我们展示了一种用于小鼠前列腺癌模型的尸检及解剖方法,重点介绍前列腺肿瘤的分离。同时提供了一步一步建立小鼠前列腺肿瘤类器官的实验方案。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
我们展示了一种用于小鼠前列腺癌模型的尸检及解剖方法,重点介绍前列腺肿瘤的分离。同时提供了一步一步建立小鼠前列腺肿瘤类器官的实验方案。
基于同源重组的基因修饰方法极大地推动了生物学研究。基因工程小鼠模型(GEMMs)是研究哺乳动物发育和疾病的一种严谨方法。本实验室已利用位点特异性Cre-loxP重组酶系统结合前列腺特异性启动子,建立了多种缺失一个或多个肿瘤抑制基因表达的前列腺癌(PCa)GEMMs。本文描述了这些PCa GEMMs的尸检方法,重点在于小鼠前列腺肿瘤的解剖。过去十年中发展出的新技术促进了上皮来源细胞的三维体外培养,以模拟器官系统。我们还详细介绍了从小鼠PCa GEMMs中建立肿瘤类器官的三维细胞培养方法。临床前癌症研究长期以来主要依赖二维细胞培养以及细胞系来源或患者来源的异种移植模型。这些方法缺乏肿瘤微环境,限制了其在临床前研究中的应用。相比之下,GEMMs在理解肿瘤发生和癌症进展方面具有更高的生理相关性。肿瘤类器官培养是一种体外模型系统,能够重现肿瘤的结构特征和细胞谱系特性。此外,三维细胞培养技术还允许正常细胞的生长,从而可与肿瘤细胞培养物进行比较分析,而这一点在二维细胞培养技术中极难实现。综合而言,在临床前研究中联合使用GEMMs和三维细胞培养技术,有望加深我们对癌症生物学的理解。
自20世纪80年代末以来,通过同源重组技术对基因进行改造的能力极大地推动了生物系统的研究1。可诱导的、组织或细胞特异性的启动子系统以及位点特异性重组酶(如Cre-loxP系统)通过在时间和空间上精确控制基因修饰,进一步促进了遗传学研究的发展2,3,4。这些遗传策略的结合已构建出多种多样的实验模型系统5,6,7。
基因工程小鼠模型(GEMMs)是评估单个基因或基因群如何影响哺乳动物发育和疾病的重要工具。在临床前癌症研究中,GEMMs 是研究癌症发生、发展和治疗最具生理相关性和严谨性的方法8。本实验室专注于构建和鉴定癌症相关的基因工程小鼠模型。
在美国男性中,前列腺癌(PCa)是诊断率最高的非皮肤性癌症。大多数PCa患者属于低风险疾病,生存概率较高;但当疾病在晚期阶段才被诊断,或靶向激素治疗导致进展为侵袭性强且无法治愈的PCa亚型时,生存率会急剧下降9,10。我们实验室已开发出利用一个或多个肿瘤抑制基因的条件性等位基因(floxed alleles)的基因工程小鼠模型(GEMMs)。由于我们引入了一种转基因,该转基因在仅于前列腺上皮细胞中激活的前列腺素启动子(probasin promoter)下游表达Cre重组酶,因此肿瘤抑制基因的重组和表达缺失特异性地发生在前列腺组织中11,12。此外,我们将GEMMs与一种名为 mT/mG 的Cre报告转基因小鼠杂交,该报告系统可在无Cre表达的细胞中诱导番茄荧光蛋白(Tomato fluorescent protein)表达,而在有Cre表达的细胞中诱导绿色荧光蛋白(GFP)表达13。尽管本文所述方法及代表性结果展示的是我们实验室所研究的GEMMs,但本方案可用于从任何小鼠模型中生成前列腺癌类器官。然而,正如我们在代表性结果部分详细讨论的那样,我们观察到某些肿瘤特征对于前列腺癌类器官的生成更为理想。
近十年来,源自上皮组织的细胞培养新方法极大地推动了我们在体外模拟器官系统的能力14,15。术语"三维细胞培养”被用于描述建立和维持类器官所涉及的技术,类器官通常可被定义为由细胞组成的结构,这些细胞依据器官特异性的细胞谱系特征自组装形成次级结构16。这些新方法与传统的二维细胞培养不同,细胞无需经过转化或永生化即可实现长期生长;因此,可以将正常细胞的三维培养物与病变细胞进行比较。这一点在癌症研究中尤为重要,因为通常难以获得正常细胞作为对照培养物。此外,类器官能够自发形成具有适当分化细胞类型的次级组织结构,使其成为比二维细胞系更优的体外癌症研究模型17。我们实验室已从前列腺癌基因工程小鼠模型(PCa GEMMs)中分离的肿瘤组织建立了三维类器官系,以补充我们在体内的研究数据,并开展在GEMMs中不可行的实验
本文提供了前列腺癌基因工程小鼠模型(PCa GEMMs)完整尸检的书面和可视化操作流程,包括小鼠前列腺各个叶及转移病灶的解剖。我们描述并展示了一种从小鼠前列腺肿瘤组织中生成类器官的逐步操作方法,该方法基于Drost等人先前发表的从小鼠正常前列腺上皮组织建立类器官的方案18。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
此处所述的动物操作程序均已获得纽约州布法罗市罗斯韦尔帕克综合癌症中心实验动物资源部机构动物护理和使用委员会(IACUC)的批准。
注意:用于解剖分离前列腺或前列腺肿瘤以生成类器官的雄性小鼠,应至少达到性成熟年龄——约为8至10周龄。不同研究中所使用小鼠的具体年龄可能有所不同。在选择小鼠年龄时需考虑的因素包括:前列腺细胞群体的年龄依赖性变化、特定启动子驱动的Cre转基因表达的年龄依赖性,以及特定基因工程小鼠模型(GEMM)中前列腺肿瘤进展的速度。
1. 小鼠前列腺肿瘤及转移性肿瘤的解剖与成像
2. 从前列腺肿瘤组织生成三维类器官
注意: 图3 展示了肿瘤类器官生成步骤的示意图。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
代表性的小鼠剖检图像显示,小鼠前前列腺区域存在一个充满液体的大型原发性前列腺肿瘤 图2A相比之下, 图2B,显示了一只小鼠的代表性尸检图像,该小鼠具有较大的实性原发性前列腺肿瘤,其各个前列腺区域无法分辨。荧光解剖图像展示了同一实性前列腺肿瘤的 图2B 表达GFP,表明肿瘤细胞表达Cre(图2C)。不表达前列腺素结合蛋白(probasin)的组织(如膀胱)表达Tomato,因此不表达Cre(图2C)。来自小鼠的肝脏和肺脏 图2B 具有表达GFP的转移性肿瘤,表明它们起源于原发性前列腺肿...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
前列腺肿瘤解剖和类器官生成方案中的关键步骤
去除非前列腺组织并对小鼠前列腺肿瘤进行精细解剖对于高效生成癌类器官至关重要,因为非前列腺上皮细胞和正常前列腺上皮细胞均能形成类器官。对于实性前列腺肿瘤,尤其需要分离出有活性的肿瘤区域,以去除坏死组织的污染,否则会减少可存活细胞的数量。在类器官生成过程中,必须密切监测胶原酶对组织的消化过程,因为长时间暴露于胶原酶会降低细胞活力。对于源自癌症基因工程小鼠模型(GEMMs)的类器官,必须对每一代细胞系进行完整的基因分型,以确保小鼠中设计的所有转基因和修饰等位基因均存在于类器官中。在长期传代后重复基因分型也是必要的,以确保遗传修饰得以维持。
前列腺肿瘤解剖及类器官生成的优化与故障排除
我们观察到,即使基因型相同的小鼠,其前列腺肿瘤特征也存在个体间差异。因此,针对每只小鼠可能需要对本文所述的前列腺解剖方案进行特定调整。此外,在解剖转移性肿瘤时需具备灵活性,因为在开始解剖前难以预测这些病灶的严重程度。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者没有需要披露的财务关系。
作者谨此感谢斯坦福大学Calvin Kuo实验室提供了稳定转染HA-小鼠Noggin-Fc或HA-小鼠Rspo1-Fc的HEK293细胞。我们还要感谢Dean Tang博士允许我们使用其实验室的荧光解剖显微镜。本研究工作由美国国家癌症研究所资助项目CA179907(D.W.G.)支持。罗斯韦尔公园综合癌症中心的共享资源由美国国立卫生研究院癌症中心支持基金CA016056资助。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.25% 胰蛋白酶+2.21 mM EDTA | Sigma | 25-053 | |
| 1 1/4 英寸,23 G,一次性注射器针头 | Becton Dickinson | Z192430 | |
| 10% 中性缓冲福尔马林 | Sigma | HT501128 | |
| 32% 多聚甲醛 | Electron Microscopy Services | 15714 | |
| A83-01 | MedChemExpress | HY-10432 | |
| Advanced DMEM/F12+++ | Gibco | 12634 | |
| 分析天平 | Mettler Toledo | 30216623 | |
| B27 (50x) | Gibco | 17504044 | |
| 胶原酶 II | Gibco | 17101015 | |
| 解剖板 | Thermo-Fisher | 36-1 | |
| EHS 肉瘤基质,Pathclear 批号 19814A10 | 由 Trevigen 生产 | 从弗雷德里克国家实验室的国家癌症研究所申领 | 持有国家癌症研究所资助的人员可申请该基质 |
| HEPES (1 M) | Sigma | 25-060 | |
| 人重组表皮生长因子 (EGF) | PeproTech | AF-100-15 | |
| L-谷氨酰胺 (200 mM) | Sigma | 25-005 | |
| N-乙酰-L-半胱氨酸 | Sigma | A9165 | |
| 青霉素-链霉素 | Sigma | P4333 | |
| 精密天平 | Mettler Toledo | 30216561 | |
| 23号手术刀片 | World Precision Instruments | 504176 | |
| 7号手术刀柄,16 cm | World Precision Instruments | 500238 | |
| 单刃碳钢剃刀刀片 | Fisherbrand | 12-640 | |
| 不锈钢解剖剪,10 cm,直头 | World Precision Instruments | 14393 | |
| 不锈钢虹膜镊,10 cm,弯头,带齿 | World Precision Instruments | 15915 | |
| 不锈钢Nugent通用镊,直头,带齿 | World Precision Instruments | 504489 | |
| Y-276632 (ROCK抑制剂) | APExBIO | A3008 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。