التباين الديناميكي المحسن التصوير بالرنين المغناطيسي لنموذج مثلي سرطان البنكرياس ماوس
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
ويتمثل الهدف العام من هذه الطريقة هو تطبيق ديناميكي النقيض تعزيز التصوير بالرنين المغناطيسي (DCE-MRI) لمثلي xenografts ورم البنكرياس في الفئران. DCE-MRI هو أسلوب غير الغازية لتقييم الأوعية الدموية الدقيقة في النسيج المستهدف من خلال رصد تغير MR المقابل على مدى فترة معينة من الزمن بعد الحقن. وقد استخدمت DCE-MRI لتشخيص الأورام الخبيثة وتقييم استجابة الورم لمختلف العلاجات 1-4. وقد قدمت الكمي DCE-MRI استنساخ عالية 5. ل quantitate المعلمات الدوائية وكيل النقيض MR في الأنسجة المستهدفة، وجميع الصور DCE-MR المكتسبة في نقاط زمنية مختلفة وخريطة T1 التي تم الحصول عليها قبل الحقن النقيض من ذلك يجب أن coregistered 6. ولكن نظرا لحركات التنفس وتحوي في منطقة البطن، تمت زيارتها الكمي DCE-MRI التطبيق المحدود للأورام الجهاز الهضمي.
وقد استخدمت مثلي نماذج ورم البنكرياس لتقييماستجابة للورم البنكرياس التالية العلاجات البيولوجية والكيميائي 7،8. تعتبر نماذج ورم مثلي متفوقة على نماذج تحت الجلد التقليدية، منذ ينعكس المكروية في موقع الورم الأصلي واستجابة الورم للعلاج وبالتالي الإنسان يمكن التنبؤ بشكل أكثر دقة. ومع ذلك، يقع البنكرياس الماوس في الربع العلوي الأيسر من البطن، الكمي حتى DCE-MRI من مثلي xenografts ورم البنكرياس في الفئران لم ينفذ بسهولة.
لقد وضعنا بروتوكولا للDCE-MRI للأورام البطن في الفئران عن طريق تحديد الأورام باستخدام لوحة من البلاستيك عازمة متعامد لمنع نقل الحركة من منطقة الصدر 9. كان مترجم الضغوط التي مورست من قبل هذا المجلس على منطقة البطن، ولم يؤد إلى صعوبة في التنفس. تم التحقق من صحة تقنية الصورة coregistration الآلي لDCE-MRI من أعضاء البطن في وضع خالية من التنفس، ولكنه يؤدي بفعاليهذ فقط عندما تتحرك المناطق المستهدفة ببطء وبشكل منتظم 10. معدل التنفس من الحيوانات متغيرة أثناء التصوير، وضبط النفس الجسدي وذلك في منطقة البطن تكون ضرورية لاسترداد معلمات الدوائية يمكن الاعتماد عليها في مثلي نماذج ورم البنكرياس الماوس. لقد quantitated بنجاح المعلمات الدوائية وكيل النقيض MR مثلي في xenografts ورم البنكرياس باستخدام لوحة من البلاستيك عازمة متعامد في DCE-MRI 11-13. هنا نقدم الإجراء مفصل لمثلي النمذجة ورم البنكرياس، DCE-MRI من xenografts الورم في الفئران، وتقدير حجم المعلمات الدوائية.
Protocol
Representative Results
Discussion
وأدخلنا أساليب مفصلة من مثلي النمذجة ورم البنكرياس باستخدام الفئران العوز المناعي، DCE-MRI للأورام البطن في الفئران، وتقدير المعلمات الحركية. في مثلي النمذجة ورم البنكرياس، يجب توخي الحذر عند إدخال إبرة في ذيل البنكرياس. في حال نجاحها، وسيتم نقل الخلايا إلى رأس البنكر…
Disclosures
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).
