本研究は、インターロックパルサタイル注射および顕微外科的修復を用いた腫瘍細胞への一時的な頸動脈内注射 による 脳転移の高精度マウスモデルを確立します。脳血流を維持し、総頸動脈の閉塞を防ぎ、腫瘍転移率の向上と死亡率の低減を伴う優れた前臨床モデルを提供します。
方法論記事
* These authors contributed equally
本研究は、インターロックパルサタイル注射および顕微外科的修復を用いた腫瘍細胞への一時的な頸動脈内注射 による 脳転移の高精度マウスモデルを確立します。脳血流を維持し、総頸動脈の閉塞を防ぎ、腫瘍転移率の向上と死亡率の低減を伴う優れた前臨床モデルを提供します。
脳転移は依然として壊滅的な臨床問題です。脳転移研究における大きな課題は、転移過程を正確に再現する高品質なモデルが不足していることであり、それによってがん細胞がどのように脳内で定着するかについてのメカニズム的洞察を可能にしています。従来の頸動脈内注射による脳転移モデルでは、総頸動脈の永久結紮(CCA)が必要になることが多く、これは脳血行動態を変化させ、血脳関門(BBB)の完全性を損なう。このプロトコルは、脳転移の高精度マウスモデルを構築するための洗練された手法を提示します。中核的な革新は、腫瘍細胞送達のためのインターロックパルサタイル注入(IPI)技術と、穿刺部位での顕微外科的動脈再建によるCCAの生理的血流回復に関するものです。従来のCCA結紮モデルと比較して、IPI–顕微外科修復アプローチは周術期死亡率を有意に減少させ(2.86%対25.71%)、脳転移の定着率を増加させました(94.12%対65.38%)。IPI技術は、頸動脈内注射時の細胞逆流を最小限に抑えるために、タンデムシリンジ構成を採用しています。腫瘍細胞注入後、CCAは立体顕微鏡下で顕微外科用縫合を用いて綿密に修復され、永久閉塞を防ぎます。これにより、腫瘍細胞侵入時の脳血行動態とBBBの完全性が維持されつつ、手術成功率を大幅に向上し死亡率を低減します。転移性頭蓋内病変は、連続的な生物発光画像診断および組織病理学によって検証されます。この手法は、脳転移の病態生理を研究し、前臨床的治療評価を行う上で優れたプラットフォームを提供し、転移過程を再現します。
脳転移は成人における最も一般的な悪性脳腫瘍のタイプであり、原発性脳腫瘍の約10倍の頻度で発生します1。全身性がん患者の10%〜20%が進行期に脳転移を発症すると推定されており、これは死亡の主な原因の一つです1,2。原発がん治療において大きな進歩があったにもかかわらず、脳転移患者の予後は依然として芳しくありません。脳転移患者の1年生存率は20%未満です3。なぜ、どのように一部のがんが脳に転移するのか、そのメカニズムは依然として不明です。治療上の課題は、脳転移の独特な生物学的特徴、特にBBBの存在、独特の脳免疫微小環境、そして神経膠細胞との複雑な腫瘍細胞の相互作用によってさらに複雑化しています。
脳転移に関する薬理力学的研究と病因学の研究は、人間の疾患過程を正確に再現する精密な前臨床動物モデルに大きく依存しています。現在の脳転移の動物モデルは広く使われていますが、主に頭蓋内定位植え込み、静脈内または尾静脈注射、心内注射、または頸動脈注射6,7,8,9,10に基づいています。しかし、これらのモデルは人間の疾患進行を不完全に反映しており、生理的フロー条件下で腫瘍細胞が完全なBBBを横断するなどの重要なステップを捉えきれないことが多い11。静脈内および心内注射は脳特異的腫瘍形成効率を低くし、広範な頭蓋外転移を引き起こし、重大な脳転移が始まる前に動物の早期死亡を引き起こすこともあります12。従来の頸動脈内注射法は頭蓋内腫瘍の形成率を上げますが、CCAの永久結紮が必要です。脳血行動態を変化させることで、この結紮は同側の脳領域に虚血を誘発し、腫瘍細胞の送達に必要な生理的血流パターンを損なう可能性があり、その結果、腫瘍細胞の空間分布や脳内のコロニッチなニッチに影響を与えます(13,14)。
脳転移の病態生理をより忠実に模倣できる高品質な動物モデルが非常に重要です15。理想的な脳転移モデルは、腫瘍細胞が脳血管にホーミングすること、血液脳関門(BBB)を越えた漏出、脳微小環境との動的相互作用を含む全転移カスケードを再現すべきです16。高いモデル忠実度は、メカニズム的研究と治療評価の両方において極めて重要です。しかし、既存の頸動脈内注射モデルは、特に正常な脳血流の維持や循環腫瘍細胞の自然な分布といった重要な生理的条件を完全に再現していません。
既存の脳転移の前臨床モデルの限界を克服するため、IPI技術と顕微外科的動脈修復を基に、転移カスケードをより正確に再現する高精度動物モデルが開発されました。この方法は腫瘍細胞注射後の一時的な動脈閉塞を含み、その後動脈穿刺部位を細かく修復して同側CCAへの生理的血流を回復させます。このアプローチはモデルの一貫性と成功率を高めるだけでなく、何よりも脳の自然な血行動態を維持することでBBBを維持できます。脳血流の妨げを最小限に抑えることで、修正された頸動脈内注射モデルは、脳転移の自然な定着過程をより正確に再現する高精度なプラットフォームを提供し、脳転移のメカニズムの調査や治療法の評価に優れたツールを提供します。
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すべての動物実験は中国科学院生物物理研究所の動物ケア・利用委員会(IACUC)によって承認されました(承認番号:SYXK2021124)。あらかじめ定められたエンドポイントに達した動物は、中国科学院生物物理学研究所の動物管理・利用委員会(IACUC)および動物安楽死に関するAVMAガイドライン(2020年)に従って安楽死されました。
1. 単一セル懸濁液の準備
2. マウスの準備および周術期準備
3. IPI技術の標準的な外科手術および顕微鏡修復
4. CCAの血流回復
5. 修理成功確認
6. 傷口灌漑と閉鎖
7. 術後ケア
8. 動物モデル確立の成功に対する評価基準
9. 人道的な終点
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生物発光イメージングと定量解析
標準化された手術プロトコルに従い、最適化された脳転移マウスモデルは術後の連続 生体内 画像検査で安定した頭蓋内生物発光信号を示しました。頸動脈内接種後4週間にわたる連続 体内 生物発光画像(図3A)および定量解析(図3B)により、転移性B16F10細胞が脳微小環境内で増殖することが示されました。術後の体重モニタリングでは、腫瘍を持つマウスがPBS対照群と比較して進行性の体重減少を示しました(図3C)。Kaplan–Meierの生存解析では、B16F10注射群の生存率がさらに低下していることが示されました(図3D)。
脳サンプルの大まかな形態学的検査
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脳転移を正確に再現する堅牢な前臨床モデルは、病態生理学的メカニズムの解明と治療効果の評価に不可欠です。従来の頸動脈内注射モデルでは総頸動脈の結紮(CCA)が必要であり、これは脳血流を非生理的に変化させ、同側虚血性損傷を引き起こし、血脳関門(BBB)を破壊する可能性があります。このモデルには3つの大きな制限があります。単一注射に伴う腫瘍細胞逆流による腫瘍形成率の低下;連続注射による高い術中死亡率;頸動脈結紮による転移過程の不正確な再現。これらの制約に対処するため、本研究は最適化された頸動脈内注射技術と顕微外科的動脈修復を組み合わせることで、高忠実度で再現性の高い脳転移モデルを確立し、生理的な脳血行動態とBBBの完全性を維持します。
従来のモデルでは、単一注射器によ...
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利益相反はありません。
この研究は中国国家自然科学基金(助成金番号:82350113 to S.W.)の支援を受けました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 10-0 マイクロサージカル縫合針 | Lingqiao | 2650798 | 共通頸動脈穿刺部位の修復用マイクロサージカル縫合 |
| 100 µL マイクロリットルスライス | Bolige Tools | 100UL | インターロック脈動注入中の腫瘍細胞送達用マイクロリットルスライス |
| 100 µL ピペット | Eppendorf | 3123-000250 | 手術部位の生理食塩水灌流用ピペット |
| 32G 1 mL インスリンスライシ | Kindly | YY0497 | 初期動脈穿刺部位作成用インスリンスライシ |
| 4-0 シルク縫合糸 | Ethicon | W501 | 皮膚切開閉鎖用縫合材 |
| 4T1 乳癌細胞株 | 中国科学院生物物理研究所 盛電 実験室より入手 | CRL-2539 | 頸動脈内脳転移モデリング用腫瘍細胞株 |
| 75% エタノール | Annjet | Q/371402AAJ008 | 注入部位清浄用消毒剤 |
| 7–8週齢のC57BL/6Jオスマウス | Charles River Laboratories | 1.10011E+17 | B16F10 脳転移モデル実験用実験動物 |
| 8週齢のBALB/cメスマウス | Charles River Laboratories | 1.10011E+17 | 4T1 脳転移モデル実験用実験動物 |
| 角度付きチップ鋏 | Kewo Tools | — | 組織解離と血管操作用マイクロサージカル鋏 |
| B16F10 メラノーマ細胞株 | 中国科学院生物物理研究所 盛電 実験室より入手 | CRL-6475 | 頸動脈内脳転移モデリング用メラノーマ細胞株 |
| 生体発光イメージング解析ソフトウェア | Living Image (バージョン4.7.2) | — | 生体発光イメージングデータ解析用ソフトウェア |
| DMEM | Xigong Bio Tech | M1805 | 腫瘍細胞維持用細胞培養培地 |
| エンロフロキサシン(抗生物質) | MCE | HY-B0502 | 術後感染予防用抗生物質 |
| エオシンY溶液 | Beyotime | E301879 | エオシン染色用組織染色試薬 |
| 眼軟膏 | 白雲山 | H44023089 | 麻酔中の目の保護用眼科軟膏 |
| 胎児牛血清(FBS) | Pan Sera Tech | ST30-3302 | 細胞培養培地用血清サプリメント |
| GraphPad Prism | バージョン4.7.2 | — | 生存曲線と定量データ解析用統計解析ソフトウェア |
| ヘマトキシリン溶液 | Beyotime | C0105S | ヘマトキシリン染色用組織染色試薬 |
| イソフルラン | H.F.Q. Biotechnology | 101357015 | イメージング手順中の吸入麻酔薬 |
| IVIS Spectrum 生体発光イメージングシステム | Lumina Series III | — | 生体発光イメージング用イメージングシステム |
| メロキサカム(鎮痛剤) | 齊魯動物保健 | 150252467 | 術後鎮痛用非ステロイド性抗炎症薬 |
| マイクロサージカルはさみ | Kewo Tools | — | 組織解離用マイクロサージカルはさみ |
| ミニ血管クリップ | Zheyong Tools | 200521 | 共通頸動脈の一時的閉塞用マイクロ血管クリップ |
| 針保持器 | 江鑫ツール | 1420 20Cr13 | マイクロサージカル縫合を扱う外科器具 |
| パラホルムアルデヒド(4%) | 中聖万達科技 | 20240411 | 組織学的分析前の脳組織保存用固定剤 |
| ペニシリン | Gibco | 1758-9324 | 細胞培養用抗生物質 |
| ポビドンヨード溶液 | 四環牌 | Q/PGSHW0009 | 外科的皮膚消毒用消毒液 |
| RPMI-1640培地 | Xigong Bio Tech | 12-115F | 腫瘍細胞増殖用細胞培養培地 |
| Scilogexミキサー | Scilogex | MX-S | 腫瘍細胞懸濁液を均質化するボルテックスミキサー |
| 蒸気インジケータテープ | 3M-Comply | 1322-24MM | オートクレーブ消毒された外科器具用滅菌インジケータ |
| ステレオ顕微鏡 | オリンパス | SZ61 | マイクロサージカル手順中の可視化用顕微鏡 |
| Zeiss Stemi 508 ステレオ顕微鏡 | Zeiss | Stemi 508 | 高倍率手術可視化用ステレオ顕微鏡 |
| 滅菌生理食塩水(0.9%) | 科隆 | 25M14D07 | 手術部位の湿潤を維持する滅菌灌流液 |
| ストレプトマイシン | Gibco | 1758-9319 | 細胞培養用抗生物質 |
| 手術用ドレープ | 大方 | 001-2016 | 手術部位を分離する滅菌ドレープ |
| 手術用手袋 | Ansell Medi-grip | 210-64005 | 手術中に使用する滅菌手袋 |
| トリブロモエタノール | Sigma-Aldrich | MKBH0634V | 外科手順用注射麻酔薬 |
| 超音波ドップラー | Mindray S7 SCI | — | 頸動脈血流評価用高解像度超音波システム |
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