Нелінійна оптична візуалізація для оцінки впливу ожиріння на молочну залозу та строму пухлини -
Інформація про статтю
Ця робота була підтримана грантом Національного інституту охорони здоров'я R21 EB004966-01 для J.X.C., нагородою Trust Showalter 1320046936, грантом Міністерства оборони W81XWH-05-1-0473 та грантом Центру раку Purdue ACS IRG 58-006-47 для I.G.C.
Адресати запити на передрук: Джи-Сінь Чен, доктор філософії, Школа біомедичної інженерії Уелдона, 206 Інтрамурал-драйв, Вест-Лафайєт, IN 47907; e-mail: [електронна пошта захищена]. Ігнасіо Г. Камарілло, доктор філософії, Департамент біологічних наук, 915 West State Street, West Lafayette, IN 47907; e-mail: [електронна пошта захищена] .
Анотація
Ожиріння є встановленим фактором ризику захворюваності на рак молочної залози та смертності. Однак механізм, який пов'язує ожиріння з пухлиною, недостатньо вивчений. Тут ми поєднали нелінійні технології оптичної візуалізації з раннім початком дієти, обумовленим ожирінням, на тваринах з раком молочної залози, щоб оцінити вплив ожиріння на склад молочної залози та строми пухлини. Використовуючи когерентне анти-стоксове раманівське розсіювання та генерацію другої гармоніки на тій же платформі, ми одночасно знімали адипоцити молочної залози, капіляри крові, колагенові фібрили та пухлинні клітини без будь-якого маркування. Ми спостерігали, що ожиріння збільшує розмір крапель ліпідів адипоцитів у молочній залозі та вміст колагену в стромі пухлини молочної залози відповідно. Такі наслідки ожиріння на строму молочної залози та пухлини неможливо проаналізувати за допомогою стандартної двовимірної гістологічної оцінки. Враховуючи важливість строми молочної залози для росту та міграції пухлинних клітин, наше спостереження дає перші докази зображень, які підтверджують взаємозв'язок між ожирінням та ризиком раку молочної залози.
Ожиріння є встановленим фактором ризику для ряду захворювань людини, таких як діабет, хвороби серця та рак молочної залози. 1,2 Недавнє швидке зростання ожиріння серед дітей вказує на те, що негативні наслідки ожиріння на здоров’я людей будуть основною проблемою найближчого майбутнього. Зокрема, ризик раку молочної залози значно зростає при підвищеному індексі маси тіла (> 30 кг/м 2). 2,3 Незважаючи на добре встановлену зв'язок, зв'язок між ожирінням та раком молочної залози недостатньо зрозумілий. Типовим підходом до вивчення раку молочної залози є дослідження мутацій онкогенів. 4 Однак процес, в якому нормальна клітина перетворюється на рак, зумовлений не тільки внутрішніми клітинними подіями, такими як генетичні мутації, але й зовнішніми факторами в мікросередовищі. 5 Фенотипова поведінка ракових клітин, така як проліферація та інвазія, регулюється компонентами позаклітинного матриксу (ECM) та розчинними секретованими факторами оточуючих стромальних клітин. 5–7 Динамічна взаємодія ракових клітин та місцевого середовища відіграє вирішальну роль у їх виживанні та переростанні в злоякісну пухлину. 6,8 Порушення цих взаємодій стало життєздатною терапевтичною стратегією лікування раку в останні роки. 9,10
Для подальшого розуміння впливу мікросередовища на пухлину молочної залози ми використовували нелінійну оптичну (NLO) візуалізацію для характеристики строми тканин молочної залози та пухлини. Хоча гістологічні дослідження дозволяють аналізувати тонкі зрізи біопсії тканин, їм не вистачає тривимірної інформації, важливої для опису стромальної організації в їх природному стані. З іншого боку, мікроскопія NLO успішно продемонструвала можливість глибокої візуалізації тканин із тривимірною роздільною здатністю. 11 За допомогою мікроскопії другої гармонічної генерації (SHG) та двофотонної флуоресценції збудження (TPEF) ряд дослідницьких груп зробили зображення колагену I типу, пухлинних клітин, що експресують зелений флуоресцентний білок, та мічених барвниками судин у живих тварин. 12–16 Для молекул, які не переносять маркування флюорофором, когерентна анти-Стоксове розсіювання (КАРС) забезпечує високочутливу вібраційну техніку візуалізації. 17 Нещодавно CARS успішно застосовується для зображення ліпідних доменів, клітинних мембран, оболонки аксонального мієліну в живих тканинах та адипоцитів у живих тварин. 18–21 Тут ми поєднуємо мікроскопію CARS, SHG та TPEF у мультимодальну платформу для зображення компонентів молочної строми, таких як адипоцити, фібрили колагену, кровоносні судини та інші.
Зокрема, ми запитали, як ожиріння впливає на склад молочної залози та строми пухлини, що призводить до спостерігається взаємозв'язку між ожирінням та високим ризиком раку молочної залози. 3,22 Для вирішення цього питання ми використовували модель щурів Спраг-Доулі із ожирінням, спричиненим дієтою, що ожиріло рано (DIO; див. Методи; Рисунок S1 *). 23,24 моделі DIO на тваринах використовувались для вивчення багатьох захворювань, пов’язаних із ожирінням. 25 Ми спочатку поставили групу молодих щурів на західну дієту з високим вмістом жиру, щоб викликати ожиріння, а іншу групу - на дієті з худими щурячими чау, яка служила контролем. Потім ми обробляли одну групу щурів метилнітрозосечовиною (MNU), хімічним канцерогеном, що індукує пухлини молочної залози, а іншу групу контрольних щурів фізіологічним розчином. 26 У визначений час (див. Методи) ми збирали тканини молочної залози та пухлини для візуалізації NLO (Рисунок S2). На основі візуалізації адипоцитів CARS та візуалізації SHG колагенових фібрил ми спостерігали, що ожиріння збільшує розмір крапель ліпідів адипоцитів у молочній залозі та вміст колагену в стромі пухлини молочної залози. Вплив ожиріння на адипогенез та вміст колагену повинен сприяти нашому розумінню встановленої, але механічно невизначеної ролі ожиріння на рівень захворюваності та смертності від раку молочної залози.