脳転移は、癌患者の重度の罹患率と死亡率の原因です。ほとんどの脳転移マウスモデルは、死亡率および治療介入結果の交絡分析を混乱させる全身性転移によって複雑になります。ここに提示されるのは、最小限の全身腫瘍で一貫した頭蓋内腫瘍を生成する癌細胞の内部頸動脈注射のためのプロトコルです。
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脳転移は、癌患者の重度の罹患率と死亡率の原因です。ほとんどの脳転移マウスモデルは、死亡率および治療介入結果の交絡分析を混乱させる全身性転移によって複雑になります。ここに提示されるのは、最小限の全身腫瘍で一貫した頭蓋内腫瘍を生成する癌細胞の内部頸動脈注射のためのプロトコルです。
脳転移は、癌患者の重度の罹患率と死亡率の原因です。複雑な神経微小環境や間質細胞相互作用などの転移性疾患の重要な側面は、 in vitro アッセイでは完全に再現できません。したがって、動物モデルは、治療的介入の効果を調査および理解するために重要です。しかし、ほとんどの脳腫瘍異種移植法は、時間枠と腫瘍量の点で一貫して脳転移を引き起こしません。がん細胞の心臓内注射によって生成された脳転移モデルは、意図しない頭蓋外腫瘍の負担をもたらし、非脳転移性の罹患率と死亡率につながる可能性があります。がん細胞の頭蓋内注射は頭蓋外腫瘍の形成を制限する可能性がありますが、注入された細胞が注射部位で特異な腫瘍塊を頻繁に形成する、軟髄膜の関与が高い、針刺し中の脳血管系の損傷など、いくつかの注意点があります。このプロトコルは、内頸動脈注射によって生成された脳転移のマウスモデルを記載する。この方法は、他の臓器を介さずに一貫して頭蓋内腫瘍を作製し、脳転移の治療薬の評価を可能にします。
脳転移は、非常に予後不良に関連する一般的な悪性腫瘍です1,2。脳転移患者の標準治療はマルチモーダルであり、患者の一般的な健康状態、頭蓋外疾患の負担、および脳内の腫瘍の数と位置に応じて、脳神経外科、全脳放射線療法、および/または定位放射線手術で構成されます3,4。最大3つの頭蓋内病変を有する患者は外科的切除または定位放射線手術の対象となりますが、手術関連の感染および浮腫のリスクを回避するために、複数の病変を有する患者には全脳放射線療法が推奨されます5。しかし、全脳放射線療法は放射線感受性の脳構造に損傷を与え、生活の質の低下に寄与する可能性があります6。
全身療法は、複数の病変を持つ患者を治療するための非侵襲的な代替的かつ論理的なアプローチです7。しかし、血流を介した細胞傷害性薬物の受動的送達は安全でない毒性のリスクなしに脳内で治療レベルを達成できないため、全身療法の有効性が低いという長年の考えのために、あまり考慮されていません8。このパラダイムは、最近米国食品医薬品局(FDA)が承認した全身療法(転移性HER2+乳がん脳転移に適応されるトラスツズマブとカペシタビンを含むツカチニブ)9,10,11,12、および脳転移患者に対する全身療法オプションの検討を含む治療ガイドラインの更新によって変化し始めています13,14。
これに関連して、分子標的療法、免疫療法、および標的ナノ薬物キャリアなどの代替薬物送達システムの分野における開発は、脳転移治療の課題を潜在的に克服することができる15、16、17、18。さらに、脳腫瘍関門の透過処理を介して薬物送達を改善するための化学的および機械的アプローチも調査されています19,20。このようなアプローチを研究し、目的に合わせて最適化するには、脳転移の複雑な生理機能を反映するだけでなく、頭蓋内薬物反応の客観的な分析を可能にする前臨床モデルを使用することが重要です。
大まかに言えば、in vivoで脳転移をモデル化するための現在のアプローチには、マウスにおける癌細胞の心臓内(左心室)、静脈内(通常は尾静脈)、頭蓋内、または頸動脈内(総頸動脈)注射が含まれます21、22、23、24、25、26、27.腫瘍生着戦略とは別に、腫瘍抑制遺伝子の除去または癌遺伝子の活性化によって腫瘍形成が引き起こされる遺伝子改変マウスモデルは、腫瘍モデリングに有用である。しかし、二次腫瘍を産生することが報告されている遺伝子操作されたマウスモデルはごくわずかであり、脳転移を確実に産生するマウスモデルはさらに少ない28,29,30。
心臓内(左心室)および静脈内(通常は尾静脈)注射などの生着法は、癌の全身播種を模倣する。これらのモデルは通常、循環器系の「初回通過」中にほとんどの腫瘍細胞をトラップする毛細血管床に応じて、複数の臓器(脳、肺、肝臓、腎臓、脾臓など)に病変を引き起こします31。ただし、脳の生着率が一貫していない場合は、目的の統計的検出力のサンプルサイズを達成するために、より多くの動物が必要になります。これらの心臓内および静脈内注射法 によって 最終的に脳内に定着する腫瘍細胞の数はさまざまです。したがって、脳転移腫瘍の負荷は動物によって異なる可能性があり、進行の違いにより、実験のタイムラインと結果の解釈を標準化することが困難になる可能性があります。頭蓋外腫瘍の量は、脳以外の転移死亡率につながる可能性があり、これらのモデルは頭蓋内の有効性を評価するのに適していません。脳向性細胞株は、頭蓋外樹立を減少させるために人工クローン選択プロセスを用いて確立されているが、テイク率は一貫しておらず、クローン選択プロセスはヒト腫瘍に通常見られる不均一性を減少させることができる32。
頭蓋内および頸動脈内注射などの脳特異的生着法により、より一貫性のある効率的な脳転移モデリングが可能になります。頭蓋内法33では、癌細胞は典型的には前頭大脳皮質に注入され、これは低い全身的関与で迅速かつ再現性のある腫瘍伸長を生成する。この手順は死亡率が低く忍容性が高いが33、注意点は、脳内に細胞の(局所化された)ボーラスを迅速に導入し、早期脳転移の病因をモデル化しない比較的粗雑なアプローチであるということです。針は脳組織血管系を損傷し、それが局所的な炎症を引き起こします5,34。経験から、腫瘍細胞注入物は針の除去中に逆流する傾向があり、軟髄膜の関与につながります。あるいは、頸動脈内法は、脳微小血管系を最初に遭遇する毛細血管床として、循環、血管外漏出、およびコロニー形成における生存をモデル化して、細胞を総頸動脈に送達する24。他の25と一致して、この方法に関する私たちの経験は、外頸動脈を介してこれらの組織の毛細血管床に癌細胞が意図せずに送達されるため、顔面腫瘍を引き起こす可能性があることがわかりました(未発表データ)。総頚動脈注射の前に外頚動脈を結紮することで顔面腫瘍を予防することができます(図1)。記事の残りの部分では、この方法は「内頸動脈注射」と呼ばれます。経験から、内頸動脈注入法は、全身事象が非常に少ない脳転移を一貫して生成し、異なる原発癌(黒色腫、乳癌、肺癌など)の脳転移モデルを生成することに成功しています(図1)。欠点は、技術的に困難で、時間がかかり、侵襲的であり、細胞数とモニタリングタイムラインの慎重な最適化が必要であることです。要約すると、頭蓋内および内頸動脈注射法の両方が、脳腫瘍関連の生存利益に対する治療的影響を評価するのに適したマウスモデルを生成する。
このプロトコルは、全身的な関与がほとんどない脳転移のマウスモデルを作成するための内頸動脈注射法を説明しているため、薬物分布の前臨床評価と実験的治療法の有効性に適しています。

図1:脳転移のための内頸動脈注射プロトコルの概略図。 外頸動脈結紮を伴う内頚動脈注射は、様々な原発癌由来の脳転移モデルを確実に作製することができる。このプロトコルでは、3つの結紮糸が頸動脈に配置されています(図ではL1-L3と注釈されています)。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
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すべての研究は、クイーンズランド大学の動物倫理委員会(UQCCR/186/19)のガイドライン、および科学目的での動物の世話と使用に関するオーストラリアのコードの範囲内で実施されました。
1.注射用癌細胞の調製
注:この研究では、ヒト乳がん細胞株BT-474(BT474)を使用しました。BT474を、10%ウシ胎児血清および1%インスリンを添加したRPMI 1640培地を含む完全増殖培地中で培養した。細胞を空気雰囲気中で5%二酸化炭素を用いて37°Cのインキュベーター内に維持した。サテライトタンデムリピート試験35により細胞株を認証し、レポータータンパク質(例えば、ルシフェラーゼ)の発現(例えば、ルシフェラーゼ)があれば確認し、マイコプラズマ感染の有無を調べる。
2.手順のためのマウスの準備
注:この研究では、4〜5週齢の雌のNODシッドマウスを使用しました。手順の3日前にソフトダイエット回復食品(ダイエットジェル、ヒドロゲル、マッシュマウスチャウチャウなど)をマウスに導入して、手順後の摂食を促します。
3.内頸動脈注射
注:この実験では、注射手順を容易にするために、31 Gの輸液カニューレと足で作動するシリンジドライバーのセットアップを利用しました(補足図1)。この設定はオプションであり、ユーザーは31 Gインスリン注射器を使用して、手順3.11および3.12をスキップできます。輸液カニューレを調製するには、2対の縫合クランプを使用して、31G針のシリンジフィッティング部分から針部分を引っ張り、分離します。次に、長さ約10cmの細い輸液チューブの一端に針部分を取り付けます。
4.注射後の回復
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外頸動脈結紮の有無にかかわらず一般的な頸動脈注射を比較する
外頚動脈24を最初に結紮することなく、総頸動脈を介して癌細胞を注入すると、移植マウスの77.8%(n=7/9匹)に顔面腫瘍が認められた。顔面腫瘍の例を補足図3に示します。このプロトコルに記載される方法は、総頸動脈の前に外頸動脈を結紮することによって意図しない顔面転移を防止する。
2つの方法を比較するために、外頸動脈結紮の有無にかかわらず、淘汰されたマウスの共通頸動脈にレクチンを注射した。次に、顔面組織と脳を固定し、処理し、蛍光顕微鏡で観察しました。外頸動脈を結紮した場合の頬組織における免疫蛍光解析でレクチンの減少が観察された(図2A-B)。結果はまた、外頸動脈結紮を伴う総頸動脈注射を受けたマウスの脳組織にレクチンが観察されるため、外頸動脈結紮が脳送達に影響を与えなかったことを...
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脳転移は、がん細胞が原発部位から脳に広がる複雑なプロセスです。この多段階プロセスの特定の段階を反映したさまざまな動物モデルが利用可能であり、前臨床転移研究を設計するための生理学的および実用的な考慮事項があります41,42。脳転移治療のためのナノメディシンの使用を調査したほとんどの発表された研究は、心臓内43,44および頭蓋内45,46,47,48,49モデルを使用しています。頸動脈を介して癌細胞を移植することは、転移過程および脳転移病理生物学をよりよく再現する可能性...
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著者は利益相反を宣言しません。資金提供者は研究のデザインに何の役割も果たさなかった。データの収集、分析、または解釈。原稿の執筆、または論文の出版の決定において。
この研究は、オーストラリア国立保健医療研究評議会(NHMRC)、助成金番号APP1162560によって資金提供されました。MLは、UQ大学院研究奨学金によって資金提供されました。畜産と動物の 生体内 イメージングにご協力いただいた皆様に感謝いたします。この研究のためにジルコニウムのアリコートを寄付してくれたロイヤルブリスベンアンドウィメンズ病院に感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 100&マイクロ;m細胞ストレーナー | コーニング | CLS431752 | |
| 30G マイクロランス針 | BD | 23748 | |
| 31G ウルトラファインIIインスリンシリンジ | BD | 326103 | |
| 角度付き鉗子 | Proscitech | T67A-SS | 細かい尖った、鋸歯状のない角度、18mm先端、長さ128mm |
| アニマルヒートマット | |||
| 抗生物質および抗真菌剤 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 15240062 | |
| オートクレーブバッグ | |||
| BT-474(HTB-20)乳がん細胞株 | ATCC | HTB-20 | |
| ブプレノルフィン(TEMGESIC)、 | |||
| カウントスセルカウンター | 、サーモフィッシャーサイエンティフィック | C10227 | |
| ダイエット-76A | 、クリアH2O | 72-07-5022 | |
| 解剖顕微鏡 | |||
| イヤーパンチャー | |||
| 電動クリッパー | |||
| 細角鉗子 | Proscitech | DEF11063-07 | 斜め45°C、先端平滑、先端幅:0.4mm、先端寸法:0.4×0.3mm、長さ9cm |
| カニューレ用細管、チューブ外径(in)1/32、チューブ内径(in)1/100in | コールパーマー | EW-06419-00 | |
| ウシ胎児血清 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 26140079 | |
| カルシウムとマグネシウムを含まないハンクのバランスの取れた塩溶液 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 14170120 | |
| ハイドロゲル | ClearH2O | 70-01-5022 | |
| イソフルラン | |||
| キムワイプ 低糸くずの使い捨てワイパー | キンバリー・クラーク - キムワイプ | Z188964 | |
| マッシュマウスチャウ | |||
| メロキシカム(METACAM) | |||
| ノーズコーン | チューブPAA | ||
| 眼潤滑剤(カルボマー2mg / g) | ボシュとロム | ||
| ポビドンヨード溶液 | ベタジン 2505692 | ||
| PPE (手袋、マスク、ガウン、ヘアネット) | |||
| リトラクター | ケントサイエンティフィック | SURGI-5001 | |
| RPMI 1640 メディア | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 11875093 | |
| シルク縫合糸 13mm 5-0、P3、45cm | エチコン | JJ-640G | |
| 滅菌生理食塩水 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | TM4469 | |
| ッキーテープ | |||
| サージカルボード | オートクレーブ可能なバッグで包まれたまな板。 | ||
| 手術用ハサミ | Proscitech | T104 | 先端寸法 (LxD): 38x7mm、長さ 115mm |
| 縫合鉗子/ 湾曲 ブロフィー鉗子 | Proscitech | T113C | 湾曲、丸みを帯びた狭い 2 mm 先端、セレーション付き、長さ 165 mm |
| 縫合針ホルダー (オルセン ヘガー針ホルダー) | Proscitech | TC1322-180 | 長さ 190 mm、ラチェット クランプ |
| フット ペダル付きシリンジ ドライバー/ UMP3 ウルトラ マイクロ ポンプ | ワールド・プレシジョン・インスツルメンツ | UMP3-3 | |
| T75 組織培養フラスコ | サーモフィッシャー・サイエンティフィック | 156499 | |
| スレッド | |||
| トライジーンII表面消毒剤 | セバ | ||
| ・トリパン・ブルーおよびセル・カウンティング・チャンバー スライド | サーモフィッシャー・サイエンティフィック | C10228 | |
| TrypLE Express 解離培地 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 12605010 |
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