このプロトコルは、頭蓋内予防接種を通じて乳がんの脳転移を特定し、脳免疫を調節する主要なリンパおよび免疫細胞のサブセットをフローサイトメトリーで特徴づけます。これらの解析は、脳の微小環境を形作る免疫および間質細胞の動態に関する洞察を提供し、新たな治療戦略の開発に寄与します。
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このプロトコルは、頭蓋内予防接種を通じて乳がんの脳転移を特定し、脳免疫を調節する主要なリンパおよび免疫細胞のサブセットをフローサイトメトリーで特徴づけます。これらの解析は、脳の微小環境を形作る免疫および間質細胞の動態に関する洞察を提供し、新たな治療戦略の開発に寄与します。
中枢神経系(CNS)は、髄膜や嗅球などの特殊な免疫インターフェースに囲まれており、これらは転移性定着の許可経路であると同時に、抗腫瘍免疫応答の入口としても機能します。転移進行中にこれらの構造内で免疫細胞の動態がどのように進化するかを理解することは、脳内の腫瘍成長を支えるか制限するかのメカニズムを特定する上で不可欠です。このプロトコルは、E0771乳がん細胞をC57BL/6マウスに頭蓋内注射することで乳がん脳転移(BCBM)マウスモデルの確立を詳細に行っています。腫瘍発生後、髄膜と嗅球は慎重に解剖され、酵素的に消化され、単細胞懸濁液として処理されます。これらの集団は、多パラメータスペクトルフローサイトメトリーを用いて解析され、CNS関連免疫ニッチ内のリンパ、骨髄、間質細胞のサブセットを包括的に特徴づけます。このワークフローにより、腫瘍を持つ対照群と非腫瘍対照群の比較解析が可能となり、腫瘍免疫回避の基盤となる中枢神経系免疫界面の変化を特定し、潜在的な治療標的となる可能性があります。全体として、このプロトコルはBCBMの研究とCNSと末梢免疫系の界面における免疫調節の検証に再現可能なアプローチを提供します。追加のがん細胞株、免疫療法、または遺伝子マウスモデルに適応し、脳の微小環境における免疫抵抗機構や治療応答を調査することが可能です。
脳転移は中枢神経系(CNS)に影響を及ぼす最も一般的な悪性腫瘍であり、原発性脳腫瘍よりも頻繁に発生します。肺がん、乳がん、メラノーマは、最も頻繁に脳に転移する主要ながんです。これらの中でも、乳がん脳転移(BCBM)は主要な臨床課題であり、転移性患者の10%〜30%に影響を及ぼし、全身療法の改善や神経画像技術の進歩により発生率が増加しています。BCBM患者の予後は依然として悪く、利用可能な治療法(手術、放射線療法、化学療法など)は主に緩和的であり、神経症状は生活の質に深刻な影響を与えます。標的治療と免疫療法は補完的な戦略として検討されていますが、脳転移における免疫療法の臨床的利益は依然として限定的です 4,5,6。
最近の研究により脳免疫の理解が深まり、髄膜7 や鼻粘膜8のリンパ管を含む中枢神経系に関連する機能的リンパ経路への関心が再燃しました。これらの構造は脳を取り囲む連続したリンパネットワークを形成し、嗅球と篩板に隣接し、最終的には頸部リンパ節に接続します。このシステムは、中枢神経系と末梢リンパ系器官間の流体恒常性、免疫監視、免疫細胞輸送において重要な役割を果たします。脳腫瘍や転移に対する免疫療法への関心が高まる中、これらのリンパ-免疫インターフェースは、全身免疫が頭蓋内病変と相互作用する有望な経路として浮上していますが、まだ十分に研究されていません。さらに、免疫細胞が脳腫瘍微小環境に誘導されるメカニズムや、これらの細胞がこの独特な環境内でどのように相互作用するかについても、まだ十分に解明されていません。これらのギャップは、腫瘍と免疫の相互作用を包括的に分析し、脳転移に対する抗腫瘍免疫を改善する戦略の開発を支援する前臨床モデルと手技の必要性を強調しています。
ここでは、E0771細胞の立体的頭蓋内接種を用いて再現可能で免疫能力のあるBCBMマウスモデルの生成と、髄膜および嗅球の分離および解離によるスペクトルフローサイトメトリーによる免疫表現型解析を組み合わせたプロトコルを説明します。このアプローチにより、BCBMの制御モデリングにより治療介入の安全性と有効性を評価でき、脳リンパ-免疫界面における免疫および間質集団の詳細な特徴付けが可能となり、脳腫瘍の微小環境を形成し治療反応に影響を与える細胞の関与者について洞察を提供します。
動物モデルは脳転移の研究に欠かせません。なぜなら、転移進行の多くの重要な側面は 体外で再現できないからです。脳転移を生成するためにいくつかの 生体内 マウスモデルが開発されており、それぞれに特有の利点と制限があります。10.自発転移モデルは、オルトトピックインプラントや遺伝子操作マウスモデルなどで、臨床疾患の進行により近いものの、頭蓋内病変をほとんど発生させず、長い実験的タイムラインを必要とし、広範な頭蓋外疾患のために高い変動をもたらすことが多いです。心臓内注射、頸動脈内注射、尾静脈注射などの全身的アプローチは、腫瘍細胞を循環に導入し、血原性の拡散、血脳関門の漏出、定着をより効果的に模倣します。しかし、これらのモデルは原発性腫瘍浸潤の初期段階を捉えておらず、特に肺において広範かつ変動する頭蓋外転移を頻繁に生じさせます。全身モデルの中では頸動脈内注射が最も変動が少ないですが、高度な外科的専門知識が必要です。また、頭蓋内注射は腫瘍位置の正確な制御、腫瘍の迅速かつ再現性の高い発生、実験間の変動性の低減など、いくつかの利点を提供します。このアプローチは、転移経過をより正確に模倣するために、原発腫瘍の直位性腫瘍移植と外科的切除を組み合わせることもあります。頭蓋内注射は転移の全カスケードを再現するものではなく、早期浸潤や転移の研究には適していませんが、確立された病変に対する治療効果の評価や脳微小環境内の相互作用を調査するための堅牢なモデルを提供します。既知の制限としては、注射自体が局所的な神経炎症を引き起こし、免疫指標に影響を与える可能性があり、注射済みマウスと非注射マウスの免疫プロファイルを比較することで評価できます。
髄膜および嗅球の免疫特性解析は、依然として比較的新しく、十分に研究されていない分野です。ほとんどの研究は脳全体または子宮頸部のリンパ節サンプル11に依存しており、これらのリンパ関連組織の細胞組成や専門的な免疫機能を捉えきれていません。両方の構造を回復することで、脳免疫についてより広く、かつ有益な視点が得られます。マルチパラメトリックスペクトルフローサイトメトリーと組み合わせることで、このワークフローはCNS末梢免疫コミュニケーションに関与する豊富かつ希少な免疫細胞集団の高スループットプロファイリングをサポートします。これには、細胞のサブセットの特定、活性化状態の評価、治療による変化の評価など、表面および細胞内マーカーの定量化が含まれます。このプロトコルでカバーされていない他のCNS免疫解析の方法には、免疫組織化学(IHC)や免疫蛍光法(IF)があり、これらは免疫細胞の空間的分布を保持しますが、マーカーの多重化が低く、主観的定量化が少なく、希少細胞の過小代表によって制限されます12。近年では、単一細胞RNAシーケンシング(scRNA-seq)により、高解像度で細胞状態や転写プログラムの発見が可能となり、CNS免疫集団のプロファイリング能力が拡大しています。強力なトランスクリプトム的洞察を提供する一方で、scRNA-seqはコスト、解離アーティファクト、転写本のドロップアウト、タンパク質レベル分解能の低下に制限されています13,14。フローサイトメトリーは空間解析を欠き、解離関連の影響に敏感ですが、高度な多パラメータパネルを通じて優れた表現型解像を提供し、堅牢な定量的免疫プロファイリングを提供します。
ここで述べた手法は、中枢神経系リンパ界面におけるBCBMのモデリングと免疫動態の検証に柔軟かつ強力なプラットフォームを提供し、脳腫瘍微小環境およびそれに関連する免疫調節経路の両方を標的とした治療の前臨床開発を支援します。
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すべての動物処置はリスボン大学薬学部のガイドラインに従って行われました。これらのプロトコルは、ポルトガルの動物保護権限当局であるDireção-Geral de Alimentação e Veterinária(リファレンス0421/000/000/2021)によって審査・承認されました。
1. 生体内 移植のためのE0771細胞の準備
2. 立体誘導装置を用いた頭蓋内腫瘍接種
3. マウス心内灌流
4. マウス髄膜と嗅球の分離
5. 組織が単一細胞に解離する
6. 細胞染色およびフローサイトメトリー取得
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E0771細胞の頭蓋内接種後、マウスは標的立体定位座標に局所的な乳がん病変を発症しました。紋状体実質を標的とした立体定位座標(外側2.5mm、ブレグマ前方0.5mm、ブレグマ腹側3.0mm)は、標準マウス脳アトラスおよび以前に記載された頭蓋内埋め込みアプローチに基づいて選択されました15,16。この領域は、腫瘍移植を支援しつつ心室や注射路への漏れを最小限に抑えるため、頭蓋内腫瘍の移植に広く利用されています。このプロトコルでは、1×105 E0771細胞を注入すると、10日目までに明確な腫瘍負荷が確立されました(図1A)。一方、最大腫瘍の増殖は通常13〜14日目頃に起こります。これらの成長動態に基づき、腫瘍拡大の後期かつ攻撃的な段階前の腫瘍-免疫相互作用を調査する実験的評価項目として10日目が選ばれました。しかし、腫瘍の成長速度は注射された細胞の数とその内在的な攻撃性の両方に依存し、実験のタイムラインに影響を与えます。
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頭蓋内腫瘍の移植と髄膜および嗅球の分離、解離、免疫特性評価を組み合わせることで、このプロトコルは脳腫瘍微小環境とCNS関連免疫インターフェースの動的な相互作用を詳細に調査することを可能にします。この方法は、頭蓋内腫瘍の再現性、高品質な細胞懸濁、そして堅牢な免疫サブセットの分解能を提供します。しかし、頭蓋内移植は転移カスケードの初期段階を迂回し、自然転移を完全に再現することはできません。したがって、早期伝達に関心のある研究者は全身接種アプローチを好む可能性があります。それでも、このプロトコルの免疫プロファイリング要素は、さまざまな脳転移モデルに広く適用可能です。
組織処理は追加の課題をもたらします。髄膜と嗅球は細胞数が限られた小さな組織であり、過度の機械的破壊、酵素による過剰消化、または長期の培養は生存可能な細胞回復を大幅に低下させる可能性があります。また、繰り返される遠心分離や洗浄工程でも細胞喪失が起こることがあります。したがって、正確な解剖、バランスの取れた酵素的消化、穏やかな取り扱い、慎重な上清液除去が、流動サ...
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この作業は、科学・技術・上級財団(FCT-MCTES)が資金提供したUID/04138/2025(https://doi.org/10.54499/UID/04138/2025 年)、UID/PRR/04138/2025(DOI: https://doi.org/10.54499/UID/PRR/04138/2025 https://doi.org/10.54499/UID/PRR2/04138/2025)、およびUID/PRR2/04138/2025(DOI: )プロジェクトによって支援されました。RCAは助成金2024.17688.PEXに基づくFCT-MCTESからの支援を認めます。HFは、助成金2024.14957.UTAに基づくFCT-MCTESおよび「la Caixa」財団からの支援を、2022年および2024年のヘルスケアリサーチコール(LCF/PR/HR22/52420016およびLCF/PR/HR24/00968)の枠組み内で感謝しています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| Alexa Fluor 594 anti-mouse CD45R/B220 antibody (clone RA3-6B2) | BioLegend | 103254 | 1:300希釈で使用 |
| Alexa Fluor 700 anti-mouse CD8 antibody (clone 53-6.7) | BioLegend | 100730 | 1:50希釈で使用 |
| APC anti-mouse P2RY12 antibody (clone S16007D) | BioLegend | 848006 | 1:80希釈で使用 |
| Betadine | Selleck Biotechnology GmbH | S4678-100mg | ポビドンヨウ素 |
| Bovine Serum Albumin (BSA), lyophilized powder, ≥96% (agarose gel electrophoresis) | Sigma-Aldrich | A2153 | FACSバッファーを調製 |
| Brilliant Violet 421 anti-mouse Podoplanin antibody (clone 8.1.1) | BioLegend | 127423 | 1:80希釈で使用 |
| Brilliant Violet 510 anti-mouse CD11b antibody (clone M1/70) | BioLegend | 101263 | 1:30希釈で使用 |
| Brilliant Violet 570 anti-mouse NK1.1 antibody (clone PK136) | BioLegend | 108733 | 1:40希釈で使用 |
| Brilliant Violet 650 anti-mouse CD19 antibody (clone 6D5) | BioLegend | 115541 | 1:50希釈で使用 |
| Brilliant Violet 711 anti-mouse CD44 antibody (clone IM7) | BioLegend | 103057 | 1:80希釈で使用 |
| Brilliant Violet 785 anti-mouse F4/80 antibody (clone BM8) | BioLegend | 123141 | 1:40希釈で使用 |
| Bupaq 3 mg/mL | Bio5 | 1002241 | ブプレノルフィン |
| Cell strainer 40-μm | Avantor | 732-2757 | |
| Cell strainer 70-μm | Avantor | 732-2758 | |
| Centrifuge 5910 Ri | Eppendorf | 5943000011 | |
| Collagenase type II | Worthington Biochemical Corporation | LS004176 | |
| Corning Matrigel Growth Factor Reduced Basement Membrane Matrix | Corning | 356231 | |
| Cytek Aurora Spectral Flow Cytometer | Cytek Biosciences | ||
| Dnase I | Worthington Biochemical Corporation | LS002006 | |
| Drill | Stoelting Europe | 51630 | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM), high-glucose, pyruvate | Gibco | 41966029 | |
| E0771 cell line | ATCC | CRL-3436 | |
| Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate (EDTA) | Merck | E4884 | FACSバッファーを調製 |
| FCS Express Flow Cytometry Software | De Novo Software | ||
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | A5256801 | |
| FITC anti-mouse CD3 (clone 17A2) | BioLegend | 100204 | 1:50希釈で使用 |
| Ghost Dye Red 780 | Cytek Biosciences | 13-0865-T500 | バイアビリティダイ(1:5000希釈で使用) |
| HBSS, calcium, magnesium, no phenol red | Gibco | 14025092 | |
| Heating Pad | MOBICLINIC | ||
| Hydrogen Peroxide 34.5 to 37% (H2O2) | ACROS | 10002780 | |
| Ketamax 100 mg/mL | Bio3 | 1009495 | ケタミン |
| Lubrithal Eye Gel | Bio4 | 1731329 | |
| N-2-hydroxyethylpiperazine-N-2-ethane sulfonic acid (HEPES) 1M | Gibco | 15630080 | |
| Paraformaldehyde (PFA) 16 % | Avantor | 43368 | 固定バッファーを調製 |
| Pacific Blue anti-mouse Ly-6G antibody (clone 1A8) | BioLegend | 127612 | 1:50希釈で使用 |
| PE anti-mouse Ly-6C antibody (clone HK1.4) | BioLegend | 128008 | 1:300希釈で使用 |
| PE anti-mouse P2RY12 antibody (clone S16007D) | BioLegend | 848004 | 1:80希釈で使用 |
| PE/Cyanine5 anti-mouse CD11c antibody (clone N418) | BioLegend | 117316 | 1:80希釈で使用 |
| PE/Cyanine7 anti-mouse CD80 antibody (clone 16-10A1) | BioLegend | 104734 | 1:100希釈で使用 |
| PE-eFluor 610 anti-mouse CD31 antibody (clone 390) | eBioscience | 61-0311-82 | 1:160希釈で使用 |
| PE/Fire 810 anti-mouse I-A/I-E (clone M5/114.15.2) | BioLegend | 107667 | 1:300希釈で使用 |
| Penicillin-Streptomycin (PEST), 10 000 U/mL | Gibco | 15140-122 | |
| PerCP/Cyanine5.5 anti-mouse CD45 antibody (clone 30-F11) | BioLegend | 103132 | 1:80希釈で使用 |
| Phosphate-buffered saline (PBS) 10X, pH 7.4 | Gibco | 70011044 | |
| Prism (version 10) | GraphPad | ||
| RN Needle (27/51/3)S | Hamilton Company | 7762-01 | |
| RPMI 1640 Medium, GlutaMAX Supplement | Gibco | 61870044 | |
| Scalpel Blades, carbon steel | B Braun | BB510 | |
| Sedaxylan 20 mg/mL | Bio2 | 1112384 | キシラジン |
| Spark Blue 574 anti-mouse CD4 antibody (clone GK1.5) | BioLegend | 100490 | 1:50希釈で使用 |
| Stereotaxic Instrument | Stoelting Europe | 51730D | |
| Suture wire Silkam black 5/0 10x45 cm | B Braun | C0266639 |
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