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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Das Gehirn ist ein einzigartiger Ort mit Eigenschaften, die nicht gut durch in vitro-oder Eileiter Analysen dargestellt. Orthotopen Mausmodellen mit reproduzierbaren Lage und Wachstumseigenschaften zuverlässig mit intrakraniellen Injektionen mit einem stereotaktischen Fixierung Instrument und eine Niederdruckspritzenpumpe erzeugt werden.
Orthotope Tumormodelle sind derzeit die beste Weg, um die Eigenschaften eines Tumortyps zu studieren, mit und ohne Intervention im Kontext von einem lebenden Tier - vor allem an Standorten mit einzigartigen physiologischen und architektonische Qualitäten wie das Gehirn in vitro und Eileiter Modelle nicht. Konto für Funktionen wie Gefäßsystem, Blut-Hirn-Schranke, Stoffwechsel, Lieferung und Toxizität, und eine Vielzahl von anderen relevanten Faktoren. Orthotopen Modelle haben ihre Grenzen auch, aber mit der richtigen Technik Tumorzellen von Interesse genau in das Gewebe eingepflanzt werden, die am ehesten imitiert Bedingungen im menschlichen Gehirn. Durch Verwendung Methoden, die genau abgemessene Mengen zu liefern, genau definierten Stellen in einer konsistenten und Druck, Maus-Modellen der menschlichen Gehirntumoren mit vorhersagbaren Wachstumsraten reproduzierbar erzeugt werden und eignen sich für eine zuverlässige Analyse von verschiedenen Eingriffen. Das hier beschriebene Protokoll konzentriert sich auf die technische der Gestaltung und Herstellung für eine intrakraniale Injektion der Durchführung der Operation, und sicherzustellen, erfolgreiche und reproduzierbare Tumorwachstum und stellt Ausgangspunkte für eine Vielzahl von Bedingungen, die für eine Reihe von verschiedenen Gehirntumormodelle angepasst werden kann.
In-vitro-Studien der Gehirntumorzellen sind von unschätzbarem Wert für Sezieren molekularen Mechanismen das Wachstum, Überleben, Migration und Invasion von Krebszellen; kultivierten Zellexperimenten können festlegen, Signalwege, schlage potenzielle therapeutische Ziele, und zu charakterisieren, zelluläre Reaktion auf medikamentöse Behandlung. Aber in vitro-Systeme sind viel zu einfach zu organismischen Reaktion auf Arzneimittel vorherzusagen; sie nicht über die physiologischen Reaktionen, Immunreaktionen, Zellmikroumgebung, und die allgemeine Heterogenität der lebenden Tier-Systemen. Gentechnisch veränderte Modelle können von unschätzbarem Wert, wenn verfügbar, aber molekulare Unterschiede zwischen den Arten und murine Zellen nicht Ereignisse in der menschlichen Prozesse zu rekapitulieren, was zu erheblichen Diskrepanzen beim Vergleich von Tiermodellen zu klinischen Beobachtungen 1. Maus-Xenograft-Modelle, die subkutan (SQ) Injektion von menschlichen Gehirntumorzelllinien unter der Haut der Flanke sind einfach durchzuführenund zu messen; sie können verwendet werden, um Auswirkungen von Gen-Modifikation and Drug Administration / Lieferung, Metabolismus und Toxizität anzugehen. Signifikante Nachteile begrenzen jedoch die Nützlichkeit des SQ-Modelle. Die Mikroumgebung nicht rekapitulieren ist die eines natürlich vorkommenden Hirntumor: Wechselwirkungen von verschiedenen Zelltypen und Geweben; die lokale Gefäßsystem und unzähligen anderen Faktoren einzigartig an das Gehirn kann nicht repliziert werden. Um genauer zu reproduzieren die einzigartige Milieu einer natürlich vorkommenden Gehirntumor und Testen der Wirkung von pharmazeutischen Eingriffe sollten eine Maus orthotopen Modell verwendet werden. Darüber hinaus kann orthotopen Techniken als Teil einer gentechnisch veränderten Ansatz, bei dem humane primäre Nicht-Krebszellen (differenzierte oder Vorläufer) verwendet werden genetisch verändert und in die jeweiligen Gelände einer Maus injiziert, mit oder ohne menschliche Stromazellen, was in der Tumorgenese beim Menschen ein ähnlich gesehen.
Dieser Artikel beschreibt,eine Methode, um Gehirntumore exakt und reproduzierbar zu schaffen, in Mäusen. Mit dieser Technik kann der Benutzer genau einzuspritzen Ein kleines Aliquot von suspendierten Zellen in einer bestimmten Position des fronto-parietooccipitalis Schläfenregion des Maus-Hirnrinde. Maus Sterblichkeit ist extrem niedrig; in unseren Händen sind keine Mäuse von chirurgischen Komplikationen nach 185 Verfahren gestorben. Eigenschaften des resultierenden Tumors mit der typischen klinischen Tumoren verglichen werden; Zum Beispiel: Schnelligkeit des Wachstums, der Grad der Nekrose, das Ausmaß der Invasion, die Heterogenität der Zelltyp, die Anwesenheit von mitotischen Zellen, Marker der Proliferation und Apoptose etc. Zelllinien oder aufgeschlüsselte menschlichem Gewebe oder Tumorproben können dann bewertet werden basierend auf ihrer Fähigkeit zu simulieren tatsächlichen klinischen Präsentation. Arzneimittel, ausgewählt auf der Grundlage ihrer Leistung in Zellkultur kann im Rahmen eines funktionierenden Stoffwechsel, Kreislauf und Blut-Hirn-Schranke nicht getestet werden, da sie in einem Tier belastet wit existierenha Tumor, die alle in einem relevanten architektonischen Kontext. Ferner können die Zellen für die Injektion gewählten genetisch modifiziert werden, um den Einfluss von Niederschlägen, Deletionen untersuchen, Knock-ins, Mutationen usw. auf Tumorwachstum und Überleben.
Eine Anzahl von Veröffentlichungen dokumentieren Tumoren Studien mit einer Vielzahl von Hirntechniken. Yamada et al. Haben eine detaillierte Studie über die Injektion von Farbstoff und der U87-Zellen und fanden, daß die Minimierung Volumen und die Einspritzgeschwindigkeit erzeugt die beste Tumor 2. . Brooks et al legene Reproduzierbarkeit und Effizienz mit einem mikroprozessorgesteuerten Injektor anstatt eine manuelle Methode, um virale Vektoren zu liefern; ihre Schlussfolgerungen in Bezug auf die optimale Einspritzparameter gelten für Zell Lieferung 3. Shankavaram et al., Dass Glioblastoma multiforme (GBM)-Zelllinien injiziert orthotopisch (mit einer manuellen Methode) in das Gehirn rekapituliert das Genexpressionsprofil des clinical Tumoren stärker als in vitro oder SQ Fremdtransplantaten, die den Einsatz von intrakraniellen Modelle für präklinische Studien 4. Giannini et al. Injizierten Zellen aus menschlichen chirurgischen Proben, die in den Flanken von Nacktmäusen durch serielle Passage in das Gehirn von Mäusen weitere erlitten hatte, und zeigte, dass dieser Ansatz erhalten Patienten Tumor-Gen Veränderungen im Modell 5. Ähnliche Ergebnisse wurden von Yi et al 6 angegeben. Mit Hilfe eines stereotaktischen Setup, sorgfältig definierten Injektionsstelle, und eine langsame und stetige Einspritzrate, erhalten sie reproduzierbare Hirntumoren mit konsequenten Wachstumsraten und hohe (100%) Transplantationsrate. Die Gültigkeit dieser Technik ist daher gut etabliert; eine Literaturrecherche zeigt, dass die Anwendungen dieser Technik sind umfangreiche. Carty et al. Verwendet intrakraniellen Injektionen virale Vektoren, die therapeutische Gene erfolgreich liefern in den frontalen Kortex von transgenic Modell der Alzheimer-Krankheit 7. Thaci et al. Die Verwendung intrakranielle Injektionen therapeutische onkolytische Adenovirus in einer neuralen Stammzellträger in Nacktmäuse injiziert bereits orthotopisch GBM Tumoren 8 trägt zu liefern. Offensichtlich sind intrakranielle Injektionen ein vielseitiges und effektives Werkzeug für die präklinische Forschung. Früheren Publikationen im Journal of Visualisierte Experimente beschreiben grundlegende Ansätze 9-11, aber wir nehmen das Konzept der intrakraniellen Tumorinjektion und orthotopen Modellierung zu einem höheren Maß an Präzision mit easy-to-Master-Technologie.
Alle beschriebenen Verfahren wurden überprüft und von unseren institutionellen Tierpflege und Verwendung Ausschuss genehmigt.
1. Planen Sie das Experiment
2. Bauen Sie die Ausrüstung
3. Vorbereitung der Zellen für Injection
4. Bereiten Sie Anesthetize und Maus für Chirurgie
5. Führen Injection
6. Beenden und Monitor-Recovery-& Tumorentwicklung
Zuverlässigen intrakraniellen Xenotransplantaten mit diesem beschriebenen Verfahren erzeugt werden. Identifizierung der kritischen Strukturen der Maus Schädel (Abbildung 1) wird für die Anerkennung der Bregma ermöglichen und führen die Ermittler auf eine präzise und reproduzierbare Injektion Lage. In diesen Studien wurde die Elternlinie U251, U251-Zellen mit Luciferase (U251-Luc) oder U87 transfizierten immortalisierten menschlichen GBM-Gewebekulturzellen wurden in 4 bis 6 ul SF-DMEM suspendiert und 2,5 mm lateral (rechts), 1,5 mm vor spritzt und 3,5 mm ventral bezüglich Bregma (Abbildung 2).
Die resultierenden Tumoren visualisiert und durch Magnetresonanztomographie (MRI, Abbildung 3), in vivo-Bildgebung Leucht (IVIS, Abbildung 4), oder eine Routine grobe Pathologie Techniken (H & E-Färbung, 5) analysiert werden. Muss insbesondere darauf geachtet werden, und die Optimierung durchgeführt, um festzustellen, das? Fallte-Zellen und den Ort der Injektion, um die Zeit, Wachstumsrate, und Tumormodell gewünschten darstellen.

Abbildung 1. Schädel Anatomie. Die anatomischen Merkmale der Maus Kopf und Schädel sind dargestellt. Bregma, die auf den Mittellinienachse zwischen den Augen und den Ohren an der Kreuzung der koronalen und sagittalen Naht ist, verwendet wird, um reproduzierbar zu lokalisieren die Injektionskoordinaten.

Abbildung 2. Inzision und Injektions Karte. Die zur Hautschnitt die Injektionsstelle zu bestimmen und genau zu lokalisieren Features veranschaulicht. Eine diagonale Schnitt gemacht, um Zugang zu beiden Bregma und der Injektionsstelle zu ermöglichen. Anwendung von 30% H 2 O 2an der Oberfläche des Schädels hilft Schädelnähte sichtbar zu machen. Positionieren Sie eine Spritze mit Nadel auf der Mikropumpe und manövrieren die Nadelspitze direkt über der Bregma. Set-Koordinaten auf die Ausrichtung Konsole auf Null; Alle Schädel Messungen werden dann reproduzierbar in Bezug auf Bregma gemacht.

Abbildung 3. Repräsentative intrakraniale Xenograft: MRT-Bilder MRI T2 gewichtete Bilder eines Tumors aus (A) 2 x 10 5 Zellen U87 verglichen mit einem Tumor aus (b) abgeleitet von der 2 × 10 5 U251-Zellen.. Von MRT-Bildern von drei einzelnen Mäusen mit U251-Zellen über die Zeit aufgetragen injiziert (c) berechneten Tumorvolumina zeigt eine reproduzierbare Fenster der Tumorentwicklung und Wachstum an, das in allen Experimenten ist.

Abbildung 5. H & E von intrakraniellen Xenotransplantattumoren. Ganze Gehirn von Mäusen wurden gesammelt veröffentlichen Opfer und in Formalin fixiert, in Paraffin gelagert, geschnitten und mit H & E gefärbt. Tumor (A) wurde von U87 GBM Zellen abgeleitet und stellt ein Gebiet mit dichter Tumorwachstum (linke obere Ecke) und angrenzenden normalen Hirngewebe mit mikroskopischen Invasion von malignen Zellen (rechte untere Ecke). Tumor (B) wurde aus einem Teil der Mitte eines Tumors von U251 Zellen stammt GBM gemacht. Der Abschnitt sehr eng repliziert die bizarre Histopathologie mit mehrkernigen malignen Zellen in typischen menschlichen GBM gesehen.
Die Autoren haben nichts zu offenbaren.
Das Gehirn ist ein einzigartiger Ort mit Eigenschaften, die nicht gut durch in vitro-oder Eileiter Analysen dargestellt. Orthotopen Mausmodellen mit reproduzierbaren Lage und Wachstumseigenschaften zuverlässig mit intrakraniellen Injektionen mit einem stereotaktischen Fixierung Instrument und eine Niederdruckspritzenpumpe erzeugt werden.
Dr. Keating wird durch DOD Zuschuss CA100335 finanziert und ist ein St. Baldrick Foundation Scholar.
| Equipment | |||
| Small Animal Stereotaxic Instrument with Digital Display Console | Kopf | Model 940 | Mouse Gas Anesthesia Head Holder Kopf Model 923-B|
| Mouse Ear Bars | Kopf | Medel 922 | |
| Fiber Optic Illuminator | Fisher | 12-562-36 | |
| UltraMicroPump III | WPI | UMP3 | |
| Micro4 Mikroprozessor | WPI | UMC4 | |
| Handbohrer mit variabler Drehzahl | Dremel | Modell 300 | |
| Dentalbohrer, 1,0 mm | Spoelting | 514554 | |
| Adapter für Dentalbohrer: 3/32 Zoll Spannzange | Dremel | 481 | |
| Heizkissen | für Mäuse | ||
| Isofluran-Verdampfersystem | für Mäuse | ||
| Medizinische Schläuche und Anschlüsse | zum Anschluss des Isofluran-Verdampfers an einen stereotaktischen Rahmen | ||
| Instruments | |||
| Precision 25 μ l Mikrospritze | Hamilton | 7636-01 | Modell 702, ohne Nadel |
| Mikrospritzennadeln, 26s G | Hamilton | 7804-04 | RN, 25 mm Spitze Ausführung 2 |
| Schere mit feiner Spitze (gerade, scharf/scharf) | |||
| Mittelgroße Standardschere | |||
| Standard-Zange | mit Wellenschliff | ||
| Hämostaten (2) | |||
| Pinzette | mit feiner Spitze | ||
| Nähte 5-0 vicryl P-3 13 mm (Ethicon) | MWI | J463G | |
| Chirurgische Klingen #10, rostfrei (Feder) | Fisher | 296#10 | |
| Isofluran (Fluriso) | VetOne | NDC 13985-528-60 | Artikel #502017. Flüssiges Inhalationsanästhetikum. Das Bundesgesetz beschränkt die Verwendung dieses Arzneimittels durch oder auf Anordnung eines zugelassenen Tierarztes. |
| Carprofen (Rimadyl injizierbar 50 mg/ml) | Pfizer | NDC 61106-8507-01 | inKochsalzlösung verdünnt |
| Ophthalmische Salbe (künstliche Tränen) | Rugby | NDC 0536-6550-91 | |
| Topisches Antibiotikum (AK-Poly-Bac ) | Akorn | NDC 17478-238-35 | |
| Povidon-Jod topisches Antiseptikum, 10% (Betadin) | Betadin | NDC 67618-150-04 | |
| Wasserstoffperoxid, 30% | Fischer | H325-100 | zur Visualisierung von Schädel-Landmarken |
| Sterile Kochsalzlösung | VetOne | NDC 13985-807-25 | zum Verdünnen von Lösungen, Reinigungsgewebe |
| Knochenwachs | WPI | Artikel #501771 | |
| Sterile Abdecktücher | McKesson | 25-517 | |
| Sterile OP-Handschuhe | McKesson | (passend) | |
| Sterile Mullpolster, 2 x 2 | Fisherbrand | 22028556 | |
| Sterile Mullkissen, 4 x 4 | Fisherbrand | 22-415-469 | |
| Pads zur Alkoholaufbereitung (mittel) | PDI | B603 | |
| Sterile Applikatoren mit Wattespitze | Fisherbrand | 23-400-114 | |
| Steriles 0,5-ml-Schraubverschlussröhrchen mit Verschlüssen für Zellen | USA Scientific | 1405-4700 | für Zellen |
| Einzeln verpackte sterile Dispo-Pipetten | Fisher | BD 357575 | für Nadelreinigungslösungen |
| BD Insulinspritzen mit Nadeln | Fisher | 329461 | für Analgetikum |
| 70% Ethanol | zur Reinigung | ||
| Steriles diH2O | zur Reinigung | ||
| Microfuge-Röhrchen zur Reinigung von Lösungen | für Nadelreinigungslösungen | ||
| Filzstift (speziell) | zum Markieren des Schädels | ||