GL261神経膠腫細胞は、神経膠芽腫の有用な免疫適格動物モデルを提供します。このプロトコルの目標は、in vivo 生物発光イメージングを使用して頭蓋内腫瘍の成長を監視するための適切な技術を実証し、腫瘍免疫学および神経膠芽腫を治療するための免疫療法アプローチを研究するためのルシフェラーゼ修飾 GL261 細胞の有用性を検証することです。
GL261神経膠腫細胞は、神経膠芽腫の有用な免疫適格動物モデルを提供します。このプロトコルの目標は、in vivo 生物発光イメージングを使用して頭蓋内腫瘍の成長を監視するための適切な技術を実証し、腫瘍免疫学および神経膠芽腫を治療するための免疫療法アプローチを研究するためのルシフェラーゼ修飾 GL261 細胞の有用性を検証することです。
一般的に報告されているヒト神経膠腫異種移植動物モデルとは対照的に、GL261マウス神経膠腫異種移植片は、ヒト疾患のほぼすべての関連する臨床的および組織病理学的特徴を再現しています。 GL261細胞を同系C57BL/6マウスに頭蓋内に移植すると、このモデルには無傷の免疫微小環境を維持するという追加の利点があります。 GL261細胞におけるルシフェラーゼの安定発現により、頭蓋内腫瘍増殖の非侵襲的で費用対効果の高い生物発光モニタリングが可能になります。私たちは最近、GL261細胞におけるルシフェラーゼの発現が、腫瘍の増殖特性、腫瘍細胞の免疫調節性サイトカインの発現、免疫細胞の腫瘍への浸潤、または頭蓋内腫瘍を持つ動物の全生存に影響を与えないことを実証しました。したがって、GL261ルシフェラーゼ神経膠腫モデルは、新規の化学療法および免疫療法モダリティの研究に役立つようです。 本稿では、GL261細胞において安定的にルシフェラーゼを発現させる技術と、生物発光イメージングによる腫瘍細胞のin vitroおよびin vivo増殖の検討方法について報告する。
悪性神経膠腫は、最も一般的で最も致死的なヒト脳腫瘍です。 最大限に外科的切除、放射線療法、および化学療法で治療した場合でも、主要な脳腫瘍紹介センター1、2、3では生存期間中央値が15〜20ヵ月のままである。 悪性神経膠腫の最も侵攻性の高い形態である膠芽腫は、有糸分裂体、血管新生、隣接する脳への浸潤、および偽パリサダ性壊死を特徴とする。 ヒト脳腫瘍細胞を用いた同所性脳腫瘍異種移植片は、神経腫瘍学研究において重要な機能を果たしており、ヒト臨床試験に先立って、新薬の試験のための前臨床翻訳を促進しました。ほとんどのヒト異種移植モデルは、ヒト疾患の多くの特徴を再現していますが、すべてのヒトベースの異種移植モデルシステムの基本的な制限は、免疫不全動物の使用です4。
無傷の宿主応答がないことは、腫瘍の形態と生着の効率の両方において、腫瘍の成長を明確に変化させます。異種移植モデルの結果の解釈には一定の仮定が許容されますが、治療評価の分野で適切な結論を得ることは困難です。特定の基本的な生物学的特徴は、免疫不全動物と免疫能力動物で類似している可能性がありますが、腫瘍関連の炎症、組織浸潤、損傷に対する反応などの他の特徴はおそらく非常に異なります。 対照的に、GL261は化学的に誘導されたマウス神経膠腫細胞株であり、免疫適格な同系C57BL/6マウスの脳に移植すると神経膠腫を正確に再現します5。 ヒトの疾患と同様に、頭蓋内腫瘍の増殖は急速かつ再現性よく神経学的症状を引き起こし、動物の死亡を引き起こします6-10。
皮下腫瘍の成長を直接測定することができます。頭蓋内腫瘍の成長は、動物を犠牲にするか、費用のかかる画像検査によってのみ測定できます。 酵素ルシフェラーゼの安定した発現により、非侵襲的で費用対効果の高い頭蓋内生物発光イメージングが可能になります11。 ルシフェラーゼトランスフェクトされたGL261細胞の生物発光は、頭蓋内腫瘍の増殖とよく相関しています。最近、GL261 をルシフェラーゼ修飾 GL261 細胞と直接比較し、in vitro 増殖と浸潤、免疫学的サイトカイン プロファイル、C57BL/6 マウスを持つ頭蓋内腫瘍の in vivo 生存、または免疫細胞浸潤に差がないことを示しました。この手法は、腫瘍増殖の非侵襲的モニタリングを含む膠芽腫の前臨床試験に適用できます。
以下で説明するすべての手順を見直し、ノースウェスタン大学の施設内動物の使用およびケア委員会によって承認され、滅菌条件下で実施されているされています。
ホタルルシフェラーゼを発現するレポーターでGL261細胞の1変更
注:HIV-1ベースのレンチウイルスベクターは、脾臓フォーカス形成ウイルス(SFFV)プロモーターの制御下でホタルルシフェラーゼ(Fluc細胞)を発現します。光学レポーター遺伝子は、ベクタープラスミドpHRSIN-CSGW-dlNotIにクローニングされています。
インビトロ増殖アッセイ2.
3.腫瘍細胞移植
注:すべての機器をオートクレーブ。消毒剤(2%クロルヘキシジン溶液)を噴霧することにより、手術領域を準備し、absorbenでカバートンのカーテン。 、無菌状態を維持する手術中に無菌手術用手袋を着用し、色のテープで2つの領域に手術領域を分割するために。エリア1は、「クリーン」と表示された、滅菌供給を含んでいます。エリア2は、「ダーティ」と表示されたと使用される材料が含まれています。
4。 GL261腫瘍増殖の生物発光イメージング
インビトロでの生物発光イメージングのステップ 1で上述したようGL261細胞は、レンチウイルスを含むルシフェラーゼに感染させたヒト神経膠芽腫細胞株U87.luc陽性対照( 図1)におけるレベルに類似ロバストルシフェラーゼ発現を示しています。予想されたように、非感染GL261細胞は、バックグラウンドのルシフェラーゼ発現を示さありません。このステップは、前の安定したルシフェラーゼ発現を確認するために、感染した細胞株を用いてさらに研究するために実行する、シンプルでありながら非常に重要です。
頭蓋内注入後のルシフェラーゼ発現。
頭蓋内注入前に、GL261細胞( 図2)に比べGL261.luc の in vitroでの成長率に差を示さありませんでした。頭蓋内の増殖および生存分析のために、細胞を、BRに注入しましたGL261.luc腫瘍を有するマウスのステップ3腫瘍の増殖プロトコルに従ってC57BL / 6マウスのAINSはシリアルプロトコル手順4を用いて、生物発光イメージングのために分析し、検出可能な腫瘍増殖( 図3A)を実証しました。迅速かつ一貫GL261.luc腫瘍を有するマウスは、瀕死状態になり、安楽死させました。重要なことには、GL261.luc動物軸受GL261腫瘍( 図3B)との間の全体的な生存率の差はない。 インビボでの生物発光イメージングは、それ故、実験神経膠芽腫の治療に対する応答をモニターするために使用することができます。迅速な信頼性の腫瘍増殖及び短い全生存期間は、比較的短い時間で大量のデータを得ることができます。

GL261.luc細胞図1.ルシフェラーゼ活性。U87.luc、GL261.lucとGL261(ネガティブコントロール)細胞はの密度でプレーティングしました1.0×10 6、5.0×10 5、2.5×10 5、1.0×10 5、5.0×10 4、2.5×10 4細胞/ウェル、左から右へ。発光(光子/秒/ SR / cm 2)とルミナイメージングステーションで測定した。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図2.ルシフェラーゼ発現は、GL261細胞の増殖には影響を与えません。GL261.luc細胞は発生しません MTS細胞増殖アッセイによって実証されるように、増殖の差。平均吸光度値を比較することによって決定されるように、グラフは、1日目に比べて倍の増加を示し、(1日目での平均値にthespecified時点の比較のための不対のt検定値(平均±SEM)各細胞株の間で:P = 0.7796)、14。エラーバーは、それぞれの日に四連のサンプルの平均値(平均±SEM)を表す。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図3.ルシフェラーゼ発現は 、in vivoでの 腫瘍増殖および動物の生存 に影響を与えない用量 。 (A)生物発光の監視、C57BL / 6マウスにおける頭蓋内GL261.luc腫瘍の進行成長を示している。(B)のカプラン・マイヤー生存分析は、GL261(実線)またはGL261.luc細胞のいずれかで頭蓋内に移植したマウスの全体的な生存率に差は示さありません(破線)。この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
同系の免疫応答性C57BL / 6マウスに頭蓋内に移植された場合のGL261マウス神経膠腫細胞は、ヒト神経膠腫異種移植動物モデルと比べていくつかの利点を提供します。異種移植腫瘍の多くは正確に浸潤性ヒト疾患を再現しないカプセル化された病変として成長。これとは対照的に、GL261腫瘍は、隣接する脳内に侵入するのを示しているだけでなく、血管新生、有糸分裂像、そして深い壊死7。腫瘍免疫学や免疫療法15、16を研究するとき最も重要なのは、C57BL / 6マウスは、完全な免疫系8を保持しています。以前の研究では、ヒト膠芽腫9、10に類似の免疫抑制T制御細胞を含む免疫抑制サイトカインTGF-βおよび頭蓋内腫瘍の強い発現を示しています。
ここで説明する簡単な方法は、GL261細胞によるルシフェラーゼの安定な発現を可能にします。我々は最近、シミを報告していますin vitroおよび GL261細胞と比較GL261.luc細胞の in vivoでの成長のLARは、同様の腫瘍の組織学的特性および免疫細胞に加えて17を浸透させます。 GL261.luc細胞を安定光子、従って検出可能な光に化学エネルギーに変換する基質ルシフェリンの酸化を触媒するルシフェラーゼを発現します。ルシフェリンは、安全に動物に投与し、腹腔内または静脈内注射後に血液脳関門を通過することができます。マウスのような小型の研究動物において、生物発光は、非侵襲的な方法11で外部から検知することができます。したがって、腫瘍増殖が直列動物の犠牲または高価なMRIまたはCT撮影を必要とせずに評価することができます。
プロトコルにおける重要なステップは、レンチウイルス形質導入だけでなく、任意のin vivo実験を開始する前に、in vitroでのルシフェラーゼの安定な発現の検証だけでなく、を含みます。伝達の損失がrequiがありリピートレンチウイルス感染の再。発現ベクターへの抗生物質耐性遺伝子の導入はまた、ルシフェラーゼ発現について選択するために使用することができます。細心の技術は、再現性の異なる治療群の比較を可能にするために正確な解剖学的位置における細胞の一貫した数を配置するために頭蓋内注入のために必要とされます。現在の研究およびルシフェラーゼを発現するGL261細胞の以前の研究の主な違いは、定位フレーム18の使用と比較して細胞を移植するためのフリーハンドの技術を使用することです。我々は以前フリーハンドテクニック19と整合注入の結果を示しました。フリーハンド技術の利点は、異なる治療薬のハイスループット分析を実行する能力です。私たちの手では、1時間で約60匹の動物を移植することができます。
技術を習得した後、技術の将来のアプリケーションは無限です。 GL261 demonstrとして有糸分裂のATE上昇し、ヒト膠芽腫に類似の腫瘍の急速な成長は、抗増殖治療を評価することができます。 GL261腫瘍は浸潤性及び血管形成であると同様に、抗浸潤および抗血管新生療法を使用することができます。人間のターゲットに向けた化学療法剤の効果を評価する際には注意が必要です。ルシフェラーゼ20を発現するヒト神経膠芽腫異種移植片を用いた以前の研究と比較すると、これは我々のモデルの限界と考えられます。また、腫瘍増殖の免疫療法戦略の効果は、GL261異種移植モデルで試験することができます。
開示すべき利益相反はありません。
技術支援を提供してくださったRajwant Kaurに感謝いたします。マックスウェル・トムには、レンチウイルスの調製にご協力いただき、誠にありがとうございます。この研究は、UCSFのReza and Georgianna Khatib Endowed Chair in Skull Base Tumor Surgeryと、ノースウェスタン大学のMichael J. Marchese教授兼教授の支援を受けました。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| D-ルシフェリン、カリウムソルト、 | ゴールド、バイオテクノロジー、 | LUCK-100 | 光から離れて保管 |
| リビングイメージソフトウェア | 、キャリパー、ライフサイエンス | 、引用の連絡先 | 、なし |
| Xenogen Lumina | キャリパー、ライフサイエンス | 引用の連絡先 | 、なし |
| 24ウェル;標準的な組織培養;平底 | Falcon | 353047 | |
| CellTiter 96 AQueous One Solution Cell Proliferation Assay | Promega | G3582 | none |
| Synergy 2 Multi-Mode Reader | BioTek | Contact for Quote | none |
| 96ウェル アッセイプレート、ブラックプレート、蓋付き透明底、組織培養 Tretaed | Coster | 3603 | none |
| Ketaset | ファイザー | NDC 0856-2013-01 | コントロール物質 |
| キシラジン | Sigma-Aldrich | 23076-35-9 | なし |
| 28Gニードル(シリンジ付き) | フィッシャー | 22-004-270 | 別名インスリン注射器 |
| 2% クロルヘキシジン | フィッシャー | NC9756995 | 別名 "ノルバサン" |
| 3%過酸化水素 | フィ | ッシャーH312P-4 | |
| 眼科軟膏 | ディナルヘルス | 1272830 | 別名」から離れて保管アクワの涙」 |
| 25G 1 1/2 針 | BD ベクトン ディキンソン | 305127 | なし |
| 使い捨てメス | フェザー | 2975 | No. 21 |
| ガーゼ | フィッシャー | 22028563 | オートクレーブ 使用前に |
| 加熱パッド | ダンラップ | HP950 | なし |
| スキン ホッチキス、ステープル、リムーバー | ストールティング | 59020 | なし |
| PDI アルコール 準備パッド | フィッシャー | 23-501-711 | なし |
| 反射 7 mm 傷口クリップ 100 パック | ブレインツリー サイエンティフィック、INC | 203 1000 | 使用前のオートクレーブ |
| 反射 7 mm 傷口クリップ アプライヤー | ブレインツリーサイエンティフィック、INC | 204 1000 | 使用前のオートクレーブ |
| 反射 7 mm 傷口クリップリムーバー | ブレインツリーサイエンティフィック、INC | 205 1000 | なし |
| シングルエンド ラウンドチップ スワブ ウッドハンドル付き | Qosmedix | 10107 | オートクレーブ使用前 |
| Ca2+およびMg2+を含まないハンクス平衡塩溶液(HBSS) | Gibco | 14170-112 | なし |
| Hamilton Syringe | Hamilton | 80300 | なし |
| FuGENE 6 トランスフェクション試薬 | Promega | E2961 | なし |
| Bone Wax | Harvard Apparatus | 599864 | なし |