הדמיית תהודה מגנטית משופרת ניגודיות דינמית של דגם orthotopic סרטן לבלב עכבר
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
המטרה הכוללת של שיטה זו היא ליישם הדמיה ניגודיות המשופרת דינמית בתהודה מגנטית (DCE-MRI) לxenografts גידול בלבלב בעכברי orthotopic. DCE-MRI הוא שיטה לא פולשנית להעריך microvasculature ברקמות יעד על ידי ניטור השינוי של ניגוד MR על פני תקופה מסוימת של זמן לאחר הזרקה. DCE-MRI נוצל כדי לאבחן גידולים ממאירים וכדי להעריך את תגובת גידול לטיפולים שונים 1-4. DCE-MRI כמותי הציג שחזור גבוה 5. כדי לכמת את הפרמטרים pharmacokinetic חומר ניגוד MR של ברקמות יעד, את כל תמונות DCE-MR נרכשו בנקודות זמן שונות ומפת T1 שהושגו לפני הזרקה לעומת זאת יש coregistered 6. עם זאת, בשל תנועות נשימה וperistaltic באזור הבטן, DCE-MRI כמותי יש לו יישום מוגבל לגידולים במערכת העיכול.
מודלים גידול בלבלב Orthotopic כבר נוצלו כדי להעריךתגובת לבלב-גידול הבא טיפולי כימותרפיה ו7,8 ביולוגיים. מודלים גידול Orthotopic נחשבים עדיף על מודלים תת עורית קונבנציונליים, מאז מייקרו-הסביבה באתר הגידול המקורי באו לידי ביטוי ותגובת גידול ובכך אדם לטיפול ניתן לחזות בצורה מדויקת יותר. עם זאת, לבלב העכבר ממוקם ברבע העליון השמאלי של הבטן, DCE-MRI כך כמותי של xenografts גידול בלבלב בעכברי orthotopic לא יושם בקלות.
הקמנו פרוטוקול של DCE-MRI של גידולי בטן בעכברים על ידי תיקון הגידולים תוך שימוש בלוח פלסטיק orthogonally כפוף למניעת העברת תנועה מאזור החזה 9. הלחץ המופעל על ידי הפורום היה מקומי באזור הבטן, ולא הביא בקשיים נשימה. טכניקת coregistration תמונה אוטומטית אומתה לDCE-MRI של אברי בטן במצב חופשית-נשימה, אבל זה מבצע effectively רק כאשר אזורי היעד לנוע באיטיות ובאופן קבוע 10. קצב נשימה של בעלי חיים הוא משתנה במהלך הדמיה, איפוק כל כך פיזי באזור הבטן יהיה צורך לאחזר פרמטרים pharmacokinetic אמין במודלים של עכברי גידול בלבלב orthotopic. יש לנו בהצלחה ונרשמת הפרמטרים pharmacokinetic חומר ניגוד MR של בxenografts גידול בלבלב orthotopic באמצעות לוח פלסטיק orthogonally הכפוף בDCE-MRI 11-13. כאן אנו מציגים את ההליך מפורט של מודלים גידול בלבלב orthotopic, DCE-MRI של xenografts הגידול בעכברים, והכימות של פרמטרים pharmacokinetic.
Protocol
Representative Results
Discussion
יש לנו הצגנו שיטות מפורטות של מודלים גידול בלבלב orthotopic באמצעות עכברי immunodeficient, DCE-MRI של גידולי בטן בעכברים, וכימות של הפרמטרים שלו קינטית. בדוגמנות גידול בלבלב orthotopic, יש לנקוט בזהירות בעת החדרת מחט לתוך הזנב של לבלב. אם מוצלח, תאים יועברו לראש לבלב יצירת בועה קטנה. בעת ה?…
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).
