Method Article
* These authors contributed equally
פרוטוקול זה מתאר שיטה יעילה, פשוטה וזעיר פולשנית לחקר גושים ריאתיים. איסוף דם ורידים תת-לסתיים והדמיית מיקרו-CT משמשים כטכניקות חקירה.
טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (micro-CT) היא טכניקה בזמן אמת, אינטואיטיבית, רגישה וזעיר פולשנית לניטור שינויים מגושיות ריאתיות (PN) לסרטן ריאות (LC). השילוב של דגימת דם של ורידים תת-לסתיים מאפשר זיהוי מהיר, יציב ופשוט של הדמיה ושינויי מטרה מרכזיים במהלך ההתקדמות של PN ל-LC. במחקר זה, נתנו מינון של 100 מ"ג/ק"ג של 4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone בעכברי A/J כדי לפתח מודל אדנוקרצינומה של הריאות. לאחר מכן נוטרה התקדמות המחלה בחיות הניסוי באמצעות דגימת דם של ורידים תת-לסתיים ובדיקת מיקרו-CT. תוצאות הניסוי הראו נוכחות של מוקדים נודולריים בריאות של חלק מבעלי החיים בשבועה-10 , כאשר התפתחות תמונות אדנוקרצינומה של הריאות ניכרת בשבועה-21 . לסיכום, מיקרו-CT יכול לצפות ביעילות בשינויים פתולוגיים בריאות של עכברים, ובשילוב עם דגימת דם של ורידים תת-לסתיים, יכול לנטר באופן דינמי שינויים בדם, בחלבון ובמטרות. שיטה זו מספקת גישה ספציפית, פשוטה ורגישה ביותר לסינון תרופות, בדיקות פרמקוקינטיות, ניסויים טוקסיקולוגיים ומחקרי בטיחות.
סרטן ריאות (LC) הוא ניאופלזמה חמורה שמקורה ברירית הסימפונות או בבלוטות הריאה. על פי הסטטיסטיקה של 2021, LC גורם לכשני מיליון מקרי מוות ברחבי העולם מדי שנה, כאשר שיעורי ההיארעות והתמותה נמצאים בעלייה1. אבחון והתערבות מוקדמים ב-LC תורמים לשיעורי ריפוי גבוהים יותר, תמותה מופחתת ועלויות טיפול נמוכות יותר. גושים ריאתיים (PN) הם קודמים ספציפיים ל-LC, המאופיינים בצללים מוצקים או תת-מוצקים מקומיים, עגולים וצפופים יותר בקוטר ≤30 מ"מ בבדיקות רדיולוגיות, ללא עדות לקריסת ריאות, הגדלת בלוטות הלימפה המדיאסטינליות או תפליט פלאורלי2. הרשת הלאומית המקיפה לסרטן (NCCN) בשנת 2022 סיווגה PN לפי מספר, קוטר וצפיפות, וזיהתה שילובים כגון גוש זכוכית קרקע מבודד בגודל 5 מ"מ בריאה הימנית3. עם זאת, הנחיות NCCN מצביעות על כך שהסיכון לממאירות ב-PN עולה עם קוטר וכמות הגושים. היישום הנרחב של טומוגרפיה ממוחשבת במינון נמוך הגדיל באופן דרמטי את אבחנות ה-PN, עם מיליוני מקרים חדשים שזוהו מדי שנה4.
השילוב של עכברי A/J עם 4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone (NNK) הוא מודל בעלי החיים הנפוץ ביותר לסרטן ריאות (LC)5,6. השימוש במיקרו-CT לצד דגימת דם של ורידים תת-לסתיים הוא גישה יעילה לניטור בזמן אמת של שינויים מגושיות ריאתיות (PN) ל-LC. אינדוקציה כימית מסרטנת, במיוחד עם עכברי NNK ו-A/J, היא השיטה הנפוצה ביותר למודלים של סרטן ריאות והוכחה כגישה יעילה לביסוס קרצינומה במקום 7,8. שיטת מידול זו מדמה בצורה מדויקת יותר את ההתקדמות של PN ל-LC בהשוואה לשיטת החיסון בבית השחי.
מחקרים קודמים התמקדו בניתוח סטטיסטי של מורפולוגיה של גושים וצביעה פתולוגית של דגימות רקמה לאחר המתת חסד9. עם זאת, שיטות אלו חסרות את היכולת לנטר בזמן אמת את ההתקדמות הדינמית מ-PN ל-LC10. Micro-CT, כטכניקת הדמיה לא פולשנית, מספקת נתוני אורך מדויקים ברזולוציה גבוהה, הדמיה מהירה, מינון קרינה נמוך ובטיחות, מה שהופך אותה למתאימה לזיהוי תמונות ריאות בזמן אמת11,12. דגימת דם של ורידים תת-לסתיים היא השיטה העדכנית, הפשוטה והמהירה ביותר להשגת דגימות דם מעכברים13. טכניקה לא פולשנית זו דורשת טיפול מינימלי בבעלי חיים ומאפשרת החלמה מהירה, תוך יישור קו עם עקרונות 3R שמטרתם להפחית את מספר בעלי החיים המשמשים במחקר, למזער אי נוחות ולקדם טיפול אתי. נפח הדם שנאסף, כ-0.2-0.5 מ"ל, מספיק לניטור פרמטרים בדם עם דרישות מתונות14.
השימוש במקביל במיקרו-CT ובדגימת דם של ורידים תת-לסתיים מאפשר תצפית דינמית בזמן אמת על התקדמות PN-to-LC בהדמיה וזיהוי בזמן אמת של מטרות מפתח בזרם הדם15. בנוסף, גישה זו מאפשרת חקירה בזמן אמת של מטבוליטים וביוכימיקלים אחרים, אשר בשילוב עם טכניקות כגון כרומטוגרפיה בעלת ביצועים גבוהים, מקדמת את ההבנה שלנו של LC16,17.
במחקר זה, עכברי A/J בשילוב עם NNK שימשו ליצירת מודל עכבר סרטן ריאות באתרו. סריקות מיקרו-CT בוצעו ב-4, 10 ו-20 שבועות לאחר האינדוקציה של המודל כדי ללכוד תמונות ריאות, בעוד שהדם נאסף באמצעות דגימת ורידים תת-לסתית לאורך הניסוי. מחקר זה נועד לבסס בסיס למחקר PN ו-LC על ידי שילוב של דגימת דם של ורידים תת-לסתיים עם מיקרו-CT.
באונקולוגיה, מיקרו-CT הוא כלי יעיל ביותר לזיהוי צמיחת גידול, ומציע טכניקה ברזולוציה גבוהה למדידת שינויים מקומיים במיקוד הצל בכל עת במהלך מחקרים כאלה18,19. עם זאת, חיוני להכיר בכך שמיקרו-CT לבדו אינו מספק מידע על מאפייני מיקוד הצל, המצב הפיזיולוגי של החיה או רמות של גורמים ביולוגיים מרכזיים. לכן, דגימת ורידים תת-לסתית שימשה כשיטה משלימה במחקר זה.
כל הניסויים בבעלי חיים המתוארים במחקר זה אושרו על ידי ועדת האתיקה הניסויית לרווחת בעלי חיים של אוניברסיטת צ'נגדו לרפואה סינית מסורתית ונערכו בהתאם לחוקים הרלוונטיים ולסטנדרטים האתיים למחקר בבעלי חיים (מספר סקירה: 2024035). נקבות עכברי A/JGpt (בני 7-8 שבועות) נשמרו בטמפרטורה של 20-24 מעלות צלזיוס עם לחות יחסית של 40%-70%. הם קיבלו מזון סטנדרטי לבעלי חיים ומים מטוהרים אד ליביטום במשך 12 שעות של אור וחושך. לפני הניסוי, כל חיה התאקלמה לסביבה הזו במשך 7 ימים. פרטים על הריאגנטים והציוד המשמשים מפורטים בטבלת החומרים.
1. ריאגנטים והכנת בעלי חיים
2. הדמיה in vivo על ידי מיקרו-CT
הערה: הסר תמיד חפצי מתכת, כגון תגי אוזניים, מחיית הבדיקה לפני השימוש בסריקת המיקרו-CT. חפצי מתכת עלולים לגרום לחפצים חמורים בתמונה. מיקרו-CT פולט כמות מסוימת של קרינה; ודא שתוצאות ניסויים אחרות אינן מושפעות.
3. עיבוד וניתוח נתונים
מחקר זה הדגים בניית מודל סרטן ריאות יציב באמצעות NNK בשילוב עם עכברי A/J. תכנון הניסוי מתואר באיור 1. המטרה הייתה לצפות בתהליך בזמן אמת של המעבר מגושיות ריאתיות (PN) לסרטן ריאות (LC) בריאות עכברים, תוך שימוש במיקרו-CT ודגימת דם של ורידים תת-לסתיים. בהתאם לכך, סריקת מיקרו-CT ודגימת דם מריאות העכבר נערכו בשבועות הרביעי, העשירי והעשרים.
תוצאות הניסוי הראו כי גישת המידול של NNK בשילוב עם עכברי A/J מחקה ביעילות את התהליך הפתולוגי מ-PN ל-LC. ראשית, ניתן לומר כי הבדיקה ששימשה במחקר זה לא השפיעה באופן משמעותי על רווחתם של חיות הניסוי. כפי שמודגם באיור 2, משקל הגוף של חיות הניסוי במהלך תקופת האכלה של 20 שבועות לא הראה הבדלים בולטים בהשוואה לקבוצת הביקורת. שנית, תוצאות בדיקות הדם השגרתיות שנערכו על דגימות שנלקחו מחיות הניסוי הראו עלייה משמעותית במספר הלויקוציטים וטסיות הדם בקבוצת המודל, בעוד שמספר תאי הדם האדומים וההמוגלובין נותר ללא שינוי (איור 3). זה מצביע על כך שתהליך הטרנספורמציה מ-PN ל-LC קשור גם לעלייה הדרגתית בדלקת כרונית. חשוב לציין, גם סריקת מיקרו-CT וגם דגימת דם של ורידים תת-לסתיים לא פגעו בתפקוד ההמטופויאטי של חיות הניסוי, בהתאם לממצאים ממחקרים קודמים רבים. בנוסף, התבוננות מדוקדקת בהתנהגות, מצב הפרווה, הנשימה, התזונה וצריכת המים של חיות הניסוי לאורך המחקר לא העלתה חריגות.
לאחר מתן ראשוני של NNK לחיות הניסוי, ערכנו סריקת מיקרו-CT של הריאות ביום הראשון של השבוע הרביעי, העשירי והעשרים24. התוצאות הצביעו על כך שבהשוואה לקבוצת הביקורת, מרקם הריאות של קבוצת המודל הראה עיבוי הדרגתי. בשבועה-10 ניתן היה להבחין בהיווצרותם של מוקדים נודולריים זעירים, ובשבועה-20 הגושים התפתחו למוקדי צל שניתן להבחין בהם. לאור ממצאים אלה, ניתן להניח כי היווצרות מוקדי צל בריאות קשורה לדלקת כרונית הנגרמת על ידי NNK25. עם זאת, מכיוון שמחקר זה תוכנן לבחון את ההתפתחות הבטוחה, היעילה והבלתי מזיקה של PN ל-LC מבלי לערב מחקרים פתולוגיים בבעלי חיים, מחקרים עוקבים חייבים להתבצע בהתאם לפרוטוקולים ניסיוניים ספציפיים26. איור 4 ממחיש את השינויים בהדמיית הריאות שנצפו בחיות ניסוי בשבועות 4, 10 ו-20.
איור 1: תכנון ניסיוני לטיפול ב-NNK בעכברי A/J. חמש נקבות עכברי A/J הוזרקו עם התרכובת NNK בנקודת זמן אחת, בעוד שחמש נוספות הוזרקו עם מי מלח כביקורת. דגימות דם נאספו בשבועות 4, 10 ו-20 באמצעות סריקות מיקרו-CT של ריאות העכבר ואיסוף דם של ורידים תת-לסתיים. הנתונים שהתקבלו עברו אימות צולב כדי להעריך את התקדמות המחלה בעכברים. (A) סקירה כללית של תכנון הניסוי. (B) תרשים של דגימת דם בעורקים תת-לסתיים. (C) ייצוג סכמטי של מערך הדמיית המיקרו-CT, שמראה את העכבר ממוקם על מיטת החיה (כחול) ואת המסגרת הצהובה כעינית, שאמורה לכסות לחלוטין את רקמת הריאה של העכבר. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: שינויים במשקל בעכברים במשך 20 שבועות. מגמות המשקל הצביעו על כך שטיפול ב-NNK בעכברי A/J לא הפחית משמעותית את משקל הגוף. סריקת מיקרו-CT ומיצוי דם של ורידים תת-לסתיים עלולים לגרום ללחץ מסוים על העכברים; עם זאת, הם התאוששו במהירות. הנתונים מבוטאים כממוצע ± SEM, (n = 5). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: ספירת תאי דם לאורך זמן. תכולת תאי הדם הלבנים, טסיות הדם, תאי הדם האדומים וההמוגלובין נמדדה בעכברים בשבועות 4, 10 ו-20. בהשוואה לקבוצת הביקורת, קבוצת ה-NNK הראתה מגמת עלייה במספר תאי הדם הלבנים וטסיות הדם, בעוד שרמות ההמוגלובין ותאי הדם האדומים לא השתנו באופן משמעותי. ממצאים אלה מצביעים על כך שתהליך הטרנספורמציה של PN-LC קשור לדלקת מוגברת וכי שיטת איסוף הדם בוורידים התת-לסתיים, המבוצעת במרווחים של יותר מ-4 שבועות, אינה גורמת לזיהום או לפגיעה בתפקוד ההמטופויאטי בעכברים. (A) תאי דם לבנים. (ב) טסיות דם. (C) תאי דם אדומים. (ד) המוגלובין. הנתונים מבוטאים כממוצע ± SEM, (n = 5). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: תמונות סריקת מיקרו-CT של עכברים בשבועות 4, 10 ו-20. תוצאות הדמיית מיקרו-CT מדגימות כי טיפול ב-NNK בעכברי A/J מדמה ביעילות את תהליך הטרנספורמציה של PN-LC. בהשוואה לקבוצת הביקורת, קבוצת ה-NNK החלה להראות מאפיינים של עיבוי ומרקם שונה בתמונות ריאות בשבוע 10. בשבוע 20 ניתן היה להבחין במוקדי צל חזקים בתוך רקמת הריאה. (א) תמונות משבוע 4. (ב) תמונות משבוע 10. (ג) תמונות משבוע 20. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
חשוב לחזור על מספר נקודות מפתח ממחקר זה. ראשית, למרות שאיסוף דם בוורידים תת-לסתיים הוא הליך עם פציעה נמוכה יחסית, הוא עדיין עלול לגרום למידה מסוימת של נזק לבעלי החיים. לכן, יש צורך לבצע הליכים מרובים כדי להפחית את העומס על העכברים ולהשלים את התהליך בזמן27. שנית, הסרת שיער לפני איסוף דגימות דם מבטיחה את טוהר הדגימה. שלישית, חובה להשתמש בכלי איסוף דם מתאימים. במחקר הנוכחי, כלי איסוף דם המכילים EDTA שימשו לבדיקות דם שגרתיות. אם ייעשה שימוש בנסיוב, יידרשו כלים שתוכננו במיוחד לאיסוף דם טהור28. רביעית, לכל חומרי ההרדמה יש רמה מסוימת של קטלניות; לפיכך, מזעור זמן ההרדמה וההדמיה יכול להגן ביעילות על בריאות העכברים. חמישית, מכיוון שמיקרו-CT יכול לצפות במגוון רקמות ואיברים, ניתן להתייחס להגדרות הפרמטרים הספציפיות בתוכנת מיקרו-CT המשמשת במהלך הדמיית PN ממחקר זה, אך ייתכן שלא יהיו ישימות לרקמות אחרות29,30.
מחקרים קודמים נטו יותר להמתת חסד של בעלי חיים בנקודות זמן קבועות ולבחון את תהליך הטרנספורמציה של גושים ריאתיים באמצעות צביעה פתולוגית31. גישה זו הביאה למספר ניכר של מקרי מוות בקרב חיות ניסוי ועיכבה מעקב בזמן אמת אחר שינויים בריאות. בהשוואה לטכניקות קונבנציונליות, דגימת דם תת-לסתית ומיקרו-CT מציעים מספר יתרונות, כולל נזק מינימלי, ניטור בזמן אמת, הפעלה אינטואיטיבית ורבגוניות. במחקר זה, איסוף דם תת-לסתי נבחר כשיטה המועדפת להשגת דגימות דם לבדיקות שגרתיות32. יתר על כן, הדם יכול לשמש לניתוחים פרוטאומיים, פרמקולוגיים בסרום וביוכימיים בדם.
באופן דומה, מיקרו-CT שימש במחקר זה כדי לצפות בצמיחה הדינמית של PN בעכברי ניסוי ללא צורך בהמתת חסד. גישה זו מאפשרת הערכה אינטואיטיבית ומדויקת יותר של ההשפעה המעכבת של התרופה על PN תוך הפחתה משמעותית של מספר בעלי החיים הנדרשים לניסוי, ובכך משפרת את הדיוק של תוצאות הניסוי. יש לציין כי השילוב של שתי הטכנולוגיות הללו מאפשר מעקב מקיף אחר תהליכי היווצרות, התפתחות וסרטן של גושים בחיות ניסוי, כמו גם לוקליזציה של שינויים במטרות מפתח (כגון TNF-α)33. זה מציג קונספט ייחודי למחקר זה על PN ואפילו סרטן ריאות.
עם זאת, מספר נושאים דורשים התייחסות נוספת כדי לשפר את איכות המחקר העתידי. בהתחשב בתקופת הניסוי הארוכה הנדרשת למודל החי של NNK בשילוב עם עכברי A/J, הכרחי שהזרקות תרופות מוקדמות יבוצעו בדיוק מירבי34. שנית, השיטה הסטנדרטית לייצור אדנוקרצינומה ריאתית בעכברים מערבת NNK בתיאום עם עכברי A/J נקבות, כאשר המנגנון הבסיסי קשור לאסטרדיול. לכן, חיוני לקחת בחשבון את מנגנוני הפעולה הספציפיים של התרופות הטיפוליות המעורבות35. בנוסף, מיקרו-CT לא שימש לקביעת אופי מוקדי הצל, מה שהצריך שימוש בצביעת המטוקסילין וצביעה פלואורסצנטית, שעדיין דורשים המתת חסד של העכברים כדי להשיג דגימות רקמת ריאה. לבסוף, למרות שלמיקרו-CT יש יתרון של חשיפה נמוכה לקרינה, הוא עדיין יכול לגרום נזק מסוים לגוף האדם, מה שמחייב הימנעות מקרבה לאנשים שאינם קשורים36. כדי לטפל בבעיות אלה, ניתן להשיג ביעילות את הבידול והתיוג של רקמות, דרכי נשימה וכלי דם שונים באמצעות הזרקת חומר ניגוד לווריד הזנב. יתר על כן, ניתן להשתמש במיקרו-CT בשילוב עם תרופות חומר חדשות (למשל, ננו-חלקיקים) לטיפול מדויק יותר. לבסוף, טכנולוגיית מיקרו-CT שולבה בהדרגה עם פתולוגיה, כגון היסטולוגיה מרחבית והדמיה, כדי לעקוב באופן דינמי יותר אחר שינויים בגושים ריאתיים36,37.
למחברים אין מה לחשוף.
אנו מודים לפרופסור קונג הואנג מבית הספר למדעי הרפואה הבסיסיים ולפרופסור יאן הואנג מבית הספר לרוקחות באוניברסיטת צ'נגדו לרפואה סינית מסורתית, על תמיכתם. אנו רוצים גם להודות לד"ר בינג'י שו ולד"ר פנגמיי גואו. (המכון החדשני לרפואה סינית ורוקחות, צ'נגדו
האוניברסיטה לרפואה סינית מסורתית) על מתן כלי ותמיכה טכנית.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
A/J mice | GemPharmatech LLC. | N000018 | |
0.5 mL EDTA tubes | Labshark | 130201070 | |
1-Butanone,4-(methylnitrosoamino)-1-(3-pyridinyl) | Gu Shi Gong Yuan Medical Equipment Co. | N589770 | |
75% ethanol | ChengDu Chron Chemicals Co,.Ltd | 2023052901 | |
Animal shaver | Codos | BM010220 | |
Isoflurane | Shenzhen Reward Life Technology Co. | R510-22-16 | |
medical tricorder | MedChemexpress | 69652 | |
Quantum GX2 microCT imaging system | PerkinElme | 2020166501 | |
Saline (medicine) | Beijing Biolabs Technology Co. | GL1736 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved
We use cookies to enhance your experience on our website.
By continuing to use our website or clicking “Continue”, you are agreeing to accept our cookies.