脑转移建模：通过立体定向皮层注射对转移定植和组织学生长模式的标准化分析
January 16th, 2026
立体定向颅内注射技术能够精确且局部地将肿瘤细胞植入小鼠皮层，使其成为研究脑转移定植的强大模型。
我们团队研究肿瘤细胞如何定殖大脑，以及转移性生长模式如何影响临床结局和治疗反应。首先，使用精密秤称每只老鼠，根据其体重计算所需麻醉剂的体积。麻醉后，将小鼠放在预热加热垫上，加热垫保持在37至38摄氏度以支持体温调节，然后涂抹眼药膏保护角膜不干燥。
使用当地动物伦理委员会批准的无菌技术准备小鼠。使用含碘的溶液彻底消毒头皮。用脚趾夹确认麻醉深度，然后拉伸皮肤，并用无菌手术刀沿颅骨中线切开大约三到四毫米的切口。
用同一把手术刀轻轻刮除骨膜，露出颅骨表面。用耳杆固定老鼠头部在立体定位框架中。使用立体定向臂，定位Bregma，然后将手臂向前移动2毫米，向右侧移1毫米，并用手术标记标记额叶皮层的目标部位。
用精密的牙科钻头仔细穿透标记部位的头骨，确保硬脑膜不会被穿透。用无菌产钳轻轻探查该部位，确认开口。接着，通过移液上下重新激活肿瘤细胞悬浮液，以确保均匀分布。
将3微升悬挂注入10微升汉密尔顿注射器，并用相应的支架将其放入立体定向框架中。小心地将注射针头放置在钻孔上方，确保斜面朝左以便注射均匀。将针垂直插入脑组织，深度为3.5毫米。
达到所需深度后，缓慢抽出针头0.5毫米，以防止细胞悬浮液反流，并缓慢注射三微升肿瘤细胞悬浮液，持续一分钟。注射后，针头再保持两分钟，让细胞和细胞外基质稳定，减少反流。然后小心地取出注射器，将鼠标从立体定向框架中取出。
用无菌的0.9%氯化钠溶液轻柔冲洗头骨，并用骨蜡封住刺孔。用三到四条缝线闭合头皮切口，每条缝线都用三个紧紧的结结固定在伤口边缘，以达到最佳愈合效果。用与指定识别号相符的打孔方式标记老鼠的耳朵。
如有需要，重新涂抹眼药膏以防止角膜干燥，并将小鼠放回37至38摄氏度的预热加热垫，帮助麻醉恢复。通过先用蒸馏水、70%乙醇，最后用无菌0.9%氯化钠溶液，依次冲洗针头和注射器三次，彻底清洁和消毒汉密尔顿注射器。冲洗后，汉密尔顿注射器将冰藏保存，直到下一次使用。
最后，在小鼠仍在麻醉状态下皮下注射镇痛药，以确保术后疼痛立即缓解。在恢复期间，家鼠单独观察，时间不超过一小时，以防止清醒与恢复动物之间的互动导致受伤。如果监测期间发现痛苦或异常行为迹象，使用悬挂钢丝测试评估神经功能，以评估握力和协调能力。
将鼠标悬挂在水平电线上，记录它是否在60秒内到达逃生平台。一只不健康的老鼠未能到达平台，会从钢丝上掉落。安乐死并采集动物组织后，评估转移的组织生长模式及数字组织载玻片上的相关特征。
宏观影像确认注射ECM控制瓣C小鼠无肿瘤生长，而注射肿瘤细胞ECM悬浮液小鼠则有可见转移病灶。注射4T1或410.4乳腺癌细胞的小鼠，转移负荷显著高于ECM注射对照组，且两种肿瘤细胞系间无显著差异。Kaplan Meyer生存分析显示，注射410.4肿瘤细胞的小鼠整体生存期显著长于注射4T1细胞的小鼠。
组织学分析显示，4T1和410.4脑转移表现出明显的生长模式，4T1表现出队列状，410.4表现出链状上皮浸润性生长。不当的立体定位注射导致颅骨和脑膜肿瘤生长，导致细胞悬浮泄漏;而正确的皮层内注射则导致实质转移并随之扩散脑膜。我们已证明脑转移生长模式会影响预后和神经系统死亡，支持其在指导临床决策中的相关性。
该方案特别适用于研究晚期转移定殖，关注生长动态和次级传播等临床相关方面。与其他方法不同，立体定向模型确保大脑特异性定植，并保持整个系统复杂性，从而支持肿瘤进展和治疗反应的长期研究。通过提供一个可重复且临床相关的平台，我们的模型有助于理解脑定植机制并探索新的治疗策略。
Overview
This article presents a standardized stereotactic intracortical injection protocol for modeling brain metastasis in mice. The method enables precise implantation of tumor cells into the cerebral cortex, supporting reproducible studies of metastatic outgrowth, histological growth patterns, and therapeutic responses in a clinically relevant context. The model addresses limitations of systemic and ex vivo approaches by ensuring brain-specific colonization and preserving the complexity of the brain microenvironment.
Key Study Components
Area of Science
- Cancer biology
- Neuroscience
- Preclinical modeling
Background
- Brain metastases are a frequent and severe complication of advanced solid tumors, leading to poor prognosis and neurological decline.
- Incidence of CNS failure and neurological death is increasing.
- Mechanisms of late-stage brain metastasis, including secondary dissemination and the role of histological growth patterns (HGP), are not well understood.
- Existing models often lack reproducibility or fail to recapitulate the full complexity of the brain environment.
Purpose of Study
- To establish a reproducible, clinically relevant mouse model for brain metastasis using stereotactic intracortical injection.
- To investigate how tumor growth patterns influence prognosis and neurological outcomes.
- To provide a platform for studying metastatic outgrowth, HGP-specific dynamics, and therapeutic interventions.
Methods Used
- Preparation and anesthesia of mice, followed by aseptic surgical exposure of the skull.
- Stereotactic localization and drilling at a defined cortical site.
- Intracortical injection of tumor cell suspension using a Hamilton syringe.
- Post-injection care, including wound closure, analgesia, and recovery monitoring.
- Assessment of neurological function (hanging wire test) and histological analysis of metastatic lesions.
Main Results
- Successful and reproducible induction of brain metastases in mice injected with tumor cells, with no tumor growth in ECM-only controls.
- Distinct histological growth patterns observed: 4T1 cells formed cohort-like lesions, while 410.4 cells exhibited strand-like infiltrative growth.
- Kaplan-Meier analysis showed longer survival in mice injected with 410.4 cells compared to 4T1 cells.
- Improper injection led to non-parenchymal tumor growth, highlighting the importance of technique.
Conclusions
- The stereotactic intracortical injection model enables consistent, brain-specific metastasis and preserves the complexity of the CNS environment.
- Growth patterns of brain metastases influence prognosis and neurological outcomes, supporting their relevance for clinical decision-making.
- This model is valuable for studying late-stage metastatic colonization, growth dynamics, and therapeutic strategies in brain metastasis research.
