Imagistica optică neliniară pentru a evalua impactul obezității asupra glandei mamare și a stromei tumorale -
Informații despre articol
Această lucrare a fost susținută de un grant National Institutes of Health R21 EB004966-01 către J.X.C., Showalter Trust Award 1320046936, Departamentul Apărării acordă W81XWH-05-1-0473 și Purdue Cancer Center acordă ACS IRG 58-006-47 către I.G.C.
Adresați solicitări de retipărire către: Ji-Xin Cheng, dr., Școala de inginerie biomedicală Weldon, 206 Intramural Drive, West Lafayette, IN 47907; e-mail: [e-mail protejat]. Ignacio G. Camarillo, dr., Departamentul de Științe Biologice, 915 West State Street, West Lafayette, IN 47907; e-mail: [e-mail protejat] .
Abstract
Obezitatea este un factor de risc stabilit pentru incidența și mortalitatea cancerului mamar. Cu toate acestea, mecanismul care leagă obezitatea de tumorigeneză nu este bine înțeles. Aici am combinat tehnologii de imagistică optică neliniară cu un model animal de cancer de sân obezitate indusă de dietă cu debut precoce, pentru a evalua impactul obezității asupra compoziției glandei mamare și a stromei tumorale. Folosind împrăștierea Raman coerentă anti-Stokes și a doua generație de armonici pe aceeași platformă, am imaginat simultan adipocite mamare, capilare sanguine, fibrile de colagen și celule tumorale fără nici o marcare. Am observat că obezitatea crește dimensiunea picăturilor lipidice de adipocite din glanda mamară și, respectiv, conținutul de colagen în stroma tumorală mamară, respectiv. Astfel de efecte ale obezității asupra glandei mamare și a stromei tumorale nu au putut fi analizate folosind evaluarea histologică bidimensională standard. Având în vedere importanța stromei mamare pentru creșterea și migrația celulelor tumorale, observația noastră oferă primele dovezi imagistice care susțin relația dintre obezitate și riscul de cancer mamar.
OBEZITATE este un factor de risc stabilit pentru o serie de boli umane, cum ar fi diabetul, bolile de inimă și cancerul de sân. 1,2 O creștere rapidă recentă a obezității la copii indică faptul că efectele adverse ale obezității asupra sănătății umane vor fi o preocupare majoră pentru viitorul apropiat. În special, riscul de cancer mamar crește semnificativ cu un indice de masă corporală crescut (> 30 kg/m 2). 2.3 În ciuda unei asociații bine stabilite, relația dintre obezitate și cancerul de sân nu este bine înțeleasă. O abordare obișnuită a studierii cancerului de sân este investigarea mutațiilor oncogenelor. 4 Cu toate acestea, procesul în care o celulă normală se transformă în cancer este condus nu numai de evenimente intrinseci celulare, cum ar fi mutațiile genetice, ci și de factorii extrinseci din micromediul. 5 Comportamentele fenotipice ale celulelor canceroase, cum ar fi proliferarea și invazia, sunt reglementate de componentele matricei extracelulare (ECM) și de factorii secretabili solubili ai celulelor stromale înconjurătoare. 5 –7 Interacțiunile dinamice ale celulelor canceroase și mediul local joacă roluri cruciale în supraviețuirea și dezvoltarea acestora în malignitate. 6.8 Întreruperea acestor interacțiuni a devenit în ultimii ani o strategie terapeutică viabilă pentru tratamentul cancerului. 9.10
Pentru a înțelege în continuare influența micromediului asupra tumorigenezei mamare, am folosit imagistica optică neliniară (OZN) pentru a caracteriza stroma glandei mamare și a țesuturilor tumorale. Deși studiile histologice permit analiza feliilor subțiri de biopsie tisulară, le lipsește informații tridimensionale cruciale pentru a descrie organizarea stromală în starea lor naturală. Pe de altă parte, microscopia OZN a demonstrat cu succes capacitatea de imagistică a țesuturilor profunde cu rezoluție tridimensională. 11 Utilizând a doua generație de armonici (SHG) și microscopie cu fluorescență de excitație cu doi fotoni (TPEF), o serie de grupuri de cercetare au imaginat colagen de tip I, celule tumorale care exprimă proteine fluorescente verzi și vasculaturi marcate cu coloranți la animale vii. 12-16 Pentru moleculele care nu pot tolera etichetarea fluoroforului, microscopia coerentă anti-Stokes Raman scattering (CARS) oferă o tehnică de imagistică vibrațională extrem de sensibilă. 17 Recent, CARS a fost aplicat cu succes pe domeniile lipidice de imagine, membranele celulare, teaca axonală de mielină în țesuturile vii și adipocitele la animalele vii. 18–21 Aici combinăm microscopia CARS, SHG și TPEF într-o platformă multimodală pentru a imagina componentele stromei mamare, cum ar fi adipocitele, fibrilele de colagen, vasele de sânge și altele.
Mai exact, am întrebat cum obezitatea influențează compoziția glandei mamare și a stromei tumorale, ducând la relația observată între obezitate și riscul ridicat de cancer mamar. 3.22 Pentru a aborda această întrebare, am folosit un model de șobolan Sprague-Dawley de obezitate indusă de dietă cu debut precoce (DIO; vezi Metode; Figura S1 *). 23.24 Modele animale PART au fost utilizate pentru a studia multe boli asociate cu obezitatea. 25 Am plasat mai întâi un grup de șobolani tineri pe o dietă occidentală bogată în grăsimi pentru a induce obezitatea și un alt grup pe o dietă slabă de șobolan pentru a servi drept martori. Apoi am tratat un grup de șobolani cu metilnitrosourea (MNU), un cancerigen chimic care induce tumori mamare, iar celălalt grup de șobolani martor cu soluție salină. 26 La momente specificate (vezi Metode), am colectat glandele mamare și țesuturile tumorale pentru imagistica OZN (Figura S2). Pe baza imaginii CARS a adipocitelor și a imaginii SHG a fibrilelor de colagen, am observat că obezitatea crește dimensiunea picăturilor lipidice de adipocite din glanda mamară și conținutul de colagen în stroma tumorală mamară. Impactul obezității asupra adipogenezei și a conținutului de colagen ar trebui să contribuie la înțelegerea unui rol stabilit, dar nedefinit mecanic, al obezității asupra incidenței și mortalității cancerului mamar.