Het protocol beschrijft een methode voor het injecteren van tumorcellen via de percutane punctieroute in cisterna magna die leptomeningeale metastase bij muizen robuust induceert, waardoor trauma en extracraniële tumorbelasting worden verminderd.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Het protocol beschrijft een methode voor het injecteren van tumorcellen via de percutane punctieroute in cisterna magna die leptomeningeale metastase bij muizen robuust induceert, waardoor trauma en extracraniële tumorbelasting worden verminderd.
Leptomeningeale metastase (LM), de verspreiding van kankercellen in de met cerebrospinale vloeistof (CSF) gevulde leptomeninges, is een zeldzame maar verwoestende complicatie van gevorderde solide tumoren. Patiënten met LM hebben vaak een slechte prognose, waarbij de overleving wordt gemeten in weken tot maanden. Het ontwikkelen van in vivo modellen die de complexiteit van LM nauwkeurig repliceren, is essentieel voor het begrijpen van de cellulaire en pathologische mechanismen en het evalueren van mogelijke therapieën. LM-modellen bij muizen worden meestal gemaakt door middel van intracardiale, halsslagader- of cisterna magna-injectie van tumorcellen. Intracardiale of halsslagaderinjecties resulteren echter vaak in een aanzienlijke extracraniële en hersentumorbelasting, wat bioluminescente beeldvorming bemoeilijkt en leidt tot mortaliteit die geen verband houdt met LM. Ondertussen vereist conventionele cisterna magna-injectie invasieve procedures, zoals huidincisie en spierdissectie, waardoor het zowel traumatisch als arbeidsintensief is. Hier beschrijven we een minimaal invasieve procedure voor injectie van tumorcellen in de leptomeningeale ruimte via de cisterna magna zonder dat er een incisie in de huid nodig is. Deze aanpak vermindert extracraniële tumorvorming, minimaliseert chirurgisch trauma en verkort de tijd en postoperatieve zorg die nodig zijn in vergelijking met andere chirurgische methoden. Belangrijk is dat het consequent LM induceert met minimale infiltratie van hersenparenchym, zoals bevestigd door twee-fotonmicroscopie en histologische analyse. Deze gestroomlijnde aanpak biedt een efficiënt en betrouwbaar model voor het bestuderen van LM in preklinisch onderzoek.
De gemetastaseerde ziekte blijft de grootste uitdaging voor patiënten met gevorderde kankers. Leptomeningeale metastase (LM) verwijst naar de verspreiding van kankercellen naar de pia mater, arachnoïdale mater en subarachnoïdale ruimte. LM van solide tumoren komt steeds vaker voor bij longkanker (9%-25%), borstkanker (5%-20%) en melanoom (6%-18%)1,2, grotendeels als gevolg van een langere overleving en verbeterde diagnostische technieken. Kankercellen kunnen de leptomeningeale ruimte via meerdere routes binnendringen, waaronder 1) directe invasie via perifere structuren zoals dura mater, bot en zenuwen; 2) hematogene verspreiding door het veneuze systeem; en 3) toegang via de arteriële circulatie, waar kankercellen door gefenestreerde vaten in de plexus choroides glippen en vervolgens in de met hersenvocht gevulde ventrikels 3,4,5. Tumorcellen die de leptomeningeale ruimte binnenkomen, worden geconfronteerd met meerdere uitdagingen, waaronder ontbering van groeifactoren, beperkte metabole tussenproducten en hypoxische aandoeningen6. Vanwege het gebrek aan geschikte hulpmiddelen en technieken wordt echter slecht begrepen hoe tumorcellen door deze routes navigeren en onherbergzame omstandigheden overwinnen om de leptomeningeale ruimte te koloniseren. Ondanks de vooruitgang in multimodale therapieën, waaronder radiotherapie, systemische behandeling en intrathecale injectietherapie, blijft de prognose voor LM-patiënten slecht, met overleving doorgaans variërend van 2 tot 4 maanden 3,7,8,9. Er is dus dringend behoefte aan een beter begrip van de biologie van leptomeningeale metastase om de huidige behandelingen te verbeteren en nieuwe, gerichte therapieën te ontwikkelen. Om dit te bereiken is de ontwikkeling van in vivo modellen nodig die de complexe kenmerken van LM samenvatten.
In tegenstelling tot metastasen in organen zoals de lever, het bot en de hersenen, ontwikkelt LM zich meestal jaren na de diagnose van de primaire tumor 10,11,12. Evenzo is LM in muismodellen met spontane metastase zeldzaam vanwege de lage incidentie en het feit dat muizen doorgaans bezwijken aan metastasen op andere plaatsen. Experimentele LM-modellen bij muizen kunnen op verschillende manieren worden gemaakt, waaronder intracardiale, intracarotisslagader of, als alternatief, directe injectie in de cisterna magna of hersenventrikels. Hoewel intracardiale injectie van kankercellen veel wordt gebruikt9, resulteert dit vaak in een aanzienlijke extracraniële tumorbelasting, waardoor mortaliteit ontstaat die geen verband houdt met LM. Alternatieve benaderingen, zoals het injecteren van tumorcellen via de halsslagader13,14, vereisen uitgebreide gespecialiseerde middelen en resulteren in grote chirurgische incisies, die traumatisch zijn. Bovendien leidt deze methode ook voornamelijk tot metastase in het hersenweefsel zelf, in plaats van leptomeninges, en is het tijdrovend en inefficiënt voor het opstellen van LM-modellen15. Injectie in de cisterna magna maakt directe afgifte van tumorcellen in de leptomeningeale ruimte mogelijk. Verschillende onderzoeken hebben deze benadering gebruikt om LM-mechanismen te onderzoeken en nieuwe behandelingen te evalueren 6,16,17.
In dit manuscript presenteren we een handig trans-cisterna magna injectieprotocol met een directe percutane punctie om snel en stabiel een grotere hoeveelheid muizen met LM te genereren. Deze methode omzeilt de hersen-bloedbarrière en maakt daardoor een efficiënt xenotransplantaat van tumorcellen in de leptomeninges-ruimte mogelijk. Het vermindert ook aanzienlijk het chirurgische trauma en de proceduretijd, terwijl het op betrouwbare wijze LM bij muizen induceert. We bevestigden het voorkomen van LM met minimale infiltratie in het hersenparenchym, zoals geverifieerd door twee-fotonmicroscopie en histologische analyse. Daarom repliceert het resulterende model getrouw de complexe micro-omgeving van LM, wat een waardevol hulpmiddel biedt om ziekte-geassocieerde cellulaire en pathologische mechanismen te bestuderen en potentiële therapieën te evalueren.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Alle dierproeven in dit manuscript zijn beoordeeld en goedgekeurd door de ZJU-Laboratorium Dierenwelzijn en Ethische Toetsingscommissie (ZJU20230155). C57BL/6J- en NSG-muizen werden verkregen uit en gehuisvest onder specifieke pathogeenvrije omstandigheden in het ZJU Laboratory Animal Center. Dit protocol maakt gebruik van de muizenlongkankercellijn, Lewis-longcarcinoom (LLC1), en de menselijke longkankercellijn, A549, beide gelabeld met GFP en vuurvliegluciferase. Beide cellijnen worden vriendelijk ter beschikking gesteld door Dr. Xiang H. F. Zhang (Baylor College of Medicine, VS)18. Hier gebruiken we LLC1-cellen als voorbeeld. De procedure voor de injectie van A549-cellen is bijna identiek, behalve dat 6 x 104 A549-cellen in NSG-muizen werden geïnjecteerd.
1. Voorbereiding van kankercellen voor injectie
2. Bereiding van muizen
OPMERKING: In deze studie werden mannelijke C57BL/6J-muizen in de leeftijd van 6-8 weken gebruikt.
3. Cisterna magna injectie
OPMERKING: Aseptische technieken zijn vereist voor de volgende stappen, inclusief het gebruik van persoonlijke beschermingsmiddelen en steriele handschoenen.
4. Zorg na injectie
5. Beoordeling van de groei van leptomeningeale tumoren
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Figuur 1 illustreert de plaatsing van de muis voor injectie en de prikplaats vanuit zijaanzichten en vooraanzichten. Figuur 2 toont representatieve in vivo bioluminescentiebeelden van dieren die zijn getest voor het genereren van LM via verschillende benaderingen. GFP-luciferase-gelabelde LLC1-cellen werden via verschillende routes in de dieren geïnjecteerd, gevolgd door bioluminescente beeldvorming. Z...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
LM is een agressieve en fatale aandoening. Zodra de tumorcellen uitzaaien naar de met hersenvocht gevulde ruimte, verspreiden ze zich snel door het hele centrale zenuwstelsel25. Deze cellen bezinken en dringen de hersenen, het ruggenmerg, de hersenzenuwen en de ruggenmergzenuwen binnen, wat uiteindelijk leidt tot snelle neurologische achteruitgang en uiteindelijk de dood17. Om de onderliggende pathofysiologische mechanismen beter te begrijp...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaren geen belangenconflict.
De auteurs bedanken de leden van het Zhang-laboratorium voor hun waardevolle discussies en hulp tijdens dit onderzoek. W.Z. wordt ondersteund door de Fundamental Research Funds for the Zhejiang Provincial Universities (2023QZJH60), het Science Fund Program for Distinguished Young Scholars van de National Natural Science Foundation of China (588020-X42306/041) en het startfonds van het Life Sciences Institute van de Zhejiang University.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 1.5ml Eppendorf tubes | Biosharp | BS-15-M-S | |
| 15ml centrifuge tube | LABSELECT | CT-002-15A | |
| 31G x 8mm insulin syringe(0.3ml) | Promisemed | / | |
| Abrasive drill | GLOBALEBIO | GEGZ-AM1 | |
| Animal heat mat | woggee | / | |
| Cryomold | Supin | SP-AB-7 x 7 x 5 | |
| Depilatory creams | Nair | 1.00023E+11 | |
| D-Luciferin | Gold Biology | LUCK-1G | |
| DMEM | Gibco | C11995500CP | |
| FBS | Gibco | 10270-106 | |
| IVIS Spectrum | Caliper | / | |
| Ketamine | Jiangsu Hengrui Pharmaceuticals Co., Ltd. | H20193336 | |
| Optimal Cutting Temperature | Sakura | 4583-1 | |
| Paraformaldehyde | SCR | 80096618 | |
| PBS | Servicebio | G4202-500ML | |
| Pen/Strep Amphotericin B | Gibco | 15140122 | |
| Shaver | Hipidog | 2103CGMJ3373-GQ22N526 | |
| Stereo fluorescence microscope | Olympus | / | |
| Straight forceps | Beyotime | FS019 | Moet geautoclaveerd worden |
| Surgical scissors | Beyotime | FS001 | Moet geautoclaveerd worden |
| Triangular mouse fixation head piece | Transcend vivoscope | TVS-FDM-027 | |
| TRITC-dextran, MW 70000 | MedChemExpress | HY-158082C | |
| Trypsin/EDTA solution | Gibco | 25200056 | |
| Two-photon laser scanning microscopy | Olympus | / | |
| Vetbond Tissue Adhesives | 3M | 1469SB | |
| Xylazine | Sigma | X1126 |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.