Este protocolo descreve uma nova janela de imagem mamária com uma tampa substituível (R.MIW). A microscopia intravital após a implantação do R.MIW permite imagens longitudinais e de vários dias da glândula mamária saudável e doente com resolução celular durante os diferentes estágios de desenvolvimento.
A estrutura ramificada da glândula mamária é altamente dinâmica e passa por várias fases de crescimento e remodelação após o nascimento. A microscopia intravital em combinação com a cirurgia de retalhos da pele ou implantação de janelas de imagem tem sido usada para estudar a dinâmica da glândula mamária saudável em diferentes estágios de desenvolvimento. A maioria das tecnologias de imagem mamária são limitadas a um período de horas a dias, enquanto a maioria dos processos de remodelação da glândula mamária ocorrem em períodos de dias a semanas. Para estudar a remodelagem da glândula mamária, são necessários métodos que permitam o acesso óptico ao tecido de interesse por prazos prolongados. Aqui, uma versão melhorada da janela de imagem mamária de titânio com uma tampa substituível (R.MIW) é descrita que permite imagens de alta resolução da glândula mamária com resolução celular por até várias semanas. É importante ressaltar que o R.MIW fornece acesso a tecidos durante toda a duração do experimento de imagem intravital e, portanto, pode ser usado para manipulação de tecidos locais, rotulagem, administração de medicamentos ou microdissecção guiada por imagem. Em conjunto, o R.MIW permite a caracterização de alta resolução da dinâmica celular durante o desenvolvimento da glândula mamária, homeostase e doenças.
O epitélio mamário é um órgão secreto único presente nos mamíferos, que produz e secreta o leite para nutrir a prole. Ao longo da vida, a glândula mamária passa por múltiplas rodadas de desenvolvimento e crescimento, que são acompanhadas de alterações estruturais e funcionais do tecido1. Dependendo do estágio de desenvolvimento, os tipos de células que contribuem para a remodelação do tecido são diferentes, assim como a localização dentro da árvore ductal.
A microscopia intravital multifotrina (IVM) permite o estudo da dinâmica celular mamária in vivo no cenário nativo e minimamente perturbado 2,3,4. Para obter acesso visual à glândula mamária, várias técnicas temporárias de imagem ex vivo ou retalho de pele foram publicadas durante diferentes estágios de desenvolvimento da glândula mamária, incluindo puberdade 4,5,6,7, idade adulta 2,8, lactação 9,10,11,12, e dinâmica tumoral 13,14 15. Embora essas técnicas resultem em imagens altas e temporalmente resolvidas da dinâmica das células mamárias, o período de tempo é limitado a horas, enquanto a maioria dos processos de remodelação da glândula mamária leva dias a semanas. Portanto, são necessários métodos que permitam o acesso óptico ao tecido de interesse por prazos prolongados. Ao longo dos anos, várias janelas permanentes de imagem foram desenvolvidas para imagens de tumores mamários 15,16,17,18, incluindo uma janela de imagem mamária de titânio (MIW)2,3,19. Embora muito útil para estudar o crescimento do tumor mamário, a visualização da estrutura saudável da glândula mamária permaneceu limitada a alguns dias. Recentemente, foi desenvolvida uma janela flexível de imagem de silício, que permite a visualização da glândula mamária pubertal ao longo de várias semanas20. No entanto, a glândula mamária está embutida em uma almofada de gordura rica em adipócitos, o que leva a uma extensa dispersão de luz e, como resultado, visibilidade limitada das estruturas ductais mamárias. Portanto, condições de imagem superiores são necessárias em todos os momentos para visualizar a dinâmica tecidual durante períodos prolongados de tempo na glândula mamária. Nem o MIW clássico, nem a janela flexível de silício permitem a manipulação tecidual ou a otimização da localização do tecido físico antes da imagem, já que a janela forma um sistema fechado após a cirurgia e implantação. Como resultado, o acesso óptico ideal ao tecido mamário subjacente provavelmente ficará impedido por períodos de tempo mais longos. Em contraste, a técnica de retalho da pele permite a otimização e o reposicionamento do tecido durante a sessão de imagem e uma aba de pele pode ser repetida várias vezes2. No entanto, sessões repetidas de imagem através de um retalho de pele só são possíveis quando tempo suficiente (pelo menos 7 dias) é alocado entre cirurgias para permitir a recuperação da pele e, portanto, é mais adequado para estudar processos em escalas de tempo mais longas. Além disso, é aconselhável não realizar esse procedimento muitas vezes devido à sua natureza invasiva e grande risco de infecções e cicatrizes após o fechamento da ferida.
Para superar essas limitações, ou seja, para garantir condições de imagem ideais por um período prolongado de tempo em alta frequência e, ao mesmo tempo, permitir a manipulação tecidual, uma versão melhorada de titânio do MIW com uma tampa substituível (R.MIW) foi projetada para visualizar a glândula mamária saudável e doente ao longo de vários dias até a semana2 (Figura 1A, B) O R.MIW foi projetado para fornecer acesso ideal ao tecido, permitindo manipulação direta de tecidos durante toda a duração do experimento IVM, e assim permite a visualização da glândula mamária no momento e local certos durante períodos prolongados de tempo. Quando fechado, o R.MIW forma um sistema hermético comparável ao MIW clássico (Figura 1C). Quando aberto sob condições assépticas, o R.MIW permite que a manipulação de tecidos locais melhore o acesso óptico e também permite a administração local de substâncias, como inibidores de vias ou agonistas, injeção de diferentes tipos de interesse celular, como células cancerosas ou populações de células imunes, ou adição de corantes de rotulagem tecidual. A tampa pode ser aberta a qualquer momento entre as sessões de imagem sem causar danos ao tecido subjacente.
Figura 1: Design da janela de imagem mamária com uma tampa substituível. (A) Vista superior e lateral da tampa substituível da janela de imagem mamária com um vidro de cobertura de 10 mm colado ao anel. (B) Vista superior e lateral da janela de imagem mamária, que consiste em um anel externo e anel interno com uma ranhura no meio para fixar a janela dentro da pele do mouse usando uma sutura de corda de bolsa. O anel externo tem uma pequena ranhura que se encaixa nas quatro projeções (braços) da tampa. (C) Desenho animado e imagens demonstrando os mecanismos de abertura e fechamento da tampa. As projeções inclinadas garantem que a tampa esteja fixa dentro da moldura da janela. Esta figura foi modificada a partir de Messal et al. 2. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Este protocolo descreve o procedimento de design e implantação do R.MIW, bem como uma estratégia longitudinal de IVM para revisitar os mesmos dutos mamários e sua visualização em uma resolução celular. O R.MIW permite seguir divisões celulares e alterações morfológicas durante diferentes fases de desenvolvimento da glândula mamária em diversos modelos de ratos repórteres fluorescentes. Em conjunto, o R.MIW facilita a caracterização de alta resolução da dinâmica celular durante o desenvolvimento da glândula mamária, homeostase e doenças.
O R.MIW permite imagens longitudinais da glândula mamária saudável e doente em seu ambiente nativo e minimamente interrompido e permite a visualização repetida da glândula mamária em diversos estágios de desenvolvimento. O design R.MIW permite que a janela seja aberta a qualquer momento durante o experimento. O acesso visual a longo prazo ao tecido de interesse pode ser dificultado, por exemplo, pelo acúmulo de detritos celulares na mancha de cobertura. Nesses casos, o R.MIW pode ser aberto antes ou imediatamente após uma sessão de imagem para permitir a limpeza de toda a área e tampa do tecido visível. A tampa removível também permite manipulações do tecido, bem como a aplicação local de substâncias, como inibidores e terapias específicas, corantes de rotulagem ou tipos de interesse celular específicos.
Este método supera a limitação dos procedimentos de inflamação mamária descritos anteriormente 4,7,8,13, que estão limitados a uma sessão de imagem, e podem visualizar processos como morfognese ramificada (Figura 5), rotatividade de tecido homeostático (Figura 6) ou crescimento tumoral a nível celular (Figura 3B ). No entanto, ao mesmo tempo, o R.MIW permite a manipulação local do tecido entre as sessões de imagem, que compreende um grande ativo do R.MIW em comparação com o MIW 3,18 publicado anteriormente e todas as outras janelasde imagem 20,22. Ao abrir o R.MIW, é importante manter as condições assépticas o tempo todo para evitar qualquer fonte de infecção. A capacidade de abrir o R.MIW em um ambiente asséptico permite otimizar as condições de imagem antes de cada sessão de imagem, o que melhora muito o acesso visual a longo prazo ao tecido de interesse. Especificamente, na glândula mamária, que está embutida em um estroma rico em adipócito, isso é de grande valor. Além disso, a tampa substituível poderia permitir exclusivamente a administração local de terapêutica, diferentes tipos de células, corantes de rotulagem, microdissecção guiada por imagem ou qualquer outra manipulação local do tecido sem a necessidade de encerrar o experimento IVM. Por exemplo, para estudar a iniciação tumoral, populações específicas de células cancerígenas poderiam ser injetadas diretamente na árvore ductal ou estroma em um determinado ponto de tempo ivm e localização precisa da glândula mamária, desde que este ROI seja acessível através do anel R.MIW. Para estudar a progressão do tumor, populações específicas de células cancerígenas (em um local específico, em um microambiente específico ou com um comportamento específico) poderiam ser foto-marcadas durante a sessão de IVM e, posteriormente, microdissectadas usando um microscópio de dissecção fluorescente após a abertura do R.MIW. Células isoladas podem ser processadas para análises a jusante, como o sequenciamento mRNA (unicelular). Usando essa abordagem, pode-se acoplar o comportamento celular in vivo a perfis de expressão molecular. A vantagem da administração de medicamentos local habilitada pelo R.MIW permite que o tecido seja imageado antes e diretamente após o tratamento. O intervalo necessário para remover o mouse da caixa de imagem e para posteriormente realizar a administração local de medicamentos após a abertura da tampa R.MIW pode ser realizado em minutos, o que permite a captura de fase imediata de drogas de ação rápida.
Mostramos que o IVM da glândula mamária através do R.MIW é compatível com muitos modelos diferentes de mouse de repórter fluorescente. O ambiente rico em adiposos é desafiador para a imagem e, portanto, recomenda-se o uso de fluoroforos brilhantes. No entanto, como mostrado aqui, fluoroforos ainda menos brilhantes como o mCFP podem ser visualizados através do R.MIW em condições ideais de imagem. Inevitavelmente, a almofada de gordura impedirá a imagem das estruturas ductais mais profundas, e limitará a imagem aos dutos mais superficiais. Uma imagem de visão geral de baixa resolução no início de cada experimento IVM ajudará a identificar as estruturas ductais de interesse que são suficientemente superficiais para imagens de alta resolução. Manipulação de tecido local, remoção de tecido conjuntivo ou reposicionamento do tecido adiposo após a abertura do R.MIW podem otimizar o IVM para ROIs específicos que são sobrepostos por tecido adiposo. Esta é uma vantagem importante sobre todos os projetos de janelas anteriores, que não permitem realizar essas manipulações e exigiriam a remoção completa da própria janela. Especificamente, para visualização do linfonodo inguinal, recomenda-se remover suavemente o tecido gorduroso sobredisco, o que reduz a dispersão da luz e permite imagens de alta resolução. Ao manipular o tecido, mantenha sempre as condições assépticas e evite sangramentos ou danos graves ao tecido, pois podem afetar os processos que estão sendo estudados durante o experimento IVM.
O R.MIW é feito de titânio, um material que é comumente usado na prática clínica para substituir tecidos duros, como articulações ou placas ósseas. O titânio tem várias vantagens sobre janelas de aço, incluindo seu personagem leve e inerte21. Recentemente, vários outros materiais foram usados para gerar novos tipos de janelas de imagem, incluindo a janela de silício flexível20. Em contraste com o R.MIW, a janela flexível não requer suturas para implantação e é adequada para quase qualquer posição anatômica, especificamente no caso de tecidos moles e frágeis. As janelas de silício têm um impacto mínimo na motilidade animal devido à sua natureza leve e deformável e talvez mais adequada em experimentos que estudam a rápida expansão e crescimentode tecidos 20. Outra vantagem sobre a versão de titânio é que as janelas de silício são compatíveis com outras modalidades de imagem, incluindo ressonância magnética20,27. No entanto, será importante ter em mente que os objetivos são otimizados para tampas de vidro de 0,17 mm. Além disso, o tecido mamário é suscetível a movimentos respiratórios, que são difíceis de restringir usando a janela flexível, especialmente quando se usa um microscópio invertido. Os artefatos respiratórios são minimizados pelo design R.MIW e pela fixação do R.MIW na entrada da caixa de imagem. Como resultado, as imagens adquiridas usando a configuração R.MIW proposta não são distorcidas devido a artefatos respiratórios. No entanto, podem ocorrer pequenas derivas na localização tecidual, que geralmente são graduais e podem ser corrigidas usando o software de correção de movimento pós-aquisição28. Com o aumento da caixa de ferramentas das tecnologias IVM 2,20, os requisitos específicos para cada experimento eventualmente determinarão a melhor forma de visualização in vivo do tecido de interesse. Diferentes projetos de janelas têm diferentes vantagens e desvantagens e, dependendo da questão da pesquisa, da configuração disponível de microscopia, da resolução espacial e temporal necessária, e do tempo total do processo estudado, a abordagem ideal precisa ser determinada.
Em resumo, o R.MIW facilita a caracterização de alta resolução da dinâmica celular durante o desenvolvimento da glândula mamária, homeostase e doenças durante vários dias a semanas.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi apoiado pela Research Foundation Flanders (PhD grant fundamental research 11L7222N to M.C.), a Boehringer Ingelheim Foundation (PhD Fellowship to C.L.G.J.S), uma bolsa de pós-doutorado da EMBO (conceder ALTF 1035-2020 à C.L.G.J.S.), e o Prêmio Doctor Stein Josefer (para J.V.R.).
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