विवो इमेजिंग और स्तन कैंसर की रोकथाम के लिए माउस स्तन डक्टल पेड़ के लिए इथेनॉल-आधारित एब्लेटिव समाधान के लिए अभिकर्मकों के इंट्राडक्टल इंजेक्शन की एक विधि का वर्णन किया गया है। निप्पल खोलने में सीधे इंजेक्शन न्यूनतम संपार्श्विक ऊतक क्षति के साथ स्तन उपकला कोशिकाओं को लक्षित करने के लिए अनुमति देता है।
स्तन कैंसर सबसे प्रचलित कैंसर है और संयुक्त राज्य अमेरिका में महिलाओं के लिए कैंसर से संबंधित मौत का दूसरा प्रमुख कारण है। उच्च जोखिम वाली महिलाओं के लिए, रोगनिरोधी मास्टेक्टॉमी सबसे प्रभावी प्राथमिक रोकथाम रणनीति है। रोगनिरोधी मास्टेक्टॉमी एक आक्रामक सर्जिकल प्रक्रिया है जो स्तन उपकला कोशिकाओं को पूरी तरह से हटा देती है जिससे स्तन कैंसर आसपास के ऊतकों के साथ उत्पन्न होता है। हम रोगनिरोधी मास्टेक्टॉमी के विकल्प के रूप में एक न्यूनतम इनवेसिव इंट्राडक्टल प्रक्रिया विकसित करना चाहते हैं ताकि स्थानीय रूप से स्तन उपकला कोशिकाओं को समाप्त किया जा सके, इससे पहले कि वे घातक हो सकें। हमने और अन्य लोगों ने स्तन कैंसर के कृंतक मॉडल में इन उपकला कोशिकाओं तक पहुंचने और इलाज करने के लिए एक इंट्राडक्टल डिलीवरी प्रक्रिया विकसित की है। जबकि निप्पल में एक एकल गैर-एनास्टोमोज्ड डक्टल ट्री ओपनिंग के साथ माउस स्तन ग्रंथि में मानव स्तन की तुलना में बहुत कम जटिल और टॉर्चर आर्किटेक्चर होता है, स्तन कैंसर के रासायनिक रूप से प्रेरित और आनुवंशिक रूप से इंजीनियर माउस मॉडल नई निवारक रणनीतियों के प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट अध्ययन का उत्पादन करने के लिए मूल्यवान हैं। यहां, हम स्तन कैंसर की प्राथमिक रोकथाम के चिकित्सीय उद्देश्य के लिए माउस स्तन डक्टल पेड़ के भीतर माइक्रो-सीटी / एक्स-रे टैंटलम-आधारित कंट्रास्ट एजेंट युक्त इथेनॉल-आधारित एब्लेटिव समाधान के इंट्राडक्टल डिलीवरी के लिए एक प्रक्रिया का वर्णन करते हैं। जलीय अभिकर्मकों (जैसे, साइटोटॉक्सिक यौगिकों, siRNAs, AdCre) के इंट्राडक्टल वितरण को पहले माउस मॉडल में वर्णित किया गया है। इस प्रकार, हम इथेनॉल के वितरण को अनुकूलित करने के लिए पद्धतिगत संशोधनों और अद्वितीय प्रयोगात्मक विचारों पर अपने प्रोटोकॉल विवरण पर ध्यान केंद्रित करते हैं, इथेनॉल प्रशासन के स्थानीय और प्रणालीगत दुष्प्रभावों को कम करने के लिए, और माइक्रो-सीटी / फ्लोरोस्कोपी इमेजिंग के माध्यम से डक्टल ट्री भरने के विवो विज़ुअलाइज़ेशन के लिए। एक विपरीत-युक्त समाधान के इंजेक्शन के तुरंत बाद डक्टल पेड़ का विज़ुअलाइज़ेशन पूर्ण भरने या असफल परिणामों की पुष्टि के लिए अनुमति देता है जैसे कि अंडरफिलिंग या ओवरफिलिंग। इस प्रक्रिया को अन्य एब्लेटिव यौगिकों के वितरण और इमेजिंग के लिए लागू किया जा सकता है, जिसका उद्देश्य या तो ट्यूमर के गठन को रोकना या स्थानीय रूप से डक्टल पेड़ के माध्यम से सुलभ प्रारंभिक चरण के ट्यूमर का इलाज करना है।
स्तन कैंसर एक आम और संभावित घातक बीमारी है जिसमें रोकथाम के लिए उपलब्ध कुछ विकल्प हैं1। सबसे प्रभावी हस्तक्षेप रोगनिरोधी मास्टेक्टॉमी है; हालांकि, केवल उच्च जोखिम वाले व्यक्ति इस प्रक्रिया से गुजरने का विकल्प चुनते हैं क्योंकि यह प्रमुख जीवन-परिवर्तनकारी परिणामों के साथ एक सर्जरी है2। प्रक्रिया स्तन उपकला कोशिकाओं को पूरी तरह से हटा देती है जिसमें से स्तन कैंसर आसपास के ऊतकों के साथ उत्पन्न होता है। इसके परिणामस्वरूप व्यक्ति के लिए शारीरिक, मनोवैज्ञानिक और सामाजिक तनाव हो सकता है, और अक्सर व्यक्तियों को प्राथमिक हस्तक्षेप की पहली पंक्ति के रूप में इस सर्जिकल प्रक्रिया के साथ आगे बढ़ने से रोकता है।
हमने प्रदर्शित किया है कि डक्टल पेड़ में सीधे 70% इथेनॉल (ईटीओएच) युक्त एक एब्लेटिव समाधान का वितरण सीमित संपार्श्विक ऊतक क्षति के साथ स्तन उपकला कोशिकाओं को मारने और माउस मॉडल 3 में स्तन ट्यूमर को रोकने में प्रभावी है। EtOH लंबे समय से स्थानीय उपचार के लिए एक ablative या sclerosing एजेंट के रूप में नैदानिक रूप से इस्तेमाल किया गया है। Percutaneous EtOH इंजेक्शन unrecectable जिगर ट्यूमर, गुर्दे और अधिवृक्क नियोप्लाज्म, और अग्नाशय सिस्टिक ट्यूमर 4,5,6 के लिए एक ablative एजेंट के रूप में प्रयोग किया जाता है; सीलिएक प्लेक्सस न्यूरोलिसिस के लिए दर्द को कम करने के लिए7; और स्तन pseudoaneurysms8 के इलाज के लिए. इंट्रावैस्कुलर ईटीओएच इंजेक्शन का उपयोग धमनीशिरापरक विकृतियों (एवीएम) से सूजन और विरूपण को खत्म करने के लिए एक स्क्लेरोसिंग एजेंट के रूप में किया जाता है, और मकड़ी की नसों और वैरिकाज़ नसों के कॉस्मेटिक उपचार के लिए 9,10,11,12,13। रोगनिरोधी मास्टेक्टॉमी की तरह, एक एब्लेटिव समाधान के स्थानीय वितरण के साथ रोकथाम की सफलता सभी स्तन उपकला कोशिकाओं को पूरी तरह से हटाने की क्षमता पर निर्भर करती है, जिसमें से कैंसर संभावित रूप से उत्पन्न हो सकता है। इसके लिए पुष्टि की आवश्यकता है कि एब्लेटिव पदार्थ ने डक्टल पेड़ को सफलतापूर्वक भर दिया है, इस प्रकार सभी स्तन उपकला कोशिकाओं से सीधे संपर्क किया है। स्तन ग्रंथियों के भीतर पदार्थों को इंजेक्ट करने और छवि-निर्देशित फ्लोरोस्कोपी या डक्टोग्राफी द्वारा उन्हें विज़ुअलाइज़ करने के लिए नैदानिक साधन आसानी से उपलब्ध हैं14,15; इसलिए, सफल प्रसव को वितरित करना और पुष्टि करना दोनों संभव होगा जब यह प्रक्रिया नैदानिक परीक्षणों में मूल्यांकन की गारंटी दे सकती है।
प्रयोगशाला जानवरों में इस छवि-निर्देशित दृष्टिकोण की व्यवहार्यता का प्रदर्शन स्तन कैंसर के लिए एक निवारक उपाय के रूप में इंट्राडक्टल (आईडी) एब्लेशन की प्रभावकारिता और ट्रांसलेशनल व्यवहार्यता स्थापित करने में एक महत्वपूर्ण कदम है। हमारी प्रयोगशाला में, हमने चूहों में सभी स्तन ग्रंथियों को सफलतापूर्वक इंजेक्ट करने के लिए एक विधि विकसित की है, जिसमें साप्ताहिक इंजेक्शन के एक कोर्स में एक कंट्रास्ट एजेंट होता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि जानवर ईटीओएच की अधिक मात्रा में नहीं झुकता है (चित्रा 1, चित्रा 2, संदर्भ संख्या 3,16)। यह प्रक्रिया परीक्षण समाधान को इंजेक्ट करने के लिए एक आइसोफ्लुरेन-एनेस्थेटिक माउस के निप्पल उद्घाटन के अंदर एक 34 जी सुई रखती है। प्रक्रिया के कुछ प्रमुख सुधारों में तरल और गैसों के लिए गैसटाइट सिरिंज का उपयोग, प्रति डक्टल पेड़ों के प्रति उच्च मात्रा का इंजेक्शन 17, और विस्तारित विरोधी भड़काऊ उपचार शामिल हैं। 5 मिलीग्राम / किलोग्राम कार्प्रोफेन का प्रीक्लिनिकल उपचार, एक एनएसएआईडी, आईडी प्रक्रिया के बाद 2 डी से 7 डी तक एवीएम के लिए नैदानिक स्क्लेरोसिंग थेरेपी के अनुरूप है। आमतौर पर, प्रणालीगत संज्ञाहरण के बाद, रोगियों को 2 दिनों की प्रक्रिया के बाद एनएसएआईडी जैसी विरोधी भड़काऊ दवाएं प्राप्त होती हैं, जिन्हें किसी भी स्थानीय सूजन या दर्द को कम करने के लिए बढ़ाया जा सकता है। शराब का नशा चूहों में 5% सुक्रोज समाधान के इंट्रापेरिटोनियल इंजेक्शन द्वारा काफी कम हो जाता है। इस सुक्रोज समाधान के प्रशासन के साथ, चूहों को सुरक्षित रूप से 70% EtOH के 160 μL तक इंजेक्ट किया जा सकता है (चार डक्टल पेड़ों तक; रक्त में EtOH सामग्री के लगभग 0.4 g / dL); जानवरों को आईडी इंजेक्शन के बाद 4 घंटे के भीतर पूरी तरह से ठीक हो गया। चूहों और / या उच्च ईटीओएच सांद्रता में चार से अधिक ग्रंथियों के इंजेक्शन के लिए, हम पर्याप्त वसूली समय की अनुमति देने के लिए अनुक्रमिक सत्र करते हैं। महिलाओं में शराब का नशा शरीर के वजन के लिए शराब की मात्रा के कम अनुपात के कारण कम चिंता का विषय होगा। मानव स्तन में डक्टल पेड़ों की संख्या को देखते हुए 14,15, लगभग 16, और प्रत्येक पेड़ वाहिनी 18,19 को भरने के लिए अनुमानित मात्रा, 70% EtOH के 32 मिलीलीटर तक प्रशासित किया जाएगा। यह मात्रा अन्य नैदानिक प्रक्रियाओं 4,9 में प्रशासित 95% EtOH के 50 मिलीलीटर की तुलना में बहुत कम होगी। थायमिन और ग्लूकोज समाधान के अंतःशिरा प्रशासन का उपयोग ईटीओएच नशे के प्रभावों को कम करने के लिए किया जा सकता है, खासकर उन मामलों में जहां ईटीओएच की एक बड़ी कुल मात्रा को इंजेक्ट करने की आवश्यकता हो सकती है और / या उन महिलाओं के लिए जिनके पास शराब की खपत के लिए कम सहिष्णुता है (उदाहरण के लिए, अल्कोहल या एल्डिहाइड डिहाइड्रोजनेज में एलेलिक वेरिएंट)।
माइक्रो-सीटी / फ्लोरोस्कोपी के माध्यम से इमेजिंग हमें प्रत्येक ग्रंथि के सफल डक्टल भरने की पुष्टि करने की अनुमति देता है (चित्रा 1, चित्रा 2, चित्रा 3)। यह भविष्य के विश्लेषण के लिए दर्ज किया जा सकता है, या वास्तविक समय फ्लोरोस्कोपी इमेजिंग के माध्यम से पल में मूल्यांकन किया जा सकता है, जैसा कि नैदानिक अनुप्रयोग में किया जाएगा, जानवर पर लगाए गए समग्र विकिरण बोझ को सीमित करने के लिए। वीवो में वास्तविक समय छवि-निर्देशित वितरण के लिए इस एब्लेटिव समाधान की विशिष्ट विशेषताओं को और बेहतर बनाने के लिए, हमने पहले एफडीए-अनुमोदित आयोडीन-युक्त कंट्रास्ट की तुलना एक टैंटलम ऑक्साइड (TaOx) से की थी – जिसमें शापिरो लैब 3,16 द्वारा संश्लेषित नैनोपार्टिकल शामिल था। TaOx ने डक्टल ट्री के प्रारंभिक भरने की कल्पना करने के लिए एक माइक्रो-सीटी कंट्रास्ट एजेंट के रूप में बेहतर प्रदर्शन दिखाया (चित्रा 2, चित्रा 3)। TaOx का उपयोग अन्य नैनोपार्टिकल-आधारित रक्त पूल कंट्रास्ट एजेंटों (जैसे, आयोडीन-, बिस्मथ-, या सोने से युक्त) के अधिक व्यवस्थित और अनुदैर्ध्य मूल्यांकन करने के लिए एक संदर्भ विपरीत के रूप में किया जा सकता है और एथिल सेल्यूलोज की विभिन्न सांद्रता के साथ TaOx की संगतता को जेलिंग एजेंट 20,21 के रूप में किया जा सकता है।
रोगनिरोधी मास्टेक्टॉमी वर्तमान में स्तन कैंसर के लिए सबसे प्रभावी हस्तक्षेप है, फिर भी इसके कुछ गंभीर नकारात्मक प्रभाव हैं। एक EtOH-आधारित समाधान के साथ स्तन उपकला कोशिकाओं का स्थानीय एब्लेशन एक आशाजनक वैकल्पिक चिकित्सा है क्योंकि हमने स्तन कैंसर के आक्रामक FVB-Tg-C3 (1) -TAg माउस मॉडल पर एक सबूत-की-अवधारणा अध्ययन में प्रदर्शन किया। इस ablative समाधान के आईडी इंजेक्शन स्तन उपकला कोशिकाओं जो स्तन कैंसर सीमित संपार्श्विक क्षति के साथ उत्पन्न होता है के लक्ष्यीकरण के लिए अनुमति देता है. एब्लेटिव समाधान के लिए एक एक्स-रे कंट्रास्ट एजेंट के अलावा रोकथाम पर समाधान की प्रभावशीलता की बढ़ी हुई समझ के लिए अनुमति देता है, क्योंकि हम देख सकते हैं कि क्या प्रत्येक डक्टल पेड़ इंजेक्शन (चित्रा 2 बी) के बाद सफलतापूर्वक भरा गया है या नहीं। फ्लोरोस्कोपी द्वारा इंजेक्ट की गई ग्रंथियों को तुरंत इंजेक्शन दर्पण के बाद देखना डक्टल पेड़ के सफल भरने की पुष्टि करने के लिए क्लिनिक में क्या किया जाएगा। समाधान वितरण की दृश्य पुष्टि सबसे अच्छी तरह से सूचित करेगी कि पेड़ के सभी हिस्सों को वास्तविक समय में पहुंचा गया है या नहीं। यह उस समय या भविष्य के सत्र में भरने को पूरा करने के लिए आगे के इंजेक्शन के लिए प्रदर्शन करने की अनुमति दे सकता है। यह बहुत महत्व का है कि एब्लेटिव समाधान डक्टल पेड़ के सभी हिस्सों तक पहुंचता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि सभी उपकला कोशिकाओं को मारने के लिए एक्सेस किया जा सकता है (चित्रा 3)। पेड़ के भीतर जीवित उपकला कोशिकाओं को पीछे छोड़ना इस संभावना के लिए अनुमति देगा कि स्तन कैंसर अभी भी उत्पन्न हो सकता है। इंजेक्शन की छवि की सफलता के लिए आईडी इंजेक्शन में इसके विपरीत का उपयोग करना अन्य योगों के लिए भी उपयोगी हो सकता है। तालिका 1 समस्या निवारण और उपयोगी युक्तियाँ प्रदान करता है। अन्य अध्ययनों ने वायरल कणों (जैसे, AdCre, CRISPR गाइड आरएनए), हार्मोन, साइटोटोक्सिक यौगिकों, siRNAs और / या चूहों में एजेंटों को लक्षित करने के लिए आईडी डिलीवरी प्रोटोकॉल का वर्णन किया है3,16,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37 , 38, चूहों 24,32,39,40,41, और खरगोश42,43,44,45,46,47. स्वतंत्र नैदानिक अध्ययनों ने कीमोथेरेपी 40,48,49 के स्थानीय वितरण के लिए प्रति स्तन आठ नलिकाओं तक के सफल कैनुलेशन की सूचना दी। रोकथाम के उद्देश्य से अन्य समाधानों को वितरित करते समय या उपचार की दिशा में तैयार होने पर पूर्ण भरने की कल्पना करना समान कारणों से सार्थक होगा। ज्ञान है कि समाधान पेड़ की सभी शाखाओं और टर्मिनल सिरों तक पहुंच गया है, सफल रोकथाम या उपचार का आकलन करने में जानकारीपूर्ण होगा।
हम mice33,34 या अन्य पशु मॉडल47 में किसी भी अन्य intraductal इमेजिंग विधियों के बारे में नहीं जानते हैं जो TaOx नैनोकणों के उच्च रिज़ॉल्यूशन को बर्दाश्त करते हैं। ध्यान दें, मुरीन डक्टल पेड़ में TaOx नैदानिक डक्टोग्राफी 3,16 के लिए एफडीए-अनुमोदित कंट्रास्ट एजेंटों को मात देता है। जैसा कि हम स्तन कैंसर को रोकने की अपनी क्षमता के लिए आईडी एब्लेटिव प्रक्रिया का आकलन करना जारी रखते हैं, हम अधिक सटीक रूप से यह निर्धारित करने में सक्षम होंगे कि आईडी डिलीवरी के बाद इमेजिंग के माध्यम से दिए गए अतिरिक्त डेटा की मदद से कौन सी ग्रंथियों का कैंसर उत्पन्न होता है। उदाहरण के लिए, कोई यह निर्धारित कर सकता है कि क्या एक ग्रंथि जो केवल आंशिक रूप से भरी हुई थी, ट्यूमर के गठन के परिणामस्वरूप एक गैर-इंजेक्शन ग्रंथि की तुलना में अधिक संभावना है, जो उच्च जोखिम वाली महिला पर असफल इंजेक्शन की सुरक्षा प्रोफ़ाइल और चिंता को संबोधित करती है। इस तकनीक की कुछ सीमाएं हैं। यह एक अपेक्षाकृत चुनौतीपूर्ण माउस तकनीक है जिसके लिए ऑपरेटर की निपुणता और प्रवीणता की आवश्यकता होती है ताकि प्रत्येक वाहिनी में हेरफेर और सफलतापूर्वक कैनुलेट किया जा सके। प्रत्येक व्यक्तिगत इंजेक्शन एक स्वतंत्र घटना है इस प्रकार एक या अधिक ग्रंथियों पर असफल इंजेक्शन परिणाम व्याख्या से समझौता कर सकता है। मुरीन स्तन ग्रंथि के आकार और निप्पल की नाजुकता को देखते हुए, फ्लोरोस्कोपी या इसी तरह की छवि-मार्गदर्शन तकनीक वास्तविक समय में सूचित करने के लिए उपलब्ध नहीं है जब जलसेक को रोकना है। यह वास्तविक समय छवि-मार्गदर्शन एक ablative समाधान के स्थानीय वितरण के नैदानिक कार्यान्वयन के लिए एक आवश्यकता होगी।
The authors have nothing to disclose.
इस काम को भाग में, राष्ट्रीय कैंसर संस्थान R21 CA226579 और R01 CA258314 अनुदान द्वारा LFS को और राष्ट्रीय जैव चिकित्सा इमेजिंग और बायोइंजीनियरिंग R01 EB029418 अनुदान के राष्ट्रीय संस्थान द्वारा ईएमएस को अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था। हम अपने इमेजिंग सिस्टम और तकनीकी विशेषज्ञता के उपयोग के लिए मात्रात्मक (IQ) स्वास्थ्य विज्ञान और इंजीनियरिंग इमेजिंग कोर सुविधा के लिए MSU संस्थान को धन्यवाद देना चाहते हैं। हम वीडियो की सामग्री और पशु कल्याण दिशानिर्देशों के पालन के लिए आंकड़ों की समीक्षा करने के लिए डॉ डेनिएल फर्ग्यूसन को धन्यवाद देना चाहते हैं।
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 |