Summary

Dynamic Contrast Forbedret Magnetic Resonance Imaging av en ortotopiske Bukspyttkjertelkreft Mouse Model

Published: April 18, 2015
doi:

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

Det overordnede målet med denne metoden er å bruke dynamisk kontrastforsterket magnetisk resonanstomografi (DCE-MRI) for ortotopiske bukspyttkjertel tumorxenotransplantater hos mus. DCE-MRI er en ikke-invasiv metode for å vurdere mikrovaskulaturen i et målvev ved å overvåke endringen av MR-kontrast over en viss tid etter injeksjon. DCE-MRI har vært benyttet til å diagnostisere ondartede svulster og å vurdere tumorrespons på ulike behandlinger 1-4. Kvantitative DCE-MRI har presentert høy reproduserbarhet 5. For å kvantifisere farmakokinetiske parameterne til en MR-kontrastmiddel i et mål vev, må alle DCE-MR-bilder ervervet ved ulike tidspunkt og T1 kart innhentes før kontrastinjeksjon bli coregistered 6. Men på grunn av luftveis og peristaltiske bevegelser i mageområdet, har kvantitative DCE-MRI hadde begrenset anvendelse for gastrointestinale svulster.

Ortotopisk pankreatiske tumormodeller er blitt benyttet for å vurderepankreas-tumor respons etter biologiske terapier og chemotherapies 7,8. Ortotopiske tumormodeller anses overlegen til konvensjonell subkutane modeller, siden mikromiljøet i den opprinnelige svulsten nettstedet er reflektert og dermed menneskelig tumor respons på behandlingen kan bli mer nøyaktig spådde. Imidlertid er muse bukspyttkjertelen ligger i den venstre øvre kvadrant av abdomen, så kvantitativ DCE-MRI of ortotopiske pankreas tumorxenografter i mus har ikke vært lett realiseres.

Vi har etablert en protokoll av DCE-MRI av magesvulster hos mus ved å feste svulster ved hjelp av en vinkelrett bøyd plast bord for å forhindre bevegelse overføring fra brystet regionen ni. Trykket brukes av dette forumet ble lokalisert på mageregionen, og har ikke resultert i pustevanskeligheter. En automatisert bilde coregistration teknikken har blitt validert for DCE-MRI av abdominal organer i en gratis-pust-modus, men det utfører effectively bare når målregioner bevege seg sakte og regelmessig 10. Respirasjonsfrekvens av dyr er variabel under avbildning, vil så fysisk tilbakeholdenhet i mageområdet være nødvendig å hente pålitelige farmakokinetiske parametere i ortotopiske bukspyttkjertelen svulst musemodeller. Vi har med hell kvantifisert de farmakokinetiske parameterne til en MR-kontrastmiddel i ortotopiske bukspyttkjertelen tumorxenotransplantater bruker orthogonally bøyd plast bord i DCE-MRI 11-13. Her presenterer vi detaljert prosedyre for orthotopic bukspyttkjertelen svulst modellering, DCE-MRI av tumorxenotransplantater hos mus, og kvantifisering av farmakokinetiske parametre.

Protocol

Alle prosedyrer ble godkjent av Institutional Animal Care og bruk komité ved University of Alabama i Birmingham. 1. ortotopiske bukspyttkjertelen Tumor Mouse Modeling Kultur standard human pankreas-cancer-cellelinjer i Dulbeccos modifiserte Eagles medium (DMEM) supplert med 10% føtalt bovint serum. Opprettholde alle kulturer ved 37 ° C i fuktig atmosfære med 5% CO 2. Bruk 8-10 uker gamle kvinnelige alvorlig kombinert immunsvikt mus. Plassere burene i dyre …

Representative Results

Humane pankreatiske tumorceller vokse med hell i mus bukspyttkjertelen skape en fast tumor. Figur 1 viser fotografier av (A) en normal pankreas hvor tumorcelleløsning injiseres, og (B) en representativ mus som bærer en ortotopisk pankreatisk tumor xenograft (MIA PACA-2 ). Svulst ligger i venstre øvre kvadrant av abdomen, ved siden av milten. Det tar vanligvis 2 – 4 uker for svulstene å vokse opp til 5-7 mm i diameter etter celle implantasjon. Bevegelse av ortotopiske buk…

Discussion

Vi har innført de detaljerte metoder for orthotopic bukspyttkjertelen svulst modellering ved hjelp av immunsvikt mus, DCE-MRI av magesvulster hos mus, og kvantifisering av sine kinetiske parametre. I orthotopic bukspyttkjertelen svulst modellering, må det utvises forsiktighet når du setter inn en nål inn i halen av bukspyttkjertelen. Hvis de lykkes, vil cellene bli overført til leder av bukspyttkjertelen lage en liten bleb. Når du søker en orthogonally bøyd plast bord, er det avgjørende å bekrefte at svulsten …

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

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Zhang, X., Pagel, M. D., Baker, A. F., Gillies, R. J. Reproducibility of magnetic resonance perfusion imaging. PLoS One. 9 (2), e89797 (2014).
  6. Kim, H., et al. Pancreatic adenocarcinoma: a pilot study of quantitative perfusion and diffusion-weighted breath-hold magnetic resonance imaging. Abdominal imaging. , (2014).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Kim, H., et al. Dual combination therapy targeting DR5 and EMMPRIN in pancreatic adenocarcinoma. Mol Cancer Ther. 11 (2), 405-415 (2012).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Tseng, W., Leong, X., Engleman, E. Orthotopic mouse model of colorectal cancer. J Vis Exp. (10), 484 (2007).
  25. Bhullar, J. S., et al. A true orthotopic gastric cancer murine model using electrocoagulation. J Am Coll Surg. 217 (1), 64-70 (2013).
check_url/fr/52641?article_type=t

Play Video

Citer Cet Article
Kim, H., Samuel, S., Totenhagen, J. W., Warren, M., Sellers, J. C., Buchsbaum, D. J. Dynamic Contrast Enhanced Magnetic Resonance Imaging of an Orthotopic Pancreatic Cancer Mouse Model. J. Vis. Exp. (98), e52641, doi:10.3791/52641 (2015).

View Video