双对比剂microCT实现小鼠胰腺癌进展与恶病质的同步纵向追踪

《Cancer Research Communications》：MicroCT Enables Simultaneous Longitudinal Tracking of Murine Pancreatic Cancer Progression and Cachexia Open Access

本文开发了一种优化的双对比剂（iohexol和VivoVist）microCT成像方案，可在原位小鼠胰腺导管腺癌（PDAC）模型中实现原发性肿瘤生长、肝/肺转移灶以及恶病质相关骨骼肌消耗的高分辨率、全身、无创同步纵向追踪。该平台优于传统超声（US）和生物发光成像（BLI），能精确量化肿瘤体积、揭示异质性转移动力学和恶病质早期发作，为临床前PDAC研究和治疗评估提供了强大的转化成像工具。

　　

摘要

胰腺导管腺癌（PDAC）是一种预后极差的恶性肿瘤，其临床前研究亟需能够无创评估疾病进展和治疗反应的成像方法。本研究报道了一种优化的双对比剂微计算机断层扫描（microCT）方案，用于PDAC原位小鼠模型的纵向成像。该方法能够对原位原发性肿瘤、肝肺转移灶以及椎旁骨骼肌进行高分辨率的体积量化，从而动态观察肿瘤和宿主生理状态。研究发现，microCT对原发性肿瘤的测量与终点肿瘤重量强相关，并且在早期检测和体积准确性方面优于二维超声（2D US），尤其对于小型或不规则形状的肿瘤。该平台揭示了不同PDAC模型间异质性的转移动力学，并发现了癌症恶病质标志——骨骼肌消耗的早期、异质性发生。值得注意的是，该方案通过从肿瘤成像数据集中进行机会性恶病质评估，模拟了临床CT监测方式，并相比破坏性终点分析具有显著优势。此外，研究证实microCT的辐射剂量对模型终点指标无影响。通过捕捉肿瘤进展和宿主反应的时间动态，双对比剂microCT为临床前PDAC研究和治疗测试提供了一个强大的转化平台。

引言

PDAC由于治疗抵抗、侵袭性转移扩散以及高发且严重的癌症相关恶病质，仍然是致死率最高的恶性肿瘤之一。临床前研究严重依赖于遗传性和原位小鼠模型，然而，对PDAC进展（包括原发性肿瘤生长、转移时间及其相关恶病质）的纵向监测仍然具有挑战性。常用的小鼠PDAC模型成像模式包括生物发光成像（BLI）和超声（US）。BLI提供了便捷的肿瘤负荷读数，但缺乏空间分辨率，限制了其在精确体积测量和器官特异性转移检测方面的效用，且无法提供身体成分信息。US分辨率较高，可避免辐射暴露，并可用于肌肉测量以评估恶病质严重程度。然而，传统的2D US常假设肿瘤为球形几何形状，这降低了准确性。3D US提高了原发性肿瘤体积测量的准确性，但其检测转移瘤的效果因肋骨干扰而受限。这些局限性凸显了对一种能够提供肿瘤进展和宿主消耗详细纵向测量的、强大且高分辨率的成像方法的需求。

材料与方法

研究使用了雄性C57BL6/J小鼠和雌性CD2F1小鼠，在无病原体条件下饲养。采用了六种小鼠PDAC细胞系：KPC 32908、KPC 7107、KPC 8060、KMC Z682、KMC Z693和KMC Z696。通过原位注射5000个胰腺癌细胞或等体积的无细胞基质胶/PBS混合物建立原位PDAC模型。对于microCT成像，在每次扫描前立即腹腔注射碘海醇（iohexol），并在第一次扫描前24小时单次腹腔注射VivoVist以增强肝脏对比。使用高分辨率SkyScan 1278 microCT扫描仪进行成像，扫描参数包括50 μm像素大小、0.5-mm Al过滤器、40 ms曝光时间等。图像重建使用CT-Recon软件进行。成像数据分析使用CTAn和CTVol软件量化原发性肿瘤体积、转移负荷和椎旁肌肉面积。组织学分析包括H&E染色和免疫组化（IHC）。统计分析使用GraphPad Prism 9进行。

结果

MicroCT能够准确量化小鼠PDAC原位模型的原发性肿瘤体积和生长动力学

为评估microCT对临床前成像的敏感性，研究使用了小鼠PDAC原位注射模型。碘海醇对比剂的使用在腹膜腔内提供了明亮的对比，从而清晰勾勒出原发性肿瘤与周围器官的界限。通过microCT成像，能够准确量化原位PDAC模型中的原发性肿瘤体积并生成3D肿瘤图像。MicroCT衍生的体积与终点肿瘤重量强烈相关（R²= 0.9475）。与2D US衍生的肿瘤体积相比，microCT测量结果与肿瘤重量的相关性更强。直接比较显示，microCT和US获得的肿瘤体积之间存在中等相关性，但对于微小肿瘤（体积<700 mm³），相关性消失，且US持续低估体积，这突显了microCT在精确原发性肿瘤测量方面的优越性，尤其是在早期肿瘤进展阶段。

MicroCT实现PDAC肝肺转移灶的无创、高分辨率追踪

为可视化PDAC肝转移灶，在首次扫描前24小时单次腹腔注射VivoVist，这增强了肝组织与转移灶之间的对比。肺转移则无需额外对比剂，因为空气提供了足够的区分度。MicroCT结合VivoVist对比剂能够实现转移灶进展的精确、无创追踪。研究重点关注了PDAC最常见的转移部位——肝脏和肺。纵向监测使得能够随时间推移对肝转移负荷进行体积量化。研究发现，不同的原位PDAC模型表现出显著的间质和线内异质性。Kaplan-Meier分析显示，不同PDAC细胞系具有不同的转移时间。在KMC Z682模型中，microCT发现肝转移的出现显著早于肺转移。与US相比，microCT在纵向研究中追踪肝肺转移灶时提供了更优的一致性和空间分辨率。

纵向MicroCT成像揭示恶病质诱导的骨骼肌消耗呈早期且异质性发生

类似于临床利用诊断性CT扫描量化肌肉损失，研究对椎旁肌肉面积进行了纵向追踪。所有PDAC细胞系均表现出显著的肌肉消耗，但不同细胞系诱导恶病质的能力在早期时间点存在差异。纵向分析显示，骨骼肌消耗是疾病的早期表现，并且不同PDAC模型在早期时间点表现出可变的恶病质诱导能力。这种异质性仅通过终点分析难以检测，突出了纵向microCT成像对于捕捉肌肉消耗动态变化的重要性。所有PDAC模型在终点时均通过标准测量显示出恶病质迹象。

讨论

本研究开发并验证了一种用于临床前监测小鼠胰腺癌进展的双对比剂microCT方案。该方案能够同时、精确、纵向地测量肿瘤、不同器官部位的转移灶以及恶病质相关的骨骼肌消耗，超越了BLI和US等传统成像方法。这是首次描述联合使用碘海醇和VivoVist对比剂通过microCT同时勾勒胰腺原发肿瘤和肝转移灶的研究。研究发现，腹腔注射接近100 μL按1:3稀释的碘海醇能有效勾勒原发肿瘤，同时最大限度地减少可能影响CT成像的伪影。研究还报告了VivoVist在临床前癌症模型中检测和体积追踪肝转移灶的新应用。该双对比剂方案在早期肿瘤发展和转移定植阶段尤其具有优势，此时传统成像方式能力不足。此外，在研究中纵向测量椎旁骨骼肌面积的能力为了解恶病质发作的动力学提供了新见解。研究发现骨骼肌消耗以肿瘤系依赖的方式发生，并且可以通过纵向评估比终点测量更早地检测到。虽然频繁成像提高了分辨率并减少了所需动物数量，但累积辐射暴露和成像需求不容忽视。然而，对照实验支持辐射效应不影响研究终点指标。总之，研究结果确立了双对比剂microCT作为临床前癌症研究的一个强大而多功能的平台。