Wir beschreiben ein Xenotransplantat-Mausmodell für Brustkrebs-Hirnmetastasen, die durch Schwanzveneninjektion einer endogen HER2-amplifizierten entzündlichen Brustkrebszelllinie erzeugt werden.
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Wir beschreiben ein Xenotransplantat-Mausmodell für Brustkrebs-Hirnmetastasen, die durch Schwanzveneninjektion einer endogen HER2-amplifizierten entzündlichen Brustkrebszelllinie erzeugt werden.
Die Metastasierung im Gehirn ist eine häufige und verheerende Manifestation vieler Krebsarten. Allein in den Vereinigten Staaten werden jedes Jahr etwa 200.000 Patienten mit Hirnmetastasen diagnostiziert. Bei der Verbesserung der Überlebenschancen von Patientinnen mit primärem Brustkrebs und systemischen Malignomen wurden erhebliche Fortschritte erzielt. Die düstere Prognose für Patienten mit klinischen Hirnmetastasen unterstreicht jedoch die dringende Notwendigkeit, neue Therapeutika und Strategien gegen diese tödliche Krankheit zu entwickeln. Der Mangel an geeigneten experimentellen Modellen war eine der größten Hürden, die den Fortschritt unseres Verständnisses der Biologie und Behandlung von Hirnmetastasen behinderten. In dieser Arbeit beschreiben wir ein Xenotransplantat-Mausmodell der Hirnmetastase, das durch Schwanzveneninjektion einer endogen HER2-amplifizierten Zelllinie aus entzündlichem Brustkrebs (IBC), einer seltenen und aggressiven Form von Brustkrebs, erzeugt wird. Die Zellen wurden mit Glühwürmchen-Luciferase und grünem Fluoreszenzprotein markiert, um die Hirnmetastasierung zu überwachen, und die Metastasenbelastung durch Biolumineszenz-Bildgebung, Fluoreszenzstereomikroskopie und histologische Auswertung quantifiziert. Mäuse entwickeln robust und konsistent Hirnmetastasen, was die Untersuchung von Schlüsselmediatoren im Metastasierungsprozess und die Entwicklung präklinischer Tests neuer Behandlungsstrategien ermöglicht.
Hirnmetastasen sind eine häufige und tödliche Komplikation systemischer Malignome. Die meisten Hirnmetastasen haben ihren Ursprung in Primärtumoren der Lunge, der Brust oder der Haut, die zusammen 67-80% der Fälle ausmachen 1,2. Die Schätzungen der Häufigkeit von Hirnmetastasen schwanken zwischen 100.000 und 240.000 Fällen, und diese Zahlen könnten unterschätzt sein, da eine Autopsie bei Patienten, die an metastasierendem Krebs gestorben sind, selten ist3. Patienten mit Hirnmetastasen haben eine schlechtere Prognose und ein geringeres Gesamtüberleben im Vergleich zu Patienten ohne Hirnmetastasen4. Die derzeitigen Behandlungsmöglichkeiten für Hirnmetastasen sind weitgehend palliativ und können die Überlebenschancen der meisten Patienten nicht verbessern5. Daher bleibt die Hirnmetastasierung eine Herausforderung, und es bleibt dringend, die Mechanismen des Fortschreitens von Hirnmetastasen besser zu verstehen, um wirksamere Therapien zu entwickeln.
Die Verwendung experimenteller Modelle lieferte wichtige Einblicke in spezifische Mechanismen der Metastasierung von Brustkrebs in das Gehirn und ermöglichte die Bewertung der Wirksamkeit verschiedener Therapieansätze 6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16 . Allerdings gibt es nur sehr wenige Modelle, die die Feinheiten der Entwicklung von Hirnmetastasen genau und vollständig rekapitulieren können. Mehrere experimentelle In-vivo-Modelle wurden durch Inokulation von Krebszellen in Mäuse auf verschiedenen Verabreichungswegen erzeugt, einschließlich orthotoper, Schwanzvenen-, intrakardialer, intrakardialer Arterien- und intrazerebraler Injektionen. Jede Technik hat Vor- und Nachteile, wie an anderer Stelle erläutert3. Keines dieser Mausmodelle kann jedoch den klinischen Verlauf der Hirnmetastasierung vollständig nachbilden.
Hirnmetastasen treten besonders häufig bei Patientinnen mit entzündlichem Brustkrebs (IBC) auf, einer seltenen, aber aggressiven Variante des primären Brustkrebses. IBC macht 1 % bis 4 % der Brustkrebsfälle aus, ist aber für unverhältnismäßig hohe 10 % der brustkrebsbedingten Todesfälle in den Vereinigten Staaten verantwortlich17,18. Es ist bekannt, dass IBC schnell metastasiert; Tatsächlich hat ein Drittel der IBC-Patienten zum Zeitpunkt der Diagnose Fernmetastasen19,20. Spezifisch für Hirnmetastasen haben Patienten mit IBC eine höhere Inzidenz von Hirnmetastasen als Patienten mit Nicht-IBC21. Kürzlich haben wir gezeigt, dass die MDA-IBC3-Zelllinie, die aus der malignen Pleuraergussflüssigkeit eines Patienten mit ER-/PR-/HER2+-IBC gewonnen wird, die IBC-Eigenschaften in Maus-Xenotransplantaten rekapituliert, eine erhöhte Neigung zur Entwicklung von Hirnmetastasen anstelle von Lungenmetastasen bei Mäusen aufweist, wenn sie über eine Schwanzvene injiziert wird, was diese Zelllinie zu einem guten Modell für die Untersuchung der Entwicklung von Hirnmetastasen macht16.
In dieser Arbeit beschreiben wir die Verfahren zur Erzeugung von Hirnmetastasen durch Schwanzveneninjektion von MDA-IBC3-Zellen und zur Bewertung der Metastasenbelastung mittels Stereofluoreszenzmikroskopie und Luciferase-Bildgebung. Diese Methode wurde verwendet, um Schlüsselmediatoren der Metastasierung von Brustkrebs im Gehirn zu entdecken und die Wirksamkeit therapeutischer Interventionen zu testen 16,22,23. Der Nachteil dieser Technik ist, dass sie nicht alle Schritte des Metastasierungsprozesses des Gehirns rekapituliert. Zu den Hauptvorteilen gehören jedoch die Robustheit und Reproduzierbarkeit, die Einbeziehung der relevanten Metastasenbiologie der Intravasation, die Durchquerung der Lunge und die Extravasation in das Gehirn sowie die relative Einfachheit in Bezug auf die Technik.
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Die hier beschriebene Methode wurde vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) des MD Anderson Cancer Center genehmigt und entspricht den Richtlinien der National Institutes of Health für die Pflege und Verwendung von Labortieren. Der schematische Arbeitsablauf mit allen Schritten ist in Abbildung 1 dargestellt.
1. Vorbereitung der Zellen
ANMERKUNG: Die MDA-IBC3 (ER-/PR-/HER2+)-Zelllinie, die in Dr. Woodwards Labor24 erzeugt wurde, wurde stabil mit einem Luciferase-grün fluoreszierenden Protein (Luc-GFP)-Plasmid transduziert.
2. Injektion der Schwanzvene
3. Bewertung der Belastung durch Hirnmetastasen
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Mit der Begründung, dass markierte Zellen die Überwachung und Visualisierung von Hirnmetastasen in präklinischen Mausmodellen erleichtern, markierten wir MDA-IBC3-Zellen mit Luc und mit GFP, um Hirnmetastasen zu überwachen und die Metastasenbelastung mit Hilfe von Biolumineszenz-Bildgebung und Fluoreszenzstereomikroskopie zu quantifizieren. Die Injektion der markierten MDA-IBC3-Zellen in die Schwanzvenen von immungeschwächten SCID/Beige-Mäusen führte zu einem hohen Prozentsatz von Mäusen, die Hirnmetastasen entwickelten ...
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Das Protokoll umfasst mehrere kritische Schritte. Die Zellen sollten nicht länger als 1 Stunde auf Eis gelegt werden, um die Lebensfähigkeit zu erhalten. Alkoholwattepads sollten verwendet werden, um die Schwänze der Mäuse vor der Injektion abzuwischen, wobei darauf zu achten ist, dass nicht zu stark oder zu oft abgewischt wird, um die Schwanzhaut nicht zu beschädigen. Stellen Sie sicher, dass keine Luftblasen in der Zellsuspension vorhanden sind, um zu verhindern, dass Mäuse an Blutgefäßembolien sterben. Halten Sie den ...
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Die Autoren erklären, dass keine Interessenkonflikte bestehen.
Wir danken Christine F. Wogan, MS, ELS, von MD Anderson's Division of Radiation Oncology für die wissenschaftliche Bearbeitung des Manuskripts und Carol M. Johnston von MD Anderson's Division of Surgery Histology Core für die Hilfe bei der Hämatoxylin- und Eosin-Färbung. Wir danken dem Veterinärmedizin- und Chirurgiezentrum von MD Anderson für die Unterstützung der Tierversuche. Diese Arbeit wurde durch die folgenden Stipendien unterstützt: Susan G. Komen Career Catalyst Research Grant (CCR16377813 an BGD), American Cancer Society Research Scholar Grant (RSG-19-126-01 an BGD) und das State of Texas Rare and Aggressive Breast Cancer Research Program. Teilweise auch unterstützt durch den Cancer Center Support (Core) Grant P30 CA016672 des National Cancer Institute, National Institutes of Health, an das MD Anderson Cancer Center der University of Texas.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Zellkultur | |||
| 1000 & Mikro; L Pipettenspitze filtriert | Genesee Scientific | 23430 | |
| 10 mL Serologische Pipetten | Genesee Scientific | 12-112 | |
| Antibiotikum-Antimykotikum | Thermo Fisher Scientific | 15240062 | 1% |
| Zentrifugenröhrchen 15 mL Bulk | Genesee Scientific | 28103 | |
| Corning 500 mL Hams F-12 Medium [+] L-Glutamin | GIBICO Inc. USA | MT10080CV | |
| Countess II Automated Cell Counter (Invitrogen) | Thermo Fisher | Scientific AMQAX1000 | |
| 1x DPBS | Thermo Fisher Scientific | 21-031-CV | |
| Eppendorf Centufuge 5810R | Eppendorf | ||
| Fötales Rinderserum (FBS) | GIBICO Inc. USA | 16000044 | 10% |
| Fisherbrand Sterile Zellsiebe (40 μ m) | Thermo Fisher Scientific | 22-363-547 | |
| Hydrocortison | Sigma-Aldrich | H0888 | 1 µ g/ml |
| Insulin | Thermo Fisher Scientific | 12585014 | 5 & Mikro; g/mL |
| Invitrogen Countess Zellzählkammer Objektträger | Thermo Fisher Scientific | C10228 | |
| MDA-IBC3-Zelllinien | MD Anderson Cancer Center | Erzeugt von Dr. Woodwards Labor24 | |
| Luciferase– grün fluoreszierendes Protein (Luc– GFP) Plasmid | System Biosciences | BLIV713PA-1 | |
| Mikroröhrchen klar steril 1,7 mL | Genesee Scientific | 24282S | |
| Olympus 10 & micro; L Reach Barrier Tip, geringe Bindung, im Rack, steril | Genesee Scientific | 23-401C | |
| TC-behandelte Kolben (T75), 250 ml, Vent | Genesee Scientific | 25-209 | |
| Trypanblauer Farbstoff (0,4 %) zur Verwendung mit dem Countess Automated Cell Counter | Thermo Fisher Scientific | T10282 | |
| Trypsin-EDTA (0,25 %), Phenolrot | Thermo Fisher Scientific | 25200114 | |
| Schwanzveneninjektion | |||
| C.B-17/IcrHsd-Prkdc scid Lyst bg-J - SCID/Beige | Envigo | SCID/beige Mäuse | |
| BD Insulinspritze mit der BD Ultra-Fine Needle 0,5mL 30Gx1/2" (12,7mm)BD | 328466 | ||
| Plas Labs Broome-Style Nagetier-Rückhaltesysteme | Plas Labs 551BSRR | 01-288-32A | Bestellen Sie beiThermo Fisher Scientific |
| Volu SolLieferantenvielfalt Partner Ethanol 95% SDA (190 Proof) | Thermo Fisher Scientific | 50420872 | 70 % gebraucht |
| Bildgebung | |||
| BD Niedrige Dosis U-100 Insulinspritzen | BD | 329461 | |
| Einweg-PES-Filtereinheiten 0,45 &Mikro; m | Fisherbrand | FB12566501 Filtersystem zur Sterilisation von D-Luciferin | |
| D-Luciferin | Biosynth | L8220-1g | Stammkonzentration = 47,6 mM (15,15 mg/ml); Einsatzkonzentration = 1,515 mg/ml |
| 1,7 mL Mikroröhrchen bernsteinfarben | Genesee Scientific | 24-282AM | |
| Isofluran | Patterson Veterinary | NDC-14043-704-06 | Flüssiges Anästhetikum zur Verwendung in Anästhesieverdampfern |
| IVIS 200 | PerkinElmer-Gerät | für die Luziferase-Bildgebung, bis zu 5 Mäuse gleichzeitig bildgebend, mit Anästhesiegerät | |
| Kunststoffbehälter mit Deckel | Fisherbrand | 02-544-127 | |
| Gewebekassetten | Thermo Scientific | 1000957 | |
| Webcol Alkoholaufbereitung | Covidien | 6818 | |
| Stereomikroskop Bildgebung | |||
| Stereomikroskop AZ100 | Nikon | Modell AZ-STGE | Software NIS-ELEMENT |
| Formalin 10% | Fisher Chemical | SF100-4 | |
| TC behandelte Schalen 100x20 mm | Genesee Scientific | 25202 |
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