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Il cancro del polmone continua ad essere uno dei tumori più diagnosticati e la prima causa di morte correlata al cancro tra uomini e donne a livello globale 1,2,3. Il carcinoma polmonare non a piccole cellule (NSCLC) rappresenta quasi il 90% di tutti i casi di cancro del polmone negli Stati Uniti e, sebbene il panorama dei trattamenti sia notevolmente migliorato negli ultimi anni, continua ad esserci molto interesse nello sviluppo di nuove terapie che migliorano i risultati4. Sebbene ci siano stati molti progressi nello sviluppo di terapie mirate per specifiche mutazioni driver e immunoterapie per sottotipi di NSCLC responsivi, il tasso di sopravvivenza globale a cinque anni continua ad essere basso, attestandosi intorno al 20% per tutti gli stadi del cancro del polmone 2,5,6,7. Inoltre, sebbene l'immunoterapia abbia fatto passi da gigante nel migliorare la sopravvivenza nella malattia avanzata, questi miglioramenti hanno solo spostato l'ago della bilancia da una sopravvivenza globale a cinque anni del 6,8% al 10,7% e aumentato il tempo di sopravvivenza da 7 mesi a8 mesi. C'è ancora un grande bisogno di comprendere i meccanismi d'azione della malattia e di sviluppare nuove terapie che si sinergizzino con le attuali terapie standard di cura. La comprensione dei meccanismi in gioco della progressione naturale del NSCLC e della risposta a nuove terapie richiede modelli preclinici che siano riproducibili in modo affidabile, facili da indurre e che incapsulano il microambiente tumorale all'interno del quale si sviluppa il cancro.
Negli ultimi decenni, sono state sviluppate molte procedure diverse per valutare i modelli ortotopici di cancro del polmone nei roditori. Le procedure vanno da molto invasive, che richiedono un alto livello di competenza, come l'impianto intrapolmonare o le procedure di trapianto che aprono la cavità toracica 9,10,11,12,13; moderatamente invasivi come le procedure intratracheali e orotracheali 14,15,16,17; a procedure minimamente invasive, come iniezioni percutanee, vena caudale o induzione intranasale 18,19,20,21. Tutte le procedure offrono rischi e benefici diversi, con tecniche più invasive che consentono una maggiore precisione ma tassi di attrito potenzialmente più elevati, e tecniche meno invasive che garantiscono una migliore sopravvivenza ma una maggiore variabilità dei siti di impianto del tumore. Di questi vari protocolli, alcuni scelgono di non tracciare la crescita tumorale in vivo e di completare solo le valutazioni dei tumori ex vivo 9,11,12,16. Tra i protocolli che tracciano la crescita tumorale nel tempo, i protocolli precedenti si basano maggiormente su sistemi come la tomografia computerizzata (CT)14,19, la tomografia a emissione di posizione (PET)18 e la risonanza magnetica (MRI)17, mentre i protocolli successivi, dopo che i sistemi di imaging a bioluminescenza (BLI) e le cellule geneticamente modificate sono diventati più facilmente disponibili, optano per il monitoraggio della crescita tumorale nel tempo con BLI20. 21.
Lo scopo dello sviluppo di questo protocollo è stato quello di trarre insegnamenti da queste altre procedure e creare un metodo semplice ma affidabile per indurre un tumore polmonare solitario per studiare la progressione del NSCLC a partire dalle prime fasi della malattia, in cui il tumore è confinato al polmone. L'obiettivo generale di questo articolo è quello di descrivere i metodi per generare un modello murino ortotopico singenico affidabile e minimamente invasivo di cancro del polmone che può essere monitorato utilizzando l'imaging in vivo e può consentire ai ricercatori di studiare il cancro del polmone nell'organo da cui deriva la malattia. Questo metodo è efficace per generare sia modelli murini ortotopici di xenotrapianto utilizzando linee cellulari di cancro al polmone umano sia modelli murini ortotopici singenici utilizzando linee cellulari di cancro al polmone di topo in topi con sistema immunitario intatto, conferendo versatilità al metodo per studiare sia i tipi di cancro umano che la complessa interazione del sistema immunitario e del NSCLC.
Ci siamo concentrati sull'ottimizzazione di questo protocollo nel modello murino di NSCLC immuno-competente, Lewis Lung Carcinoma (LLC), poiché questo modello consente ai ricercatori di comprendere meglio la risposta del sistema immunitario con e senza le attuali terapie come la chemioterapia, la radioterapia, l'immunoterapia e altre terapie mirate 22,23,24,25. Il protocollo genera un modello rappresentativo della malattia in fase iniziale all'inoculazione (tumore nel parenchima polmonare) e della metastasi verso la fine degli studi, poiché il tumore spesso supera il parenchima polmonare e semina altri tessuti.
Un aspetto importante dello studio dei modelli ortotopici è la capacità di monitorare ripetutamente la crescita del tumore, con il minimo stress per l'animale, e rapidamente in modo che ogni animale in uno studio possa essere valutato in un singolo punto temporale. Sebbene le tecniche di imaging come la risonanza magnetica o la TC consentano una maggiore risoluzione del tumore, queste modalità di imaging sono costose, richiedono molto tempo e hanno difficoltà a monitorare la crescita precoce del tumore in piccoli modelli animali come i topi 26,27,28,29,30,31. Pertanto, abbiamo scelto di monitorare la crescita tumorale attraverso la bioluminescenza utilizzando cellule tumorali ingegnerizzate con luciferasi. In questo protocollo, abbiamo iniettato 25.000-50.000 cellule LLC ingegnerizzate con luciferasi firefly (LLC-luc) e rilevato i tumori già il giorno successivo mediante BLI. La reazione luciferina-luciferasi è uno strumento utile per monitorare la crescita tumorale in vivo utilizzando strumenti di imaging spettrale. A causa della sensibilità di questi sistemi di imaging per tracciare i fotoni di luce, le cellule tumorali che esprimono luciferasi possono essere tracciate in vivo precocemente, spesso prima che i tumori possano essere rilevati in un modello murino mediante risonanza magnetica o TC, e frequentemente 26,32,33,34.