본 연구는 인터록 펄서틸 주입과 미세수술 수리를 이용한 종양 세포의 일시적 경동맥 내 주입을 통한 뇌 전이의 고충실도 마우스 모델을 확립합니다. 뇌 혈류를 보존하고, 총경동맥 폐색을 방지하며, 종양 전이 율 개선과 사망률 감소를 위한 우수한 전임상 모델을 제공합니다.
방법 논문
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본 연구는 인터록 펄서틸 주입과 미세수술 수리를 이용한 종양 세포의 일시적 경동맥 내 주입을 통한 뇌 전이의 고충실도 마우스 모델을 확립합니다. 뇌 혈류를 보존하고, 총경동맥 폐색을 방지하며, 종양 전이 율 개선과 사망률 감소를 위한 우수한 전임상 모델을 제공합니다.
뇌 전이는 여전히 치명적인 임상적 문제입니다. 뇌 전이 연구의 주요 과제는 전이 과정을 정확히 재현하는 고품질 모델이 부족하다는 점으로, 이를 통해 암세포가 뇌 내에서 어떻게 정착하는지에 대한 기전적 통찰을 제공합니다. 전통적인 경동맥 내 주사 방식의 뇌 전이 모델은 대뇌 혈역학을 변화시키고 혈뇌장벽(BBB)의 완전성을 손상시키는 대개 경동맥 고정(CCA)을 영구적으로 연결해야 합니다. 이 프로토콜은 뇌 전이의 고충실도 마우스 모델을 구축하는 정교한 방법을 제시합니다. 핵심 혁신은 종양 세포 전달을 위한 인터록 펄서타일 주입(IPI) 기법과 관자 부위의 미세수술 동맥 재건술을 통해 CCA의 생리적 혈류를 회복하는 것입니다. 기존 CCA 결찰 모델과 비교했을 때, IPI–미세수술 수리 접근법은 수술 전이 사망률을 유의미하게 감소시켰으며(2.86% 대 25.71%)고 뇌 전이 확립률을 증가시켰습니다(94.12% 대 65.38%). IPI 기법은 경동맥 내 주사 시 세포 역류를 최소화하기 위해 탠덤 주사기 구성을 사용합니다. 종양 세포 주입 후에는 입체현미경 아래 미세수술용 봉합사를 통해 CCA를 세심하게 복구하여 영구 폐쇄를 방지합니다. 이로 인해 종양 세포 진입 시 본래의 뇌 혈역학과 BBB의 무결성을 유지할 수 있으며, 수술 성공률을 크게 높이고 사망률을 감소시킵니다. 전이성 두개내 병변은 연속적인 생물발광 영상 및 조직병리학을 통해 확인됩니다. 이 방법은 뇌 전이의 병태생리를 연구하고 전임상 치료 평가를 수행하는 데 우수한 플랫폼을 제공하여 전이 과정을 재현합니다.
뇌 전이는 성인에서 가장 흔한 악성 뇌종양 유형으로, 원발성 뇌종양보다 약 10배 더 자주발생합니다. 전신암 환자의 약 10%에서 20%가 질병의 진행 단계에서 뇌 전이가 발생하는 것으로 추정되며, 이는 사망의 주요 원인 중 하나입니다 1,2. 원발성 암 치료에 상당한 진전이 있었음에도 불구하고, 뇌 전이 환자의 예후는 여전히 좋지 않습니다. 뇌 전이 환자의 1년 생존율은 20% 미만입니다3. 일부 암이 왜 그리고 어떻게 뇌로 전이되는지에 대한 기전은 아직 밝혀지지 않았습니다. 치료적 도전은 BBB의 존재, 독특한 뇌 면역 미세환경, 신경교세포와의 복잡한 종양 세포 상호작용 등 뇌 전이의 독특한 생물학적 특성으로 인해 더욱 복잡해집니다 4,5.
뇌 전이에 관한 약리역학 및 병인학 연구는 인간 질병 과정을 정확히 재현하는 정밀한 전임상 동물 모델에 크게 의존합니다. 현재 뇌 전이의 동물 모델은 널리 사용되고 있지만, 주로 두개내 정형전피 이식, 정맥 또는 꼬리정맥 주사, 심장 내 주사, 경동맥 주사 6,7,8,9,10에 기반합니다. 그러나 이러한 모델들은 인간 질병 진행을 완벽하게 반영하지 못하며, 생리적 흐름 조건11에서 종양 세포가 온전한 BBB를 가로지르는 주요 단계를 포착하지 못하는 경우가 많습니다. 정맥 주사 및 심장 내 주사는 뇌 특이적 종양 형성 효율을 낮추며, 광범위한 두개외 전이를 초래하여 상당한 뇌 전이가 발생하기 전에 조기 사망을 초래하는 경우가 많습니다12. 전통적인 경동맥 내 주입법은 두개내 종양 형성률을 높이지만 CCA의 영구적인 결찰이 필요합니다. 뇌 혈역학을 변화시켜 이 연결은 동측 뇌 영역에 허혈을 유도하고 종양 세포 전달에 필요한 생리적 혈류 패턴을 저해하여 뇌 내 공간적 분포와 집락화 지위에 영향을 줄 수 있습니다13,14.
뇌 전이의 병태생리를 더 충실하게 모방할 수 있는 고품질 동물 모델은 매우 중요합니다15. 이상적인 뇌 전이 모델은 종양 세포가 뇌 혈관으로 귀환하는 과정, 혈액-뇌장벽(BBB)을 통한 유출, 그리고 뇌 미세환경과의 동적 상호작용 등 전이 전체 연쇄 과정을 재현해야 합니다16. 높은 모델 충실도는 기전 연구와 치료 평가 모두에서 매우 중요합니다. 그러나 기존의 경동맥 내 주사 모델은 특히 정상 뇌혈류 보존과 순환 종양 세포의 자연스러운 분포 등 주요 생리학적 조건을 완전히 재현하지 못합니다.
기존의 전임상 뇌 전이 모델의 한계를 극복하기 위해, IPI 기법과 미세수술 동맥 수리를 기반으로 전이 연쇄 현상을 보다 정확하게 재현하는 고충실도 동물 모델이 개발되었습니다. 이 방법은 종양 세포 주입 후 일시적 동맥 폐색을 시행한 후, 동맥 천자 부위를 세밀하게 복구하여 동측 CCA로 생리적 혈류를 회복하는 과정을 포함합니다. 이 접근법은 모델 일관성과 성공률을 높일 뿐만 아니라, 무엇보다도 뇌 혈역학을 유지하여 BBB를 보존합니다. 뇌 혈류 방해를 최소화함으로써, 수정된 경동맥 내 주사 모델은 뇌 전이 정착의 자연스러운 과정을 보다 정확하게 재현하는 고충실도 플랫폼을 제공하여 뇌 전이 기전 조사와 잠재적 치료법 평가에 더 나은 도구를 제공합니다.
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모든 동물 실험은 중국과학원 생물물리학연구소 기관동물관리 및 이용 위원회(IACUC)의 승인을 받았으며(승인 번호: SYXK2021124). 사전에 정해진 종점에 도달한 동물들은 중국과학원 생물물리학연구소 기관동물 관리 및 이용 위원회(IACUC)의 동물 안락사 지침과 동물 안락사 관련 AVMA 지침(2020)17에 따라 안락사되었습니다.
1. 단일 셀 현탁액 준비
2. 마우스 준비 및 수술 전후 준비
3. IPI 기법의 표준 수술 절차 및 미세수술 수리
4. CCA의 혈류 회복
5. 수리 성공 확인
6. 상처 관개 및 폐쇄
7. 수술 후 관리
8. 성공적인 동물 모델 구축을 위한 평가 기준
9. 인도적인 종말
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생물발광 영상 및 정량적 분석
표준화된 수술 프로토콜에 따라, 최적화된 뇌 전이 마우스 모델은 수술 후 연속 생체 영상에서 안정적인 두개내 생물발광 신호를 보여주었습니다. 경동맥 내 접종 후 4주간 지속된 생체 내 생물발광 영상(그림 3A)과 정량적 분석(그림 3B) 결과, 전이성 B16F10 세포가 뇌 미세환경 내에서 증식하는 것이 확인되었습니다. 수술 후 체중 모니터링 결과, 종양 보유 쥐는 PBS 대조군과 비교하여 점진적인 체중 감소를 확인했습니다(그림 3C). Kaplan–Meier 생존 분석은 B16F10 주사 그룹에서 생존율이 감소함을 추가로 입증했습니다(그림 3D).
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뇌 전이를 정확히 재현하는 견고한 전임상 모델은 병태생리학적 기전을 밝히고 치료 효과를 평가하는 데 필수적입니다. 전통적인 경동맥 내 주사 모델은 총경동맥 결찰(CCA)을 필요로 하며, 이는 뇌 혈류를 비생리적으로 변화시켜 동측 허혈성 손상을 유발하고 혈액-뇌장벽(BBB)을 파괴할 수 있습니다. 이 모델에는 세 가지 주요 한계가 있습니다: 단일 주사기 주사와 관련된 종양 세포 역류로 인해 종양 형성률이 낮아짐; 지속적인 주사로 인한 높은 수술 중 사망률; 그리고 경동맥 결찰로 인한 전이 과정의 부정확한 재현. 이러한 한계를 해결하기 위해, 본 연구는 최적화된 경동맥 주사 기법과 미세수술 동맥 수리를 결합하여 생리적 뇌혈역학과 BBB 무결성을 ...
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이해 상충은 없습니다.
이 연구는 중국 국가자연과학기금(보조금: 82350113 S.W.)의 지원을 받았습니다.
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