Dynamisch contrast versterkte MRI van een orthotope pancreaskanker Muis Model
Summary
The goal of this protocol is to apply dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) for orthotopic pancreatic tumor xenografts in mice. DCE-MRI is a non-invasive method to analyze microvasculature in a target tissue, and useful to assess vascular response in a tumor following a novel therapy.
Abstract
Dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) has been limitedly used for orthotopic pancreatic tumor xenografts due to severe respiratory motion artifact in the abdominal area. Orthotopic tumor models offer advantages over subcutaneous ones, because those can reflect the primary tumor microenvironment affecting blood supply, neovascularization, and tumor cell invasion. We have recently established a protocol of DCE-MRI of orthotopic pancreatic tumor xenografts in mouse models by securing tumors with an orthogonally bent plastic board to prevent motion transfer from the chest region during imaging. The pressure by this board was localized on the abdominal area, and has not resulted in respiratory difficulty of the animals. This article demonstrates the detailed procedure of orthotopic pancreatic tumor modeling using small animals and DCE-MRI of the tumor xenografts. Quantification method of pharmacokinetic parameters in DCE-MRI is also introduced. The procedure described in this article will assist investigators to apply DCE-MRI for orthotopic gastrointestinal cancer mouse models.
Introduction
Het algemene doel van deze methode is om dynamisch contrast versterkte MRI (DCE-MRI) gelden voor orthotopic pancreas tumorxenograften bij muizen. DCE-MRI is een niet-invasieve methode microvasculatuur in een doelweefsel evalueren door monitoring van de verandering van contraststof gedurende een bepaalde periode na injectie. DCE-MRI is gebruikt om kwaadaardige tumoren te diagnosticeren en tumor respons op verschillende therapieën 1-4 beoordelen. Kwantitatieve DCE-MRI heeft gepresenteerd hoge reproduceerbaarheid 5. Farmacokinetische parameters van een contraststof kwantificeren in een doelweefsel, moeten alle DCE-MRI verkregen op verschillende tijdstippen en T1 kaart verkregen vóór contrast injectie coregistered 6. Echter, als gevolg van de luchtwegen en de peristaltische bewegingen in de buikstreek, kwantitatieve DCE-MRI heeft beperkte toepassing voor gastro-intestinale tumoren hadden.
Orthotope pancreastumoren modellen zijn gebruikt beoordelenpancreas-tumor respons volgende biologische therapieën en chemokuren 7,8. Orthotope tumormodellen zijn superieur aan conventionele subcutane modellen leveren, aangezien de micro in de oorspronkelijke tumor wordt gereflecteerd en daardoor humane tumor respons op therapie kan nauwkeuriger worden voorspeld. De muis alvleesklier is gelegen in de linker bovenste kwadrant van de buik, dus kwantitatieve DCE-MRI van orthotope pancreas tumor xenotransplantaten bij muizen niet gemakkelijk geïmplementeerd.
We hebben een protocol van DCE-MRI van abdominale tumoren bij muizen die door de vaststelling van de tumoren met behulp van een orthogonaal gebogen plastic bord met motion transfer van de borst regio 9 voorkomen. De door deze raad uitgeoefende druk werd gelokaliseerd op de buikstreek, en heeft niet geleid tot ademhalingsmoeilijkheden. Een geautomatiseerde afbeelding coregistration techniek is gevalideerd voor DCE-MRI van buikorganen in een vrije-ademmode, maar hij presteert effectively alleen wanneer de doelgebieden bewegen langzaam en regelmatig 10. Snelheid van dieren luchtwegen is variabel tijdens de beeldvorming, zal dus fysieke terughoudendheid in de buikstreek nodig zijn om betrouwbare farmacokinetische parameters in orthotopische pancreastumor muismodellen te halen. We hebben met succes de farmacokinetische parameters van een MR-contrastmiddel gekwantificeerd in orthotopische pancreas tumorxenograften behulp van de orthogonaal gebogen plastic bord in DCE-MRI 11-13. Hier presenteren we de gedetailleerde procedure van orthotope pancreastumoren modellering, DCE-MRI van de tumor xenografts in muizen en kwantificering van farmacokinetische parameters.
Protocol
Representative Results
Discussion
We hebben de gedetailleerde methoden van orthotopic alvleeskliertumor modellering met immunodeficiënte muizen, DCE-MRI van abdominale tumoren in muizen, en kwantificering van de kinetische parameters geïntroduceerd. In orthotopische alvleeskliertumor modelleren, moet erop worden gelet bij het plaatsen van een naald in de staart van de alvleesklier. Als dat lukt, zullen de cellen worden overgedragen aan de kop van de alvleesklier het creëren van een kleine blaar. Bij de toepassing van een orthogonaal gebogen plastic b…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Authors thank Jeffrey Sellers to assist orthotopic pancreatic cancer mouse modeling. This work was supported by Research Initiative Pilot Awards from the Department of Radiology at UAB and NIH grants 2P30CA013148 and P50CA101955.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| DMEM | Invitrogen | 11965-118 | |
| Fetal bovine serum | Harlan Laboratories | BT-9501 | |
| Betadine | Purdue products | 67618-153-01 | |
| 5-0 Prolene sutures | Ethicon | 8720H | |
| 9.4T MR scanner | Bruker Biospin Corporation | BioSpec 94/20 USR | |
| Gadoteridol | Bracco Diagnostics Inc | NDC 0270-1111-03 | |
| Micro-polyethelene tube | Strategic Applications, Inc | #PE-10-25 | |
| 30G blunt tip needle | Strategic Applications, Inc | 89134-194 | |
| Monitoring and gating system | SA instruments, Inc | Model 1030 | This is an MR compatiable system to measure resiratory rating and body temperature of small animals at the same time. |
| Syringe pump | New Era Pump Systems, Inc. | NE-1600 |
References
- Ergul, N., et al. Assessment of multifocality and axillary nodal involvement in early-stage breast cancer patients using 18F-FDG PET/CT compared to contrast-enhanced and diffusion-weighted magnetic resonance imaging and sentinel node biopsy. Acta Radiol. , (2014).
- Park, J. J., et al. Assessment of early response to concurrent chemoradiotherapy in cervical cancer: value of diffusion-weighted and dynamic contrast-enhanced MR imaging. Magn Reson Imaging. , (2014).
- Nguyen, H. T., et al. Prediction of chemotherapeutic response in bladder cancer using K-means clustering of dynamic contrast-enhanced (DCE)-MRI pharmacokinetic parameters. J Magn Reson Imaging. 10, (2014).
- Teo, Q. Q., Thng, C. H., Koh, T. S., Ng, Q. S. Dynamic Contrast-enhanced Magnetic Resonance Imaging: Applications in Oncology. Clin Oncol (R Coll Radiol). , (2014).
- Zhang, X., Pagel, M. D., Baker, A. F., Gillies, R. J. Reproducibility of magnetic resonance perfusion imaging. PLoS One. 9 (2), e89797 (2014).
- Kim, H., et al. Pancreatic adenocarcinoma: a pilot study of quantitative perfusion and diffusion-weighted breath-hold magnetic resonance imaging. Abdominal imaging. , (2014).
- Derosier, L. C., et al. Combination Treatment with TRA-8 Anti Death Receptor 5 Antibody and CPT-11 Induces Tumor Regression in an Orthotopic Model of Pancreatic Cancer. Clin Cancer Res. 13 (18), 5535s-5543s (2007).
- Derosier, L. C., et al. TRA-8 anti-DR5 monoclonal antibody and gemcitabine induce apoptosis and inhibit radiologically validated orthotopic pancreatic tumor growth. Mol Cancer Ther. 6 (12), 3198-3207 (2007).
- Kim, H., et al. Early therapy evaluation of combined anti-death receptor 5 antibody and gemcitabine in orthotopic pancreatic tumor xenografts by diffusion-weighted magnetic resonance imaging. Cancer Res. 68 (20), 8369-8376 (2008).
- Klein, S., Staring, M., Murphy, K., Viergever, M. A., Pluim, J. P. elastix: a toolbox for intensity-based medical image registration. IEEE Trans Med Imaging. 29 (1), 196-205 (2010).
- Kim, H., et al. Early therapy evaluation of combined cetuximab and irinotecan in orthotopic pancreatic tumor xenografts by dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging. Mol Imaging. 10 (3), 153-167 (2011).
- Kim, H., et al. Antagonistic effects of anti-EMMPRIN antibody when combined with chemotherapy against hypovascular pancreatic cancers. M Mol Imaging Biol. 16 (1), 85-94 (2014).
- Kim, H., et al. Dual combination therapy targeting DR5 and EMMPRIN in pancreatic adenocarcinoma. Mol Cancer Ther. 11 (2), 405-415 (2012).
- Moyher, S. E., Vigneron, D. B., Nelson, S. J. Surface coil MR imaging of the human brain with an analytic reception profile correction. J Magn Reson Imaging. 5 (2), 139-144 (1995).
- Voigt, T., Nehrke, K., Doessel, O., Katscher, U. T1 corrected B1 mapping using multi-TR gradient echo sequences. Magn Reson Med. 64 (3), 725-733 (2010).
- Liu, H., Liu, Y., Zhao, Z., Zhang, L., Qiu, T. A new background distribution-based active contour model for three-dimensional lesion segmentation in breast DCE-MRI. Medical physics. 41 (8), 082303 (2014).
- Sarkar, S., Das, S. Multilevel image thresholding based on 2D histogram and maximum Tsallis entropy–a differential evolution approach. IEEE Trans Image Process. 22 (12), 4788-4797 (2013).
- Yankeelov, T. E., et al. Quantitative pharmacokinetic analysis of DCE-MRI data without an arterial input function: a reference region model. Magn Reson Imaging. 23 (4), 519-529 (2005).
- Cardenas-Rodriguez, J., Howison, C. M., Pagel, M. D. A linear algorithm of the reference region model for DCE-MRI is robust and relaxes requirements for temporal resolution. Magn Reson Imaging. 31 (4), 497-507 (2013).
- Tofts, P. S., et al. Estimating kinetic parameters from dynamic contrast-enhanced T(1)-weighted MRI of a diffusable tracer: standardized quantities and symbols. J Magn Reson Imaging. 10 (3), 223-232 (1999).
- Yankeelov, T. E., et al. Comparison of a reference region model with direct measurement of an AIF in the analysis of DCE-MRI data. Magn Reson Med. 57 (2), 353-361 (2007).
- Cao, R. Y., Amand, T., Ford, M. D., Piomelli, U., Funk, C. D. The Murine Angiotensin II-Induced Abdominal Aortic Aneurysm Model: Rupture Risk and Inflammatory Progression Patterns. Front Pharmacol. 1 (9), (2010).
- Parker, G. J., et al. Experimentally-derived functional form for a population-averaged high-temporal-resolution arterial input function for dynamic contrast-enhanced MRI. Magn Reson Med. 56 (5), 993-1000 (2006).
- Tseng, W., Leong, X., Engleman, E. Orthotopic mouse model of colorectal cancer. J Vis Exp. (10), 484 (2007).
- Bhullar, J. S., et al. A true orthotopic gastric cancer murine model using electrocoagulation. J Am Coll Surg. 217 (1), 64-70 (2013).
