我们描述了一种利用表达绿色荧光蛋白和荧光素酶报告基因的慢病毒颗粒对患者来源的异种移植瘤(PDXs)进行稳定标记的方法。该方法可用于追踪PDXs在原发部位的生长情况,并能够通过活体成像检测自发性及实验性转移灶。 体内 成像系统
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我们描述了一种利用表达绿色荧光蛋白和荧光素酶报告基因的慢病毒颗粒对患者来源的异种移植瘤(PDXs)进行稳定标记的方法。该方法可用于追踪PDXs在原发部位的生长情况,并能够通过活体成像检测自发性及实验性转移灶。 体内 成像系统
利用临床前模型研究肿瘤生物学特性及其对治疗的反应是癌症研究的核心。长期以来使用的人类细胞系以及许多转基因小鼠模型往往无法充分模拟人类恶性肿瘤的关键特征。因此,研究人员正在开发能够更好地反映患者肿瘤及其转移灶异质性的替代模型。将手术切除的肿瘤组织移植到免疫缺陷小鼠体内建立的患者来源异种移植(PDX)模型因其可连续多代传代,且比来源于人类癌细胞系的异种移植模型更有效地保留肿瘤异质性,已成为一种具有吸引力的替代方案。PDX模型的一个局限性在于,难以对其进行转染或转导以引入可追踪报告基因或调控基因表达。本实验方案描述了高效转导PDX来源解离肿瘤细胞的方法,以及利用标记后的PDX模型开展乳腺癌转移实验研究的应用。该方案还展示了在实验性转移模型中使用标记PDX模型研究转移级联过程中器官定植的能力。通过活体动物的生物发光成像,或在解剖及离体器官中检测GFP表达,可方便地对不同器官中的转移灶进行可视化观察和定量分析。这些方法为拓展多种类型PDX模型在转移研究中的应用提供了有力工具。
患者来源的肿瘤异种移植模型(PDX)是将手术切除的肿瘤样本直接移植到免疫缺陷小鼠体内而建立的,相较于传统的细胞系异种移植模型具有多项优势,代表了癌症研究领域的重要进展1,2。PDX模型可通过连续传代进行维持和扩增,且在首代移植后肿瘤的遗传和生物学特性发生极少改变;与来源于人癌细胞系的异种移植模型相比,能更准确地反映肿瘤异质性3-8。目前,这些模型被广泛用作癌症个体化治疗的研究平台9,10、药物开发的临床前研究平台6,11,以及癌症生物学研究的实验工具4,12。
大多数PDX模型通过皮下植入和传代,可方便地使用游标卡尺随时间测量肿瘤的生长情况。然而,利用PDX模型模拟转移性疾病更具挑战性。对于乳腺癌而言,已有研究报道了能够向不同器官发生转移的异种移植模型。3,5,13,但其自发扩散至转移部位的频率极低。在已有报道中,转移负荷的鉴定与定量依赖于死后对靶器官进行费时费力的组织学检查。在实验性乳腺癌脑、肺、骨和肝转移模型中,通常采用表达生物发光(荧光素酶,Luc)或荧光(绿色荧光蛋白,GFP)基因报告系统的癌细胞系,通过心内、尾静脉、股骨内或脾脏注射方式进行研究。14-16尽管这些模型避开了原发性肿瘤的扩散过程,但它们对于研究器官趋向性和转移性定植机制具有重要价值。然而,源自患者原发肿瘤和PDX模型的细胞在使用标准方法时,转染或转导效率可能较低。一种替代策略是建立PDX来源的细胞系。 体外17,随后可使用常规的组织培养方案进行标记。然而,该方法并不适用于大多数PDX模型,因为这些模型难以建立细胞系,且建系过程可能导致细胞表型改变。本文介绍一种利用慢病毒载体对PDX解离肿瘤细胞进行转导的方案,适用于 体内 成像。此外,我们描述了通过将解离的、荧光素酶-GFP标记的PDX细胞经心内注射至免疫缺陷小鼠体内,以建立实验性转移模型的方法。
一种利用表达基因报告系统的慢病毒转导PDX来源解离类器官的基本实验方案此前已有描述 18在本方案中,我们描述了进一步富集人肿瘤细胞并实现接近100%转导效率的附加方法,以及使用标记的PDX模型检测实验性乳腺癌转移的技术。该方案可适用于多种PDX来源的癌症类型,使用不同的发光和荧光标记物进行标记,并可用于基因表达的调控即,shRNA 基因敲低)
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本方案中所有涉及动物使用的步骤均遵循科罗拉多大学动物研究伦理委员会(IACUC)的指导原则。
1. 仪器、培养基及其他试剂的准备
2. 携带可追踪标记的高滴度慢病毒颗粒的制备
3. 患者来源异种移植瘤的建立
4. 来自PDX的肿瘤细胞的解剖与解离
5. 人上皮癌细胞的富集
6. 患者来源异种移植肿瘤细胞的转导
7. 免疫缺陷小鼠中标记细胞转导效率的评估与再植入
8. 标记PDX的质量控制
9. 带有标记的PDX的实验性转移模型
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本方法描述了使用高滴度慢病毒载体pSIH1-H1-copGFP-T2A-puro和pHAGE-EF1aL-luciferase-UBC-GFP-W对PDX来源的解离乳腺癌细胞进行转导。这些载体表达荧光标记物,可用于评估转导效率 体外,早在感染后24小时即可观察到(图1a)。对于大多数PDX模型,感染后GFP的表达会延迟长达72小时(图1b),此时通常可观察到细胞聚集体的形成。在富集人源癌细胞后,可实现转导(即, 使用 Lin+ 细胞耗竭法, 图1a)或在粗制PDX解离细胞中(图1b)。对于血管丰富的肿瘤,建议富集肿瘤上皮细胞,因为小鼠的血细胞在活细胞总数中占比较大。
一旦转导效率得到验证 体外,标记的细胞被收集并悬浮于细胞外基质中,重新植入NSG小鼠体内。标记的肿瘤...
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方案中的关键步骤:
高滴度慢病毒颗粒的使用(>108 TU/ml)是本方案成功的关键步骤,因为它能够在培养过程中精确控制培养基的成分 体外 转导。尽管已有多种高滴度病毒颗粒的制备方法被详细描述18,19;本方案使用按以下详细方法制备的慢病毒颗粒 www.kottonlab.com一种温和的肿瘤消化和癌细胞解离方法对于成功标记肿瘤及培养标记后的肿瘤至关重要。 延长消化时间超过三小时或将消化温度提高至37 °C可增加解离细胞数量,但会降低大多数肿瘤细胞的存活率及标记成功率。
修改与故障排除:
该方案应视为动态流程,需针对不同的患者来源异种移植瘤(PDX)在每一步骤中进行仔细监测并加以调整。尽管该标准方案对大多数异种移植肿瘤效果良好,但仍可能需要进行细微...
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作者无任何利益冲突需要披露。
作者感谢波士顿大学的 Darrel Kotton 博士提供本研究中用于高滴度慢病毒生产的 pHAGE-EF1aL-dsRed-UBC-GFP-W 载体及相关实验方案。本研究由美国国防部乳腺癌研究计划(DOD BCRP)W81XWH-11-1-0101(DMC)、美国癌症学会独立研究者奖(ACS IRG)#57-001-53(DMC)、美国国家癌症研究所 K22CA181250(DMC)和 R01 CA140985(CAS)资助。NCI P30CA046934 中心资助项目亦提供了支持。 体内 科罗拉多大学安舒茨医学校区的成像与组织培养中心
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| DMEM/F12(1:1) | Hyclone | SH30023.01 | |
| bFGF | BD 生物科学 | 354060 | |
| EGF | BD 生物科学 | 354001 | |
| 肝素 | Sigma | H4784 | |
| B27 | Gibco/Thermo Fisher | 17504-44 | |
| 抗真菌抗生素 | Hyclone | SV30010 | |
| Accumax | 创新细胞技术 | AM-105-500 | 消化缓冲液 |
| FBS | Atlanta Biologicals | S11550 | |
| HBSS 红色钙液2+/毫克2+ 自由 | Hyclone | SH30031.02 | |
| Hepes | |||
| 10x PBS | Hyclone | SH30258.01 | |
| Cultrex | Cultrex | 3433-005-01 | 基底膜提取物(BME) |
| 30 °C 摇床 | 新不伦瑞克科学公司 | Series 25 恒温振荡培养箱 | |
| 70 μm 滤光片 | Falcon | 7352350 | |
| 手术刀 | Fisher | 22079690 | |
| 氯己定消毒剂 | Durvet | NDC# 30798-624-35 | |
| 红细胞 细胞裂解试剂 | Sigma | R7757 | |
| 神经氨酸酶 | Sigma | N7885-1UN | |
| EpCAM(CD326+)微珠* | Miltenyi Biotec | 130-061-101 | |
| 小鼠谱系细胞耗竭试剂盒* | Miltenyi Biotec | 130-090-858 | |
| MiniMACS 分离器 | Miltenyi Biotec | 130-042-102 | |
| Mini MACS 磁力架 | Miltenyi Biotec | 130-042-303 | |
| MS色谱柱 | Miltenyi Biotec | 130-042-201 | 可使用 MS 或 LS 型柱,根据细胞数量进行调整。 |
| Illumatool 可调光系统 | Lightools 研究 | 各种 | 活体荧光成像 |
| Xenogen IVIS200 成像设备 | Xenogen | 各种 | 活体生物发光成像 |
| 人细胞角蛋白克隆MNF116单克隆抗体 | DAKO | M0821 | 广谱细胞角蛋白 |
| 表皮生长因子受体抗体 | 细胞信号转导 | 4267S | EGFR |
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