폐암에 대한 새로운 치료법 개발의 주요 과제에는 국소 질환이 전이성 질환으로 진행됨에 따라 종양 미세 환경을 모델링하는 것이 포함됩니다. 여기에서는 시간이 지남에 따라 질병의 생체 내 추적을 가능하게 하는 폐암의 동소 동계 모델을 확립하는 간단한 방법을 설명합니다.
방법 논문
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폐암에 대한 새로운 치료법 개발의 주요 과제에는 국소 질환이 전이성 질환으로 진행됨에 따라 종양 미세 환경을 모델링하는 것이 포함됩니다. 여기에서는 시간이 지남에 따라 질병의 생체 내 추적을 가능하게 하는 폐암의 동소 동계 모델을 확립하는 간단한 방법을 설명합니다.
비소세포폐암(NSCLC)은 전 세계적으로 여성과 남성 모두에게 암 관련 사망의 가장 큰 원인입니다. 보다 효과적인 치료 방식을 개발하려면 암세포, 면역 체계, 각 종양 내의 미세 환경 및 숙주 조직 간의 상호 작용을 이해하기 위해 더 많은 정보를 수집해야 합니다. 여기에 보고된 것은 마우스 폐 내에서 암을 유도하는 간단하고 반복 가능한 방법으로, 초기 단계에서 후기 단계의 질병까지 종양 성장을 모니터링할 수 있습니다. 수술 절차에는 피부의 작은 표면 절개와 늑간근을 통해 폐로 암세포를 주입하는 것이 포함됩니다. 루시페라아제를 발현하도록 조작된 세포와 결합된 생체 내 이미징 시스템(IVIS)은 연구 과정 동안 종양 성장 및 질병 진행을 평가하는 편리한 방법을 제공합니다. 이 기술은 다양한 폐암 모델에 쉽게 적용할 수 있으며 자연 종양 미세 환경을 모방하는 폐암의 전임상 모델에서 새로운 치료법의 타당성과 효능을 테스트하는 데 사용할 수 있습니다. 이는 실험적 치료법과 함께 외과적 절제, 방사선 및 면역 요법을 포함한 표준 치료 치료를 사용하는 효능 및 안전성/독성 연구의 관련성을 확대합니다.
폐암은 계속해서 가장 많이 진단되는 암 중 하나이며 전 세계적으로 남성과 여성의 암 관련 사망 원인 1위입니다 1,2,3. 비소세포폐암(NSCLC)은 미국 전체 폐암 사례의 거의 90%를 차지하며, 지난 몇 년 동안 치료 환경이 크게 개선되었지만 결과를 개선하는 새로운 치료법 개발에 대한 관심이 계속 높아지고 있습니다4. 특정 동인 돌연변이에 대한 표적 치료법과 반응성 NSCLC 아형에 대한 면역 요법 개발에는 많은 진전이 있었지만 전체 5년 생존율은 폐암의 모든 단계에서 약 20%로 계속 낮습니다 2,5,6,7. 또한, 면역요법이 진행성 질환의 생존율을 향상시키는 데 큰 진전을 이루었지만 이러한 개선은 5년 전체 생존율이 6.8%에서 10.7%로 바늘을 옮겼고 생존 기간을 7개월에서 8개월로 늘렸을 뿐입니다8. 질병의 작용 메커니즘을 이해하고 현재의 표준 치료 요법과 시너지 효과를 발휘하는 새로운 치료법을 개발해야 할 필요성이 여전히 큽니다. NSCLC의 자연적인 진행과 새로운 치료법에 대한 반응의 작용 메커니즘을 이해하려면 안정적으로 재현 가능하고 유도하기 쉬우며 암이 발생하는 종양 미세 환경을 캡슐화하는 전임상 모델이 필요합니다.
지난 수십 년 동안 설치류에서 폐암의 동소 모델을 평가하기 위해 다양한 절차가 개발되었습니다. 절차는 매우 침습적이며 흉강을 여는 폐내 이식 또는 이식 절차와 같이 높은 수준의 전문 지식이 필요합니다 9,10,11,12,13; 기관내 및 구강기관 시술과 같은 중등도 침습성 14,15,16,17; 경피적 주사, 꼬리 정맥 또는 비강내 유도와 같은 최소 침습적 절차 18,19,20,21. 모든 절차는 더 정확하지만 잠재적으로 더 높은 마모율을 허용하는 더 침습적인 기술과 더 낮은 침습적 기술을 통해 더 나은 생존율을 제공하지만 종양 이식 부위의 가변성이 더 큰 등 서로 다른 위험과 이점을 제공합니다. 이러한 다양한 프로토콜 중 일부는 생체 내에서 종양 성장을 추적하지 않고 생체 외 종양 평가만 완료하기로 선택합니다 9,11,12,16. 시간 경과에 따른 종양 성장을 추적하는 프로토콜 중 초기 프로토콜은 컴퓨터 단층촬영(CT)14,19, 위치 방출 단층촬영(PET)18 및 자기공명영상(MRI)17과 같은 시스템에 더 많이 의존하는 반면, 후기 프로토콜은 생물발광영상(BLI) 시스템과 유전자 변형 세포를 보다 쉽게 사용할 수 있게 된 후 BLI20을 사용하여 시간 경과에 따른 종양 성장을 추적하는 것을 선택합니다. 21.
이 프로토콜을 개발하는 목적은 이러한 다른 절차에서 교훈을 얻고 종양이 폐에 국한된 초기 질병에서 시작하여 NSCLC의 진행을 연구하기 위해 고립성 폐 종양을 유도하는 간단하면서도 신뢰할 수 있는 방법을 만드는 것이었습니다. 이 논문의 전반적인 목표는 생체 내 이미징을 사용하여 모니터링할 수 있고 연구자가 질병이 발생하는 장기에서 폐암을 연구할 수 있도록 할 수 있는 신뢰할 수 있고 최소 침습적인 동계 동소 마우스 모델을 생성하는 방법을 설명하는 것입니다. 이 방법은 온전한 면역체계를 가진 마우스에서 인간 폐암 세포주를 이용한 이종이식 동소소 마우스 모델과 마우스 폐암 세포주를 이용한 동계 동소소 마우스 모델을 모두 생성하는 데 효과적이며, 인간 암 유형과 면역 체계와 NSCLC의 복잡한 상호 작용을 모두 연구하는 방법에 다양성을 부여합니다.
우리는 면역 능력이 있는 NSCLC 마우스 모델인 Lewis Lung Carcinoma(LLC)에서 이 프로토콜을 최적화하는 데 중점을 두었는데, 이 모델을 통해 연구자는 화학 요법, 방사선 요법, 면역 요법 및 기타 표적 요법과 같은 현재 요법 유무에 관계없이 면역 체계 반응을 더 잘 이해할 수 있습니다 22,23,24,25. 이 프로토콜은 접종 시 초기 단계 질병(폐 실질의 종양) 및 종양이 종종 폐 실질을 능가하고 다른 조직에 씨앗을 뿌리기 때문에 연구가 끝날 무렵의 전이를 대표하는 모델을 생성합니다.
동소 모델 연구의 중요한 측면은 동물에 대한 스트레스를 최소화하면서 종양 성장을 반복적으로 추적하고 신속하게 추적하여 연구의 각 동물을 단일 시점에서 평가할 수 있는 능력입니다. MRI 또는 CT와 같은 이미징 기술을 사용하면 종양의 해상도를 향상시킬 수 있지만, 이러한 이미징 기법은 비용이 많이 들고 시간이 많이 소요되며 마우스와 같은 소동물 모델에서 초기 종양 성장을 추적하는 데 어려움이 있습니다 26,27,28,29,30,31. 따라서 우리는 루시페라아제로 조작된 암세포를 사용하여 생물발광을 통해 종양 성장을 모니터링하기로 결정했습니다. 이 프로토콜에서 우리는 반딧불이 루시페라아제(LLC-luc)로 조작된 25,000-50,000개의 LLC 세포를 주입하고 BLI에 의해 빠르면 다음날 종양을 검출했습니다. 루시페린-루시페라제 반응은 스펙트럼 이미징 장비를 사용하여 생체 내 종양 성장을 추적하는 데 유용한 도구입니다. 빛의 광자를 추적하는 이러한 이미징 시스템의 민감성으로 인해, 루시페라아제를 발현하는 암세포는 종종 MRI 또는 CT에 의해 마우스 모델에서 종양이 검출되기 전에, 그리고 종종 생체 내에서 조기에 추적될 수 있으며, 자주26,32,33,34.
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동물과 관련된 모든 절차는 아이오와 대학교 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)의 검토 및 승인을 받습니다. C57BL6/N 마우스(4-6주령)를 구입하여 수술 전 최소 1주일 동안 적응시킵니다. 모든 동물은 12시간의 빛/암흑 주기에 있습니다. 동물은 우리당 4마리를 수용하며 마취 시간까지 음식과 물을 완전히 이용할 수 있습니다.
1. 주사용 세포의 선택 및 성장
2. 세포 준비
3. 수술 전 준비
4. 주사용 세포 현탁액의 제조
5. 수술 준비
6. 외과적 마취
7. 동소폐주사
8. 수술 후 절차
9. 생체 내 BLI에 의한 종양 성장 모니터링
10. 포함 및 제외 기준 평가
11. 연구 종료 시 종양 평가
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이 연구에서 C57BL6/N 마우스는 제시된 프로토콜에 따라 주입되었습니다(그림 1). 루시페라아제(LLC-luc)를 발현하도록 유전자 조작된 LLC 세포를 사용했습니다. 또한 가짜 마우스에게 암세포가 없는 Matrigel을 주사했습니다. IVIS의 BLI는 수술 후 1일 이내에 시작할 수 있습니다. 이 LLC-luc 연구는 초기 폐암을 평가하기 위해 BLI에 최적화되었습니다. 이 논문에 사용된 BLI 시스템은 제조업체의 기술 사양에 따라 10광자∙s-1∙cm-2∙sr-1의 최소 검출 가능 방사도(MDR)와 50μm의 최소 이미지 픽셀 해상도를 가지고 있습니다.
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이 프로토콜은 빠른 회복 시간과 거의 즉각적인 종양 모니터링을 가능하게 하는 최적화된 최소 침습 절차를 설명하며, 이는 이전에 설명한 보다 외과적으로 집중적인 방법과 다릅니다 10,11,20,38,39,40,41,42,43,44,45
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S.C.H.와 C.S.C.는 Geminii, Inc.의 창립자입니다. 이 약정의 조건은 아이오와 대학교 이해 상충 연구 사무소에서 검토 및 승인했습니다. 다른 모든 저자는 선언할 이해 상충이 없습니다.
귀중한 토론을 해주신 Carter 및 Sheffield 연구소 구성원인 Susan Walsh, Bryan Allen 및 Kranti Mapuskar에게 감사의 말씀을 전하고 싶습니다. 또한 지도와 조언을 해주신 동물자원국의 선임 임상 수의사인 Samantha Eckley에게도 감사의 말씀을 전하고 싶습니다. 아이오와 대학교 방사선과에서 지원하는 핵심 리소스인 소동물 이미징 핵심 시설에서 IVIS Lumina S5 이미징 시스템을 사용한 것에 감사드립니다. Biorender(https://biorender.com)를 사용하여 생성된 그림의 그래픽 일러스트레이션입니다. 이 작업은 국립 보건원 보조금 NCI R21CA256301(C.S.C., V.C.S.), 자유 라디칼 방사선 생물학 프로그램 NCI T32CA078586(SCH), 1S10OD026835에서 구입한 IVIS Lumina S5 이미징 시스템의 지원을 받았습니다.
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