肺がんの新しい治療法を開発する上の主な課題には、局所疾患が転移性疾患に進行する際の腫瘍微小環境のモデル化が含まれます。ここでは、肺がんの同所性同系モデルを確立する簡単な方法を説明し、経時的な疾患の in vivo 追跡を可能にします。
方法論記事
sunny-huang@uiowa.edu
責任著者: Sunny C. Huang <sunny-huang@uiowa.edu>
* These authors contributed equally
肺がんの新しい治療法を開発する上の主な課題には、局所疾患が転移性疾患に進行する際の腫瘍微小環境のモデル化が含まれます。ここでは、肺がんの同所性同系モデルを確立する簡単な方法を説明し、経時的な疾患の in vivo 追跡を可能にします。
非小細胞肺がん (NSCLC) は、世界中の女性と男性の両方にとって、がん関連死因の第 1 位であり続けています。より効果的な治療法を開発するには、がん細胞、免疫系、各腫瘍内の微小環境、宿主組織の間の相互作用を理解するには、より多くの情報を収集する必要があります。ここで報告されているのは、マウスの肺内でがんを誘発するための簡単で再現性のある方法であり、初期段階から後期段階の疾患までの腫瘍増殖のモニタリングを可能にします。外科的処置には、皮膚の小さな表面切開と、肋間筋から肺へのがん細胞の注射が含まれます。ルシフェラーゼを発現するように操作された細胞と組み合わせた in vivo イメージング システム (IVIS) は、研究の過程で腫瘍の増殖と疾患の進行を評価する便利な方法を提供します。この技術は、肺がんのさまざまなモデルに簡単に移行でき、自然な腫瘍微小環境を模倣した肺がんの前臨床モデルにおける新規治療法の実現可能性と有効性をテストするために使用できます。これにより、外科的切除、放射線、免疫療法と実験的治療法を併用した標準治療を使用した有効性と安全性/毒性試験の両方の関連性が広がります。
肺がんは引き続き最も診断されているがんの 1 つであり、世界中の男性と女性のがん関連死因の第 1 位となっています 1,2,3。非小細胞肺がん (NSCLC) は、米国における全肺がん症例のほぼ 90% を占めており、治療状況はここ数年で大幅に改善されましたが、転帰を改善する新しい治療法の開発には引き続き多くの関心が寄せられています4。特定のドライバー変異に対する標的療法や反応性NSCLCサブタイプの免疫療法の開発には多くの進歩がありましたが、全体的な5年生存率は依然として低く、肺がんのすべての病期で約20%にとどまっています2,5,6,7。さらに、免疫療法は進行性疾患の生存率の改善において大きな進歩を遂げましたが、これらの改善は針を 6.8% の 5 年全生存率から 10.7% に動かし、生存期間を 7 か月から 8 か月に延長しただけです8。この疾患の作用機序を理解し、現在の標準治療と相乗効果を発揮する新しい治療法を開発することが依然として大きな必要性があります。NSCLCの自然な進行と新しい治療法への反応のメカニズムを理解するには、確実に再現性があり、誘発が容易で、がんが発生する腫瘍微小環境をカプセル化する前臨床モデルが必要です。
過去数十年にわたり、げっ歯類の肺がんの同所性モデルを評価するために、さまざまな手順が開発されてきました。処置は、胸腔を開く肺内移植または移植処置など、高度な専門知識を必要とする非常に侵襲的なものから多岐にわたります9、10、11、12、13;気管内および経口気管処置のような中程度の侵襲性14、15、16、17;経皮注射、尾静脈、鼻腔内導入などの低侵襲処置まで18、19、20、21。すべての手順には異なるリスクと利点があり、より侵襲的な技術により精度は向上しますが、消耗率は高くなる可能性があり、侵襲性の低い技術により生存率は向上しますが、腫瘍移植部位の変動性が高くなります。これらのさまざまなプロトコルのうち、腫瘍の増殖を in vivo で追跡せず、腫瘍の ex vivo 9、11、12、16 の評価のみを完了することを選択するものもあります。経時的な腫瘍増殖を追跡するプロトコルのうち、初期のプロトコルは、コンピューター断層撮影(CT)14,19、位置放出断層撮影(PET)18、磁気共鳴画像法(MRI)17などのシステムに大きく依存していましたが、後のプロトコルでは、生物発光イメージング(BLI)システムおよび遺伝子組み換え細胞がより容易に利用可能になった後、BLI20を使用して経時的な腫瘍増殖を追跡することを選択します。21.
このプロトコルを開発する目的は、これらの他の手順から学び、腫瘍が肺に限定されている初期疾患から始まるNSCLCの進行を研究するために、孤立性肺腫瘍を誘発するシンプルかつ信頼性の高い方法を作成することでした。この論文の全体的な目標は、 in vivo イメージングを使用して監視でき、研究者が疾患が発生する臓器の肺がんを研究できるようにする、信頼性が高く低侵襲の同系同所性マウスモデルを生成する方法を説明することです。この方法は、ヒト肺がん細胞株を用いた異種移植同所性マウスモデルと、免疫系が損なわれていないマウスにおけるマウス肺がん細胞株を用いた同系同所性マウスモデルの作製に有効であり、ヒトがんの種類と免疫系とNSCLCの複雑な相互作用の両方を研究する手法に汎用性を与えています。
このモデルにより、研究者は化学療法、放射線療法、免疫療法、その他の標的療法などの現在の治療法の有無にかかわらず免疫系の反応をよりよく理解できるため、免疫能力のあるNSCLCマウスモデルであるLewis Lung Carcinoma(LLC)でこのプロトコルを最適化することに焦点を当てました22,23,24,25.このプロトコルは、腫瘍が肺実質を超えて他の組織に種をまくことが多いため、接種時の早期疾患(肺実質の腫瘍)と研究の終わりに向かって転移を代表するモデルを生成します。
同所性モデルを研究する上で重要な側面は、動物へのストレスを最小限に抑えながら腫瘍の増殖を繰り返し追跡し、研究の各動物を単一の時点で迅速に評価できることです。MRIやCTなどのイメージング技術により腫瘍の解像度を高めることができますが、これらのイメージングモダリティは高価で時間がかかり、マウスなどの小動物モデルにおける初期の腫瘍増殖を追跡することが困難です26、27、28、29、30、31。したがって、ルシフェラーゼで操作されたがん細胞を使用して、生物発光を通じて腫瘍の増殖を監視することを選択しました。このプロトコルでは、ホタルルシフェラーゼ(LLC-luc)で操作された25,000〜50,000個のLLC細胞を注入し、BLIによって翌日に腫瘍を検出しました。ルシフェリン-ルシフェラーゼ反応は、スペクトルイメージング装置を使用して in vivo で 腫瘍増殖を追跡するための有用なツールです。光の光子を追跡するこれらのイメージングシステムの感度により、ルシフェラーゼを発現するがん細胞は、多くの場合、MRIまたはCTによってマウスモデルで腫瘍が検出される前に、早期にin vivo で追跡することができ、多くの場合、26、32、33、34。
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動物が関与するすべての手順は、アイオワ大学施設動物管理および使用委員会 (IACUC) によって審査され、承認されます。C57BL6/N マウス (生後 4-6 週) を購入し、手術の少なくとも 1 週間前に順応させます。すべての動物は12時間の明暗サイクルにあります。動物はケージごとに4匹収容され、麻酔時まで餌と水に完全にアクセスできます。
1. 注射用細胞の選択と増殖
2. 細胞調製
3. 術前の準備
4. 注射用細胞懸濁液の調製
5.外科的準備
6.外科的麻酔
7.同所性肺注射
8. 術後の処置
9. in vivo BLIによる腫瘍増殖のモニタリング
10. 包含基準と除外基準の評価
11. 研究終了時の腫瘍の評価
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この研究では、提示されたプロトコルに従ってC57BL6 / Nマウスを注射しました(図1)。ルシフェラーゼ(LLC-luc)を発現するように遺伝子操作されたLLC細胞を使用しました。さらに、偽マウスにがん細胞のないマトリゲルを注射しました。IVIS の BLI は、手術後 1 日で開始できます。この LLC-luc 研究は、早期肺がんを評価するために BLI で最適化されました。この論文で使用したBLIシステムは、メーカーの技術仕様に従って、10光子∙s-1∙cm-2∙sr-1の最小検出可能放射輝度(MDR)と50μmの最小画像ピクセル解像度を備えています。
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このプロトコルは、迅速な回復時間とほぼ即時の腫瘍モニタリングを可能にする最適化された低侵襲手順を説明しており、これは、以前に説明したより外科的に集中的な方法とは異なります 10,11,20,38,39,40,41,42,43,44,45...
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S.C.H.とC.S.C.は、Geminii, Inc.の創設者です。この取り決めの条件は、アイオワ大学研究室における利益相反によって検討され、承認されています。他のすべての著者には、宣言する利益相反はありません。
貴重な議論をしてくれたカーター・アンド・シェフィールド・ラボのメンバー、スーザン・ウォルシュ、ブライアン・アレン、クランティ・マプスカーに感謝します。また、動物資源局の上級臨床獣医師であるサマンサ・エックリー氏の指導とアドバイスにも感謝したいと思います。アイオワ大学放射線科が支援するコアリソースである小動物イメージングコア施設でのIVIS Lumina S5イメージングシステムの使用に感謝します。Biorender(https://biorender.com)を使用して生成された図からのグラフィックイラスト。この研究は、国立衛生研究所の助成金 NCI R21CA256301 (C.S.C.、V.C.S.)、フリーラジカル放射線生物学プログラム NCI T32CA078586 (S.C.H.)、1S10OD026835 で購入された IVIS Lumina S5 イメージング システムによって支援されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.25% トリプシン-EDTA(1倍) | ギブコ | 25200-056 | |
| 10%中性緩衝ホルマリン | VWR | 16004-112 | |
| 100mm x 20mm 組織培養処理皿 | ドット・サイエンティフィック社 | 667621 | |
| 190プルーフ 純エタノール | デコン・ラボ | 2801 | |
| 3/10mLのインスリン注射器、BDウルトラファイン針、31G x 5/16インチ。 | ベックトン・ディキンソン | 328438 | |
| 3Mベットボンド | 3歳 | 1469SB | |
| ATP | シグマ | A5394 | |
| ベタジン溶液 10%ポビドン-ヨウ素消毒剤 | アルヴィオ・ヘルスL.P. | 67618-150-04 | |
| C57BL6/Nマウス | チャールズリバー研究所 | ||
| セルストレーナー40umナイロン | 隼 | 352340 | |
| コンパクト麻酔装置 | ベタマック麻酔 | ||
| コントローラー付きの遠赤外線ウォーミングパッド | ケント・サイエンティフィック・コーポレーション | ||
| 従来の手術用ブレードハンドル、サイズ3 | ブラッド・パーカー | 371030 | |
| 曲面中点汎用鉗子 | フィッシャーブランド | 16-100-110 | |
| ジチオスレイトール | リサーチプロダクツ・インターナショナル | D11000 | |
| D-ルシフェリン(ナトリウム塩) | ケイマン・ケミカル | 14682 | |
| ドレープ、外科 18インチ×26"非フェネストリード、不妊 | ディールメッド | 783410 | |
| ダルベッコs モディファイドイーグル中型(1両) | ギブコ | 11965-092 | |
| ダルベッコリン酸塩緩衝生理食塩水(PBS)1回 | ギブコ | 14190-144 | |
| EGTA | シグマ | E3389 | |
| 胎児用牛血清 | ギブコ | A5670402 | |
| FL150 光ファイバー顕微鏡光源 | 明治 | ||
| ゲンタマイシン硫酸塩溶液 | IBIサイエンティフィック | IB02030 | |
| グリセロール | リサーチプロダクツ・インターナショナル | G22025 | |
| イソフルラン | プライマル・ファーマ・リミテッド | 66794-013-25 | |
| IVIS ルミナ S5 | PerkinElmer | ||
| リビングイメージソフトウェア | PerkinElmer | ||
| LL/2(LLC1) | ATCC | CRL-1642 | 研究のニーズに最も適したがん細胞株を使い、nbsp; |
| 硫酸マグネシウム | フィッシャー・サイエンティフィック | M63 | |
| マトリジェル基底膜マトリックス | コーニング | 354234 | |
| メイヨー・ヘガー針ホルダー、6インチ、ギザギザの顎 | ミルテックス | 8-44TC | |
| マイクロアドソン鉗子 | ファインサイエンスツール | 10018-12 | |
| N5 ドッグポートリマー(ダブルブレード付き) | Oneisall | ||
| 非滅菌、12層のガーゼスポンジ | NDC | P157112 | |
| オプティクスケア アイローブ | アヴェンティクス | 5914304 | |
| ペニシリン・ストレプトマイシン | ギブコ | 15140-122 | |
| パーマハンドシルク縫合糸 6-0 1 x 18インチ | エティコン | K802H | |
| リン酸 85% | フィッシャー・サイエンティフィック | A242 | |
| メス用刃サイズ10、ステンレス製、滅菌済み | シンシナティ・サージカル | 110 | |
| スクリューキャップチューブ 円錐形 50 mL | サーステット | 62.547.100 | |
| ティッシュシザーズ 4.5インチStaight Premium | オンスン | SCT115 | |
| トライトン X-100 | シグマ | T6878 | |
| トリズマ基地 | シグマ | T1503 | |
| トリパンブルーステイン(0.4%) | ギブコ | 15250-061 | |
| ユーティリティアルミホイルテープ(ライナー付き) | IPG | ALF150L | |
| 木製シャフトコットンチップアプリケーター | NDC | 76200 |
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