骨転移モデルは、一様に転移を発症したり、発生率が100%であったりすることはありません。骨内腫瘍細胞を直接注射すると、肺の塞栓術を引き起こす可能性があります。固形腫瘍移植による骨への移植を用いて原発性骨腫瘍と骨転移をモデル化し,再現性のある生着と成長に導く技術を紹介します。
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骨転移モデルは、一様に転移を発症したり、発生率が100%であったりすることはありません。骨内腫瘍細胞を直接注射すると、肺の塞栓術を引き起こす可能性があります。固形腫瘍移植による骨への移植を用いて原発性骨腫瘍と骨転移をモデル化し,再現性のある生着と成長に導く技術を紹介します。
原発性骨腫瘍または固形腫瘍からの骨転移は、痛みを伴う骨溶解性、骨芽細胞性、または混合骨溶解性/骨芽細胞性病変をもたらします。これらの病変は骨構造を損ない、病的骨折のリスクを高め、患者に限られた治療選択肢を残します。原発性骨腫瘍は遠隔臓器に転移し、一部のタイプは他の骨格部位に広がる可能性があります。しかし、最近の証拠は、多くの固形腫瘍では、骨に転移した癌細胞が、最終的に他の臓器系に転移する細胞の主要な供給源である可能性があることを示唆しています。原発性骨腫瘍のほとんどの同系または異種移植マウスモデルは、腫瘍細胞懸濁液の骨内(同所性)注射を伴う。固形腫瘍からの骨格転移の一部の動物モデルも直接骨注入に依存していますが、他のモデルでは、細胞を血管内または原発腫瘍の臓器に注入することにより、骨転移カスケードの追加ステップを再現しようとします。しかし、これらのモデルはいずれも、確実に、または100%の発生率で骨転移を発症しません。さらに、腫瘍細胞の直接骨内注射は、肺の潜在的な腫瘍塞栓術と関連していることが示されている。これらの塞栓性腫瘍細胞は生着しますが、転移性カスケードを再現しません。今回われわれは,新鮮または凍結保存された腫瘍片(腫瘍細胞と間質からなる)を低侵襲手術を用いて近位脛骨に直接移植した骨肉腫のマウスモデルについて報告した。これらの動物は、再現可能な生着、成長、そして時間の経過とともに、骨溶解および肺転移を発症した。この技術は、固形腫瘍の骨転移をモデル化するために使用できる汎用性を備えており、光学的または高度なイメージングによって追跡できる1つまたは複数の細胞型、遺伝子組み換え細胞、患者由来の異種移植片、および/または標識細胞からなる移植片を容易に使用できます。本稿では,骨への固形腫瘍移植を用いて原発性骨腫瘍と骨転移をモデル化し,この手法を実証する.
ヒトおよび動物の疾患のマウスモデルは、生物医学研究においてますます人気が高まっています。この文脈でマウスを使用することの有用性は、それらの解剖学的構造と生理学が人間に非常に似ているということです。それらは、成熟を達成するための出生後の生活における妊娠期間と期間が比較的短く、開発または購入のコストの増加は、遺伝子組み換え、免疫不全、および/またはヒト化の程度が高いことに関連していますが、比較的低コストと住居の容易さに大きく関連しています1。近交系株を使用すると、研究に含める前に、ほぼ均一な動物集団が得られます。それらのゲノムの完全な知識は、ヒトとの高度な類似性を示唆しています。多くの疾患プロセスのオーソログ分子標的がマウスゲノムで同定されており、現在、容易に入手できるマウス特異的試薬の広範なライブラリがあります。したがって、それらは、より大きな動物モデルと比較して、より迅速かつ安価な方法で比較的ハイスループット分析の機会を提供します1。さらに、特定の遺伝子の過剰発現または欠失をグローバルに、または細胞型特異的に、および/または構成的または誘導可能な方法で可能にする遺伝子編集戦略の出現により、それらはヒトおよび動物の病気の研究のための非常に生物学的に有用なモデルシステムを表しています2。
がんは、マウスモデルが大きな有用性を持つ分野の1つです。がんの遺伝子マウスモデルは、細胞が発癌性形質転換を受けるために、単独または組み合わせて、癌遺伝子または腫瘍抑制遺伝子のいずれかの発現の調節に依存しています。マウスへの初代または確立された腫瘍細胞株の注射も行われる。ヒトまたはマウスを含む他の動物種からの細胞株または組織のいずれかの導入は、依然としてin vivoで最も広く使用されている癌のモデルである。免疫不全マウスにおける異種(異種移植片)由来の細胞および組織の使用は、最も一般的に行われている2。しかしながら、宿主およびレシピエントの両方が同じ種のものである同種移植腫瘍細胞または組織の使用は、同系系において同じ宿主マウス系統と組み合わされたときに無傷の免疫系との相互作用を可能にする3。
原発性骨腫瘍または固形腫瘍からの骨転移は、痛みを伴う溶骨性、骨芽細胞性、または混合骨溶解性/骨芽細胞性病変をもたらします3,4。これらの腫瘍は骨構造を損ない、病的骨折のリスクを高め、患者に限られた治療選択肢を残します。原発性骨腫瘍は遠隔臓器に転移し、一部のタイプは他の骨格部位に広がる可能性があります。乳がん患者では、骨は最初の転移の最も一般的な部位であり、転移性疾患の最も頻繁な最初の症状部位です5,6。さらに、播種性腫瘍細胞(DTC)は、他の臓器の転移の診断前に骨髄に存在し、その発症を予測します7。したがって、骨に存在する癌細胞は、最終的に他の臓器系に転移する細胞の源であると考えられています。固形腫瘍転移の多くのマウスモデルが存在し、主に肺およびリンパ節に転移を発症し、腫瘍の種類および注射技術によっては、潜在的に他の臓器系3。しかし、骨転移のマウスモデルは、マウスが原発腫瘍量または他の臓器への転移からの早期除去基準に達する前に、部位特異的な骨格転移を確実に再現可能に生じ、骨転移を発症するモデルを欠いている。我々は、マウスの近位脛骨への固形腫瘍同種移植の外科的移植に依存する原発性骨腫瘍骨肉腫のモデルを報告した8。骨腫瘍はマウスの100%で形成され、88%が肺転移を発症しました。この転移の発生率は、臨床的に一般的に報告されているもの(~20-50%)を超えていますが、肺が骨肉腫の最も一般的な転移部位であるため、非常に興味深いものです9,10,11。このモデルは原発性骨腫瘍のモデリングに有利ですが、乳房、肺、前立腺、甲状腺、肝臓、腎臓、胃腸腫瘍などの他の骨刺激性固形腫瘍からの骨転移のモデリングにも大きな有用性があります。
このモデルの開発の理論的根拠は、原発性骨腫瘍または骨転移をモデル化するために、典型的には近位脛骨または遠位大腿骨への従来の骨内注射に代わるものを開発することでした12。私たちの主な目標は、この技術の既知の制限、すなわち肺の腫瘍塞栓術を軽減することでした。これは、これらの塞栓性腫瘍細胞の生着と、肺に転移する確立された原発性骨腫瘍からの完全な転移カスケードを再現しない「人工性転移」をもたらします8,13。これは、確立された骨転移が離れた部位に広がる場合の状況でもあります。さらに、この技術は、同所性または血管内注射技術と比較して、骨内および均一な部位での腫瘍の生着および成長の発生率を高める骨転移のモデルを作成するためにも開発されました。このモデルには、これらの説明されている手法に比べて明確な利点があります。このモデルには、骨への腫瘍細胞の制御された一貫した送達が含まれます。また、肺塞栓術後の人工肺転移を回避し、ベースラインの均一な研究集団を確立します。このモデルでは、原発腫瘍や他の臓器への転移に起因する早期除去基準のリスクなしに、部位特異的腫瘍の利点があります。最後に、このモデルは、患者由来の異種移植片の使用を含む、変更のための大きな有用性を有する。
提示されたモデルは、外科的アプローチの後に骨に直接細胞懸濁液注入を行い、その後皮質を介して注入するか、皮質に小さな欠陥を作った後に骨髄腔に送達するのと類似しています(髄腔のリーマ化の有無にかかわらず)8,14,15,16,17 .ただし、腫瘍同種移植片の移植により、この手法は明らかに異なります。したがって、このレポートの目的は、前述のモデルの多くの制限を克服する原発性骨腫瘍と固形腫瘍からの骨転移のこのモデルを実証することでした。細胞培養、マウスモデル、マウス麻酔と手術、マウス解剖学の経験を持つ研究グループは、マウスの原発性骨腫瘍または骨転移をモデル化する技術を再現するための設備が整っています。
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記載されているすべての動物実験は、英国ケンブリッジのケンブリッジ大学の施設動物管理および使用委員会によって承認されました。
1. 細胞株の調製
2.動物
3.皮下腫瘍
4.皮下腫瘍片の外科的移植
5. シリアルおよびエンドポイント評価
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肯定的な結果は、腫瘍の生着と時間の経過に伴う進行性の腫瘍の成長に関連しています。腫瘍の種類によっては、骨内腫瘍の成長が進行性後肢の跛行と関連している可能性がありますが、多くの腫瘍は付随する骨疾患の兆候にもかかわらず跛行を引き起こしません。生着の成功は高度なイメージングで文書化され、目的の細胞株の骨表現型(溶骨性、骨芽細胞性、または混合骨溶解性/骨芽細胞性転移)に関連する近位脛骨に進行性のX線写真、μCT、またはμMRIの変化があります(図1)8。前回の報告では,移植後1週間で近位脛骨に皮質欠損が認められた(図1A)。2週目までに、皮質欠損に隣接して目に見える骨溶解および骨リモデリングがあった。2〜5週目から、進行性の骨破壊と、腫瘍の生着と成長に関連する新しい骨の形成がありました(図1B-E)。レポーター遺伝子を持つ細胞株の場合、骨の変化は、時間の経過に伴う蛍光または生物発光イメー...
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このレポートは、腫瘍同種移植片の脛骨内移植後の原発性骨腫瘍または骨転移を作成するためのモデルを文書化しています。このプロセスにはいくつかの重要なステップがあると考えています。腫瘍細胞懸濁液の皮下注射と得られた腫瘍断片の脛骨内埋入の両方について、安全な麻酔面を確立する必要があります。皮下同種移植片の除去および同種移植片の脛骨内埋入の両方のための手術部位の滅菌調製物があるべきである。腫瘍同種移植片の断片は、その後の脛骨内移植のために均一に作成する必要があります。腫瘍片の移植のために、近位脛骨に適切なサイズの欠陥を作成する必要があります。術後の創傷合併症のリスクを減らすために、外科的皮膚創傷を完全に閉じる必要があります。最後の重要なステップは、皮下注射用の腫瘍細胞懸濁液の一部として細胞外マトリックスを使用する場合、注射前の懸濁液の固化を避けるために、メーカーが推奨する取り扱い指示書を使用する必要があることです。四肢の適切な滅菌準備、滅菌術中技術、および完全な創傷閉鎖により、術後の外科的創傷合併症の可能性が最小限に抑えられます。
移植された腫瘍の特徴と外科的技術は、研究集団に組み込むための...
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ヒルドレス博士は、NIHから賞番号K01OD026527で資金提供を受けました。 コンテンツは著者の責任であり、必ずしもNIHの公式見解を表すものではありません。
著者らは、この技術の開発に対するベス・チャフィー博士、DVM、PhD、DACVPの重要な貢献を認めています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| #15メスの刃 | ヘンリー・シャイン社 | 75614 | なし |
| 6ウェル組織培養プレート | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 10578911 | 腫瘍片のミンチに使用されます。細胞培養にも使用できます |
| エイブラムス骨肉腫細胞株 | 該当 | なし 該当なし | なし |
| イソフルラン気化器と酸素タンクを備えた麻酔器 | VetEquip | 901805 | なし |
| 動物体重計 | ケントサイエンティフィック | SCL- 1015 | なし |
| BALB/c ヌードマウス (nu/nu) | Charles River Ltd. | NA | 生後6-8週齢。オスまたはメス |
| マウス ボーンセメント | Depuy Synthes 160504 | 骨ワックスの代わりにオプション使用 | |
| ボーンワックス | Ethicon | W31G | オプション |
| Buprenorphine | Animalcare Ltd. | N/A | Buprecare 0.3 mg/ml 犬と猫のための注射用溶液 |
| 二酸化炭素安楽死ステーション | N/A | N/A | 動物施設内に設けるべき |
| 細胞培養インキュベーターは 37°C に設定;C and 5% carbon dioxide | Heraeus | Various | None |
| Chlorhexidine surgical scrub | Vetoquinol | 411412 | |
| None Cryovials (2 ml) | Thermo Scientific Nalgene | 5000-0020 | 腫瘍断片を凍結保存する場合はオプション |
| D-ルシフェリン(ホタル)、カリウム塩 | Perkin Elmer | 122799 | 目的の細胞株が生物発光レポーター遺伝子を持っている場合はオプション |
| デジタルノギス | Mitutoyo | 500-181-30 | 手動にすることができます |
| デジタルマイクロラジオグラフィーキャビネット | Faxitron Bioptics, LLC | MX-20 | 腫瘍増殖に対する骨の反応を評価するオプション |
| ジメチルスルホキシド(DMSO) | シグマ・アルドリッチ | 1371171000 | 腫瘍片を凍結保存する場合 |
| Dulbecco'修正されたイーグル」s medium | Thermo Fisher Scientific | 11965092 | なし |
| エタノール (70%) | Sigma Aldrich | 2483 | なし |
| ウシ胎児血清 | Thermo Fisher Scientific | 26140079 | なし |
| 鉗子, Dumont | Fine Science Tools, Inc. | 11200-33 | フリー |
| ザーなし (– 80 °;C) | Sanyo | MDF-794C | 腫瘍の断片を凍結保存またはスナップ凍結する場合、オプション |
| 血球計算盤 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 11704939 | 利用可能な場合は、自動セルカウンターも使用できます |
| 下注射針(27ゲージ) | Henry Schein Ltd. | DIS55510 | 25G(DIS55509)と30G(カタログDIS599)の針も使用できます |
| 氷 | N/A | N/A | 注射器と細胞懸濁液保存用の容器に入った小片が理想 |
| アイリスはさみ | Fine Science Tools, Inc. | 14084-08 | なし |
| イソフルラン | ヘンリー シャイン 株式会社 | 1182098 | なし |
| IVIS Lumina III 生物発光/蛍光イメージングシステム | パーキン・エルマー | CLS136334 | 目的の細胞株が生物発光または蛍光レポーター遺伝子を有する場合 |
| オプション L-グルタミン | サーモフィッシャー scientifc | 25030081 | なし |
| 液体窒素 | British Oxygen Corporation | NA | 腫瘍断片を凍結保存またはスナップ凍結する場合はオプション |
| 液体窒素デュワー、5リットル | サーモフィッシャーサイエンティフィック | TY509X1 | 腫瘍片を凍結保存する場合、マ |
| トリゲル®マトリックスGFR、LDEVフリー、5ml | Corning Life Sciences | 356230 | オプション。10mlサイズでも利用可能(354230) |
| 微量遠心分離機 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 75002549 | ペレット細胞 1200rpmで5〜6分間 |
| フロスティ冷凍封じ込め装置 | フィッシャーサイエンティフィック | 10110051 | 腫瘍の断片を凍結保存する場合オプション |
| NAIR脱毛剤ローション/オイル | サーモフィッシャーサイエンティフィック | NC0132811 | 代わりに、細かい刃の電気クリッパーを使用できます |
| ペニシリン/ストレプトマイシン | Sigma-Aldrich | P4333 | なし |
| メスの柄、#7 Short | Fine Science Tools, Inc. | 10007-12 | ユーザーの好み #15 メス刃 |
| 小動物用加熱パッド | VetTech | HE006 | なし |
| 実体顕微鏡 | GT Vision Ltd. | H600BV1 | なし |
| 滅菌済みリン酸緩衝生理食塩水(PBS) | サーモフィッシャーサイエンティフィ | 10010023 | 注射用および外科用スクラブの一部として、クロルヘキシジンと交互に使用 |
| 組織接着剤(滅菌) | 3M Corporation | 84-1469SB | 代わりに非吸収性皮膚縫合糸(6-0サイズ)を使用することができます |
| パンブルー | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 5250061 | なし |
| トリプシン-EDTA | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 25300054 | 0.05%-0.25% |
| ツベルクリンシリンジ(0.1mlグラデーションで1ml) | ベクトンディキンソン | 309659 | よりも好ましいスリップチップ |
| 、T-75 | ニングライフサイエンス | CLS3290 | 必要に応じて、小型または大型のフラスコを使用することもできます |
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