Murin endoscopie pour<em> In Vivo</em> Guérison multimodale d'imagerie de la cancérogenèse et de l'évaluation de la plaie intestinale et l'inflammation
Summary
Techniques d'imagerie de petits animaux permettent examens diagnostiques de série et les interventions thérapeutiques in vivo. Récemment, le champ des applications a considérablement élargi et comprend actuellement évaluation du développement de la tumeur du côlon, la cicatrisation des plaies et la surveillance de l'inflammation. Ce protocole illustre ces diverses applications potentielles de l'endoscopie murin.
Abstract
Des modèles de souris sont largement utilisés pour étudier la pathogenèse des maladies humaines et d'évaluer les procédures de diagnostic ainsi que des interventions thérapeutiques précliniques. Cependant, l'évaluation convenable d'altérations pathologiques nécessite souvent l'analyse histologique, et lorsqu'elle est effectuée ex vivo, nécessite la mort de l'animal. Par conséquent, dans les paramètres expérimentaux classiques, les examens de suivi intra-individuelles sont rarement possible. Ainsi, le développement de l'endoscopie murin chez la souris en direct permet aux enquêteurs pour la première fois à la fois de visualiser directement la muqueuse gastro-intestinale et aussi répéter la procédure à suivre pour les modifications. De nombreuses applications pour in vivo murin endoscopie existent, y compris l'étude de l'inflammation intestinale ou la cicatrisation des plaies, obtenir des biopsies de la muqueuse à plusieurs reprises, et à administrer localement des agents diagnostiques ou thérapeutiques utilisant des cathéters d'injection miniatures. Plus récemment, l'imagerie moléculaire a étendu l'imagerie diagnostique modalités permettant la détection spécifique de molécules cibles distinctes à l'aide de fractions photosensibles spécifiques. En conclusion, l'endoscopie murin a émergé comme une technologie de pointe roman expérimental pour diagnostic en imagerie in vivo et peut avoir un impact significatif sur la recherche préclinique dans divers domaines.
Introduction
Les modèles animaux ont considérablement enrichi notre compréhension de nombreuses pathologies intestinales. La souris de laboratoire (Mus musculus) est apparue comme un modèle animal de choix dans la recherche biomédicale en raison de son information génétique et génomique abondante et est facilement disponible dans les souches transgéniques et knock-out. En plus d'améliorer la compréhension des maladies pathogenèse, les modèles animaux sont également important utilisés pour tester des médicaments candidats ainsi que des interventions diagnostiques ou thérapeutiques précliniques. Cependant, malgré la diversité des modèles de souris mimant la maladie humaine, de nombreuses options de diagnostic et d'intervention qui sont couramment utilisés dans les soins aux patients ne sont pas disponibles pour les souris. En conséquence, les stratégies de surveillance pour surveiller le cours de la maladie murine ou l'effet des interventions thérapeutiques sont souvent limitées à des observations indirectes ou poster analyse mortem. Bien que les procédures non invasives existent pour les souris de contrôle vitalité comme activité de la maladie indices, quantification de perte ou gain de poids, le sang, l'urine et les matières fécales des analyses, ce ne sont que des indicateurs indirects et sont biaisées par la variabilité inter-individuelle. En outre, les analyses post-mortem empêcher les observations longitudinales à des moments répétitifs. Techniques d'imagerie sophistiquées pour surveiller l'activité de la maladie chez les souris n'ont été que récemment introduit 1,2. Bien que ces techniques d'imagerie permettent des analyses répétitives, ils ne donnent qu'une vue descriptif et souvent imprécis sur l'intestin, ne pas permettre une visualisation directe de la muqueuse ou permettre des interventions diagnostiques ou thérapeutiques tels que l'acquisition d'une biopsie ou une application topique et intramucosale de candidats-médicaments.
Récemment, des systèmes endoscopiques à haute résolution pour une utilisation dans des souris vivantes ont été développés 3,4. Pour la première fois ces techniques endoscopiques permettent une visualisation directe des endoluminaux pathologies de maladies du côlon comme la cicatrisation et l'inflammation intestinale fournir objstatut cace, en temps réel permettant d'études longitudinales chez le même animal à des moments répétitifs. En plus de permettre des biopsies répétées en particulier une souris, des systèmes endoscopiques peuvent également être utilisés pour agir sur le plan thérapeutique d'une tumeur ou une inflammation localisée distinct en permettant une application directe de la substance de la zone d'intérêt. En outre, en tant que substances thérapeutiques et de commande peuvent être fournis directement à la zone d'intérêt, ce qui peut être réalisé de la même souris, à l'exclusion de la variabilité inter-individuelle. Ces systèmes ont été utilisés pour l'évaluation de l'inflammation du colon, la cicatrisation des plaies, des biopsies du foie laparoscopiques et induction orthotopique de tumeurs hépatiques 8 et le développement de la tumeur à l'aide de divers systèmes de marquage tel que l'indice endoscopique murin de colite gravité (MEICS) 5-7. MEICS est constitué de cinq paramètres pour évaluer l'inflammation: épaississement de la paroi du côlon, des changements de la vascularisation, de la présence de la fibrine, la granularité des Mucossurface al, et des selles de consistance.
Dans ce protocole, nous décrivons l'utilisation de l'endoscopie rigide dans des modèles murins de la cicatrisation de la plaie intestinale, l'inflammation et le cancer du côlon. Tout d'abord, nous démontrons l'évaluation endoscopique de la cicatrisation des plaies et l'inflammation du côlon, ainsi que l'évaluation de l'activité longitudinal de la colite et de l'étude de la cancérogenèse du côlon murin. Au-delà de l'usage descriptif de l'endoscopie murin, nous fournissons des instructions détaillées sur l'utilisation de l'instrumentation endoscopique pour obtenir des biopsies, et l'application topique et intramucosale des différentes composantes d'intérêt (par exemple, des candidats médicaments ou des cellules tumorales). Enfin, nous avons démontré l'utilisation de la souris endoscopie par fluorescence, qui utilise des techniques d'imagerie moléculaire sophistiquées, dans le cadre des tumeurs colorectales.
Protocol
Representative Results
Discussion
Épithéliale la cicatrisation est un processus continu. Exfoliation physiologique continue de cellules de surface dans la muqueuse gastro-intestinale se produit nécessitant une régénération fréquente des cellules épithéliales 16. Par conséquent, des problèmes de cicatrisation a un immense impact sur plusieurs maladies, y compris les ulcères gastro-intestinaux et les fuites 17 d'anastomose 18. Evaluation de fond moléculaire ainsi que des médicaments candidats potent…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions Sonja Dufentester et Elke Weber pour l'assistance technique d'experts. Nous remercions Faekah Gohar pour la relecture du manuscrit et Stefan Brückner pour le soutien de l'informatique médicale. Ce travail a été soutenu par une subvention interdisciplinaire de la Else-Kröner-Fresenius-Stiftung (2012_A94). D. Bettenworth a été soutenue par une bourse de recherche de la Faculté de médecine, Westfälische Wilhelms-Universität Münster. M. Brückner a été soutenu par une "Gerok" position de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG SFB1009B8) de rotation. Nous remercions Heike Blum à titre d'illustration de la bande dessinée de la souris.
Materials
| Name | Company | Catalogue Number | Comment |
| Reagents | |||
| Alfalfa-free diet | Harlan Laboritories, Madison, USA | 2014 | |
| Azoxymethane (AOM) | Sigma – Aldrich, Deisenhofen, Germany | A5486 | |
| Bepanthen eye ointment | Bayer, Leverkusen, Germany | 80469764 | |
| Dextran sulphate sodium (DSS) | TdB Consulatancy, Uppsala, Sweden | DB001 | |
| Eosin | Sigma – Aldrich, Deisenhofen, Germany | E 4382 | |
| Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma – Aldrich, Deisenhofen, Germany | E 9884 | |
| Falcon Tube 50ml | BD Biosciences, Erembodegem, Belgium | 352070 | |
| Florene 100V/V | Abbott, Wiesbaden, Germany | B506 | |
| Fluorescein-Isothiocyanat (FITC)–dextrane | Sigma – Aldrich, Deisenhofen, Germany | FD4-250MG | |
| Haematoxylin | Sigma – Aldrich, Deisenhofen, Germany | HHS32-1L | |
| Isopentane (2- Methylbutane) | Sigma – Aldrich, Deisenhofen, Germany | M32631-1L | |
| Methylene blue | Merck, Darmstadt, Germany | 1159430025 | |
| O.C.T. Tissue Tek compound | Sakura, Zoeterwonde, Netherlands | 4583 | |
| Omnican F – canula | Braun, Melsungen, Germany | 9161502 | |
| Phosphate buffered saline, PBS | Lonza, Verviers, Belgium | 4629 | |
| Sodium Chloride 0,9% | Braun, Melsungen, Germany | 5/12211095/0411 | |
| Standard diet | Altromin, Lage, Germany | 1320 | |
| Tissue-Tek Cryomold | Sakura, Leiden, Netherlands | 4566 | |
| Vitro – Clud | R. Langenbrinck, Teningen, Germany | 04-0002 | |
| Equipment | |||
| AIDA Control | Karl Storz – Endoskope, Tuttlingen, Germany | 20 096020 | |
| Bandpass filter | Semrock, Rochester, USA | HC 716/40 | |
| Bandpass filter | Semrock, Rochester, USA | HC 809/81 | |
| Biopsy Forceps, 3 Fr., 28cm | Karl Storz – Endoskope, Tuttlingen, Germany | 61071ZJ | |
| Dell Monitor | Dell, Frankfurt am Main, Germany | U2412Mb | |
| Examination Sheath, 9 Fr. | Karl Storz – Endoskope, Tuttlingen, Germany | 61029D | |
| Examination Sheath, 9 Fr. | Karl Storz – Endoskope, Tuttlingen, Germany | 61029C | |
| Fiber Optic Light Cable, 3.5mm | Karl Storz – Endoskope, Tuttlingen, Germany | 69495NL | |
| Fluorescein Blue Filter System | Karl Storz – Endoskope, Tuttlingen, Germany | 20100032 | |
| Fluorescein Barrier Filter | Karl Storz – Endoskope, Tuttlingen, Germany | 20100033 | |
| Foot switch | Karl Storz – Endoskope, Tuttlingen, Germany | 20010430 | |
| HOPKINS Telescope, 1.9mm, Length 10cm | Karl Storz – Endoskope, Tuttlingen, Germany | 1830231 | |
| SCB D-light P | Karl Storz – Endoskope, Tuttlingen, Germany | 20 133720 | |
| SCB tricam SL II | Karl Storz – Endoskope, Tuttlingen, Germany | 20 2230 20 | |
| Tubing set instruments VETPUMP II | Karl Storz – Endoskope, Tuttlingen, Germany | 69811 | |
| Tricam PDD PAL | Karl Storz – Endoskope, Tuttlingen, Germany | 20221037 | |
| UniVet Porta | Groppler Medizintechnik, Deggendorf, Germany | BKGM 0451 | |
| Vetpump 2 | Karl Storz – Endoskope, Tuttlingen, Germany | 69321620 |
References
- Bettenworth, D., et al. Translational 18F-FDG PET/CT imaging to monitor lesion activity in intestinal inflammation. Journal of nuclear medicine : official publication, Society of Nuclear Medicine. 54, 748-755 (2013).
- Lewis, J. S., Achilefu, S., Garbow, J. R., Laforest, R., Welch, M. J. Small animal imaging. current technology and perspectives for oncological imaging. European journal of cancer. 38, 2173-2188 (2002).
- Huang, E. H., et al. Colonoscopy in mice. Surgical endoscopy. 16, 22-24 (2002).
- Becker, C., et al. In vivo imaging of colitis and colon cancer development in mice using high resolution chromoendoscopy. Gut. 54, 950-954 (2005).
- Becker, C., Fantini, M. C., Neurath, M. F. High resolution colonoscopy in live mice. Nature protocols. 1, 2900-2904 (2006).
- Neurath, M. F., et al. Assessment of tumor development and wound healing using endoscopic techniques in mice. Gastroenterology. 139, 1837-1843 (2010).
- Pickert, G., et al. STAT3 links IL-22 signaling in intestinal epithelial cells to mucosal wound healing. The Journal of experimental medicine. 206, 1465-1472 (2009).
- Shapira, Y., et al. Utilization of murine laparoscopy for continuous in-vivo assessment of the liver in multiple disease models. Plos one. 4, e4776 (2009).
- Wirtz, S., Neufert, C., Weigmann, B., Neurath, M. F. Chemically induced mouse models of intestinal inflammation. Nature protocols. 2, 541-546 (2007).
- Neufert, C., Becker, C., Neurath, M. F. An inducible mouse model of colon carcinogenesis for the analysis of sporadic and inflammation-driven tumor progression. Nature protocols. 2, 1998-2004 (2007).
- Dieleman, L. A., et al. Chronic experimental colitis induced by dextran sulphate sodium (DSS) is characterized by Th1 and Th2 cytokines. Clinical and experimental immunology. 114, 385-391 (1998).
- Gao, Y., et al. Colitis-accelerated colorectal cancer and metabolic dysregulation in a mouse model. Carcinogenesis. 34, 1861-1869 (2013).
- Foersch, S., Neufert, C., Neurath, M. F., Waldner, M. J. Endomicroscopic Imaging of COX-2 Activity in Murine Sporadic and Colitis-Associated Colorectal Cancer. Diagnostic and therapeutic endoscopy. 2013, 250641 (2013).
- Bremer, C., Ntziachristos, V., Weissleder, R. Optical-based molecular imaging: contrast agents and potential medical applications. European radiology. 13, 231-243 (2003).
- Keller, R., Winde, G., Terpe, H. J., Foerster, E. C., Domschke, W. Fluorescence endoscopy using a fluorescein-labeled monoclonal antibody against carcinoembryonic antigen in patients with colorectal carcinoma and adenoma. Endoscopy. 34, 801-807 (2002).
- Jones, M. K., Tomikawa, M., Mohajer, B., Tarnawski, A. S. Gastrointestinal mucosal regeneration: role of growth factors. Frontiers in bioscience : a journal and virtual library. 4, 303-309 (1999).
- Mertz, H. R., Walsh, J. H. Peptic ulcer pathophysiology. The Medical clinics of North America. 75, 799-814 (1991).
- Pantelis, D., et al. The effect of sealing with a fixed combination of collagen matrix-bound coagulation factors on the healing of colonic anastomoses in experimental high-risk mice models. Langenbeck’s archives of surgery / Deutsche Gesellschaft fur Chirurgie. 395, 1039-1048 (2010).
- Burk, R. R. A factor from a transformed cell line that affects cell migration. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 70, 369-372 (1973).
- Msaki, A., et al. The role of RelA (p65) threonine 505 phosphorylation in the regulation of cell growth, survival, and migration. Molecular biology of the cell. 22, 3032-3040 (2011).
- Zigmond, E., et al. Utilization of murine colonoscopy for orthotopic implantation of colorectal cancer. PloS one. 6, e28858 (2011).
- Foersch, S., et al. Molecular imaging of VEGF in gastrointestinal cancer in vivo using confocal laser endomicroscopy. Gut. 59, 1046-1055 (2010).
- Mitsunaga, M., et al. Fluorescence endoscopic detection of murine colitis-associated colon cancer by topically applied enzymatically rapid-activatable probe. Gut. 62, 1179-1186 (2013).
