RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
it_IT
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Safwan Alomari1, Jayanidhi Kedda1, Adarsha P. Malla2,3, Victor Pacis1, Pavlos Anastasiadis2,3, Su Xu4, Emylee McFarland2,3, Lilia Sukhon1, Bruno Gallo5, Jordina Rincon-Torroella1, Netanel Ben-Shalom1, Heather M. Ames3,6, Henry Brem1,7, Graeme F. Woodworth2,3, Betty Tyler1
1Department of Neurosurgery,Johns Hopkins University School of Medicine, 2Department of Neurosurgery,University of Maryland School of Medicine, 3Marlene and Stewart Greenebaum Comprehensive Cancer Center,University of Maryland School of Medicine, 4Diagnostic Radiology and Nuclear Medicine,University of Maryland School of Medicine, 5Pontifical Catholic University of Parana, 6Department of Pathology,University of Maryland School of Medicine, 7Departments of Ophthalmology, Oncology and Biomedical Engineering,Johns Hopkins University School of Medicine
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Il presente protocollo descrive una resezione standardizzata dei tumori cerebrali nei roditori attraverso un approccio minimamente invasivo con un sistema integrato di conservazione dei tessuti. Questa tecnica ha implicazioni per rispecchiare accuratamente lo standard di cura nei roditori e in altri modelli animali.
Il presente protocollo descrive un paradigma standardizzato per la resezione del tumore cerebrale dei roditori e la conservazione dei tessuti. Nella pratica clinica, la resezione tumorale massimale è il trattamento standard di cura per la maggior parte dei tumori cerebrali. Tuttavia, la maggior parte dei modelli di tumore cerebrale preclinico attualmente disponibili non includono la resezione o utilizzano modelli di resezione chirurgica che richiedono molto tempo e portano a una significativa morbilità postoperatoria, mortalità o variabilità sperimentale. Inoltre, eseguire la resezione nei roditori può essere scoraggiante per diversi motivi, tra cui la mancanza di strumenti o protocolli chirurgici clinicamente comparabili e l'assenza di una piattaforma consolidata per la raccolta standardizzata dei tessuti. Questo protocollo evidenzia l'uso di un dispositivo di resezione multifunzionale e non ablativo e di un sistema integrato di conservazione dei tessuti adattato dalla versione clinica del dispositivo. Il dispositivo applicato nel presente studio combina l'aspirazione sintonizzabile e una lama cilindrica all'apertura per sondare, tagliare e aspirare con precisione il tessuto. Il dispositivo di resezione minimamente invasivo svolge le sue funzioni attraverso lo stesso foro di bava utilizzato per l'impianto iniziale del tumore. Questo approccio riduce al minimo le alterazioni dell'anatomia regionale durante la biopsia o gli interventi chirurgici di resezione e riduce il rischio di una significativa perdita di sangue. Questi fattori hanno ridotto significativamente il tempo operatorio (<2 minanimale), migliorato la sopravvivenza postoperatoria degli animali, minore variabilità nei gruppi sperimentali e si traducono in un'elevata vitalità dei tessuti delle cellule resecati per analisi future. questo processo è facilitato da una velocità della lama di ~ 1.400 cicli >
Il glioblastoma (GBM) è il tumore cerebrale primario più comune e aggressivo negli adulti. Nonostante i recenti progressi nella neurochirurgia, nello sviluppo mirato di farmaci e nella radioterapia, il tasso di sopravvivenza a 5 anni per i pazienti con GBM è inferiore al 5%, una statistica che non è migliorata significativamente in oltre tredecenni1. Quindi, c'è bisogno di strategie di trattamento più efficaci.
Per sviluppare nuove terapie, sta diventando sempre più evidente che i protocolli sperimentali devono (1) utilizzare modelli preclinici traducibili che ricapitolino accuratamente l'eterogeneità e il microambiente del tumore, (2) rispecchiare il regime terapeutico standard utilizzato nei pazienti con GBM, che attualmente include chirurgia, radioterapia e chemioterapia, e (3) tenere conto della differenza tra nucleo resecato e residuo, tessuti tumorali invasivi 2,3,4,5. Tuttavia, la maggior parte dei modelli di tumore cerebrale preclinico attualmente disponibili non implementano la resezione chirurgica o utilizzano modelli di resezione chirurgica che richiedono relativamente tempo, portando a una quantità significativa di perdita di sangue o mancanza di standardizzazione. Inoltre, eseguire la resezione dei tumori cerebrali dei roditori può essere difficile a causa della mancanza di strumenti o protocolli chirurgici clinicamente comparabili e dell'assenza diuna piattaforma 6 stabilita per la raccolta sistematica dei tessuti (Tabella 1).
Il presente protocollo mira a descrivere un paradigma standardizzato per la resezione del tumore cerebrale dei roditori e la conservazione dei tessuti utilizzando un sistema multifunzionale di resezione minimamente invasiva non ablativa (MIRS) e un sistema integrato di conservazione dei tessuti (TPS) (Figura 1). Si prevede che questa tecnica unica fornirà una piattaforma standardizzata che può essere utilizzata in vari studi nella ricerca preclinica per GBM e altri tipi di modelli di tumore cerebrale. I ricercatori che studiano le modalità terapeutiche o diagnostiche per i tumori cerebrali possono implementare questo protocollo per ottenere una resezione standardizzata nei loro studi.
Tutti gli studi sugli animali sono stati approvati dall'Università del Maryland e dal Johns Hopkins University Institutional Animal Care and Use Committee. Per il presente studio sono stati utilizzati topi femmina C57BL/6, di età compresa tra 6 e 8 settimane. I topi sono stati ottenuti da fonti commerciali (vedi Tabella dei materiali). Sono state seguite tutte le normative di livello 2 (BSL-2), compreso l'uso di maschere, guanti e camici.
1. Impianto iniziale del tumore intracranico
2. Resezione tumorale con MIRS
3. Raccolta dei tessuti tramite TPS
4. Cellule in crescita in coltura aderente
5. Cellule in crescita in coltura in sospensione (neurosfere)
6. Preparare le cellule per il reimpianto
7. Analisi istologica
La resezione chirurgica con MIRS determina una significativa diminuzione del carico tumorale
Nel gruppo con un carico tumorale più piccolo, il segnale bioluminescente medio basale era di 5,5e+006 fotoni/s ± 0,2e+006 nel sottogruppo sottoposto a resezione. Dopo la resezione, il segnale bioluminescente medio è diminuito a 3,09e+006 fotoni/s ± 0,3e+006, (p <0,0001, test di Mann-Whitney)9 (Figura 2). Il segnale bioluminescente è aumentato nei giorni successivi fino a quando i topi sono stati eutanasiati. Allo stesso modo, nel gruppo con un carico tumorale maggiore, il segnale bioluminescente medio basale era 1,68e + 007 fotoni / s ± 0,1e + 007 nel sottogruppo sottoposto a resezione. Dopo la resezione, il segnale bioluminescente medio è diminuito a 5,19e+006 fotoni/s ± 0,2e+006, (p <0,0001, test di Mann-Whitney)9. Il segnale bioluminescente è aumentato nei giorni successivi fino a quando i topi sono stati eutanasiati.
La resezione mediante il MIRS può essere regolata per il volume di resezione desiderato
Nell'imaging pre-resezione dei tumori CT2A singeneici, il tumore può essere generalmente identificato come una massa eterogenea nel sito di inoculazione con architettura parenchimale interrotta ed edema peritumorale ed emorragia indicati da aree eterogenee di ipo- e iper-intensità pesata in T2 (T2w). La traccia dell'ago utilizzata per l'iniezione di cellule tumorali stereotassiche può essere identificata sulle scansioni MRI T2w14.
La cavità di resezione può essere identificata sulle scansioni MRI T2w post-resezione come una grande area ipointensa rotonda nel sito di inoculazione del tumore (Figura 3). La procedura di resezione non ha causato una significativa perdita di sangue o interruzione dell'architettura cerebrale circostante. In alcuni casi, il liquido si è accumulato nella cavità di resezione. Come mostrato nella Figura 4, il volume di resezione è aumentato significativamente da 9,4 mm 3 per una rotazione dell'apertura di taglio a 23,2 mm3 per due rotazioni (p = 0,0117), consentendo la regolazione della resezione del volume per ottimizzare un carico tumorale noto.
La resezione del tumore utilizzando il MIRS porta a un prolungamento di 7 giorni della sopravvivenza mediana dei topi portatori di tumore senza indurre alcun segno neurologico
Come mostrato nella Figura 5, c'è stato un prolungamento della sopravvivenza dei topi sottoposti a resezione chirurgica in entrambi i gruppi con tumori piccoli (6 giorni) e grandi (7 giorni). Nel gruppo con un carico tumorale più piccolo, la sopravvivenza mediana del sottogruppo di controllo è stata di 16 giorni, mentre la sopravvivenza mediana del sottogruppo sottoposto a resezione è stata di 22 giorni (p = 0,0044). Allo stesso modo, nel gruppo con un carico tumorale maggiore, la sopravvivenza mediana del sottogruppo di controllo è stata di 12 giorni, mentre la sopravvivenza mediana del sottogruppo sottoposto a resezione è stata di 19 giorni (p = 0,0043). Inoltre, nessuno dei topi sottoposti a resezione utilizzando il MIRS ha mostrato alcun segno di danno neurologico dopo la procedura. Ciò indica che il MIRS può ottenere una resezione sicura.
Il tessuto resecato utilizzando il MIRS ha un'elevata vitalità in vitro e in vivo
Le cellule estratte dal tessuto resecato sono state filtrate, quantificate e risospese nel mezzo appropriato (Figura 6) prima di condurre esperimenti di vitalità in vitro o in vivo . Per esaminare la vitalità in vitro delle cellule e per confermare la resezione del tumore e non il normale parenchima cerebrale, le cellule sono state coltivate in coltura in sospensione. La formazione della neurosfera, un indicatore del potenziale di inizio del tumore, si è verificata con una minima elaborazione tissutale post-resezione. Ciò ha suggerito che la piattaforma MIRS ha raccolto tessuto ben dissociato e ha avuto un impatto minimo sulla salute e sulla vitalità del tessuto resecato. I campioni prelevati direttamente dal TPS alla microscopia ottica sembravano essere principalmente sotto forma di singole cellule insieme alla presenza di alcuni piccoli pezzi di tessuto. La vitalità del giorno 0 variava dal 30% al 70% (questo rappresenta la vitalità dopo aver passato il campione attraverso un filtro da 70 μm e prima della placcatura). Il dispositivo di resezione ha un'apertura di taglio che può ruotare di 360° sull'asse della sonda di resezione, consentendo la resezione di volumi concentrici di tessuto. In media, 2-3 milioni di celle possono essere raccolte con un giro di 360° dell'apertura di taglio, circa 7 milioni di celle con due giri e un totale di 12-14 milioni di celle possono essere ottenute con tre giri a 360° dell'apertura di taglio. Dopo la placcatura in flaconi in sospensione contenenti mezzo completo di cellule staminali prive di siero, le neurosfere erano visibili al microscopio ottico il giorno 2 e ad occhio nudo entro il giorno 7 (Figura 7).
Per esaminare la vitalità in vivo, le cellule estratte sono state impiantate per via intracranica in topi naïve C57BL / 6 (n = 8 topi, 100.000 cellule vive / topo). La crescita del tumore è stata confermata utilizzando il sistema di imaging in vivo . Il segnale tumorale ha continuato ad aumentare fino a quando tutti gli animali sono stati eutanizzati entro il giorno 14 dopo l'impianto del tumore (sopravvivenza mediana di 11 giorni).
La sezione rappresentativa del tessuto H & E (Figura 3B) contiene una cavità di resezione circolare chiara con un bordo di prodotti sanguigni (rosa intenso), infiammazione e cellule tumorali residue (cellule viola scuro). Macroscopicamente, le cellule tumorali residue sono di natura mesenchimale e infiltrative, mostrando un'estesa invasione e proliferazione perivascolare. Microscopicamente, sono state identificate atipie nucleari marcate e figure mitotiche. I macrofagi associati al tumore sono stati identificati anche intorno alle aree di tessuto infartuato e microemorragie. L'architettura tissutale nel parenchima cerebrale circostante non sembra essere disturbata.

Figura 1: Configurazione del sistema MIRS. (A) Sistema di resezione minimamente invasiva (MIRS) per tumori cerebrali in modelli di roditori con un sistema integrato di conservazione dei tessuti. (B) Pannello frontale della console MIRS. 1 = Potenza del sistema, 2 = Pedale, 3 = Pulsante principale, 4 = Aspirazione, 5 = Manopola di controllo del livello di aspirazione, 6 = Indicatore del livello di aspirazione, 7 = Manipolo, 8 = Pulsante di attivazione della fresa. (C) Pannello posteriore della console MIRS. 1 = presa del cavo di alimentazione, 2 = interruttore automatico, 3 = ingresso alimentazione azoto. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 2: Variazioni del carico tumorale medio nei topi con tumori non trattati rispetto ai topi sottoposti a resezione dei tumori da parte di MIRS. (A) Topi con piccolo carico tumorale basale e (B) topi con grande carico tumorale basale (p < 0,0001, SD ≤0,3e + 006 in tutti i gruppi in ogni punto temporale e troppo piccoli per essere visualizzati sul grafico). Gli animali hanno ceduto al carico tumorale o sono stati eutanasiati. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 3: Risonanza magnetica e analisi H&E. (A) Immagini MRI cerebrali pesate in T2 pre e post-resezione e (B) una sezione rappresentativa del cervello coronale colorata con H & E che mostra una cavità di resezione circolare chiara con un bordo di prodotti sanguigni (rosa intenso), infiammazione e cellule tumorali residue (cellule viola scuro). Le immagini MRI e le sezioni H&E sono state ottenute immediatamente dopo la resezione. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 4: Determinazione del volume di resezione tumorale. I volumi medi calcolati dalle immagini MRI delle cavità di resezione create con uno vs. Due rotazioni dell'apertura di taglio, n = 4 per gruppo. p = 0,01, test T a due code. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 5: Curve di Kaplan-Meier di topi con tumori non trattati rispetto a topi sottoposti a resezione di tumori da parte di MIRS . (A) Topi con piccolo carico tumorale basale. (B) Topi con grande carico tumorale basale. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 6: Test di vitalità delle cellule tumorali resecate . (A) Immagini rappresentative al microscopio ottico del tessuto prelevato con MIRS il giorno 0 a 20x. (B) Curva di Kaplan-Meier che descrive la sopravvivenza dei topi dopo impianto intracranico di cellule raccolte da tessuto resecato. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 7: Formazione delle neurosfere. Immagini rappresentative al microscopio ottico di neurosfere generate da tessuto resecato il giorno 2 post-resezione a (A) 20x e (B) 10x, e il giorno 7 post-resezione a (C) 20x e (D) 10x. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
| Sistema di resezione minimamente invasivo | Resezione storica | |
| Tempo operativo e competenze | Tempo operativo minimo (<2 min per ogni animale). Sono necessarie competenze minime. | Il tempo chirurgico non è standardizzato e l'esperienza chirurgica con piccoli animali e la microchirurgia è utile. |
| Perdita di sangue | Minimo | Imprevedibile |
| Volume standardizzato di resezione | Volume di resezione determinato/regolato dal numero di rotazioni dell'utensile di resezione | Il volume varia notevolmente tra i soggetti |
Tabella 1: Confronto tra il sistema di resezione minimamente invasiva (MIRS) e i modelli storici di resezione chirurgica.
BT ha un finanziamento per la ricerca da NIH ed è comproprietaria di Accelerating Combination Therapies*, e Ashvattha Therapeutics Inc. ha concesso in licenza uno dei suoi brevetti. GW ha finanziamenti NIH (R01NS107813). HB è un consulente retribuito di Insightec e presidente del Medical Advisory Board dell'azienda. Questo accordo è stato esaminato e approvato dalla Johns Hopkins University seguendo le sue politiche sul conflitto di interessi. HB ha finanziamenti per la ricerca da NIH, Johns Hopkins University e filantropia ed è consulente per CraniUS, Candel Therepeutics, Inc., Accelerating Combination Therapies*, Catalio Nexus Fund II, LLC*, LikeMinds, Inc*, Galen Robotics, Inc.* e Nurami Medical *. (*include azioni o opzioni).
Il presente protocollo descrive una resezione standardizzata dei tumori cerebrali nei roditori attraverso un approccio minimamente invasivo con un sistema integrato di conservazione dei tessuti. Questa tecnica ha implicazioni per rispecchiare accuratamente lo standard di cura nei roditori e in altri modelli animali.
| Siringhe da 1 mL BD | 309628 | ||
| Provette coniche da 15 mL | Corning | 430052 | |
| Etanolo a prova 200 | PharmCo | 111000200 | |
| Pipette da 5 mL CoStar | 4487 | ||
| Filtro da 70 micron | Fisher | 08-771-2 | |
| Accutase | Millipore Sigma | SIG-SCR005 | |
| Anased (iniezione di xilazina, 100 mg/mL) | Covetrus | 33198 | |
| Sistema di anestesia | Patterson Scientific | 78935903 | |
| Contenitore per rifiuti di gas anestetici | Patterson Scientific | 78909457 | |
| Protezione da banco sottopad | Covidien | 10328 | |
| C57Bl/6, topi di 6-8 settimane | CharlesRiver Laboratories | Codice ceppo 027 | |
| ChroMini Pro | Moser | Tipo 1591-Q | |
| Collagenasi-Dispasi | Roche | #10269638001 | |
| Countess II Contatore di cellule automatizzato | Thermo Fisher | ||
| Countess II FL Ematocitometro Thermo | Fisher | A25750 | |
| Soluzione per la rimozione dei detriti Miltenyi | Biotech | #130-109-398 | |
| D-luciferina | Goldbio | LUCK-1G | |
| DMEM F12 media | Corning | 10-090-CV | |
| DMEM media | Corning | 10-013-CV | |
| DNAse I | Sigma Aldrich | #10104159001 | |
| Eppendorf tubi | Posi-Click | 1149K01 | |
| Soluzione per eutanasia | Henry Schein | 71073 | |
| FBS | Millipore Sigma | F4135 | |
| Siero fetale bovino | Thermo Fisher | 10437-028 | |
| Formalina | Invitrogen | INV-28906 | |
| Garza | Henry Schein | 101-4336 | |
| hEGF | PeproTech EC | 100-15 | |
| Eparina | Sigma | H-3149 | |
| hFGF-b | PeproTech EC | 1001-18B | |
| Camera di induzione | Patterson Scientific | 78933388 | |
| Isoflurano | Covetrus | 11695-6777-2 | |
| Vaporizzatore di isoflurano | Patterson Scientific | 78916954 | |
| Ketamina | Covetrus | 11695-0703-1 | |
| Kopf Telaio stereotassico Kopf | Instruments | 5001 | |
| Microscopio a campo luminoso | BioTek | Cytation 5 | |
| Unità di microiniezione | Kopf | 5001 | |
| Trapano a micromotore | Foredom | F210418 | |
| Sistema di risonanza magnetica | Bruker | 7T Biospec Avance III Scanner | |
| MRI NICO Myriad System | NICO Corporation | ||
| Unguento oftalmico | Unguento | ||
| Papain | Sigma Aldrich | #P4762 | |
| PBS | Invitrogen | #14190250 | |
| PenStrep | Millipore Sigma | N1638 | |
| Soluzione Percoll | Sigma Aldrich | #P4937 | |
| Pipetta Controller | Falcon | A07260 | |
| Soluzione di iodio povidone | Aplicare | 52380-1905-08 | |
| Progesterone | Sigma | P-8783 | |
| Putrescine | Sigma | P-5780 | |
| RPMI Media | Invitrogen | INV-72400120 | |
| Lama per bisturi | Covetrus | 7319 | |
| Manico per bisturi | Strumenti per scienze fini | 91003-12 | |
| Time Out marcatore cutaneo | D538.851 | ||
| Graffetta dispositivo di rimozione | MikRon | ACR9MM | |
| Cucitrice | MikRon | ACA9MM | |
| Graffe | Clay Adams | 427631 | |
| Telaio stereotassico | Kopf Instruments | 5000 | |
| Sutura | Sucrose Sigma Aldrich | S9378 | |
| vicryl 4-0 | Ethicon | J494H | |
| T-75 pallone | da colturaSarstedt | 83-3911-002 | |
| TheraPEAKTM ACK Tampone di lisi (1x) | Lonza | BP10-548E | |
| Tripsina-EDTA | Corning | MDT-25-053-CI |