e i dettagli della crescita della lesione tiroidea. Questo protocollo di applicazione del metodo di ecografia ad alta frequenza potrebbe essere utilizzato per scansionare, monitorare e misurare accuratamente i tumori in un modello murino geneticamente modificato di ATC.
Figura 1: Apparecchiature utilizzate nel presente studio . (A) Il sistema di ecografia ad alta frequenza. (B) Forniture di laboratorio: (1) Coperta riscaldante elettrica. (2) Asciugamani di carta. (3) Gel ad ultrasuoni. (4) Vaporizzatore isoflurano. (5) Crema depilatoria. (6) Tamponi di cotone. (7) Forbici. (8) Nastro adesivo. (9) Guanti medicali. (10) Camera per l'induzione dell'anestesia. (11) Sistema di anestesia. (C) Un sistema di scansione meccanizzato per l'imaging ad ultrasuoni. Il mouse completamente sedato è stato posizionato sulla piattaforma riscaldata (mostrata in verde) e la sonda di scansione è stata collegata a un braccio mobile di precisione. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 2: Preparazione del topo e ecografia . (A) Induzione dell'anestesia. (B) Fissaggio dell'animale sulla piattaforma riscaldata e manutenzione dell'anestesia. (C) Ecografia con metodo a mano libera. (D) Recupero dell'animale sulla coperta elettrica riscaldante. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 3: Immagini ecografiche di un modello murino di tumore ATC ortotopico. La linea verde delimita la trachea, la linea rossa delimita il tumore ATC e la linea gialla delimita il muscolo della cinghia. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 4: Calcolo della dimensione del tumore. La dimensione del tumore è stata calcolata moltiplicando il diametro anteroposteriore (linea arancione) per il diametro del tumore da sinistra a destra (linea bianca). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 5: Analisi longitudinale della crescita ortotopica dell'ATC nel modello murino . (A) Lobo tiroideo destro. (B) Lobo tiroideo sinistro. (C) Tiroide intera. Ogni curva corrisponde a un animale misurato quattro volte. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
| Dattero | 2021.08.24 | 2021.09.16 | 2021.10.19 | 2021.11.19 | |
| Etichetta | Ubicazione | Dimensione del tumore (mm2) | |||
| P71 | A destra | 6.39 | 6.688 | 6.327 | 8.461 |
| A sinistra | 6.461 | 6.419 | 6.984 | 8.6 | |
| totale | 12.851 | 13.107 | 13.311 | 17.062 | |
| P85 | A destra | 5.962 | 7.318 | 7.057 | 7.352 |
| A sinistra | 6.809 | 7.165 | 8.514 | 30.836 | |
| totale | 12.711 | 14.483 | 15.571 | 38.188 | |
| P89 | A destra | 4.423 | 5.423 | 5.988 | 8.911 |
| A sinistra | 4.872 | 5.949 | 7.183 | 7.016 | |
| totale | 9.296 | 11.372 | 13.172 | 15.928 | |
| P92 | A destra | 3.593 | 3.509 | 3.769 | 6.734 |
| A sinistra | 2.724 | 4.033 | 5.39 | 19.97 | |
| totale | 6.317 | 7.542 | 9.159 | 26.704 | |
Tabella 1: Dati sulla misurazione delle dimensioni del tumore. "P71", "P85", "P89" e "P92" rappresentano le etichette dei topi. A destra: la dimensione del tumore del lato destro. A sinistra: la dimensione del tumore del lato sinistro. Totale: la dimensione totale del tumore sommando i tumori bilaterali. La prima riga include la dimensione del tumore (mm2: millimetri quadrati) e la data delle misurazioni.
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Discussion
Questo protocollo utilizza l'ecografia ad alta risoluzione per analizzare i tumori ATC ortotopici in un modello murino geneticamente modificato. Il modello transgenico, con genotipo TPO-cre/ERT2; BrafCA/wt; Trp53 Δex2-10/Δex2-10, è stato sviluppato nel nostro laboratorio. Gli animali sovraesprimono BrafV600E e mancano di Trp53; L'iniezione intraperitoneale di tamoxifene porta alla crescita del tumore dopo circa 1 mese10. I tumori crescono rapidamente e raggiungono una dimensione misurabile entro 50 giorni. Questo protocollo è stato utilizzato per monitorare la crescita del tumore per 4 mesi.
L'ecografia si è dimostrata affidabile nei topi per l'imaging di tessuti che occupano posizioni corporee simili a quelle dei tessuti umani, tra cui fegato, tiroide e feto9. Come negli esseri umani, la tiroide del topo si trova su ciascun lato della cartilagine tiroidea e della trachea13. Il protocollo presentato consente l'analisi dei tumori ATC nella tiroide, consentendo lo studio dell'inizio del tumore, della progressione e della risposta ai trattamenti. I tumori tiroidei nel modello murino sono cresciuti abbastanza grandi e hanno occupato lo spazio intorno alla trachea e ai muscoli della cinghia. Hanno mostrato caratteristiche solido-cistiche negli ultrasuoni, simili alle strutture follicolari. La non invasività, la breve durata e la convenienza dell'ecografia possono renderla più attraente per molti gruppi di ricerca rispetto alla risonanza magnetica o alla tomografia computerizzata8. Poiché non sono necessari lunghi periodi di sedazione o anestesia, i vantaggi dell'ecografia potrebbero facilitare gli studi longitudinali.
L'applicazione di un gel ad ultrasuoni sufficiente durante la scansione è fondamentale per eliminare le sacche d'aria che potrebbero influire sull'imaging ed evitare un'eccessiva compressione che potrebbe portare all'apnea. Questo protocollo viene eseguito di routine nel nostro laboratorio da specialisti esperti di ecografia che eseguono la scansione a mano libera. La scansione a mano libera è preferita a una piattaforma meccanizzata perché consente flessibilità nella regolazione della posizione della sonda ecografica in base allo stato dell'animale. Quando si utilizza una piattaforma meccanizzata, le coordinate x e y devono essere regolate per evitare un'eccessiva compressione sull'animale. I risultati hanno mostrato che i tumori sono cresciuti lentamente nel primo periodo, ma dal giorno 60, i tumori si sono sviluppati drammaticamente più velocemente e la dimensione massima del tumore era di 38.188 mm2. La principale causa di morte era l'asfissia nella fase avanzata. Negli studi clinici, a causa della rarità dei tumori ATC, è difficile raccogliere campioni sufficienti per osservare il processo e il meccanismo di sviluppo. Il metodo delle lesioni ATC potrebbe essere meglio osservato nel modello murino. In futuro, questi campioni potrebbero fornire maggiori informazioni per i trattamenti clinici.
Una limitazione dell'imaging ecografico è che l'ecogenicità dei tumori ATC può assomigliare a quella dei tessuti circostanti, oscurando così i margini tumorali, specialmente in un'immagine fissa. Tuttavia, questi margini possono essere identificati utilizzando il contrasto dinamico, quindi le immagini dinamiche sono state salvate in questo studio per un'analisi successiva. Per garantire i risultati più accurati e affidabili, la sonda deve essere posizionata in vari modi per visualizzare l'intera tiroide e il tumore da diverse angolazioni. In questo studio, solo un ecografista ha eseguito tutte le misurazioni, quindi le misurazioni di affidabilità tra diversi esaminatori non sono state valutate.
Questo protocollo può facilitare l'uso dell'ecografia ad alta risoluzione per localizzare e misurare i tumori ATC negli animali, aprendo così la strada a studi dettagliati sull'insorgenza, la progressione e il trattamento del cancro.
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Disclosures
Gli autori non hanno conflitti di interesse da dichiarare.
Acknowledgments
Questa ricerca non ha ricevuto alcuna sovvenzione specifica da agenzie di finanziamento pubbliche, commerciali o senza scopo di lucro.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Adhesive tape | Winner | ||
| Anesthesia system | RWDlifescience | ||
| Brafflox/wt mice | Collaboration with Institute of Life Science, eBond Pharmaceutical Technology Ltd, Chengdu, China | ||
| Chamber for anesthesia induction | RWDlifescience | ||
| Cotton swabs | Winner | ||
| Depilatory cream | Veet | ||
| Electric heating blanket | Petbee | ||
| Isoflurane vaporizer | RWDlifescience | ||
| Medical gloves | Winner | ||
| Paper towels | Breeze | B914JY | |
| TPO-cre/ERT2 mice | Collaboration with Institute of Life Science, eBond Pharmaceutical Technology Ltd, Chengdu, China | ||
| Trp53flox/wt mice | Collaboration with Institute of Life Science, eBond Pharmaceutical Technology Ltd, Chengdu, China | ||
| Ultrasound gel | Keppler | KL-250 | |
| Ultrasound machine | VisualSonics | Vevo 3100 |
References
- Maniakas, A., et al. Evaluation of overall survival in patients with anaplastic thyroid carcinoma, 2000-2019. JAMA Oncology. 6 (9), 1397-1404 (2020).
- Molinaro, E., et al. Anaplastic thyroid carcinoma: From clinicopathology to genetics and advanced therapies. Nature Reviews Endocrinology. 13 (11), 644-660 (2017).
- Champa, D., Di Cristofano, A. Modeling anaplastic thyroid carcinoma in the mouse. Hormones and Cancer. 6 (1), 37-44 (2015).
- Vitiello, M., Kusmic, C., Faita, F., Poliseno, L. Analysis of lymph node volume by ultra-high-frequency ultrasound imaging in the Braf/Pten genetically engineered mouse model of melanoma. Journal of Visualized Experiments. (175), e62527 (2021).
- Wang, Y., et al. Low intensity focused ultrasound (LIFU) triggered drug release from cetuximab-conjugated phase-changeable nanoparticles for precision theranostics against anaplastic thyroid carcinoma. Biomaterials Science. 27 (1), 196-210 (2018).
- Mohammed, A., et al. Early detection and prevention of pancreatic cancer: Use of genetically engineered mouse models and advanced imaging technologies. Current Medicinal Chemistry. 19 (22), 3701-3713 (2012).
- Wege, A. K., et al. High resolution ultrasound including elastography and contrast-enhanced ultrasound (CEUS) for early detection and characterization of liver lesions in the humanized tumor mouse model. Clinical Hemorheology and Microcirculation. 52 (2-4), 93-106 (2012).
- Greco, A., et al. Preclinical imaging for the study of mouse models of thyroid cancer. International Journal of Molecular Sciences. 18 (12), 2731 (2017).
- Renault, G., et al.
- McFadden, D. G., et al. p53 constrains progression to anaplastic thyroid carcinoma in a Braf-mutant mouse model of papillary thyroid cancer. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (16), 1600-1609 (2014).
- Garassini, M.
- Aldrich, J. E.
- Mancini, M., et al. Morphological ultrasound microimaging of thyroid in living mice. Endocrinology. 150 (10), 4810-4815 (2009).
- Ying, M., Yung, D. M., Ho, K. K. Two-dimensional ultrasound measurement of thyroid gland volume: a new equation with higher correlation with 3-D ultrasound measurement. Ultrasound in Medicine & Biology. 34 (1), 56-63 (2008).
