我们提出鸡胚尿囊绒毛膜模型作为一种可移植的体内替代模型,用于移植妇科和泌尿系统癌细胞系及患者来源的肿瘤。
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我们提出鸡胚尿囊绒毛膜模型作为一种可移植的体内替代模型,用于移植妇科和泌尿系统癌细胞系及患者来源的肿瘤。
小鼠模型是体内癌症研究的基准实验方法。然而,由于成本、时间和伦理方面的考虑,人们呼吁采用替代性的体内癌症模型。鸡胚尿囊绒毛膜(CAM)模型提供了一种经济、快速的替代方案,可直接观察肿瘤发育过程,并适用于活体成像。因此,我们致力于建立一种将妇科和泌尿系统肿瘤移植到该模型中的优化方案,本文即对此进行介绍。受精约7天后,将气室转移至蛋的血管化一侧,并在蛋壳上开一个开口,随后可将来自小鼠和人类细胞系以及原代组织的肿瘤移植其中。这些肿瘤通常被接种于细胞外基质与培养基的混合物中,以防止细胞扩散,并在细胞募集到血管供应之前提供营养支持。在孵化前,肿瘤可在膜上继续生长长达14天。通过植入稳定转导了萤火虫荧光素酶的细胞,可利用生物发光成像技术灵敏地检测膜上的肿瘤生长及癌细胞在胚胎内的扩散情况。该模型有望用于研究肿瘤发生、侵袭、转移以及治疗效果。与传统的小鼠模型相比,鸡胚CAM模型所需的时间和经济资源显著减少。由于鸡蛋处于免疫缺陷和免疫耐受状态,理论上可移植来自任何生物体的组织,而无需为移植人类组织而使用昂贵的转基因动物(如小鼠)。然而,该模型的许多优势也可能成为其局限性,例如肿瘤生长时间较短以及免疫缺陷/免疫耐受状态。此外,尽管本文所展示的所有肿瘤类型均可在鸡胚尿囊绒毛膜模型中成功移植,但其肿瘤生长程度存在差异。
小鼠作为研究人类疾病(包括恶性肿瘤)的经典模式生物,因其哺乳动物特性而与人类具有诸多相似之处。小鼠与人类基因组高度相似,使得通过转基因技术对小鼠基因组进行操控成为可能,从而极大地增进了人们对人类疾病遗传调控机制的理解1。由于在小鼠饲养和实验操作方面积累了丰富的经验,小鼠已成为生物医学研究的首选模型。然而,除了涉及小鼠模型的伦理和科学问题外,其使用往往成本高昂且耗时较长2,3。肿瘤的形成可能需要数周甚至数月时间,仅在典型机构中维持实验动物饲养的费用就可能高达数百至数千美元。卵巢癌便是这一缺陷的典型例子,因其在小鼠模型中的生长过程通常需要数月。研究进展的延迟可能直接影响卵巢癌患者的预后,该病患者的5年生存率长期处于仅47%的低水平(即过去30年中生存率仅提高了10%)4。同样,泌尿系统癌症(包括肾癌、前列腺癌和膀胱癌)在美国占所有癌症病例的19%,占癌症相关死亡的11%4。因此,若能开发一种新颖的体内研究方法用于妇科和泌尿系统癌症的研究,即使仅用于初步筛选实验,也可能为实验室节省大量时间、人力和经费。此外,研究进程的加速有望显著影响每年约17.7万名被诊断患有此类癌症的患者。
鸡胚尿囊膜(CAM)模型具有多种优势,可解决上述问题。该模型被广泛用于研究血管生成5,6、肿瘤细胞侵袭7,8和转移7,9,已被应用于研究多种癌症,包括胶质瘤10,11,12、头颈部鳞状细胞癌13,14、白血病15,16、胰腺癌17和结直肠癌18。此外,已有研究建立了神经母细胞瘤19、伯基特淋巴瘤20、黑色素瘤21和猫科动物纤维肉瘤22的CAM模型。先前的研究还报道了膀胱癌23和前列腺癌细胞系24的移植,但相关实验方案细节有限。鸡蛋不仅比小鼠便宜得多,而且实验结果具有高度可重复性25,26。鸡胚血管系统发育迅速,肿瘤移植可在数天内完成,并可通过打开的窗口进行纵向观察。从受精到孵化的21天时间窗口,使得实验可在数周内完成。此外,由于成本低、饲养需求少、体积小,非常适合开展大规模实验,而这类实验若使用小鼠则难以实现。
因此,我们致力于优化鸡胚尿囊膜模型,以促进妇科和泌尿系统肿瘤的移植。由于早期鸡胚具有免疫缺陷特性27,小鼠和人类细胞均可被顺利植入。基于此,我们已成功移植了卵巢、肾、前列腺和膀胱肿瘤。对于上述每种肿瘤类型,鸡胚尿囊膜均可有效接受已建立的小鼠和/或人类肿瘤细胞系。重要的是,新鲜获取的原代人类肿瘤组织,无论是经消化处理的细胞还是固体组织碎片,均可实现高成功率的移植。上述各类肿瘤及细胞来源均需进行优化,本文中我们将分享相关优化方案。
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本研究中所有实验均经加州大学洛杉矶分校(UCLA)相应的伦理委员会审查和批准。使用去标识化的原代人类肿瘤已获得UCLA机构审查委员会的批准(方案编号:17-000037、17-001169 和 11-001363)。在UCLA,使用鸡胚的实验无需经过动物研究委员会审查;仅当鸡蛋将被孵化时才需要获得方案批准。然而,研究人员遵循了最佳实践规范,例如《美国兽医协会动物安乐死指南》(AVMA Guidelines for the Euthanasia of Animals),以确保对鸡胚进行人道处理,并尽可能避免其遭受疼痛。建议研究人员在开展使用CAM模型的研究之前,核实所在机构的相关监管要求。
1. 准备卵子
2. 孵化卵子
注意:应在绒毛尿囊膜(CAM)完全发育后进行卵壳 opening,通常在发育第7天或第8天进行。
3. 准备用于移植的癌细胞悬液(选项1)
注意:此步骤应在移植前立即完成,移植最好在第7至第10天之间进行。有关移植日期的更多信息,请参见步骤5或步骤6开头的说明。所有细胞系及培养的肾癌肿瘤组织消化液均采用该方法。
4. 准备受体移植的肿瘤组织(方案2)
注意:此步骤应在移植前立即完成,移植最好在第7至第10天之间进行。有关移植日期的更多信息,请参见步骤5或步骤6开头的说明。原发性卵巢癌和膀胱癌以肿瘤组织块的形式进行移植。
5. 使用防粘环进行植入(选项1)
注意:如果绒毛尿囊膜(CAM)已完全发育,可在发育第7天开始植入细胞。植入可在孵化前的任何时间进行,只要留有足够时间用于肿瘤发育和完成目标实验即可,但需注意胚胎的免疫细胞大约在受精后第10天开始出现27。肿瘤生长速度因细胞类型而异,需针对感兴趣的细胞类型通过实验经验确定。卵巢癌和前列腺癌细胞采用防粘连环法进行植入。请注意,若无防粘连环,可将移液器吸头剪裁至类似大小后使用。
6. 无防粘连环植入(选项2)
注意:如果绒毛尿囊膜(CAM)已完全发育,最早可在发育第7天开始植入细胞。只要在孵化前留有足够的时间用于肿瘤生长和完成目标实验,植入可在任何时间进行,但需注意胚胎的免疫细胞大约在受精后第10天开始出现27。本方法曾用于肾细胞癌细胞和膀胱癌细胞的植入。
7. 萤火虫荧光素酶标记肿瘤的生物发光成像
注意:如果移植的细胞已通过稳定转导携带编码萤火虫荧光素酶或其他成像因子的基因,则可利用生物发光成像技术对所形成的肿瘤进行可视化观察。由于蛋壳会产生较强的背景信号,因此不建议对完整鸡蛋进行荧光成像。此为终点分析,因为打开蛋壳会显著降低胚胎存活率。可根据实验需求及肿瘤生长速度,在任何合适的时间点进行肿瘤成像。然而,鸡蛋通常在受精后21天孵化,因此第18天是避免意外孵化的合适终点时间。
8. 肿瘤收获
注意:可根据实验需求和肿瘤生长速度在任何合适的时间点收获肿瘤。然而,卵通常在受精后21天孵化。因此,发育第18天是一个合适的实验终点,以避免不必要的孵化。
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到目前为止,我们发现该植入方法在卵巢癌、肾癌、前列腺癌和膀胱癌中均取得了成功。每种肿瘤类型都经过优化以确定特定的植入条件,尽管可能存在一定的灵活性。在已测试的肿瘤类型中,卵巢癌的生长程度明显较弱,通常在没有生物发光成像辅助的情况下不可见(图1)。然而,在植入区域可用镊子触碰到CAM(尿囊绒毛膜)的硬化现象。这可能有助于在缺乏生物发光成像时识别潜在的肿瘤生长,但还需通过组织学或其他合适的方法进一步验证。我们成功实现了人源和鼠源细胞系的移植,其形态学特征与其他体内模型中观察到的一致(图1A 和 1B)。此外,肿瘤组织块的植入也是可行的(图1C,蓝色箭头指示肿瘤)。本例中植入的肿瘤来自一名患有高级别、转移性卵巢浆液性癌患者的组织。所形成的肿瘤在形态上与其来源肿瘤相似,并表达人源特异性蛋白(如细胞角蛋白...
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利用 CAM 模型进行肿瘤扩展和移植,相较于现有的体内动物模型,可实现更快速且可直接观察的肿瘤生长。此外,在完成设备的初始购置后,其成本显著降低,尤其与免疫缺陷小鼠的使用成本相比更为经济。鸡胚先天的免疫缺陷状态使其能够 readily接受人源和鼠源组织的移植。尽管具有上述优势,CAM 模型仍存在局限性。其较短的实验周期在某些情况下是优势,但若需开展长期治疗研究时,则可能成为限制因素。CAM 模型的免疫缺陷或免疫耐受状态可能使肿瘤-免疫相互作用的研究变得复杂。对于此类研究,可能需要共移植特定的免疫细胞,甚至需对免疫组分进行补充。此外,尽管我们所展示的所有肿瘤类型均可在 CAM 模型中成功移植,但其生长程度各不相同。例如,肾细胞癌可迅速形成较大的肿瘤,而卵巢癌肿瘤若无生物发光成像技术的辅助则难以观察。因此,需针对特定肿瘤类型评估其生长情况和生长速度,以确定 CAM 模型是否适合作为实验模型。
成功的肿瘤移植需要仔细完成方案中的特定步骤。首先,鸡蛋必须在理想的条件下孵育,以确保胚胎在移植前具有最佳的存活率和绒毛尿囊膜(CAM)的正常形成。由于不同批次之间存在天然差异,我们建议从特定的鸡蛋...
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作者无任何利益冲突需要披露。
作者感谢 Fuyuhiko Tamanoi 博士和 Binh Vu 在本方法初始培训中提供的帮助。与 Eva Koziolek 博士的讨论对优化该方法起到了关键作用,作者对此深表感谢。本研究的开展离不开以下资助方的支持:烟草相关疾病研究计划博士后奖学金(27FT-0023,授予 ACS)、美国国防部(DoD)卵巢癌研究计划(W81XWH-17-1-0160)、NCI/NIH(1R21CA216770)、烟草相关疾病研究计划高影响力试点奖项(27IR-0016),以及加州大学洛杉矶分校(UCLA)的机构支持,包括琼森综合癌症中心(JCCC)种子基金(NCI/NIH P30CA016042)和副校长研究办公室授予 LW 的 3R 基金。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
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| C4-2 | ATCC | CRL-3314 | 人前列腺癌细胞系。 |
| CWR22Rv1 | CWR 细胞系由南加州大学凯克医学中心 David Agus 博士惠赠。 | ||
| 细胞角蛋白 8/18 抗体(C-51) | Novus Biologicals | NBP2-44929-0.02mg | 用于人卵巢 CAM 肿瘤免疫组织化学分析,稀释比例为 1:100。 |
| D-荧光素钾盐(来自萤火虫) | Goldbio | LUCK-1G | |
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| HT-1376 | ATCC | CRL-1472 | 人膀胱癌细胞系。 |
| Hovabator Genesis 1588 豪华型孵蛋器组合套装 | Incubator Warehouse | HB1588D-NONE-1102-1588-1357 | 可使用其他孵蛋器,但需验证其可靠性。植入后也可使用关闭 CO2 功能的细胞培养箱。 |
| ID8 | 非商业化产品,请参见 PMID: 10753190。 | ||
| Incu-Bright 冷光源照蛋灯 | Incubator Warehouse | 1102 | 可使用其他照蛋灯,但经测试本产品为首选。该照蛋灯包含于上述孵蛋器套装中。 |
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| 异氟烷 | Clipper Distributing | 0010250 | |
| IVIS Lumina II 活体成像系统 | Perkin Elmer | ||
| Matrigel 基底膜基质 HC;无病原体(LDEV-Free) | Corning | 354248 | 细胞外基质溶液 |
| MyC-CaP | ATCC | CRL-3255 | 小鼠前列腺癌细胞系。 |
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