この原稿は、腫瘍低酸素症が転移に及ぼす影響を直接テストし、その作用メカニズムを解読することを可能にする動物モデルの開発について説明しています。ここで説明する実験はユーイング肉腫に焦点を当てていますが、同様のアプローチを他の腫瘍タイプにも適用できます。
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方法論記事
* These authors contributed equally
この原稿は、腫瘍低酸素症が転移に及ぼす影響を直接テストし、その作用メカニズムを解読することを可能にする動物モデルの開発について説明しています。ここで説明する実験はユーイング肉腫に焦点を当てていますが、同様のアプローチを他の腫瘍タイプにも適用できます。
Hypoxiaは、臨床観察とin vitroデータにより、ユーイング肉腫(ES)の転移に関与しているとされていますが、その転移促進効果の直接的な証拠はなく、その作用の正確なメカニズムは不明です。ここでは、ES播種に対する腫瘍低酸素の影響を直接テストし、関与する根本的な経路の調査を可能にする動物モデルを報告します。このアプローチは、ES細胞の同所性異種移植と、後肢虚血を誘発する大腿動脈結紮術(FAL)という2つの確立された実験的戦略を組み合わせたものです。ヒトES細胞をSCID/ベージュマウスの腓腹筋に注入し、原発腫瘍を250mm3のサイズに成長させました。この段階で、腫瘍を切除するか(対照群)、動物をFALにさらして腫瘍低酸素症を作り出し、続いて3日後に腫瘍を切除しました。FALの有効性は、腫瘍組織における低酸素プローブ-1の結合の有意な増加、重度の腫瘍壊死、および原発腫瘍増殖の完全な阻害によって確認されました。重要なことに、虚血のこれらの直接的な影響にもかかわらず、低酸素腫瘍からの腫瘍細胞の播種が促進されることが観察されました。この実験的戦略により、同じサイズでありながら大幅に異なるレベルの低酸素症の原発腫瘍の転移特性の比較分析が可能になります。また、in vivoでの転移性腫瘍の進行中に発生する低酸素誘発性変化のメカニズムの基礎をさらに評価するための新しいプラットフォームも提供します。さらに、このモデルはES細胞を使用して確立されましたが、この実験戦略は、他の肉腫や、血液供給経路が明確に定義された部位に同所的に移植された腫瘍における低酸素症の影響をテストするために使用できると期待しています。
ユーイング肉腫(ES)は、小児および青年に影響を与える積極的な悪性腫瘍です。 1腫瘍は一般的に手足に、軟部組織および骨に開発しています。転移の存在が、ES患者のための単一の最も強力な予後不良因子であるが、その開発の基礎となるメカニズムは不明です。 2腫瘍の低酸素状態は、ESの進行に関与するいくつかの要因の一つです。 ES患者において、腫瘍組織内の非灌流領域の存在は、予後不良と関連しています。 図3は、 インビトロにおいて 、低酸素症は、ES細胞の侵襲性を増加させ、プロ転移性遺伝子の発現を誘発します。しかし、証拠のこれらの行にもかかわらず、低酸素誘導ESの進行および普及のためには直接の証拠が存在しない4-6。また、低酸素症は、このような効果を発揮する機構は、現時点では不明です。したがって、我々は、in vitroデータおよび臨床obser に既存の間のギャップを埋めるためにin vivoモデルを作成しましたvations。このモデル系は、ex vivoでの病理学的および分子分析( 図1)と組み合わせて、 インビボでの腫瘍の進行と転移に追従するように、磁気共鳴イメージング(MRI)を使用して、それらの自然環境で発生する腫瘍の低酸素の影響の直接的検査を可能にします。
ESの確立さトランスジェニックモデルは、現在利用可能ではないので、これらの腫瘍の転移特性に関するin vivo試験は、免疫不全マウスにヒト細胞の注射に依存しています。免疫学的障害の動物の使用は、疾患の進行の免疫系の影響を過小評価することができるが、ヒト細胞を使用する能力は、このような研究の翻訳可能を増加させます。異なる異種移植モデルの中では、尾静脈への全身注射は、実行するのが最も簡単です、まだ彼らは、腫瘍細胞の血管内の最初のステップを省略し、成長のプライマリサイトから脱出します。一方7-12、orthoto骨への腫瘍細胞の注射を伴うPICの異種移植、(大腿骨、肋骨)または筋肉は、より技術的に困難なだけでなく、より生物学的に関連するヒト癌のです。 13-16しかし、過去には、原発腫瘍の急速な成長に関連した高い罹患率は、多くの場合、転移の開発の前に殺処分を必要としています。本研究では、MRIによって転移進行の長手方向の監視と合わせ、得られた原発腫瘍の切除に続いて腓腹筋への細胞注射の以前に確立されたモデルを採用しました。筋肉や骨- -脛骨に近接した腓腹筋に17,18このような注射は、2つの固有のES環境において腫瘍増殖を可能にし、一般的にヒトでの影響を受けた場所に遠隔転移が生じます。 18これにより、このモデルが正確に疾患の進行中に、ES患者に発生する転移プロセスを再現します。
テント ">下側後肢における原発腫瘍の局在化は、腫瘍組織への血液供給の正確な制御を容易にする。大腿動脈結紮(FAL)が遠位領域への血流を遮断するために、血管新生の研究に利用されるよく確立された技術であります脚部と虚血に応答して、組織の血管新生を調査する。19,20重要なのは、血流の初期低下が担保血管の開口部と、ほぼ3日FAL後に観察される組織の再灌流が続いている。20このように、腫瘍を有する肢で実行、このモデルは、急速に成長する腫瘍で自然に発生する低酸素/再灌流イベントを再作成し、新しくオープンした側副血管を経由して下位後肢への灌流の回復による転移性腫瘍細胞の脱出を可能にします。21腫瘍サイズがある場合に重要なのは、この手順を実行する必要があります(典型的には、腫瘍を有するウシ容量で対照腫瘍における過剰な低酸素症を防止するのに十分に小さいですコントロールとFAL処置群間の腫瘍低酸素のレベルの有意な差を確保し250 mm 3で)、 - 150の梅。ES待ち時間および転移の頻度の低酸素の影響の長手方向の監視に加えて、このモデルは、組織の収集および原発腫瘍および転移の両方から新たな細胞系の開発を可能にします。重要なことには、以前の研究は、転移由来の細胞株は、腫瘍の播種は、腫瘍細胞の表現型の永久的な変化に関連し、それによって転移プロセスを解読するために、これらの細胞株の使用を検証していることを示す、動物に再導入時に強化転移の可能性を示すことを確立しました。 図18は、集合的に、これらのモデルは、現在、低酸素誘導性の転移の経路を識別するために必要な遺伝的および分子分析のために使用することができます。
低酸素症のような様々なトンの悪性度を高めるプロ転移因子でありますumors、我々のモデルは、例えば、骨肉腫および横紋筋肉腫のような自然に手足に発症する他の腫瘍タイプにおける低酸素の役割を調査するためのプラットフォームとして使用することができます。 21-23はまた、同様のアプローチは、血液供給の明確に定義された経路と他の解剖学的部位で増殖する悪性腫瘍に適用することができます。最終的に、モデルを変更することができ、その有用性はさらに、個々の研究の必要性に応じて、延長しました。
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すべての手順は、ジョージタウン大学施設内動物管理使用委員会によって承認されました。
同所注射用1.細胞調製
腓腹筋へのES細胞の2同所注射
3.原発腫瘍の増殖を監視
腫瘍を有する後肢に低酸素症を誘発するため4.大腿動脈結紮(FAL)
脚切断術5.原発腫瘍切除
注:ふくらはぎのサイズは、対照群のための250ミリメートル3または低酸素グループのFALの3日後に到達したときに、腫瘍を有する下後肢を切断します。
転移の存在6.監視マウス
7磁気共鳴イメージング検出転移に対する(MRI)
8.安楽死と剖検
9.初代細胞培養
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腓腹筋へのES細胞の注入後、原発腫瘍が250ミリメートル3のふくらはぎのサイズに成長することが許可されている( 図1、2)。それぞれ、SK-ES1異種移植片のためTC71 20-25日間、15日間 - 腫瘍は、通常、このボリュームに到達するために必要な時間は、10の範囲です。 250 mm 3で展示内因性低酸素症の比較的低レベルのウシ体積における腫瘍はhypoxybrobe -1(ピモニダゾール)に基づいて、(腫瘍組織の約3%)( 図4A、C)で染色します。重要なことに、これらの対照腫瘍において、hypoxyprobe-1についての陽性染色は、血管系から離れており、細胞死( 図4A)を受けるように開始腫瘍細胞において、 すなわち 、生理学的低酸素領域でのみ観察されました。健常な腫瘍組織の大部分がhypoxyprobe-1に対して陰性のままで、このような染色は、特徴的な「エアーブラシ」パターンを示します。<...
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腫瘍が250ミリメートル3のふくらはぎのボリュームに達したときに切断が続く後肢に開発することが許可されている対照群、および低酸素曝露群で腫瘍-我々のモデルは、2つの実験群における転移の比較を含みます軸受後肢は3日後に切断、続いて、同じ音量でFALに供されます。対照腫瘍と比較して、これらの実験でFAL処理された腫瘍は、少し遅れて切断されているにもかかわらず、その大きさは、連結および切断の間に3日間の期間中に増加しません。したがって、このアプローチは、同等サイズのが、低酸素症の劇的に異なるレベルを有する腫瘍間の転移能の比較を可能にします。対照的に、偽手術を使用して、腫瘍増殖を3日間、続いて外科的介入のために一般的に利用される制御は、偽手術治療で、実験群の間で腫瘍サイズの有意な差をもたらします内因性の低酸素症の有意なレベルを有する原発性腫瘍を編。パイロット実験に基づいて、偽手術が大幅に腫瘍増殖または低酸素レベルに影響を与えないので、実験の設計から除去することができます。代わりに、同様の大きさと異なる低酸素レベルの腫瘍を比較した戦略は、疾患の普及に低酸素の影響を解明するための関連性の高いモデルです。重要なことは、i...
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著者らは開示するものは何もない。
この作業は、国立衛生研究所(NIH)の助成金によって支援されました:臨床およびトランスレーショナルサイエンス賞プログラムを通じて、1RO1CA123211、1R03CA178809、R01CA197964、および1R21CA198698がJKにUL1RR031975 UL1TR000101)。MRIは、Georgetown-Lombardi Comprehensive Cancer CenterのPreclinical Imaging Research Laboratory(PIRL)で実施され、組織処理はGeorgetown-Lombardi Comprehensive Cancer CenterのHistopathology & Tissue Shared Resourceで実施されました。これらはいずれもNIH/NCI助成金P30-CA051008の支援を受けています。 著者らは、ノースカロライナ大学チャペルヒル校細胞生物学・生理学部のDan Chalothorn氏とJames E. Faber氏に対し、死後X線血管造影への協力と、側副形成に関する知見と専門知識を提供していただいたことに感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| SK-ES1 ヒト ユーイング肉腫 (ES) 細胞 | ATCC | ||
| TC71 ヒト ES 細胞 | Dr. Toretsky | ||
| McCo's 5A (modified) Medium | Gibco by Life Technologies | 12330-031 | |
| RPMI-1640 | ATCC | 30-2001 | |
| PBS | Corning Cellgro | 21-040-CV | |
| FBS | Sigma-Aldrich | F2442-500mL | |
| 0.25% トリプシン-EDTA (1x) | Gibco by Life Technologies | 25200-056 | |
| ペニシリン-ストレプトマイシン | Gibco by Life Technologies | 15140-122 | |
| Fungizone®抗真菌剤 | Gibco by Life Technologies | 15290-018 | |
| MycoZap™予防的 | ロンザ | VZA-2032 | |
| I型ラットテール高濃度 | BDバイオサイエンス354249 | ||
| SCID/ベージュマウス | ランまたはチャールズリバー250 | (チャールズリバー)または18602F(ハーラン) | |
| 1mlインスリン注射器、恒久的に取り付けられた28 G½ニードル | BD | 329424 | |
| 生理食塩水(0.9%塩化ナトリウム注射、USP) | Hospira、INC | NDC 0409-7984-37 | |
| デジタルノギス | World Precision Instruments、Inc | 501601 Surgical | |
| Tools | Fine Science Tools | ||
| Rimadyl(Carprofen)注射 | Zoetis | ||
| Hypoxyprobe-1 (ピモニダゾール塩酸塩固体) | HPI, Inc | HP-100mg | |
| hypoxyprobe-2 (CCI-103F-250 mg) | HPI, Inc | CCI-103F-250mg | |
| ポビドンヨード スワブスティック | PDI | S41350 | |
| 滅菌アルコール調製パッド | Fisher HealthCare | 22-363-750 | |
| LubriFresh P.M. (眼の潤滑剤軟膏) | 主要なPharaceuticals | NDC 0904-5168-38 | |
| VWRの防水湿気の障壁VWR | 56617-014が付いている | ||
| オスターゴールデンA5シングルスピード獣医クリッパーサイズ50ブレードオ | スター078005-050-002(クリッパー)、078919-006-005(ブレード) | ||
| ネールローションベビーオイル教会 | &ドワイト株式会社 | ||
| シルク 6-0 | サージカル スペシャリティーズ コーポレーション | 752B | |
| プロレン (ポリプロピレン) 縫合糸 6-0 | エチコン | 8680G | |
| ビクリル (ポリグラクチン 910) 縫合糸 4-0 | Ethicon | J386H | |
| フィッシャーブランド アプリケーター (精製綿) | Fisher Scientific | 23-400-115 | |
| GelFoam 吸収性歯科用スポンジ - サイズ 4 | ファイザー 医薬品 | 9039605 | |
| オートクリップ 創傷クリップ アプライヤー | BD | 427630 | |
| 実体顕微鏡 | オリンパス | SZ61 | |
| オートクリップ リムーバー | BD | ||
| Aound クリップ | BD | 427631 | |
| MRI 7 Tesla | Bruker Corporation | ||
| Paravision 5.0 software | Bruker Corporation | ||
| CO2 安楽死システム | VetEquip | ||
| 25 G 5/8 針 (心臓穿刺用) | BD | 305122 | |
| 0.1 ml 注射器 (テル | モ | SS-01T | |
| K3-EDTA マイクロチューブ 1.3 ml | Sarstedt | 41.1395.105 | |
| 10% ニュートラル バター ホルマリン | フィッシャー サイエンティフィック | SF100-4 |
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