Le iniezioni ortotopiche con un dispositivo stereotassico sono diventate essenziali per lo sviluppo di modelli di tumore cerebrale. Questa tecnica consente il posizionamento preciso e riproducibile delle cellule tumorali, che è fondamentale per generare dati coerenti e affidabili nella ricerca neuro-oncologica. Il successo dell'implementazione delle iniezioni ortotopiche si basa in gran parte sull'accurata configurazione dell'apparecchiatura stereotassica, che in genere include un telaio stereotassico, un micromanipolatore digitale per movimenti precisi, una siringa per iniezione e un sistema di anestesia per immobilizzare l'animale (Figura 1A, B). L'uso di una microsiringa di vetro consente l'iniezione intracranica di piccoli volumi, tipicamente tra 2-5 μL. Una corretta manutenzione e lavaggi frequenti sono essenziali per prevenire l'accumulo di materiale biologico, che può bloccare l'iniezione (Figura 1C).
La procedura per l'iniezione intracranica di cellule tumorali cerebrali utilizzando apparecchiature stereotassiche nei topi prevede diversi passaggi chiave. In primo luogo, il topo viene anestetizzato per rimanere fermo e comodo durante tutta la procedura. I segnali tipici che indicano che l'animale è anestetizzato includono l'assenza di movimento e riflessi al momento del pizzicamento delle dita, nonché la presenza di un modello di respirazione regolare. Quindi, il mouse viene posizionato in una cornice stereotassica, fissando la testa in una posizione fissa (Figura 2A). Utilizzando punti di riferimento sul cranio, come bregma e lambda, vengono determinate le coordinate precise per l'iniezione. Viene praticata una piccola incisione nel cuoio capelluto e viene praticato un foro di bava attraverso il cranio alle coordinate scelte (Figura 2B). Un ago per microiniezione attaccato al braccio stereotassico viene inserito attraverso il foro della fresa per rilasciare le cellule tumorali nella regione cerebrale desiderata (corteccia, cervelletto o tronco encefalico; Figura 2C). Un attento monitoraggio e regolazione della posizione dell'ago garantiscono un puntamento accurato. Dopo l'iniezione, l'ago viene lentamente ritirato e l'incisione viene chiusa (Figura 2D). Si prevede che la ferita sigillata guarisca entro due settimane dall'iniezione intracranica.
Dopo l'iniezione intracranica, gli animali richiedono un attento monitoraggio per il benessere generale e lo sviluppo di sintomi neurologici, che spesso indicano la progressione del tumore (Tabella supplementare 1). In genere, gli animali possono sperimentare una leggera perdita di peso durante la prima settimana dopo l'iniezione (fino al 10% del loro peso massimo), che in genere si stabilizza una volta che i siti di iniezione sono completamente sigillati entro la fine dellaseconda settimana. Generalmente, gli animali mostrano un costante aumento di peso e mantengono una buona salute generale fino a quando non si verifica la progressione del tumore. La manifestazione dei sintomi neurologici varia a seconda di fattori quali il tipo di tumore cerebrale, il sito di iniezione e il ceppo animale. Ad esempio, i gliomi corticali o ependimomi possono presentare una progressiva perdita di peso e un potenziale ingrossamento del proencefalo, mentre i gliomi del tronco encefalico e i medulloblastomi possono mostrare sintomi come atassia e inclinazione della testa, in particolare negli animali immunocompromessi (Figura 3A). Inoltre, il comportamento circolare può essere osservato negli animali con tumori del tronco encefalico, specialmente nei ceppi NSG o NOD/SCID. La progressione dei sintomi neurologici spesso coincide con una graduale perdita di peso. Adeguate misure post-cura, come fornire bottiglie d'acqua con ugelli lunghi o offrire cibo morbido (pellet di cibo pastoso) o semi, sono essenziali per sostenere il benessere degli animali. Al raggiungimento dell'endpoint sperimentale e della successiva eutanasia umanitaria degli animali, possono diventare evidenti potenziali alterazioni nel cervello, tra cui l'ingrossamento del sito di iniezione e/o la presenza di aree emorragiche (Figura 3B).
I grafi di Kaplan-Meier sono comunemente impiegati per rappresentare i risultati di sopravvivenza dei modelli animali di tumore cerebrale. Offrono una rappresentazione visiva della probabilità di sopravvivenza nel tempo a seguito di iniezioni intracraniche o trattamenti antitumorali. Questi grafici fungono da strumenti cruciali per l'analisi e la presentazione dei dati di sopravvivenza in contesti di ricerca preclinica15,27. Sono state eseguite iniezioni intracraniche di coltura cellulare di medulloblastoma D425 a densità cellulari variabili nel cervelletto. Tutti gli animali iniettati per via intracranica hanno sviluppato tumori. I nostri risultati hanno indicato che densità cellulari più elevate, in particolare 50.000 e 100.000 cellule per topo, si sono innestate più rapidamente di 10.000 cellule per topo (Figura 4). Inoltre, abbiamo iniettato per via intracranica cellule di glioma di alto grado (HGG) derivate da pazienti nella corteccia e nel tronco encefalico per confrontare la sopravvivenza globale e il modello di crescita del tumore, nonché le caratteristiche immunoistochimiche, in queste diverse posizioni. Indipendentemente dalla posizione, a tutti gli animali sono stati iniettati tumori sviluppati per via intracranica. La coltura delle cellule HGG è stata effettuata seguendo il protocollo descritto nei passaggi da 1.1 a 1.10. La preparazione delle cellule per l'iniezione intracranica è stata eseguita come descritto nelle fasi da 2.1 a 2.6, mentre la procedura di iniezione intracranica ha seguito il metodo descritto nelle fasi da 4.1 a 4.1627. Quando iniettate nella corteccia, le cellule HGG hanno mostrato una sopravvivenza mediana di circa 25 giorni dopo l'iniezione intracranica (Figura 5A). Gli animali sono stati monitorati come indicato nei passaggi da 5.1 a 5.4. Questi animali non hanno mostrato alcun sintomo neurologico, ma hanno mostrato una progressiva perdita di peso. Gli animali sono stati sottoposti a eutanasia umanitaria al raggiungimento del punto finale umanitario descritto nel passaggio 5.5. I cervelli sono stati prelevati seguendo il protocollo descritto nei passaggi da 6.1 a 6.5 e inviati per ulteriori analisi27. L'analisi immunoistochimica ha rivelato una massa tumorale grande e altamente nucleata con evidenza di aumento della vascolarizzazione (Figura 5B) e molte cellule Ki67 proliferative (Figura 5C). Quando iniettate nel tronco encefalico, le cellule HGG hanno mostrato una sopravvivenza mediana di circa 26 giorni dopo l'iniezione intracranica (Figura 5D). L'analisi immunoistochimica ha indicato una grande massa tumorale nella regione del 4° ventricolo/ponte superiore, nonché un'infiltrazione leptomeningea nel ventricolo laterale (Figura 5E). Ulteriori analisi immunoistochimiche hanno indicato molte cellule proliferative nel tronco encefalico e in altre aree infiltrate (Figura 5F). Questo esperimento evidenzia che l'iniezione delle stesse cellule tumorali in diverse posizioni anatomiche non influisce sul tasso di crescita del tumore, sebbene si osservino alcune differenze nel modello di crescita.

Figura 1: Immagini rappresentative della configurazione stereotassica per l'iniezione intracranica di cellule tumorali cerebrali. (A) L'apparato anestetico è tipicamente posizionato accanto alla cappa BSC, richiedendo una doppia somministrazione di anestesia sia alla camera di induzione che all'apparato stereotassico. (B) Stazione di lavaggio per microsiringhe in vetro e supporto stereotassico; La siringa richiede il lavaggio con soluzione fisiologica, etanolo e successivamente acqua dopo ogni iniezione intracranica. (C) Configurazione stereotassica all'interno della cappa BSC, che illustra la camera anestetica, la perforatrice, il dispositivo stereotassico, la console delle coordinate stereotassiche, le punte di cotone, il bisturi, le pinzette, la pipetta e le punte. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Immagini rappresentative dell'iniezione intracranica eseguita su un topo immunocompromesso. (A) Animale anestetizzato posizionato in un cono anestetico. (B) Incisione cutanea seguita dal fissaggio della pelle su ciascun lato con barre auricolari. (C) Microsiringa di vetro posizionata sopra il foro praticato per l'iniezione. (D) La pelle forma uno stile Mohawk una volta incollata. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Potenziali sintomi neurologici osservati in seguito all'attecchimento di cellule tumorali cerebrali. (A) Animale che mostra un'inclinazione della testa in seguito all'iniezione intracranica di cellule DMG nel tronco encefalico. (B) Allargamento dell'emisfero corticale destro con il lato di iniezione che rivela la formazione del tumore. All'animale sono state iniettate cellule di ependimoma. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Attecchimento della coltura di medulloblastoma D425 a diverse densità cellulari. Le cellule di medulloblastoma sono state iniettate per via intracranica utilizzando apparecchiature stereotassiche a densità di 10.000 cellule in 2 μL di idrogel ECM, 50.000 cellule e 100.000 cellule. Gli animali sono stati monitorati per la progressiva perdita di peso e sono stati sottoposti a eutanasia umana una volta raggiunto il 20% al di sotto del loro peso più alto registrato. La sopravvivenza mediana per gli animali iniettati con 10.000 cellule è stata di 29 giorni, mentre la sopravvivenza mediana per quelli iniettati con densità cellulari più elevate, pari a 50.000 e 100.000 cellule, è stata rispettivamente di 17,5 giorni e 15 giorni. Tutti gli animali iniettati in questo studio hanno sviluppato con successo tumori. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Curve di sopravvivenza rappresentative e analisi istologica di animali NSG iniettati per via intracranica con cellule HGG nella corteccia e nel tronco encefalico. Circa 100.000 cellule HGG (passaggio 3) sono state iniettate in 2 μL di idrogel ECM utilizzando apparecchiature stereotassiche. Gli animali sono stati monitorati per la progressiva perdita di peso e sottoposti a eutanasia umana una volta raggiunto il 20% al di sotto del loro peso più alto registrato. Non sono stati osservati sintomi neurologici per questo sottotipo di tumore cerebrale. (A) La sopravvivenza mediana degli animali con cellule HGG iniettate nella corteccia è di circa 25 giorni dopo l'iniezione (N=2). (B) La colorazione H&E della corteccia mostra una regione altamente nucleata con aumento della vascolarizzazione, indicata dalla presenza di globuli rossi. (C) L'area innestata dal tumore nella corteccia mostra un alto livello di cellule proliferative, come dimostrato dalla colorazione KI67. (D) La sopravvivenza mediana degli animali con cellule HGG iniettate nel tronco encefalico è di circa 26 giorni dopo l'iniezione (N=2). Tutti gli animali iniettati in questo studio hanno sviluppato con successo tumori. (E) La colorazione H&E del tronco encefalico mostra una regione altamente nucleata con infiltrazione tumorale osservata nelle leptomeningi nel ventricolo laterale. (F) L'area trapiantata dal tumore nel tronco encefalico mostra un alto livello di cellule proliferative, come dimostrato dalla colorazione KI67. La barra della scala nera nelle immagini principali indica 2 mm, mentre le immagini ingrandite inserite indicano 20 μm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Tabella supplementare 1: Modulo di monitoraggio utilizzato per l'ispezione delle iniezioni post-intracraniche degli animali e dell'eventuale trattamento con agenti antitumorali. Clicca qui per scaricare questa tabella.