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方法論記事

定量的および前臨床治療の縦評価のための転移性腎細胞癌の同系マウスモデル

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DOI:

10.3791/55080

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2017年4月12日

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1Department of Urology, University of Minnesota, 2Masonic Cancer Center, University of Minnesota, 3Microbiology, Immunology, and Cancer Biology Graduate Program, University of Minnesota, 4Department of Medical Microbiology, Immunology and Cell Biology, Southern Illinois University School of Medicine, 5Simmons Cancer Institute

* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

免疫適格マウスにおける腎細胞癌の同所性モデルの実装では、研究者、同じ動物における原発性腎腫瘍および肺転移の存在によって定義される臨床的に関連するシステムを提供します。このシステムは、前臨床in vivoでの様々なトリートメントをテストするために使用することができます。

要約

腎細胞癌（RCC）は、毎年米国では> 60,000人に影響を与え、〜RCC患者の30％が診断時に複数の転移を持っています。転移性RCC（MRCC）はわずか18ヶ月の生存期間中央値と、不治です。免疫ベースの介入（ 例えば、インターフェロン（IFN）およびインターロイキン（IL）-2）MRCC患者の割合で耐久性応答、及びマルチキナーゼ阻害剤（ 例えば、スニチニブまたはソラフェニブ）または抗VEGF受容体モノクローナル抗体（モノクローナル抗体）を誘導しています完全寛解は稀であるとして、主に、緩和的。 MRCC患者のための現在の治療法ではこのような欠点は、新規治療プロトコールの開発のための理論的根拠を提供しています。 MRCCのための新たな治療法の前臨床試験における重要な構成要素は、適切な動物モデルです。人間の条件を再現有益な特徴は、任意の治療主導免疫effectoを調査するために原発性腎腫瘍、腎腫瘍転移、および無傷の免疫系を含みますR応答および腫瘍誘発性免疫抑制因子の形成。この報告書は、これらの機能のすべてを持っている同所MRCCマウスモデルを記述しています。我々は、腫瘍の腎臓の成長（プライマリサイト）と肺（転移部位）の評価に続いて、マウスの腎腺癌細胞株でRencaを使用して、腎内注入技術を説明します。

概要

腎細胞癌（RCC）は、悪性腎腫瘍の大部分を占め、全成人悪性疾患の約3％世界中で1、2。症状の欠如、誤診、及びRCCのために不十分なスクリーニングツールのために、患者のほぼ30％は、転移性ステージ2に進行患者の追加の20〜30％で、診断時に転移性RCC（MRCC）を呈するであろう。これらのケースは、毎年〜13,500人の死亡1、3になります。主RCCの早期発見と治療が改善したものの、RCC関連死の割合は、転移性疾患が死亡3のために主に責任があることを示唆し、増加し続けています。 RCCのための治療法の開発が発見し、標的療法と免疫療法の実施で過去10年間に進展しています。残念ながら、無進行survivAl及び高度症例の全生存率は依然として患者4、5、6の大部分のウェルの下で2年です。これらの統計は、RCCのための効果的な治療法の同定および開発へのさらなる研究の必要性を保証します。適切MRCCのための治療的介入を進めるために、疾患の翻訳関連前臨床モデルが最初に必要とされています。

高度なRCCの人間の状態を再現するために適切かつ一貫性のあるモデルの開発は、いくつかの重要な質問に対処すべきである：1）解剖学的に関連したモデルです。 2）ヒト病理と同様に腫瘍の進行をありません。 3）転移は、原発腫瘍から発生するようにしてください。そして4）原発性および転移性腫瘍の進行を経時的にモニターすることができますか？調査中の治療の種類に応じて、マウスRCCの腫瘍細胞株、ヒトRCCの腫瘍細胞株、およびヒトRCC患者由来xenogラフトは、免疫応答性や免疫不全マウスに使用することができます。無傷のおよび機能的な免疫系を有する宿主は、Balb / cマウス7の自発腎腺癌に由来するよく記載のRenca細胞株の使用を必要とする、免疫療法のいくつかの局面を評価するこれらの研究のために必要とされます。ほとんどの研究は、実験的肺「転移」8、9、10、11、12を生成する（IV）Balb / cマウスに静脈内やすい尺度局所腫瘍を形成し、又はRENCA細胞を皮下（SC）を、注入します。ヒトRCCモデル化するためのSC注入のRenca腫瘍の使用は、血管系13の不正確な神経支配を含む多くの制限を有し、微小環境14、15、及び器官の欠如/腫瘍細胞communicにおける差異エーション13、16。さらに、多くの皮下腫瘍（特にのRenca）は、一般的な臨床特性17であるイベントの研究を阻害し、遠位の臓器に転移しません。 MRCCを研究するために、RENCA細胞は、肺、腎細胞癌患者における転移の主要な場所に腫瘍負荷を確立するために静脈注射することができます。転移性腫瘍を開始する静脈注射の方法は、しかし、どのように、または、なぜ細胞が離れた部位への主要臓器（ すなわち、腎臓）から移行しているの調査を許可していません。同じ動物で明らかに両方の原発性および転移性疾患を持つモデルは、特に、転移は通常、これらの患者の死亡の原因であることを考えると、先進的な疾患の進行と治療を研究することが重要です。

私たちの研究室では、上記で概説したすべての機能を組み込んだMRCCのマウスモデルを開発しました。 PRを確立するために、imary、同所性腫瘍は、RENCA細胞を、半透明の腹膜を介し動物の腎臓に直接注入されます。左側腹部に小さな切開（ランドマークなど）、脾臓および左腎臓の可視化を可能にします。小さなゲージの針を使用して、のRenca腫瘍細胞を同所移植のために腹膜を通って腎臓に直接注入されます。腎臓カプセル18の下方にRENCA細胞を移植する他の方法と比較して、移植のこの方法は、縫合を必要としない、かなり非侵襲的であり、低痛みクラスであり、かつ時間効率的であるように、より高いスループットを可能にします練習。

肺内注入腎臓に再現原発腫瘍量（〜99％テイクレート）ならびに転移性腫瘍負荷におけるこの十分に特徴付けられたモデルの結果。このモデルの大きな利点は、免疫療法の調査を可能に、その同系の自然を含めます。その自発的な転移は、勉強しますdvanced疾患;そしてその同所移植は、疾患の進行および治療に関する解剖学的な影響をモデル化します。 RCCをターゲットに向けた治療法が大幅に前臨床開発中のこのモデルの利用の恩恵を受けるだろう。

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プロトコル

以下のプロトコルは、実験同所性腎腫瘍および任意の潜在的な自発的転移の増殖を誘導し、監視するための実験手順を記載しています。以下の手順はすべて、実験動物の人道的使用に関する制度の方針および承認された手順に従って行われます。

細胞株の1メンテナンス

  1. 10％ウシ胎児血清（FCS）を補充したロズウェルパーク記念研究所（RPMI）1640培地、1％ペニシリン - ストレプトマイシン、及び1mMの非必須アミノ酸のそれぞれ、L-グルタミンに、マウス腎腺癌細胞株、のRencaを維持（完全なRPMI呼ばれる）、及びピルビン酸ナトリウム。 37℃でインキュベーター、5％CO 2で培養細胞。
    注：任意の株化細胞と同じように、長期的なカルト後に発生する可能性のある表現型または遺伝的変化を最小限にするために、トランスフェクションとその後の移植のための低継代数RENCA細胞を使用することをお勧めしますURE。
    1. 安定した緑色蛍光タンパク質（GFP）とホタルルシフェラーゼを発現するようにRENCA細胞を操作するトランスポゾンシステムを使用します。
      1. カチオン性リポソームベースのトランスフェクション試薬、トランスポザーゼ発現ベクター（PPGK-SB11）及びホタルルシフェラーゼの発現のためのトランスポゾンをコードするベクター、ならびにGFPための融合をコードする遺伝子およびゼオシン耐性遺伝子と同時トランスフェクトRENCA細胞を用い両方の双方向プロモーターの転写制御下（PKT2 / LuBiG）19。
      2. 二日後、限界希釈でトランスフェクトした細胞をプレートし、細胞を完全RPMI中で展開することを可能にするゼオシン（300μgの/ ml）を補充しました。フローサイトメトリーにより各クローンにおけるGFP発現を確認してください。これらの細胞は、のRenca-GLと呼ばれています。
        注：限界希釈クローニングには、選択した細胞は、単一細胞に由来することが可能になります。
  2. intrarenally RENCA細胞を移植するために、RENCA細胞Iを準備ハンクス平衡塩溶液（HBSS）で2×10 6細胞/ mLの単一細胞懸濁液NTO。
    1. HBSS中の0.25％トリプシンを用いて組織培養フラスコから付着RENCA細胞を除去します。 〜5分後、トリプシンを中和し、洗浄用遠心管に細胞を転送するフラスコに、完全RPMIを追加します。遠心分離機25°Cで5分間300 gで相対遠心力（RCF XG）の細胞。
    2. 上清を除去し、HBSSで細胞を懸濁します。血球計数器を用いて細胞をカウントし、2×10 6細胞/ mLを得たHBSSで音量を調整します。
    3. 細胞上の剪断応力を防止するために、18ゲージの針を取り付けた1-mLシリンジに細胞を描きます。腫瘍細胞の注射の前に28ゲージの針18ゲージ針を交換してください。 0.1ミリリットルの注射は、腎臓に2×10 5個の細胞を送達します。

2.手術領域の準備

  1. 無菌の手術を準備加熱パッド上に滅菌外科用ドレープを配置することにより、安全キャビネット内の領域。ピンセット、メス、ハサミ、点眼剤、5％ポビドンヨード消毒、および滅菌ガーゼを含む、すべての電源を集めます。使用前に、すべての楽器をオートクレーブ。
  2. 無菌先端技術を用いて手術を行います。ビーズ滅菌器と動物の間Resterilize楽器。滅菌手袋、実験室コート、およびフェイスマスクを着用します。

3.動物の準備

  1. 制度ガイドラインに従って（それぞれ、87.5ミリグラム/ kgおよび12.5ミリグラム/ kg、腹腔内）をケタミン/キシラジンでマウスを麻酔。つま先のピンチを実行することにより、麻酔深度を決定します。
  2. 動物は非応答と見なされた場合、（指で）摘採によってBalb / cマウスに注射部位（ 例えば、左脇腹）を準備したり、シェービング（バリカンを使用して）毛皮。
  3. 手術領域に手術の準備エリア（ 例えば、住宅ケージ）からマウスを移動し、獣医に軟膏を適用します乾燥を防ぐために、目。たっぷりの5％ポビドンヨード消毒と準備切開部位を綿棒。
  4. 切開が手術前鎮痛として説明するエリアにブピバカイン塩酸塩（2.5 mg / mlとの溶液、SCの0.1 ml）を注入します。
  5. 腹膜を貫通しないように慎重に、滅菌メスやハサミを使って動物の左脇腹に - （1.5センチメートル〜1.0）単一の切開を行います。滅菌ハサミで腹膜から真皮を分離します。すべての血液を除去するために滅菌綿ガーゼで切開部位を、DAB。
  6. 脇腹をサポートするために、頭と右手を保持するために左手を使用して、両手でマウスを押したまま。
  7. 腹膜を通して脾臓を識別し、右手の指一本で、下からマウスを触診。腎臓は現在、腹膜を介して表示する必要があります。腹膜および腎全体のテンションを提供するために、動物をしっかりホールドしてください。
  8. 二人目は、腫瘍のCEを注入していますLLS（セクション1.2で調製した。）完全な腹膜を介して28ゲージの針を取り付けた1-mLのシリンジを用いて、腎臓の中心に。ゆっくり細胞の0.1mLの（2×10 5）を送達します。細胞の逆流を減らすために10秒 - 細胞が注入されると、5のための場所に針を保持します。細胞を注入する人はマウスを持っている人の指に近接に針をもたらすだろうと、このステップの間に細心の注意が必要に注意することが重要です。
  9. 針を外し、シアノアクリレート組織接着剤の薄層で切開部を閉じます。
  10. 滅菌ペーパータオルできれいなケージに戻って動物を置きます。動物は、加熱パッド上で回復できるようにします。回復期間中に無人の動物を放置しないでください。彼らは直立し、胸骨されるまでの標準的な住宅事情に動物を返さないでください。実験動物を使用して、すべての手順で制度的なガイドラインに従ってください。

4.バイオ発光イメージング

  1. 生物発光イメージングによる腫瘍の成長を監視します。
    注：生物発光イメージングを行うための手続きの詳細は、リムらから得ることができます。 20ルシフェラーゼシグナルは、腫瘍細胞移植後早くも24時間として検出することができます。このモデルには外部に見える腫瘍がないので、定期的に腫瘍の成長を監視することが不可欠です。設計された実験に応じて、同所性腫瘍増殖は、時間の長さを変化させるために進むことができます。ルシフェラーゼ発現RENCA細胞を使用する利点の1つは、腫瘍増殖を繰り返し実験期間中一定の間隔で同じ動物で監視することができ、腫瘍を有すると腫瘍のない臓器の特定の問い合わせがで行うことができることですエンドポイントを定義しました。
    1. ルシフェリンのIP（無菌PBS中の15 mg / mlと溶液0.1ml）を注入し、それが生物発光イメージングシステムにマウスを配置する前に10分間循環することを可能にします。 MOを配置その背側を上にして使用し、上向きに注入腎臓を持っているために、その側に少し巻い。
    2. 画像解析ソフトウェアを使用して関心のある規定された領域（ROI）内の第2あたり放出される光の光子における腫瘍量（光子束）を測定します。
  2. 個々の器官における腫瘍負荷の定量。
    注：定量は、安楽死させたマウスからのそれらの除去後に個々の器官に定義された時点で行うことができます。
    1. ステップ4.1のように、ルシフェリンをマウスに注入します。
    2. 10分後、承認された手順を使用して、マウスを安楽死させます。
    3. 関心の臓器うち解剖する（ 例えば、腎臓および肺を、以下のセクション5を参照）。 35×10mmのペトリ皿に組織を移し、生物発光イメージングシステムにそれらを置きます。
    4. 画像解析ソフトウェアを使用して定義されたROI内の第2の（光子束）あたりの放出された光の光子における腫瘍負荷を測定します。
e_title "> 5。オルガン収穫

  1. 個々の実験のために定義されたエンドポイントで、好ましい制度ガイドライン（ 例えば、CO 2、頚椎脱臼、麻酔の過剰摂取）によれば、腫瘍を有するマウスを安楽死させます。肺は墨汁インフレ後に収集されるようにしている場合は、頸椎脱臼を避けます。
  2. 湿潤器官重量を測定することにより、注入腎臓における原発性腎腫瘍増殖の肉眼的評価を行います。
    1. （G）に腫瘍質量を決定するために、21を分離し、腫瘍を有する腎臓および腎臓重量の差は、腫瘍塊を定義同じマウスから反対側の腎臓の重量を量ります。慎重にその重量を測定する前に摘出した腎臓から余分な結合組織を離れて解剖。
  3. 前切除に墨汁で肺を膨らませると、すぐにFeketeの溶液中の肺を固定することにより、肺に腫瘍転移の程度を評価小娘= "外部参照"> 22。肺表面上の転移病変の手動計算は、実行することができます。
    1. 胸郭を通じて、半ば腹部から始まるハサミを使用して正中切開を行い、最大のネック/唾液腺による。慎重に肺組織を損なうことなく、ハサミやピンセットを用いて胸郭を削除します。
    2. 結合組織を除去することにより、気管を公開します。
    3. HBSS中の10％墨汁溶液を充填した18ゲージ針を3 mLの注射器を準備します。
    4. 鉗子を使用して、慎重に気管の下に絹縫合糸を通します。これは、一度膨張気管を縛るのに使用されます。
    5. 慎重に気管ダウン針を挿入し、ゆっくりと墨汁溶液で肺を膨らませるために注射器を押し下げます。約1 - 墨汁溶液1.5mLを完全に肺を膨らませるでしょう。
    6. インクの逆流を阻止するために針以下縫合糸で、いくつかの結び目を結ぶことにより、シャット気管ピンチ。
    7. Remov電子針と慎重には、膨張した肺を削除するために結合組織を切り取ります。
    8. 化学ドラフト内、Feketeの溶液5mL（95％EtOH中の35 mLの、のdH 2 O、ホルムアルデヒドを5mL、及び中氷酸性酸の2.5 mLを15 mLを含む15 mLコニカルチューブに肺を配置100mLのガラス瓶）23。
    9. 前に手動で脱色腫瘍結節を計数するために室温で48時間 - 肺は24 /脱色を修正することを可能にします。
    10. 脱色後に無傷の肺を除去し、慎重に35×10 ム・ペトリに葉によって固定肺を解剖。解剖顕微鏡下で各ローブ上の腫瘍結節（白結節）の数を数えます。

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結果

RENCA細胞の移植の成功は、マウスの肺への腎臓および転移における腫瘍発生になります。担癌と反対腎臓の切除後、湿潤組織重量（g）を増加量（ 図1）に基づいて、腫瘍負荷を示すために測定しました。 RENCA腫瘍は、サイトケラチン8および18染色（ 図2）を介して免疫組織化学によって同定することができます。縦方向の研究のために、ルシフェラーゼ発現のRenca細胞株を移植しました。生物発光イメージングは、腫瘍負荷及び時間（ 図3A）にわたって治療に対する応答を追跡するために、 インビボイメージングシステム（IVIS）を用いて行きました。肺への転移は、生物発光イメージング（ 図3B）とインドインク肺インフレ（ 図3C）によって確認されました。

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ディスカッション

私たちは、同所RCCマウスモデルのためのプロトコルを提示します。マウス腎臓へのマウスの腎腺癌腫瘍細胞の移植は、MRCCの臨床的に関連したモデルを提供します。このモデルは、高度なRCCの特徴であるどちらの肺、腎臓内および遠隔転移以内に原発腫瘍を生じます。本明細書に提示される説明は、免疫応答性Balb / cマウスでのRenca細胞株に特異的です。この同所性モデルを用いて、我々は、治療のテスト17、24、25、26、27、このモデルの有用性を実証し、のRenca腫瘍は免疫療法に応答性であることが示されています。移植のために同系腫瘍細胞株を使用する能力は、免疫学的に無傷で動物に腫瘍の進行を研究する利点を提供します。同系、同所性、および臨床的に関連characteこのシステムのristicsは、関連する前臨床モデルにおける...

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開示事項

著者は利益相反を宣言しません。

謝辞

この作品は、国立癌研究所（R15CA173657 AWとTSGにR01CA109446へ）、（AW）はシモンズがん研究所、及びMinnestoaの大学からの補助金（TSG）は4腎臓がん財団を登るによってサポートされていました。私たちは、免疫蛍光法の支援のために博士クリスティン・アンダーソン感謝します。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
人工涙液点眼軟膏AkornNDC 17478-162-35
Vetbond組織接着剤3MCBGBIW011019
ベタジン溶液(ポビドンヨード、5%)Purdue Products、L.P.NDC 67618-155-32
0.25%マルカイン(ブピババイン塩酸注射)ホスピーラ0409-1587-50 
加熱パッドサンビーム
シリンジBD309659
ガーゼベンチャー908291
ケタミンフェニックスファーマシューティカルズNDC 57319-609-02
キシラジン アコーンNDC 59399-111
ハンクs バランス塩Sigma-AldrichH2387
IVISキャリパー
D-ルシフェリン、カリウム塩GoldBioLUCK-1G
India Ink、Chartpak Inc44201
さみ
、鉗子
、眠れる森の美女 (SB) トランスポゾン システムニューロミクス
レンカATCCCRL-2947
はSBT0200

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