ヒト前立腺癌の前臨床同所性マウスモデル
2016年8月29日
前立腺癌は、米国で癌関連の死亡原因として2番目に多いものです。同所性がんモデルは、前立腺がんの生物学を理解し、治療レジメンの有効性を評価するための有用なアプローチを提供します。このプロトコルでは、同所性前立腺がんマウスモデルを確立するために必要な詳細な手順について説明します。
この手順の全体的な目標は、マウス同所性前立腺がん異種移植モデルを確立することです 転移性カスケードの初期イベントにおける原発腫瘍発生の分子イベントを研究するための有用なアプローチを提供します。このモデルは、成長中の腫瘍の微小環境における遺伝的および分子的に変化した腫瘍細胞間の痙性相互作用に関する重要な質問に答えるのに役立ちます。また、ヒトの前立腺がんに対する新しい治療法の前臨床評価にも役立ちます。
自然発生転移モデルに対するこの手法の主な利点は、原発腫瘍発生の分子イベントの研究と、腫瘍細胞の循環への侵入および塞栓症に先立つ転移の初期段階の再現を促進することです。前立腺がんの同所性モデルは、前立腺がん細胞がさまざまな臓器にどのように転移するかを理解するための最良の前臨床モデルの1つです。ほとんどの前立腺癌患者は転移で死亡するため、このモデルは転移の分子メカニズムを調査するために非常に重要です。
このモデルを使用すると、転移経路に特異的な神経化合物を使用して、転移治療のためのより良い戦略を設計できます。この手順を実演するのは、大学院生のMelissa Coldenと、当研究室の研究員であるVarahram Shahryari博士です。手順を開始する前に、目的の腫瘍細胞培養物をPBSで洗浄し、細胞培養インキュベーターで2ミリリットルの05%トリプシンで3〜5分間細胞をインキュベートします。
細胞が分離したら、5ミリリットルの完全培地で反応を停止し、トリパンブルー排除法で細胞をカウントします。細胞を中濃度10マイクロリットルあたり5細胞の2.5倍に希釈し、細胞懸濁液を10マイクロリットルの基底膜様細胞外マトリックス抽出物と混合します。細胞を氷上に保持し、麻酔をかけた6〜8週齢の免疫不全の雄の実験マウスを無菌の加熱パッド上の仰臥位に置き、つま先のつま先つまみに対する反応の欠如を確認します。
動物の目に軟膏を塗り、下腹部から毛を取り除きます。10%ポビドンヨードスクラブで手術部位を消毒し、続いて陰茎鞘の約1〜2センチメートル上、胸郭の底から約2〜3センチメートル下に70%のエタノールを消毒します。細い鉗子を使用して、包皮腺から2ミリメートルの皮膚を持ち上げます。
メスを使用して、皮膚を1センチの正中線を切開し、続いて筋肉層を1センチの切開を行います。切開部の真下にある黄色、薄茶色の球状膀胱を見つけます。次に、細い鉗子を使用して膀胱をつかみ、臓器を体腔から持ち上げて陰茎の鞘に向かって持ち上げ、精嚢を露出させます。
濡れた綿棒を両手で、小胞を一度に1つずつ慎重に外在化し、膀胱を中央にして腹部の外面に上に置きます。次に、綿棒を使用して、膀胱頸部近くの挿入点にある精嚢を陰茎鞘に向かってゆっくりと傾け、2つの背側前立腺葉がはっきりと見えるようにします。次に、マイクロピペットを使用して細胞を単一細胞懸濁液に再懸濁し、ルシフェリンで標識します。
28.5ゲージの針を備えた0.5ccシリンジに25マイクロリットルの細胞を吸引し、マウスを解剖顕微鏡下に移します。次に、シリンジ針を背側前立腺葉に挿入し、水疱の形成が観察されるまで20マイクロリットルの細胞懸濁液をゆっくりと注入します。すべての細胞を投与したら、針を引っ込め、綿棒で注射部位を数秒間軽く押して漏れを防ぎます。.
次に、綿棒を使用して、小胞を一度に1つずつ慎重に体腔に戻します。臓器を体腔に戻した後、最初に吸収性の4-0クロミックキャット腸縫合糸で筋肉層を中断パターンで縫合し、次に非吸収性の4-0ナイロン外科用縫合糸で皮膚を閉じます。また、皮膚を引っ張って外科用クランプで閉じ、切開部を完全に閉じることもできます。
その後、すぐに動物を画像化し、マウスを完全に回復するまで監視しながら、マウスを加温ランプの下の清潔なケージに戻します。ルシフェリン標識前立腺がん細胞を後前立腺葉に同所性移植した後、先ほど示したように、生きた動物の生物発光イメージングを使用した毎週のイメージングにより、腫瘍細胞による前立腺葉のコロニー形成が成功したことが明らかになりました。実際、経時的な生物発光の増加は、実験の過程で原発腫瘍が拡大したことを示しており、腫瘍の成長および転移性病変のモニタリングのための非侵襲的、X線撮影、蛍光または発光イメージングにおけるこの技術の有効性が確認されています。
この手順を試みる際には、前立腺内注射には開腹手術が必要であることを覚えておくことが重要です。したがって、病原体のない環境で、適切な無菌手術技術を使用して実施する必要があります。ヒトのがん細胞を扱う作業は非常に危険であり、個人用保護具を着用するなどの予防策を講じ、この手順を実行する際には常にバイオセーフティレベル2の封じ込めを行う必要があります。
このモデルは、組織学的に無傷の腫瘍断片を移植し、腫瘍の成長または元のリンパ節転移に対する潜在的な薬物療法の影響を調べる道を開きました。このビデオを見た後、同所性ヒト前立腺癌異種移植マウスモデルを確立するために、癌細胞を背側前立腺葉に移植する方法をよく理解しているはずです。
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概要
このプロトコルは、前立腺がんの生物学を研究し治療レジメンを評価するために重要な、正常位置前立腺がんマウスモデルの確立を概説しています。このモデルは、原発腫瘍の発達と転移における分子イベントの調査を促進します。
主要な研究要素
科学分野
- 腫瘍学
- 前立腺がん研究
- 前臨床モデル
背景
- 前立腺がんは米国におけるがん関連死の主な原因です。
- 正常位置モデルは腫瘍生物学と転移に関する洞察を提供します。
- 腫瘍の微小環境を理解することは治療法の開発に不可欠です。
- このモデルは転移の初期段階の研究に役立ちます。
研究目的
- 前立腺がんを研究するためのマウスモデルを確立する。
- 腫瘍微小環境における分子間相互作用を調査する。
- 前立腺がんに対する新しい治療アプローチを評価する。
使用された方法
- 正常位置前立腺がんキセノグラフトモデルの確立。
- 腫瘍の発達と転移のモニタリング。
- 腫瘍進行における分子イベントの分析。
- 治療レジメンの臨床前評価。
主要な結果
- このモデルは前立腺がんの転移プロセスを効果的に模倣します。
- 原発腫瘍の発達の研究を可能にします。
- 治療効果の評価を促進します。
- 転移の分子メカニズムに関する洞察を提供します。
結論
- 正常位置モデルは前立腺がんの生物学を理解するために不可欠です。
- 標的療法の開発を支援します。
- このモデルはがん死亡率の削減に大きく貢献できます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
The orthotopic murine prostate cancer xenograft model enables mechanistic de-risking of therapeutic candidates by recapitulating primary tumor development and early metastatic events in a disease-relevant system. This preclinical model supports target validation and phenotypic screening by providing quantitative bioluminescence readouts for tumor growth and metastatic lesion monitoring. Its utility in evaluating therapeutic efficacy positions it as a translational bridge between discovery and preclinical stages in oncology pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through spatiotemporal analysis of genetically altered tumor cells in the organ microenvironment.
- Scientific Value: Supports biological de-risking by modeling early metastatic cascade events prior to circulation entry.
- Scientific Value: Facilitates functional target validation by allowing evaluation of drug targets of clinical relevance in vivo.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative bioluminescence measurements enabling longitudinal monitoring of tumor colonization and growth.
- Operational Value: Standardizes tumor implantation via orthotopic injection of luciferin-labeled cells into dorsal prostatic lobes.
- Operational Value: Provides a reproducible platform for preclinical evaluation of therapeutic regimens against human prostate cancer.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Recapitulates early metastatic disease mechanisms, supporting predictive confidence in therapeutic advancement decisions.
- Scientific Value: Annotates molecular mechanisms underlying metastasis, informing biomarker-aligned preclinical studies.
- Operational Value: Enables noninvasive imaging for monitoring tumor progression, reducing reliance on endpoint histology.
Pipeline & Workflow Integration
The model integrates into the discovery continuum by supporting hypothesis testing in early discovery, enabling assay development for screening, and providing quantitative analytics for preclinical evaluation.
- Discovery Biology: Supports mechanistic interrogation of tumor-microenvironment interactions and pathway clarification in prostate cancer.
- Screening: Delivers standardized, quantifiable bioluminescence outputs for compound evaluation and therapeutic efficacy assessment.
- Analytics: Provides longitudinal tumor growth and metastasis monitoring data to inform go/no-go decisions.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical stages by modeling early metastatic events relevant to therapeutic development.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable orthotopic implantation workflow applicable to oncology target validation campaigns.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation through recapitulation of primary tumor development and early metastasis.
- Operational Value: Standardized surgical implantation and imaging workflow ensuring reproducibility across studies.
- Strategic Value: Informs preclinical advancement decisions by modeling clinically relevant metastatic progression.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of therapeutic candidates based on in vivo efficacy and mechanistic insights.
Implementation Considerations
- Requires expertise in orthotopic surgical techniques and aseptic handling of human cancer cells under biosafety level two containment.
- Dependent on dissection microscopes, micro-pipettes, syringes, and bioluminescence imaging systems for cell injection and monitoring.
- Necessitates cross-team standardization of cell preparation, injection volume (20 microliters), and postoperative care protocols.
- Involves adaptation considerations for different tumor cell lines and extracellular matrix concentrations in implantation procedures.
- Limited by the technical complexity of open abdominal surgery and requirement for pathogen-free surgical environments.
