뇌 전이 모델링: 입체정위 피질 내 주사를 통한 전이 정식 집락화 및 조직학적 성장 패턴 분석
January 16th, 2026
입체정위 두개내 주입 기법은 종양 세포를 마우스 피질에 정밀하고 국소적으로 이식할 수 있게 하여 뇌의 전이 정착 연구에 강력한 모델이 됩니다.
우리 연구팀은 종양 세포가 뇌에 어떻게 정착하는지, 그리고 전이성 성장 패턴이 임상 결과 및 치료 반응에 어떤 영향을 미치는지 조사합니다. 우선, 각 쥐의 체중을 기준으로 정밀 저울로 무게를 재서 필요한 마취 양을 계산하세요. 마취제를 투여한 후, 체온 조절을 돕기 위해 37도에서 38도까지 유지되는 예비 온열 패드 위에 마우스를 올려놓고, 각막이 건조해지지 않도록 눈 연고를 바릅니다.
지역 동물 윤리 위원회에서 승인한 무균 기법으로 쥐를 준비하세요. 요오드 기반 용액으로 두피를 철저히 소독하세요. 발가락을 꼬집어 마취 깊이를 확인한 후, 피부를 팽팽하게 늘린 뒤 멸균 메스로 두개골을 따라 약 3에서 4밀리미터 정도 중앙선 절개를 합니다.
같은 메스를 사용해 골막을 부드럽게 긁어내어 두개골 표면을 드러내세요. 귀 막대를 이용해 마우스 머리를 입체 고정 프레임에 고정하세요. 입체정정 팔을 사용해 브레그마를 찾고, 팔을 앞으로 2밀리미터, 오른쪽으로 1밀리미터 외측으로 이동시키고, 전두엽 피질의 목표 부위를 외과적 마커로 표시하세요.
정밀한 치과 드릴로 표시된 부위의 두개골을 조심스럽게 뚫어 경막이 침투되지 않도록 하세요. 멸균 겸자로 부드럽게 탐색하여 개구를 확인하세요. 다음으로, 종양 세포 부유액을 위아래로 피펫팅하여 고르게 분포하도록 재현탁합니다.
서스펜션 3마이크로리터를 10마이크로리터 해밀턴 주사기에 주입한 뒤, 적절한 홀더를 사용해 입체정정 프레임에 넣으세요. 주사기 바늘을 버홀 위에 조심스럽게 위치시키고, 베벨이 왼쪽을 향하도록 하여 주사 일관성을 유지하세요. 바늘을 뇌 조직 깊숙이 수직으로 3.5mm 깊이로 삽입합니다.
필요한 깊이에 도달하면 바늘을 0.5밀리미터 천천히 빼서 세포 부유물의 역류를 방지하고, 1분 동안 3마이크로리터의 종양 세포 부탁액을 천천히 주입합니다. 주사 후에는 바늘을 2분 더 고정시켜 세포와 세포외기질이 안정되고 역류를 최소화할 수 있도록 하세요. 그 후 조심스럽게 주사기를 빼고 마우스를 입체 진압 프레임에서 빼세요.
멸균 0.9% 염화나트륨 용액으로 두개골을 부드럽게 헹구고, 골왁스로 구멍을 밀봉하세요. 두피 절개 부위를 세 개에서 네 개의 봉합사로 봉합하고, 각 봉합사는 상처 가장자리 가까이에 세 개의 단단한 매듭을 세워 최적의 치유를 돕습니다. 지정된 식별 번호에 맞는 적절한 귀 펀치 패턴으로 쥐의 귀를 표시하세요.
필요하면 회복 중 각막 건조를 방지하기 위해 눈 연고를 다시 발라주고, 마취 후 회복을 돕기 위해 37도에서 38도 사이의 예열 온열 패드로 돌려놓습니다. 해밀턴 주사기를 세 차례 차례로 세척하고 소독하여 주사기를 철저히 세척하고 소독합니다. 먼저 증류수로, 그 다음 70% 에탄올로, 마지막으로 멸균된 0.9% 염화나트륨 용액으로 세척합니다. 세척 후 해밀턴 주사기는 얼음에 보관해 다음 사용까지 하세요.
마지막으로 마취 상태에서 피하 진통제를 투여하여 즉각적인 수술 후 통증 완화를 보장합니다. 회복 기간 동안 집쥐를 개별적으로 잠시 보호하며, 깨어 있는 동물과 회복 중인 동물 간의 상호작용으로 인한 부상을 방지하기 위해 1시간을 초과하지 않습니다. 모니터링 기간 동안 고통이나 이상 행동이 관찰되면, 행잉 와이어 검사를 통해 신경 기능을 평가하여 그립 근력과 협응력을 평가합니다.
마우스를 수평 와이어에 매달아 60초 이내에 탈출 플랫폼에 도달하는지 기록하세요. 건강하지 않은 쥐가 플랫폼에 도달하지 못해 와이어에서 떨어집니다. 안락사 후 동물 조직을 수집한 후, 전이의 조직학적 성장 패턴과 디지털 조직 슬라이드의 관련 특징을 평가합니다.
거시적 영상에서는 ECM 주입 대조판막 C 마우스에서 종양 성장이 없음을 확인했으나, 종양 세포 ECM 현탁액을 주입한 마우스에서는 눈에 띄는 전이 병변이 존재하였습니다. 4T1 또는 410.4 유방암 세포를 주입한 쥐는 ECM 주입 대조군에 비해 유의하게 더 높은 전이 부담을 보였으며, 두 종양 세포주 간 유의한 차이는 없었습니다. Kaplan Meyer 생존 분석은 410.4개의 종양 세포를 주입한 쥐가 4T1 세포를 주입한 쥐보다 유의미하게 긴 전체 생존 기간을 보였음을 보여주었습니다.
조직학적 분석 결과, 4T1과 410.4 뇌 전이가 뚜렷한 성장 패턴을 보였으며, 4T1은 코호트 유사, 410.4는 가닥 유사 상피 침윤 성장을 보였다. 부적절한 입체 주입은 세포 부탁 누출로 인해 두개골과 수막에 종양이 성장했으며, 적절한 피질 내 주사는 실질전이와 그에 따른 수막 전이가 발생했습니다. 우리는 뇌전이 성장 패턴이 예후와 신경학적 사망에 영향을 미친다는 것을 입증하여 임상 의사결정 지침에 있어 중요성을 뒷받침합니다.
이 프로토콜은 특히 후기 전이 정착 연구에 유용하며, 성장 역학과 2차 전파와 같은 임상적으로 중요한 측면을 다룹니다. 다른 방법들과 달리, 입체정정 모델은 뇌 특이적 정식화를 보장하고 전체 시스템 복잡성을 유지하여 종양 진행과 치료 반응에 대한 장기 연구를 가능하게 합니다. 재현 가능한 임상적으로 관련 있는 플랫폼을 제공함으로써, 본 모델은 뇌 집락화 메커니즘을 이해하고 새로운 치료 전략을 탐구하는 데 기여합니다.
Overview
This article presents a standardized stereotactic intracortical injection protocol for modeling brain metastasis in mice. The method enables precise implantation of tumor cells into the cerebral cortex, supporting reproducible studies of metastatic outgrowth, histological growth patterns, and therapeutic responses in a clinically relevant context. The model addresses limitations of systemic and ex vivo approaches by ensuring brain-specific colonization and preserving the complexity of the brain microenvironment.
Key Study Components
Area of Science
- Cancer biology
- Neuroscience
- Preclinical modeling
Background
- Brain metastases are a frequent and severe complication of advanced solid tumors, leading to poor prognosis and neurological decline.
- Incidence of CNS failure and neurological death is increasing.
- Mechanisms of late-stage brain metastasis, including secondary dissemination and the role of histological growth patterns (HGP), are not well understood.
- Existing models often lack reproducibility or fail to recapitulate the full complexity of the brain environment.
Purpose of Study
- To establish a reproducible, clinically relevant mouse model for brain metastasis using stereotactic intracortical injection.
- To investigate how tumor growth patterns influence prognosis and neurological outcomes.
- To provide a platform for studying metastatic outgrowth, HGP-specific dynamics, and therapeutic interventions.
Methods Used
- Preparation and anesthesia of mice, followed by aseptic surgical exposure of the skull.
- Stereotactic localization and drilling at a defined cortical site.
- Intracortical injection of tumor cell suspension using a Hamilton syringe.
- Post-injection care, including wound closure, analgesia, and recovery monitoring.
- Assessment of neurological function (hanging wire test) and histological analysis of metastatic lesions.
Main Results
- Successful and reproducible induction of brain metastases in mice injected with tumor cells, with no tumor growth in ECM-only controls.
- Distinct histological growth patterns observed: 4T1 cells formed cohort-like lesions, while 410.4 cells exhibited strand-like infiltrative growth.
- Kaplan-Meier analysis showed longer survival in mice injected with 410.4 cells compared to 4T1 cells.
- Improper injection led to non-parenchymal tumor growth, highlighting the importance of technique.
Conclusions
- The stereotactic intracortical injection model enables consistent, brain-specific metastasis and preserves the complexity of the CNS environment.
- Growth patterns of brain metastases influence prognosis and neurological outcomes, supporting their relevance for clinical decision-making.
- This model is valuable for studying late-stage metastatic colonization, growth dynamics, and therapeutic strategies in brain metastasis research.
