Een procedure voor de levering van een chemische ablatieve oplossing aan de borstkanaalboom van de rat voor beeldgeleide preventieve behandeling van borstkanker wordt beschreven. Borstepitheelcellen kunnen worden gericht met minimale collaterale weefselschade door cannulatie rechtstreeks in de tepelopening en intraductale infusie van een 70% op ethanol gebaseerde ablatieve oplossing.
Er zijn nog een beperkt aantal primaire interventies voor de preventie van borstkanker. Voor vrouwen met een hoog risico op het ontwikkelen van borstkanker is de meest effectieve interventie profylactische mastectomie. Dit is een drastische chirurgische ingreep waarbij de borstepitheelcellen die borstkanker kunnen veroorzaken, samen met het omliggende weefsel volledig worden verwijderd. Het doel van dit protocol is om de haalbaarheid aan te tonen van een minimaal invasieve intraductale procedure die een nieuwe primaire interventie voor borstkankerpreventie zou kunnen worden. Deze lokale procedure zou bij voorkeur borstepitheelcellen aborteren voordat ze kwaadaardig kunnen worden. Intraductale methoden om oplossingen rechtstreeks aan deze epitheelcellen te leveren in knaagdiermodellen van borstkanker zijn ontwikkeld aan de Michigan State University en elders. De borstklier van de rat bestaat uit een enkele ductale boom die een eenvoudigere en meer lineaire architectuur heeft in vergelijking met de menselijke borst. Chemisch geïnduceerde rattenmodellen van borstkanker bieden echter waardevolle hulpmiddelen voor proof-of-conceptstudies van nieuwe preventieve interventies en schaalbaarheid van muismodellen tot mensen. Hier wordt een procedure beschreven voor intraductale toediening van een op ethanol gebaseerde ablatieve oplossing met tantaaloxide nanodeeltjes als röntgencontrastmiddel en ethylcellulose als geleermiddel in de ductale boom van de borstmruik van de rat. Toediening van waterige reagentia (bijv. cytotoxische verbindingen, siRNA’s, AdCre) door intraductale injectie is eerder beschreven in muis- en rattenmodellen. Deze protocolbeschrijving legt de nadruk op methodologische veranderingen en stappen die uniek betrekking hebben op het leveren van een ablatieve oplossing, formuleringsoverwegingen om lokale en systemische bijwerkingen van de ablatieve oplossing te minimaliseren en röntgenbeeldvorming voor in vivo beoordeling van ductale boomvulling. Fluoroscopie en micro-CT-technieken maken het mogelijk om het succes van ablatieve oplossingsafgifte en de mate van ductale boomvulling te bepalen dankzij compatibiliteit met het tantaalbevattende contrastmiddel.
Voor vrouwen in de VS1 blijft borstkanker (BC) het meest gediagnosticeerde kankertype en veroorzaakt het meer sterfgevallen dan enig ander kankertype behalve longkanker. Projecties voor 2022 schatten dat 51.400 vrouwen in situ zullen worden gediagnosticeerd met carcinoom en 287.850 vrouwen zullen worden gediagnosticeerd met invasief carcinoom, en dat 43.600 vrouwen zullen sterven aan BC1. Ondanks de prevalentie en mortaliteit geassocieerd met BC, zijn er weinig opties beschikbaar voor primaire preventie en translationeel onderzoek naar nieuwe interventies, omdat primaire preventie geen prioriteit krijgt van federale agentschappen2. Profylactische mastectomie is de meest effectieve interventie voor primaire preventie. Deze procedure wordt echter alleen aanbevolen voor personen met een hoog risico, omdat het een grote operatie is met levensveranderende gevolgen3. Deze operatie omvat volledige verwijdering van de borstepitheelcellen waaruit carcinogenese zich ontwikkelt, evenals het normale omliggende weefsel. Individuen worden vaak ontmoedigd om deze procedure te gebruiken als hun eerste optie van primaire interventie vanwege de negatieve impact van fysieke, psychologische en sociale stress. Om deze redenen kiezen zelfs sommige personen met een hoog risico ervoor om deze procedure niet te ondergaan en in plaats daarvan te kiezen voor waakzaam wachten of soortgelijke bewakingsstrategieën3. In eerdere publicatie was de toediening van 70% ethanol (EtOH) rechtstreeks in de ductale boom van muismodellen effectief bij het chemisch aborteren van borstepitheelcellen met beperkte schade aan aangrenzend normaal weefsel en bij het voorkomen van borsttumorvorming4. EtOH wordt gebruikt in meerdere klinische toepassingen als ablatief middel voor lokale behandeling van sommige kankers of scleroserend middel voor lokale behandeling van arterioveneuze zwelling en misvormingen 5,6,7,8,9,10,11,12,13,14 . Het lage toxiciteits- en veiligheidsprofiel van EtOH is goed ingeburgerd, omdat in sommige procedures tot 50 ml van 95% EtOH per sessie 5,10 kan worden toegediend.
Volledige verwijdering van borstepitheelcellen waaruit BC zich ontwikkelt, is het meest cruciale onderdeel van zowel profylactische mastectomie als lokale toediening van een ablatieve oplossing. Daarom is bevestiging van volledige ductale boomvulling noodzakelijk om te garanderen dat de ablatieve oplossing in direct contact is gekomen met alle borstepitheelcellen. Het leveren van een oplossing binnen de ductale boom(en) en de visualisatie ervan door middel van beeldgeleide fluoroscopie of ductografie zijn mogelijk via klinische procedures die albestaan 15,16,17. Het zal dus haalbaar zijn om deze procedure gemakkelijk te implementeren en te evalueren in klinische onderzoeken. Een belangrijke stap in het vaststellen van de werkzaamheid en translationele haalbaarheid van intraductale (ID) ablatie als een nieuwe interventie voor primaire preventie zal zijn om de haalbaarheid van deze röntgenvisualisatiebenadering aan te tonen in diermodellen van toenemende omvang en complexiteit van hun ductale boomarchitectuur 4,18,19. Een protocol dat deze ablatieve procedure opschaalt van muis20 naar rattenmodellen wordt hier beschreven. Terwijl muis- en rattenkanaalbomen een vergelijkbare lineaire structuur en vertakkingspatroon hebben, is de rat ductale boom proportioneel groter en wordt omgeven door een veel dichter stroma. We hebben in het laboratorium een methode geïmplementeerd om elke borstklier in een rat met succes te injecteren gedurende een reeks wekelijkse sessies met een ablatieve oplossing die een contrastmiddel bevat. Sessieafstand is noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de dieren minimale bijwerkingen van EtOH hebben (figuur 1 en figuur 2). De procedure omvat injectie van de ablatieve oplossing rechtstreeks in de tepelopening van een isofluraan-verdoofde rat met een naald van 33 G. Enkele belangrijke verbeteringen van de procedure zijn het gebruik van uitgebreide ontstekingsremmende behandeling, injectie van hogere volumes per ductale boom dan voorgesteld21, en gasdichte spuiten voor vloeistof en gassen. De duur van de behandeling met 5 mg/kg carprofen (een NSAID) van 48 uur vóór tot 1 week na ID-injecties is vergelijkbaar met het ontstekingsremmende protocol dat wordt gebruikt voor de scleroserende behandeling van veneuze misvorming in de kliniek. De behandeling wordt uitgevoerd bij patiënten onder systemische anesthesie gevolgd door 2 dagen ontstekingsremmende medicijnen zoals NSAID’s. De ontstekingsremmende behandeling kan nog een paar dagen worden verlengd om lokale ontstekingen en eventuele pijn te verminderen13. Net als bij muizen20 vermindert intraperitoneale injectie van een 5% sucrose-oplossing het kortetermijneffect van alcoholintoxicatie bij ratten. Ratten kunnen worden geïnjecteerd met maximaal 1 ml 70% EtOH (maximaal 4 kanalen; 0,2 g / dL EtOH-gehalte in het bloed) in een enkele sessie wanneer ze worden toegediend met deze sucrose-oplossing; dieren herstellen volledig binnen 4 uur na ID-injecties. We voeren sequentiële sessies uit om voldoende hersteltijd te bieden bij het injecteren van meer dan 4 klieren en/of hogere EtOH-concentraties. Alcoholintoxicatie bij vrouwen zal veel minder waarschijnlijk zijn als ID-injectie van alle ductale bomen in beide borsten, ervan uitgaande dat 16 hoofdkanalen16,17 en 2 ml per kanaal22,23, met 70% EtOH zou resulteren in minder dan 0,1 g / dL etoh-gehalte in het bloed en milde stoornissen kan veroorzaken.
Röntgenfoto’s maken het mogelijk om te bepalen hoe succesvol de intraductale toediening is in elke individuele klier en of de hele ductale boom is gevuld (figuur 1, figuur 2, figuur 3). Real-time fluoroscopie beeldvorming ter voorbereiding op micro-CT-scan en/of 3D-reconstructie van DICOM-bestandsgegevens kan worden gebruikt om de mate van oplossingsafgifte in de ductale boom en eventuele lekkage in het stroma te beoordelen. Het gebruik van fluoroscopie kan helpen om de totale stralingsdosis die aan het dier wordt opgelegd te beperken. De fluoroscopietechniek benadert meer de beoogde klinische toepassing voor beeldgeleiding van deze ablatieve behandeling. Vergelijking van door de FDA goedgekeurde jodiumhoudende Isovue met tantaaloxide (TaOx) nanodeeltjes is uitgevoerd om het nut van de ablatieve oplossing verder te verfijnen 4,19. Het is gebleken dat TaOx een superieur micro-CT-contrastmiddel is dan Isovue voor visualisatie van de initiële vulling van de ductale boom bij muizen 4,19. Hier tonen we aan dat TaOx een geschikt contrastmiddel is om de eerste vulling van de rat ductale boom te visualiseren (figuur 2 en figuur 3). Zowel in translationeel onderzoek als in klinische praktijktoepassingen is het geleermiddel ethylcellulose (EC) toegevoegd aan de EtOH-oplossing om diffusie uit de beoogde doelgebieden 13,14,24,25,26,27,28,29 te minimaliseren. Studies hebben aangetoond dat toevoeging van maximaal 1,5% EC aan EtOH-bevattende ablatieve oplossingen compatibel is met TaOx-gebaseerde beeldvorming (figuur 3). Deze en verdere verfijningen van de ablatieve oplossing kunnen helpen bij de kant-en-klare vertaling van deze beeldgeleide procedure naar de kliniek.
Zoals hier getoond, abtueert ID-levering van 70% EtOH bij voorkeur de borstepitheelcellen met beperkte nevenschade aan het omliggende stroma en de vasculatuur bij muizen4. Lokale ablatie van de ductale boom is effectief in het voorkomen van tumorvorming in muismodellen4. Hier tonen we aan dat deze ablatieve procedure kan worden opgeschaald naar ratten.
Dit is de volgende stap op weg naar vertaling van deze ablatieve procedure als een alternatieve interventie voor profylactische mastectomie voor primaire preventie van borstkanker bij personen met een hoog risico. Toevoeging van TaOx nanodeeltjes als röntgencontrastmiddel aan de ablatieve oplossing maakt het mogelijk om de effectiviteit van de oplossing bij het voorkomen van tumorvorming te beoordelen, omdat kan worden bepaald of de procedure succesvol was of niet bij het volledig vullen van de ductale boom. Het gebruik van fluoroscopie om de geïnjecteerde borstklier te visualiseren, weerspiegelt wat er waarschijnlijk in de kliniek zal worden gedaan om deze ID-procedure te begeleiden. Beeldbegeleiding van hoeveel de oplossing de ductale boom heeft gevuld en wanneer de infusie moet worden gestopt, zal een belangrijk aspect van de klinische implementatie zijn om een maximale vulling van elke ductale boom te garanderen. Probleemoplossing en nuttige tips staan vermeld in tabel 1. Effectiviteit van deze ablatieve procedure vereist dat de geïnfundeerde oplossing direct contact maakt met alle epitheelcellen om de snelheid van celdoding te maximaliseren. Reserve-epitheelcellen in een of meer bomen kunnen uiteindelijk dienen als een bron voor bc-ontwikkeling. De andere groepen rapporteerden ID-toediening van virale deeltjes (bijv. componenten van Cre / LoxP- en / of Cas9 / CRISPR-systemen), hormonen en hormoonantagonisten (bijv. Prolactine, fulvestrant), chemotherapeutische middelen (bijv. Cisplatine), siRNA’s en / of antilichamen of andere targetingmiddelen bij muizen 4,19,21,35,36,37,38,39,40, 41,42,43,44,45, ratten 21,33,46,47,48 en/of konijnen 18,49,50,51,52,53 . Succesvolle cannulatie van maximaal acht ductale bomen per menselijke borst voor lokale toediening van chemotherapie is gemeld in onafhankelijke klinische studies 47,54,55. Beeldbegeleiding voor infusie van deze andere oplossingen gericht op tumorpreventie of gericht op lokale behandeling zou op dezelfde manier hun effectiviteit maximaliseren.
De schaalbaarheid en verfijning van deze procedure van muis tot rat ductale boom wordt hier gedemonstreerd. TaOx nanodeeltje in de murine 4,19 en rat (ongepubliceerde gegevens) ductale boom bieden hoge resolutie beeldvorming die de door de FDA goedgekeurde jodiumhoudende röntgencontrastmiddelen overtreft. Evenzo zijn we ons niet bewust van andere ductale boombeeldvormingsbenaderingen bij muizen40,41 of andere diermodellen18 die een vergelijkbare resolutie kunnen bieden als TaOx. Relevant voor klinische vertaling is het feit dat het geleereffect van EC in deze rattenmodellen van gemiddelde grootte een formuleringsverfijning mogelijk maakt om collaterale weefselschade te minimaliseren. Naarmate we deze ablatieve ID-procedure blijven beoordelen op zijn vermogen om BC te voorkomen, zullen we nauwkeuriger kunnen bepalen uit welke klieren BC zich ontwikkelt door de toegevoegde informatie die wordt verstrekt door beeldvorming na ID-levering in chemisch geïnduceerde en andere rattenmodellen van BC. Deze gegevens zullen de veiligheid van deze procedure bepalen en eventuele zorgen of tekortkomingen vaststellen over de vraag of gedeeltelijk of niet-mislukt behandelde ductale bomen meer vatbaar zijn voor het ontwikkelen van BC bij een vrouw met een hoog risico.
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door het National Cancer Institute R21 CA226579 en R01 CA258314 subsidies aan LFS en door het National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering R01 EB029418 subsidie aan EMS. We zijn het MSU Institute for Quantitative (IQ) Health Science and Engineering Imaging Core-faciliteit dankbaar voor het gebruik van hun beeldvormingssystemen en technische expertise. We bedanken Dr. Danielle Ferguson voor het beoordelen van de inhoud van de video en de cijfers voor de naleving van dierenwelzijnsrichtlijnen.
AnalyzeDirect v12.0 | Caliper | n/a | For micro-CT image processing |
Carprieve, Carprofen 50 mg/mL | Allivet | 50647 | For anti-inflammatory treatment |
Ethyl cellulose | Acros Organics | 9004-57-3 | For intraductal injection |
Evans blue | Sigma | E2129-50G | For injection visualization |
Hot water bath | Toolots | Yidu_HH-S2 | For preparing carprofen cups |
MediGel Sucralose Cups | ClearH2O | 74-02-5022 | For delivery of carprofen |
Model 1750 TTL, PTFE Luer Lock Syringe, 500μL | Hamilton | 81220 | For intraductal injection |
Photoshop 2021 | Adobe | n/a | For image processing |
Quantum GX2 microCT Imaging System | Perkin Elmer | CLS149276 | For micro-CT image acquisition |
Metal Hub Needle, 33 gauge, custom (30° bevel angle, 0.4 in, point style 4) | Hamilton | 7747-01 | 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 |