腫瘍微小環境におけるリアルタイム多細胞ダイナミクスの拡張タイムラプス生体内イメージング
Summary
このプロトコルは、単一細胞の解像度で、生体内で 、リアルタイムで多細胞相互作用の延長タイムラプスイメージングを実行するための多光子顕微鏡の使用を記載しています。
Abstract
In the tumor microenvironment, host stromal cells interact with tumor cells to promote tumor progression, angiogenesis, tumor cell dissemination and metastasis. Multicellular interactions in the tumor microenvironment can lead to transient events including directional tumor cell motility and vascular permeability. Quantification of tumor vascular permeability has frequently used end-point experiments to measure extravasation of vascular dyes. However, due to the transient nature of multicellular interactions and vascular permeability, the kinetics of these dynamic events cannot be discerned. By labeling cells and vasculature with injectable dyes or fluorescent proteins, high-resolution time-lapse intravital microscopy has allowed the direct, real-time visualization of transient events in the tumor microenvironment. Here we describe a method for using multiphoton microscopy to perform extended intravital imaging in live mice to directly visualize multicellular dynamics in the tumor microenvironment. This method details cellular labeling strategies, the surgical preparation of a mammary skin flap, the administration of injectable dyes or proteins by tail vein catheter and the acquisition of time-lapse images. The time-lapse sequences obtained from this method facilitate the visualization and quantitation of the kinetics of cellular events of motility and vascular permeability in the tumor microenvironment.
Introduction
プライマリ乳腺腫瘍からの腫瘍細胞の播種は、マクロファージおよび内皮細胞を含む間質細胞だけでなく、腫瘍細胞を含むが、ホストすることが示されています。さらに、腫瘍血管系は、透過性の増大1で異常です。したがって、腫瘍細胞、マクロファージ及び内皮細胞が原発腫瘍微小環境における血管透過性と腫瘍細胞の血管内を媒介することがどのように相互作用するかを決定することは理解転移のために重要です。血管透過性の動態を理解すること、腫瘍微小環境における腫瘍細胞の血管内および多細胞相互作用の根底にあるシグナル伝達機構は、抗癌治療の開発および管理に重要な情報を提供することができます。
インビボでの腫瘍血管透過性を研究するための主要な手段は、エバンスブルー2、高分子量デキストラン（155 kDaの）などの血管外色素の測定されています色素の注入後の一定の時点での3およびフルオロフォアまたは（アルブミンを含む）放射性トレーサー共役タンパク質4。顕微鏡の進歩は、動物モデルおよび蛍光色素は生体顕微鏡5を介して細胞プロセスと生きた動物における血管透過性の可視化を有効にしています。
いくつかの時点にわたる静止画像の取得、または短い時間経過配列とライブ動物イメージングは、腫瘍微小環境6,7の動的なイベントを完全に理解することができません。確かに、24時間にわたって静止画像の取得は、腫瘍血管が漏出性である、しかし、血管透過性のダイナミクスは6を観察されなかったことを実証しました。このように、12時間まで延長し、連続タイムラプスイメージングは、腫瘍の微小環境における動的なイベントの動態をキャプチャします。
このプロトコルは、拡張タイムラプスmultiphotの使用が記載されています生体顕微鏡で腫瘍微小環境における動的な多細胞事象を研究します。腫瘍微小環境中の複数の細胞型は、注射可能な色素または蛍光タンパク質を発現するトランスジェニック動物を用いて標識されます。血管色素またはタンパク質は、撮影開始後に注入することができる尾静脈カテーテルを使用して、腫瘍微小環境における多イベントの運動データを取得します。ライブセルイメージングのために乳腺腫瘍は、皮膚弁の外科的準備を介して公開されます。画像は複数の光電子増倍管（PMT）検出器8を備えた多光子顕微鏡を用いて12時間まで取得します。適切なフィルタを使用することにより、減算アルゴリズムは、腫瘍の微小環境を同時に9の5の蛍光信号を取得するために4 PMT検出器を可能にします。高解像度の多光子生体顕微鏡検査は、より良好につながる、腫瘍微小環境において腫瘍 – 間質相互作用の単細胞解像度画像を捕捉するU血管透過性および腫瘍細胞の血管内10-13のnderstanding。具体的には、拡張された生体内イメージングは13（転移、TMEM 14の腫瘍微小環境として定義される）、腫瘍細胞、マクロファージおよび内皮細胞間の相互作用の部位で選択的に発生する高度に局在化、過渡血管透過性のイベントを明らかにしました。さらに、腫瘍細胞の血管内のみTMEMで発生し、空間的及び時間的に血管透過性13と相関しています。これらのイベントのダイナミクスの単一細胞の解像度は、腫瘍微小環境内の蛍光標識された細胞の拡張タイムラプス多光子顕微鏡を使用することによって可能になりました。
Protocol
Representative Results
Discussion
腫瘍微小環境で自然に発生する細胞間相互作用は、腫瘍細胞の運動性と血管内に変化をもたらすことができます。生きた腫瘍組織の高解像度の生体内イメージングは、非常に過渡10,13,24であることができる多細胞ダイナミクスの可視化を可能にします。離散時間点で取得ビボアッセイまたはタイムラプス画像内のエンドポイントは、腫瘍微小環境内のプロセスの分子メカ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、受賞番号（ASH、W81XWH-13-1-0010）、NIH CA100324、PPG CA100324、および統合イメージングプログラムの下で国防総省の乳がん研究プログラムによってサポートされていました。
Materials
| 155 kDa dextran-tetramethylrhodamine isothiocyanate | Sigma Aldrich | T1287 | reconstitute at 20 mg/mL in 1 X PBS |
| 70 kDa dextran-Texas Red | Life Technologies | D-1830 | reconstitute at 10 mg/mL in 1 X PBS |
| 10 kDa dextran-fluorescein isothyocyanate | Sigma Aldrich | FD10S | reconstitute at 20 mg/mL in 1 X PBS |
| Qdot 705 ITK Amino (PEG) Quantum Dots | Life Technologies | Q21561MP | Dilute 25 uL in 175 uL of 1 X PBS for injection |
| MMTV-PyMT mice | Jackson Laboratory | 2374 | |
| Csf1r-ECFP mice (Csf1r-Gal4/VP16,UAS-ECFP) | Jackson Laboratory | 26051 | |
| Csf1r-EGFP mice | Jackson Laboratory | 18549 | |
| 1 x PBS | Life Technologies | ||
| Isoethesia (isoflurane) | Henry Schein Animal Health | 50033 | 250 mL |
| Oxygen | AirTech | ||
| 1 mL syringe, tuberculin slip tip | BD | 309659 | |
| 30G x 1 (0.3 mm X 25 mm) needle | BD | 305128 | |
| Polyethylene micro medical tubing | Scientific Commodities Inc | BB31695-PE/1 | 0.28 mm I.D. X 0.64 mm O.D. |
| Microscope coverglass | Corning | 2980-225 | thickness 1.5, 22 X 50 mm |
| MouseOx oximeter, software and sensors | STARR Life Sciences | ||
| Laboratory tape | Fisher Scientific | 159015R | |
| soft rubber pad | McMaster-Carr | 8514K62 | Ultra-Soft Polyurethane Film, 3/16” Thick, 12" x 12", 40 Oo Durometer, Plain Back |
| hard rubber pad | McMaster-Carr | 8568K615 | High-Strength Neoprene Rubber Sheet 1/4" Thick, 12" X 12", 50A Durometer, |
| Microscope | Olympus | The microscope is a custom built two laser multiphoton microscope based on an Olympus IX-71 stand utilizing a 20x 1.05NA objective lens. | |
| 7-Punch set | McMaster-Carr | 3429A12 | , 1/4" to 1" Hole Diameter, for Hammer-Driven Hole Punch, |
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