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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
我们提出了鸡胆膜模型作为替代的,可移植的,体内模型,用于妇科和泌尿细胞系和患者衍生肿瘤的移植。
小鼠模型是体内癌症研究的基准测试。然而,成本、时间和道德方面的考虑导致了对替代体内癌症模型的呼吁。鸡胆膜 (CAM) 模型提供了一种廉价、快速的替代方案,允许直接可视化肿瘤发育,并适用于体内成像。因此,我们寻求开发一个优化的协议,将妇科和泌尿肿瘤移植到这个模型中,我们在这里介绍。受精后约7天,空气细胞移动到卵子的血管侧,在壳中形成开口。然后,来自鼠和人体细胞系和原发组织的肿瘤可以移植。这些通常播种在细胞外基质和介质的混合物,以避免细胞分散,并提供营养支持,直到细胞招募血管供应。然后,肿瘤在卵子孵化前可能再长14天。通过植入用萤火虫荧光素酶稳稳地转导的细胞,生物发光成像可用于敏感检测膜上的肿瘤生长和整个胚胎的癌细胞。该模型可能用于研究肿瘤原性、入侵、转移和治疗效果。与传统的鼠种模型相比,鸡CAM模型需要的时间和财政资源要少得多。由于卵子具有免疫功能低下和免疫耐受性,任何生物体的组织都有可能被植入,而无需植入人体组织所需的昂贵的转基因动物(如小鼠)。然而,该模型的许多优点也可能有局限性,包括肿瘤生成时间短和免疫功能低下/免疫耐受状态。此外,虽然这里呈现的所有肿瘤类型在鸡胆膜模型中,它们这样做与肿瘤生长的程度不同。
老鼠是研究人类疾病(包括恶性肿瘤)的经典模型有机体。作为哺乳动物,它们与人类有许多相似之处。它们的遗传相似性很高,使得转基因操作小鼠基因组提供了对人类疾病基因控制的巨大洞察力。在小鼠的处理和实验方面拥有丰富的经验,因此它们成为生物医学研究的首选模式。然而,除了伦理和科学的关注,关于鼠模型,他们也可以是相当昂贵和耗时2,3。肿瘤的发展可能需要数周甚至数月的时间。仅在一个典型的机构的住房可以运行在数百到数千美元,而肿瘤正在发展。卵巢癌是这个缺点的一个例子,因为它在鼠模型中的生长很容易需要几个月。研究进展的延迟可能会影响卵巢癌患者持续低的5年生存率只有47%(即,在30年内只增加10%的存活率)4。同样,泌尿癌(肾癌、前列腺癌和膀胱癌)占美国所有癌症病例的19%,占癌症相关死亡的11%4。因此,研究妇科和泌尿癌的新型体内方法可以节省实验室大量的时间、人力和资金,即使这种模式只应用于最初的筛选实验。此外,由此带来的研究结果的加速可能对每年被诊断患有这些癌症的177,000人产生重大影响。
鸡CAM模型提供了许多优势,解决上述问题。研究血管生成5,6,肿瘤细胞入侵7,8,和转移7,9,小鸡胚胎CAM模型已经用于研究多种形式的癌症,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,结肠直肠癌18。此外,CAM模型已经生成神经母细胞瘤19,伯基特淋巴瘤20,黑色素瘤21,和猫纤维肉瘤22。先前的研究也提出了膀胱癌23和前列腺癌细胞系24的移植,但协议细节有限。鸡蛋不仅比老鼠便宜得多,而且能产生高度可重复的结果25,26。它们显示血管发育迅速,肿瘤移植可在几天内发生,并通过打开的窗口纵向可视化。卵子受精和孵化之间的21天时间,实验可以在几周内完成。此外,成本低、住房需求有限、面积小,很容易进行大型实验,使小鼠研究望而却步。
因此,我们寻求优化CAM模型,用于妇科和泌尿癌的移植。由于早期鸡胚胎27的免疫功能低下,小鼠和人体细胞都可以轻松植入。因此,我们已经成功地移植了卵巢癌、肾癌、前列腺癌和膀胱癌。对于每种肿瘤类型,CAM 欣然接受已建立的小鼠和/或人类肿瘤细胞系。重要的是,新收获的原发性人类肿瘤组织也可以从消化细胞或固体组织碎片中移植,成功率高。每种癌症类型和细胞源都需要优化,我们在这里分享。
此处介绍的所有实验都经过加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 相关道德委员会的审查和批准。UCLA 机构审查委员会已批准使用非识别的初级人类肿瘤(协议编号 17-000037、17-001169 和 11-001363)。在加州大学洛杉矶分校,动物研究委员会审查不需要使用鸡胚胎的实验;仅当卵子孵化时,才需要协议批准。然而,最佳实践,如AVMA动物安乐死指南,被用来处理鸡胚胎的道德和尽可能避免疼痛。在使用 CAM 模型进行研究之前,研究人员应验证其机构的监督要求。
1. 准备鸡蛋
2. 打开鸡蛋
注:当 CAM 完全发育时,应打开鸡蛋。这通常是在开发第 7 天或第 8 天。
3. 准备移植癌细胞悬浮液(选项1)
注:这是在植入之前完成的,最好在第7天和第10天之间完成。有关植入日期的更多信息,请参阅步骤 5 或 6 开头的说明。这种方法用于所有细胞系和培养的肾癌肿瘤消化。
4. 准备肿瘤片植入(选项2)
注:这是在植入之前完成的,最好是发生在第7天到第10天之间。有关植入日期的更多信息,请参阅步骤 5 或 6 开头的说明。原发性卵巢癌和膀胱癌被植入肿瘤片。
5. 使用不粘环进行植入(选项 1)
注:如果CAM完全开发,细胞可能从开发第7天开始植入。植入可能发生在孵化前的任何时间,允许足够的时间进行肿瘤发育和所需的实验,但请注意,胚胎的免疫细胞开始出现在第10天后受精27。肿瘤的生长率因细胞类型而有很大差异,需要根据感兴趣的细胞类型进行经验确定。卵巢癌和前列腺癌细胞采用不粘环法植入。请注意,当不粘环不可用时,移液尖可能会切割到类似大小并使用。
6. 无不粘环的植入(选项 2)
注:如果CAM完全开发,细胞可能从开发第7天开始植入。植入可能发生在孵化前的任何时间,允许足够的时间进行肿瘤发育和所需的实验,但请注意,胚胎的免疫细胞开始出现在第10天后受精27。该方法用于植入肾细胞癌细胞和膀胱癌细胞。
7. 萤火虫荧光素酶标记肿瘤的生物发光成像
注:如果植入的细胞通过基因编码萤火虫荧光素酶或其他成像因子进行稳定转导,则生成的肿瘤可以使用生物发光成像进行可视化。由于蛋壳的背景很高,因此不建议对完整鸡蛋进行荧光成像。这是端点分析,因为外壳的打开会大大降低存活率。肿瘤可以在任何时候成像,适合实验需要和肿瘤生长的速度。然而,平均而言,卵孵化21天后受精。因此,开发第 18 天是避免不需要的孵化的适当终结点。
8. 肿瘤收获
注:肿瘤可随时收获,适合实验需要和肿瘤生长速度。然而,平均而言,卵孵化21天后受精。因此,开发第 18 天是避免不需要的孵化的适当终结点。
到目前为止,我们发现这种植入方法对于卵巢癌、肾癌、前列腺癌和膀胱癌是成功的。每种产品都经过优化,以确定植入的特定条件,尽管可能具有灵活性。在已测试的肿瘤类型中,卵巢癌的生长远没有那么明显,如果没有生物发光成像的帮助,通常不可见(图1)。然而,在植入区域,用钳子可以感觉到CAM的僵硬。这可能有助于确定在缺乏生物发光成像的情况下可能的肿瘤生长,尽管还需要通过方法学或其他合适的方法进行进一步验证。我们成功地移植了人类和鼠细胞系,这些细胞系显示形态与其他体内模型一致(图1A和1B)。此外,肿瘤片的植入是可能的(图1C,蓝色箭头表示肿瘤)。在这种情况下,植入的肿瘤来自一个患有高等级、转移性、卵巢性癌的患者。由此产生的肿瘤在形态上类似于其原产肿瘤,并表达出人类特异性的蛋白质,如细胞角蛋白8/18,很容易允许它们从CAM和鸡胚胎组织分化。
优化肿瘤移植和生长时,在植入时可加入适当的生长因子或激素。例如,在植入时,在ID8细胞中观察到肿瘤大小(以总辐射通量测量)的细微、非显著性增加,当在植入时补充三单位(U)的人类卵泡刺激激素(FSH)时(图1D)。选择FSH促进卵巢癌生长源于ID8细胞中FSH受体的表达,以及绝经后妇女通常发现的高水平FSH,她们占卵巢癌病例的大多数。对于其他难以生长的癌症类型,也可以采用类似的方法,以提高 CAM 模型的效用。此外,FSH仅在细胞植入时添加。补充生长因子或激素可以通过在介质中以适当的间隔将适量的添加剂移入不粘环中来实现,这可以增强效果。
对于肾癌,从已建立的细胞系(如RENCA)植入2 x 106透明细胞肾癌细胞,产生快速、强健的肿瘤形成,但也可以使用较低的细胞剂量(图2A,植入后10天)。由此产生的肿瘤形态类似于通过标准小鼠在体内模型28获得的肿瘤。植入标有萤火虫荧光素酶的RENCA细胞允许生物发光成像。原发性人类肿瘤也可以植入。肿瘤片块持续和招募血管,没有显着增长。然而,从在体外扩张的初级、透明细胞肾癌的消化细胞的植入,其生长方式与已建立的细胞系相似(图2B)。肾细胞癌细胞可以使用不粘环法或无不粘环的方法播种。
多个人类和鼠前列腺癌细胞系被检测为CAM移植(图3)。当使用不粘环植入 2 x 106个细胞时,每个细胞都长得很好。对结果肿瘤进行组织学评估,与每个细胞系的期望一致。此外,植入稳定标有萤火虫荧光酶的细胞,允许通过生物发光成像进行肿瘤识别(图3A)。
膀胱癌是在CAM模型中从已建立的细胞系和原发性人体组织片段中建立的(图4)。当植入2 x 106细胞时,细胞系生长良好,没有不粘环(图4A和4B),尽管植入环是成功的。原发性人类肿瘤可以从组织块中植入(图4C)。所陈述的病例源自一个患有高等级、非肌肉侵入性、泌尿癌的患者。由于肿瘤消化优化,尚未尝试植入消化细胞。由此产生的CAM肿瘤的癌细胞保留了原始肿瘤的形态,但具有改变的基质成分。肿瘤生长小于肾细胞癌和前列腺癌,虽然仍然容易看到。
为了确保在端点有大量可存活的可测定卵子,在孵育和打开卵子时必须小心谨慎。如果孵化条件在植入之前或之后是不理想的,那么胚胎的生存能力可能会受到损害。如果发生重大胚胎死亡,请根据制造商的说明对培养箱条件进行故障排除。根据我们的经验,温度和湿度稳定性似乎比其精确值更重要。因此,我们发现,在经过改造的细胞培养中孵化接种卵子,CO2培养箱比将卵子留在小型专用卵孵化器中具有优越的生存能力,这些孵化器需要更频繁的开口来补充控制湿度的水。尽量减少接种卵子进行肿瘤检查的频率,也可以提高胚胎的生存能力。
CAM 植入的另一个关注点是接种时 CAM 的完整性。如果 CAM 在打开外壳后未完好无损,则不粘环和植入的细胞将沉入胚胎的白蛋白中(参见步骤 2.12 之后的注释)。这会导致癌细胞扩散。一些肿瘤可能仍然形成,但癌症,从邻近的癌细胞,如卵巢癌,接受显着的生长和生存信号,不会可靠地形成肿瘤在这种情况下。如果使用不粘环进行植入,则 CAM 的故障可以通过将环下沉到白蛋白中来识别。这必须与环和植入的细胞通过胚胎运动移动到卵子底部的情况区分开来。在这些情况下,将在 CAM 和壳体底面之间找到环。胚胎运动无法控制。然而,环放置会使胚胎更难破坏植入的细胞。与放置在场中心的环相比,放置在步骤 2.7 生成的气囊边缘的环更有可能被胚胎移动。

图1:卵巢癌的代表性肿瘤发展。成功植入的卵巢癌细胞包括: (A) 人类SKOV3细胞系, (B) 鼠 ID8 细胞系, 和 (C) 原发性肿瘤.代表血氧林和欧辛染色与生物发光成像一起,酌情。对于由植入原发性肿瘤(C)的血氧林和eosin染色引起的CAM肿瘤,包括CAM肿瘤和原发性肿瘤的细胞角蛋白8/18(CK 8/18)染色。第一个面板中的蓝色箭头表示肿瘤。(D) ID8 植入物的肿瘤大小,带和无 3U FSH,计算为生物发光成像产生的总通量(n = 3 表示未经处理,n = 4 用于 FSH 补充)。请点击此处查看此图的较大版本。

图2:透明细胞肾细胞癌的代表性肿瘤发展。因植入 (A) 从消化的人类原发性肿瘤衍生的小鼠肾细胞癌细胞系、 RENCA 或 (B) 培养细胞引起的肿瘤.与切除的肿瘤相邻的测量尺度 (B) 显示 1 mm 标记.(A)和B)中的相应组织学显示血氧素和欧辛染色。在 (A) 中,还显示了萤火虫-荧光酶标记的RENCA细胞的代表性生物发光成像。请点击此处查看此图的较大版本。

图3:前列腺癌细胞系的代表性肿瘤发育。代表性肿瘤和血氧素和欧辛染色由人类前列腺癌细胞系(A) CWR 和 (B) C4-2 以及小鼠细胞系 (C) MyC-CaP 的植入引起。萤火虫荧光素酶标记CWR细胞产生的肿瘤的生物发光成像显示在(A) 中。与切除的肿瘤相邻的测量刻度显示 1 mm 标记。请点击此处查看此图的较大版本。

图4:膀胱癌的代表性肿瘤发展。由植入已建立的人类膀胱癌细胞系(A) HT-1376, (B) T24 和 (C) 原发性人类膀胱肿瘤引起的代表性肿瘤.在 (C), 显示所得 CAM 肿瘤和原发性肿瘤的血氧林和欧辛染色.与切除的肿瘤相邻的测量刻度显示 1 mm 标记。请点击此处查看此图的较大版本。
作者没有什么可透露的。
我们提出了鸡胆膜模型作为替代的,可移植的,体内模型,用于妇科和泌尿细胞系和患者衍生肿瘤的移植。
作者希望感谢Tamanoi博士和Binh Vu博士对这种方法的初步培训。与Eva Koziolek博士的讨论有助于优化这种方法,并对此非常赞赏。如果没有以下来源的资助,这项工作就不可能进行:烟草相关疾病研究计划博士后研究金(27FT-0023, 到ACS,国防部(国防部)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试点奖(27IR-0016)和加州大学洛杉矶分校机构支持, 包括JCCC种子赠款(NCI/NIH P30CA016042)和从研究部副部长办公室到LW的3R补助金。
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| C4-2 | ATCC | CRL-3314 | 人前列腺癌细胞系。 |
| CWR22Rv1 | CWR 细胞是 David Agus 博士(南加州大学凯克医学院)的善意礼物细胞 | ||
| 角蛋白 8/18 抗体 (C-51) | Novus Biologicals | NBP2-44929-0.02mg | 以 1:100 的稀释度用于人卵巢 CAM 肿瘤的免疫组织化学分析。 |
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| 受精鸡蛋(罗德岛红 - 棕色,实验室级) | AA Lab Eggs Inc. | N/A | 需要确定当地的鸡蛋供应商,因为该供应商仅在区域范围内交付。 |
| HT-1376 | ATCC | CRL-1472 | 人膀胱癌细胞系。 |
| Hovabator Genesis 1588豪华蛋孵化器组合套件 | 孵化器仓库 | HB1588D-NONE-1102-1588-1357 | 可以使用其他蛋孵化器,但其可靠性需要验证。植入后,也可以使用禁用 CO2 的细胞培养箱。 |
| ID8 | 非市售,请参阅 PMID:10753190。 | ||
| Incu-Bright 冷光鸡蛋蜡烛孵化 | 器仓库 | 1102 | 可以使用其他蜡烛机;然而,这是我们测试过的那些人中的首选。该 candler 包含在上述培养箱套件中。 |
| 虹膜镊子,10 厘米,弯曲,锯齿状,0.8 毫米尖端 | World Precision Instrument | 15915 | 这是作为示例提供的。任何类似的弯曲镊子也可以工作。此方法已使用多个品牌。 |
| IVIS Lumina II 活体成像系统的 | 异氟醚 Clipper 0010250Perkin Elmer | ||
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| 不含 LDEV | 的康宁 | 354248 | 细胞外基质溶液 |
| MyC-CaP | ATCC | CRL-3255 | 小鼠前列腺癌细胞系。 |
| 便携式 Pipet-Aid XP 移液器控制器 | Drummond Scientific | 4-000-101 | 任何类似的移液器控制器都是合适的。 |
| PrecisionGlide 皮下注射针 | BD | 305196 | 这是作为示例提供的。任何 18G 针头的工作原理都类似。 |
| RENCA | ATCC | CRL-2947 | |
| Semken 镊子 | Fine Science Tools | 11008-13 | 这是作为示例提供的。任何适合研究人员偏好的类似镊子或其他样式都是合适的。 |
| SKOV3 | ATCC | HTB-77 | 人卵巢癌细胞系。 |
| 标本镊子 | Electron Microscopy Sciences | 72914 | 这是作为一个例子提供的。用于拉开外壳进行生物发光成像的镊子长约 12.8 厘米,尖端宽 3 毫米。 |
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| T24 | ATCC | HTB-4 | 人膀胱癌细胞系。 |
| Tegaderm 透明敷料原始框架样式 2 3/8" x 2 3/4" | Moore Medical | 21272 | |
| 组织培养皿,直径 10 厘米 | 康宁 | 353803 | 这是作为示例提供的。可以使用任何类似的无菌 10 cm 培养皿。组织培养处理不是必需的。 |
| Tygon 透明实验室管 - 1/4 x 3/8 x 1/16 壁厚(50 英尺) | Tygon | AACUN017 | 这是作为示例提供的。任何类似尺寸的管子也可以。 |