描述了一种将用于乙醇基烧蚀溶液的试剂引入管内注射到小鼠乳腺导管树中的方法,用于 体内 成像和乳腺癌预防。直接注射到开口中可以靶向乳腺上皮细胞,同时将侧支组织损伤降至最低。
乳腺癌是美国女性癌症最普遍的癌症,也是癌症相关死亡的第二大原因。对于高危女性,预防性乳房切除术是最有效的一级预防策略。预防性乳房切除术是一种积极的外科手术,可完全去除乳腺癌与周围组织一起产生的乳腺上皮细胞。我们寻求开发一种微创导管内手术,作为预防性乳房切除术的替代方案,以便在乳腺上皮细胞变成恶性细胞之前局部消融它们。我们和其他人已经开发了一种导管内递送程序,以达到和治疗乳腺癌啮齿动物模型中的这些上皮细胞。虽然在处具有单个非吻合导管树开口的小鼠乳腺具有比人类乳房更不复杂和曲折的结构,但化学诱导和基因工程的乳腺癌小鼠模型对于产生新的预防策略的概念验证研究是有价值的。在这里,我们描述了在小鼠乳腺导管树内输注含有micro-CT / X射线钽基造影剂的乙醇基烧融溶液的导管内递送程序,用于乳腺癌一级预防的治疗目的。水性试剂(例如细胞毒性化合物、siRNA、AdCre)的导管内递送先前已在小鼠模型中描述过。因此,我们将方案描述集中在方法学修饰和独特的实验考虑因素上,以优化乙醇的输送,最大限度地减少乙醇给药的局部和全身副作用,以及通过micro-CT / 荧光透视成像对导管树填充进行体内可视化。注射含造影剂的溶液后立即可视化导管树,可以确认完全填充或不成功的结果,例如填充不足或过量填充。该程序可用于其他烧蚀性化合物的递送和成像,旨在防止肿瘤形成或局部治疗可通过导管树进入的早期肿瘤。
乳腺癌是一种常见且可能致命的疾病,几乎没有预防选择1。最有效的干预措施是预防性乳房切除术;然而,只有高危人群才会选择接受这种手术,因为这是一项具有重大改变生活后果的手术2。该程序完全去除乳腺癌与周围组织一起产生的乳腺上皮细胞。这可能导致个体的身体,心理和社会压力,并且经常劝阻个体不要将这种外科手术作为其主要干预的第一线。
我们已经证明,将含有70%乙醇(EtOH)的烧蚀溶液直接递送到导管树中可有效杀死具有有限侧支组织损伤的乳腺上皮细胞并预防小鼠模型中的乳腺肿瘤3。EtOH长期以来一直被用作局部治疗的消融剂或硬化剂。经皮EtOH注射液用作不可切除的肝肿瘤,肾和肾上腺肿瘤以及胰腺囊性肿瘤的消融剂4,5,6;用于乳糜泻神经松解以减轻疼痛7;和用于治疗乳房假性动脉瘤8。血管内EtOH注射剂用作硬化剂,以消除动静脉畸形(AVM)引起的肿胀和变形,并用于蜘蛛静脉和静脉曲张的美容治疗9,10,11,12,13。与预防性乳房切除术一样,局部递送烧蚀性溶液的成功与否取决于完全切除可能产生癌症的所有乳腺上皮细胞的能力。这需要确认烧蚀物质已成功填充导管树,从而直接接触所有乳腺上皮细胞。在乳腺内注射物质并通过图像引导的荧光透视或导管造影术进行可视化的临床手段是现成的14,15;因此,当该程序可能需要在临床试验中进行评估时,可以交付并确认成功交付。
证明这种图像引导方法在实验动物中的可行性是确定导管内(ID)消融术作为乳腺癌预防措施的有效性和转化可行性的关键步骤。在我们的实验室中,我们已经开发出一种方法,在每周注射过程中,用含有造影剂的消融溶液成功注射小鼠的所有乳腺,以确保动物不会屈服于过量的EtOH(图1, 图2,参考号3,16)。该过程将 34 G 针头置于异氟醚麻醉小鼠的开口内以注射测试溶液。该程序的一些关键改进包括使用气密注射器治疗液体和气体,在导管树上注射更高的体积17,以及延长抗炎治疗。5 mg/kg 卡洛芬(一种非甾体抗炎药)的临床前治疗与 AVM 的临床硬化治疗一致,从 ID 手术前 2 d 至 7 d。通常,在全身麻醉后,患者在术后2天内接受抗炎药物,如NSAIDs,可以延长以减轻任何局部炎症或疼痛12。通过腹腔内注射小鼠的5%蔗糖溶液可显着减轻酒精中毒。通过施用这种蔗糖溶液,可以安全地向小鼠注射高达160μL的70%EtOH(最多四个导管树;血液中约0.4g / dL的EtOH含量);动物在ID注射后4小时内完全恢复。对于在小鼠中注射超过四个腺体和/或更高的EtOH浓度,我们进行顺序会话以允许足够的恢复时间。由于酒精量占体重的比例较低,因此女性的酒精中毒将是一个较小的问题。鉴于人类乳房中导管树的数量14,15,约16,以及估计填充每个树导管的体积18,19,将施用高达32mL的70%EtOH。该量将远低于其他临床程序中施用的 50 mL 95% EtOH4,9。静脉注射硫胺素和葡萄糖溶液可用于进一步减少EtOH中毒的影响,特别是在可能需要注射更大总体积的EtOH和/或对饮酒耐受性较低的女性(例如,酒精或醛脱氢酶中的等位基因变体)的情况下。
通过显微CT /荧光透视成像使我们能够确认每个腺体的导管填充成功(图1,图2,图3)。这可以记录下来以供将来分析,或者通过实时荧光成像在当下进行评估,就像在临床应用中所做的那样,以限制对动物施加的总体辐射负担。为了进一步改进这种烧蚀溶液在体内实时图像引导递送的具体特征,我们之前将FDA批准的含碘对比与Shapiro实验室合成的含钽氧化物(TaOx)纳米颗粒进行了比较3,16。TaOx作为显微CT造影剂显示出优异的性能,用于可视化导管树的初始填充(图2,图3)。TaOx可用作参考造影剂,以对其他基于纳米颗粒的血库造影剂(例如,碘,铋或含金)以及TaOx与不同浓度乙基纤维素作为胶凝剂的相容性进行更系统和纵向的评估20,21。
预防性乳房切除术是目前乳腺癌最有效的干预措施,但它有一些严重的负面影响。使用基于EtOH的解决方案局部消融乳腺上皮细胞是一种有前途的替代疗法,正如我们在乳腺癌侵袭性FVB-Tg-C3(1)-TAg小鼠模型的概念验证研究中所证明的那样3。这种烧蚀性溶液的ID注射允许靶向乳腺癌产生的乳腺上皮细胞,而附带损害有限。在烧蚀溶液中添加X射线造影剂可以增强对溶液预防有效性的理解,因为我们可以看到注射后是否成功填充了每个导管树(图2B)。注射后立即通过透视观察注射的腺体反映了临床上可能采取的措施,以确认导管树的成功填充。解决方案交付的视觉确认将最好地告知是否已实时到达树的所有部分。这可以允许在当时或将来的会话中执行进一步的注入以完成填充。烧蚀性溶液到达导管树的所有部分是非常重要的,以确保所有上皮细胞都可以被访问以进行杀伤(图3)。在树内留下活的上皮细胞将允许乳腺癌仍然可能出现。利用ID注射中的对比度来成像注射的成功也可能对其他配方有用。表 1 提供了故障排除和有用的提示。其他研究描述了小鼠中病毒颗粒(例如AdCre,CRISPR引导RNA),激素,细胞毒性化合物,siRNA和/或靶向剂的ID递送方案3,16,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,大鼠24,32,39,40,41和兔子42,43,44,45,46,47。独立临床研究报告,每个乳房成功插管多达 8 根导管,用于局部化疗40,48,49。出于类似的原因,在提供其他旨在预防或面向治疗的解决方案时,可视化完全填充是值得的。了解解决方案已到达树的所有分支和末端,将有助于评估成功的预防或治疗。
我们不知道在小鼠33,34 或其他动物模型47 中的任何其他导管内成像方法能够提供TaOx 纳米颗粒的高分辨率。值得注意的是,小鼠导管树中的TaOx 在诊断性导管造影方面优于FDA批准的造影剂3,16。随着我们继续评估ID消融手术预防乳腺癌的能力,我们将能够更准确地确定ID交付后通过成像给出的附加数据,从哪个腺癌中产生。例如,人们可以确定仅部分填充的腺体是否比未注射的腺体更有可能导致肿瘤形成,这解决了高风险女性注射失败的安全性问题。此技术有一些限制。这是一种相对具有挑战性的鼠标技术,需要操作员的灵巧和熟练程度来操纵和成功插管每个管道。每次单独注射都是一个独立的事件,因此在一个或多个腺体上不成功的注射可能会损害结果的解释。鉴于小鼠乳腺的大小和的脆弱性,透视或类似的图像引导技术无法实时告知何时停止输注。这种实时图像引导将是临床实施局部递送烧蚀性解决方案的要求。
The authors have nothing to disclose.
这项工作部分得到了国家癌症研究所R21 CA226579和R01 CA258314对LFS的资助,以及国家生物医学成像和生物工程研究所R01 EB029418对EMS的资助。我们要感谢密歇根州立大学定量(IQ)健康科学与工程成像研究所核心设施使用其成像系统和技术专长。我们要感谢Danielle Ferguson博士审查了视频的内容以及遵守动物福利指南的数字。
AnalyzeDirect v12.0 | Caliper | n/a | For micro-CT image processing |
Carprieve, Carprofen 50 mg/mL | Allivet | 50647 | For anti-inflammatory treatment |
Evans blue | Sigma | E2129-50G | For injection visualization |
Hot water bath | Toolots | Yidu_HH-S2 | For preparing carprofen cups |
Imaris | Bitplane | n/a | For confocal image processing |
MediGel Sucralose Cups | ClearH2O | 74-02-5022 | For delivery of carprofen |
Model 1705 RN Syringe, 50μL | Hamilton | 7655-01 | For intraductal injection |
Photoshop 2021 | Adobe | n/a | For image processing |
Quantum GX2 microCT Imaging System | Perkin Elmer | CLS149276 | For micro-CT image acquisition |
Small Hub RN Needle, 34 gauge, custom (12° bevel angle, 0.375 in, point style 4) | Hamilton | 207434 | For intraductal injection |
Stereo Microscope SZM Series | AmScope | SM-4TPZ-144 | For intraductal injection |
Sterile blue food dye | McCormick | 930641 | For injection visualization |
Sterile phosphate buffered saline (PBS) | ThermoFisher | 14190250 | For solution preparation |
Stickers | DOT Scientific | DOTSCI-C50 | For preparing carprofen cups |
Sucrose | Calbiochem | 8550-5KG | For intraductal injection |
Syringes | Fisher | 14-826-79 | For preparing carprofen cups |
Vortex | VWR | 10153-834 | For preparing carprofen cups |
Warming pump/pad(s) | Braintree Scientific | HTP-1500 120V; AP-R 26E | For intraductal injection/preoperative preparation |