يتم وصف طريقة الحقن داخل القنوات للكواشف لمحلول استئصالي قائم على الإيثانول لشجرة القنوات الثديية للفأر للتصوير في الجسم الحي والوقاية من سرطان الثدي. يسمح الحقن مباشرة في فتحة الحلمة باستهداف الخلايا الظهارية الثديية مع الحد الأدنى من تلف الأنسجة الجانبية.
سرطان الثدي هو السرطان الأكثر انتشارا والسبب الرئيسي الثاني للوفاة المرتبطة بالسرطان للنساء في الولايات المتحدة الأمريكية. وبالنسبة للنساء المعرضات لمخاطر عالية، فإن استئصال الثدي الوقائي هو استراتيجية الوقاية الأولية الأكثر فعالية. استئصال الثدي الوقائي هو إجراء جراحي عدواني يزيل تماما الخلايا الظهارية الثديية التي ينشأ منها سرطان الثدي مع الأنسجة المحيطة. نحن نسعى إلى تطوير إجراء داخل القنوات بأقل قدر من التدخل الجراحي كبديل لاستئصال الثدي الوقائي لاستئصال الخلايا الظهارية الثديية محليا قبل أن تصبح خبيثة. لقد طورنا نحن وآخرون إجراء الولادة داخل القنوات للوصول إلى هذه الخلايا الظهارية وعلاجها في نماذج القوارض من سرطان الثدي. في حين أن الغدة الثديية للفأر ذات الفتحة القنوية غير المفاغرة عند الحلمة لها بنية أقل تعقيدا وملتوية بكثير من الثدي البشري ، فإن نماذج الفئران المستحثة كيميائيا والمهندسة وراثيا لسرطان الثدي ذات قيمة لإنتاج دراسات إثبات المفهوم لاستراتيجيات وقائية جديدة. هنا ، نصف إجراء للتوصيل داخل القنوات لمحلول استئصالي قائم على الإيثانول يحتوي على عامل تباين قائم على التنتالوم بالأشعة المقطعية الدقيقة / الأشعة السينية داخل شجرة القنوات الثديية للفأر لغرض علاجي للوقاية الأولية من سرطان الثدي. تم وصف التوصيل داخل القنوات للكواشف المائية (على سبيل المثال ، المركبات السامة للخلايا ، siRNAs ، AdCre) سابقا في نماذج الفئران. وبالتالي ، فإننا نركز وصف بروتوكولنا على التعديلات المنهجية والاعتبارات التجريبية الفريدة لتحسين توصيل الإيثانول ، ولتقليل الآثار الجانبية المحلية والنظامية لإدارة الإيثانول ، وللتصور في الجسم الحي لملء شجرة القنوات عن طريق التصوير المقطعي المحوسب / الفلوري. يسمح تصور شجرة الأقنية مباشرة بعد حقن محلول يحتوي على التباين بتأكيد الملء الكامل أو النتائج غير الناجحة مثل الملء الناقص أو الملء الزائد. يمكن تطبيق هذا الإجراء لتسليم وتصوير المركبات الاستئصالية الأخرى التي تهدف إما إلى منع تكوين الورم أو علاج الأورام في المراحل المبكرة محليا والتي يمكن الوصول إليها عبر شجرة الأقنية.
سرطان الثدي مرض شائع وربما قاتل مع خيارات قليلة متاحة للوقاية1. التدخل الأكثر فعالية هو استئصال الثدي الوقائي. ومع ذلك ، يختار الأفراد المعرضون لخطر كبير فقط الخضوع لهذا الإجراء لأنه عملية جراحية ذات عواقب وخيمة تغير الحياة2. يزيل الإجراء تماما الخلايا الظهارية الثديية التي ينشأ منها سرطان الثدي مع الأنسجة المحيطة. هذا يمكن أن يؤدي إلى الإجهاد البدني والنفسي والاجتماعي للفرد ، وغالبا ما يثني الأفراد عن المضي قدما في هذا الإجراء الجراحي كخط أول للتدخل الأساسي.
لقد أثبتنا أن توصيل محلول استئصالي يحتوي على 70٪ من الإيثانول (EtOH) مباشرة إلى شجرة القنوات فعال في قتل الخلايا الظهارية الثديية مع تلف محدود للأنسجة الجانبية وفي منع أورام الثدي في نماذج الفئران 3. منذ فترة طويلة يستخدم EtOH سريريا كعامل استئصالي أو مصلب للعلاج المحلي. يستخدم حقن EtOH عن طريق الجلد كعامل استئصالي لأورام الكبد غير القابلة للاستئصال ، وأورام الكلى والغدة الكظرية ، وأورام البنكرياس الكيسية 4,5,6 ؛ للتحلل العصبي الضفيرة الاضطرابات الهضمية للحد من الألم7; ولعلاج تمدد الأوعية الدموية الكاذب للثدي8. يستخدم حقن EtOH داخل الأوعية الدموية كعامل مصلب للقضاء على التورم والتشوه من التشوهات الشريانية الوريدية (AVM) ، وللعلاج التجميلي للأوردة العنكبوتية والدوالي9،10،11،12،13. مثل استئصال الثدي الوقائي ، يعتمد نجاح الوقاية من خلال التسليم المحلي لمحلول استئصالي على القدرة على إزالة جميع الخلايا الظهارية الثديية التي يمكن أن ينشأ منها السرطان تماما. وهذا يتطلب تأكيدا على أن المادة الاستئصالية قد ملأت شجرة الأقنية بنجاح ، وبالتالي الاتصال بجميع الخلايا الظهارية الثديية مباشرة. الوسائل السريرية لحقن المواد داخل الغدد الثديية وتصورها عن طريق التنظير الفلوري الموجه بالصور أو التصوير اللاصق متاحة بسهولة14,15; لذلك ، سيكون من الممكن تقديم وتأكيد التسليم الناجح عندما يستدعي هذا الإجراء التقييم في التجارب السريرية.
إن إثبات جدوى هذا النهج الموجه بالصور في المختبر هو خطوة رئيسية في تحديد فعالية وجدوى الاستئصال داخل القنوات (ID) كإجراء وقائي لسرطان الثدي. في مختبرنا ، طورنا طريقة لحقن جميع الغدد الثديية بنجاح في الفئران بمحلول استئصالي يحتوي على عامل تباين على مدار الحقن الأسبوعية لضمان عدم استسلام الحيوان لجرعة زائدة من EtOH (الشكل 1 ، الشكل 2 ، المرجع رقم 3 ، 16). يضع هذا الإجراء إبرة 34 جم داخل فتحة الحلمة لفأر مخدر متساوي الفلوران لحقن محلول الاختبار. وتشمل بعض التحسينات الرئيسية لهذا الإجراء استخدام المحاقن المانعة للغازات للسوائل والغازات، وحقن كميات أكبر لكل شجرة قنوية17، والعلاج المضاد للالتهابات الموسع. العلاج قبل السريري من 5 ملغ / كغ من كاربروفين ، وهو NSAID ، من 2 د قبل إلى 7 د بعد إجراء الهوية يتماشى مع العلاج بالتصلب السريري للتشوه الشرياني الوريدي. عادة ، بعد التخدير الجهازي ، يتلقى المرضى أدوية مضادة للالتهابات ، مثل مضادات الالتهاب غير الستيروئيدية ، لمدة يومين بعد الإجراء يمكن تمديدها للتخفيف من أي التهاب أو ألم موضعي 12. يتم تخفيف تسمم الكحول بشكل كبير عن طريق الحقن داخل الصفاق لمحلول السكروز بنسبة 5٪ في الفئران. مع إعطاء محلول السكروز هذا ، يمكن حقن الفئران بأمان بما يصل إلى 160 ميكرولتر من 70٪ EtOH (ما يصل إلى أربع أشجار قنوية ؛ حوالي 0.4 جم / ديسيلتر من محتوى EtOH في الدم) ؛ الحيوانات تعافى تماما في غضون 4 ساعات بعد حقن الهوية. لحقن أكثر من أربع غدد في الفئران و / أو تركيزات EtOH أعلى ، نقوم بإجراء جلسات متسلسلة للسماح بوقت كاف للتعافي. التسمم بالكحول لدى النساء سيكون مصدر قلق أقل بسبب انخفاض نسبة كمية الكحول إلى وزن الجسم. بالنظر إلى عدد الأشجار القنية في صدر الإنسان14,15 ، حوالي 16 ، والحجم المقدر لملء كل قناة شجرة18,19 ، سيتم إعطاء ما يصل إلى 32 مل من 70٪ EtOH. ستكون هذه الكمية أقل بكثير من 50 مل من 95٪ EtOH تدار في الإجراءات السريرية الأخرى4,9. يمكن استخدام الإعطاء الوريدي للثيامين ومحلول الجلوكوز لزيادة تقليل آثار تسمم EtOH ، خاصة في الحالات التي قد يلزم فيها حقن حجم إجمالي أكبر من EtOH و / أو للنساء اللواتي لديهن تحمل أقل لاستهلاك الكحول (على سبيل المثال ، المتغيرات الأليلية في الكحول أو نازعة هيدروجيناز الألدهيد).
يسمح لنا التصوير عن طريق التصوير المقطعي المحوسب / الفلوري بتأكيد الملء القنوي الناجح لكل غدة (الشكل 1 ، الشكل 2 ، الشكل 3). يمكن تسجيل ذلك للتحليل المستقبلي ، أو تقييمه في الوقت الحالي عن طريق التصوير بالفلور في الوقت الفعلي ، كما هو الحال في التطبيق السريري ، للحد من العبء الإشعاعي الإجمالي المفروض على الحيوان. لزيادة تحسين الميزات المحددة لهذا الحل الاستئصالي للتسليم الموجه بالصور في الوقت الفعلي في الجسم الحي ، قمنا سابقا بمقارنة التباين المحتوي على اليود المعتمد من إدارة الأغذية والعقاقير مع جسيمات نانوية تحتوي على أكسيد التنتالوم (TaOx) تم تصنيعها بواسطة مختبر Shapiro 3,16. أظهر TaOx أداء متفوقا كعامل تباين micro-CT لتصور الملء الأولي للشجرة القنية (الشكل 2 ، الشكل 3). يمكن استخدام TaOx كتباين مرجعي لإجراء تقييم أكثر منهجية وطولي لعوامل تباين تجمع الدم الأخرى القائمة على الجسيمات النانوية (على سبيل المثال ، اليود أو البزموت أو المحتوي على الذهب) وتوافق TaOx مع تركيزات مختلفة من سليلوز الإيثيل كعامل تبلور 20,21.
استئصال الثدي الوقائي هو حاليا التدخل الأكثر فعالية لسرطان الثدي ، ولكن له بعض الآثار السلبية الخطيرة. يعد الاستئصال الموضعي للخلايا الظهارية الثديية باستخدام محلول قائم على EtOH علاجا بديلا واعدا كما أظهرنا في دراسة إثبات المفهوم حول نموذج الفأر FVB-Tg-C3(1)-TAg العدواني لسرطان الثدي 3. يسمح حقن الهوية لهذا الحل الاستئصالي باستهداف الخلايا الظهارية الثديية التي ينشأ منها سرطان الثدي مع أضرار جانبية محدودة. تسمح إضافة عامل تباين الأشعة السينية إلى المحلول الاستئصالي بتعزيز فهم فعالية المحلول عند الوقاية ، حيث يمكننا أن نرى ما إذا كانت كل شجرة قنوية يتم ملؤها بنجاح بعد الحقن (الشكل 2B). إن مشاهدة الغدد المحقونة عن طريق التنظير الفلوري مباشرة بعد الحقن تعكس ما سيتم القيام به على الأرجح في العيادة لتأكيد الملء الناجح لشجرة القنوات. من الأفضل أن يخبرك التأكيد المرئي لتسليم الحل ما إذا كان قد تم الوصول إلى جميع أجزاء الشجرة في الوقت الفعلي. هذا يمكن أن يسمح بإجراء المزيد من الحقن لإكمال الملء في الوقت أو في جلسة مستقبلية. من الأهمية بمكان أن يصل المحلول الاستئصالي إلى جميع أجزاء شجرة الأقنية لضمان إمكانية الوصول إلى جميع الخلايا الظهارية للقتل (الشكل 3). إن ترك الخلايا الظهارية الحية داخل الشجرة سيسمح بإمكانية ظهور سرطان الثدي. يمكن أن يكون استخدام التباين في حقن الهوية لنجاح صورة الحقن مفيدا أيضا للتركيبات الأخرى. يوفر الجدول 1 استكشاف الأخطاء وإصلاحها ونصائح مفيدة. وقد وصفت دراسات أخرى بروتوكولات توصيل الهوية للجسيمات الفيروسية (على سبيل المثال، AdCre، CRISPR دليل الحمض النووي الريبي)، والهرمونات، والمركبات السامة للخلايا، siRNAs و / أو عوامل الاستهداف في الفئران3،16،27،28،29،30،31،32،33،34،35،36،37 ، 38 ، الفئران 24،32،39،40،41 ، والأرانب 42،43،44،45،46،47. أفادت دراسات سريرية مستقلة عن نجاح قنية ما يصل إلى ثماني قنوات لكل ثدي للتسليم المحلي للعلاج الكيميائي 40،48،49. إن تصور الملء الكامل عند تقديم حلول أخرى تهدف إلى الوقاية أو موجهة نحو العلاج سيكون مفيدا لأسباب مماثلة. إن معرفة أن الحل قد وصل إلى جميع فروع الشجرة ونهاياتها الطرفية ستكون مفيدة في تقييم الوقاية أو العلاج الناجحين.
نحن لسنا على علم بأي طرق تصوير أخرى داخل القنوات في الفئران33,34 أو النماذج الحيوانية الأخرى47 التي توفر الدقة العالية للجسيمات النانوية TaOx. تجدر الإشارة إلى أن TaOx في شجرة القنوات الفئرانية يتفوق على عوامل التباين المعتمدة من إدارة الأغذية والعقاقير (FDA) لتصوير القنوات التشخيصية3,16. بينما نواصل تقييم الإجراء الاستئصالي للمعرف لقدرته على الوقاية من سرطان الثدي ، سنكون قادرين على تحديد سرطان الغدد الذي ينشأ منه بدقة أكبر بمساعدة البيانات المضافة المقدمة من خلال التصوير بعد تسليم الهوية. على سبيل المثال ، يمكن للمرء أن يحدد ما إذا كانت الغدة التي تم ملؤها جزئيا فقط أكثر عرضة من الغدة غير المحقونة لتؤدي إلى تكوين الورم ، والذي يعالج ملف تعريف السلامة والقلق من الحقن غير الناجحة على امرأة عالية الخطورة. هذه التقنية لها بعض القيود. هذه تقنية ماوس صعبة نسبيا تتطلب براعة وكفاءة المشغل للتعامل مع كل قناة وتنقيحها بنجاح. كل حقنة فردية هي حدث مستقل وبالتالي فإن الحقن غير الناجح على غدة واحدة أو أكثر قد يضر بتفسير النتيجة. نظرا لحجم الغدة الثديية الفئرانية وهشاشة الحلمة ، فإن التنظير الفلوري أو تقنية توجيه الصور المماثلة غير متوفرة للإبلاغ في الوقت الفعلي عن موعد إيقاف التسريب. سيكون توجيه الصور في الوقت الفعلي هذا شرطا للتنفيذ السريري للتسليم المحلي لحل استئصالي.
The authors have nothing to disclose.
تم دعم هذا العمل ، جزئيا ، من خلال منح المعهد الوطني للسرطان R21 CA226579 و R01 CA258314 إلى LFS ومن قبل المعهد الوطني للتصوير الطبي الحيوي والهندسة الحيوية R01 EB029418 منحة إلى EMS. نود أن نشكر معهد جامعة ولاية ميشيغان للعلوم الكمية (IQ) للعلوم الصحية والتصوير البياني المرافق الأساسية لاستخدام أنظمة التصوير والخبرة التقنية الخاصة بهم. نود أن نشكر الدكتور دانييل فيرغسون على مراجعة محتويات الفيديو والأرقام الخاصة بالالتزام بإرشادات رعاية الحيوان.
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 |