Rak piersi z przerzutami do wątroby
Wątroba jest częstym miejscem przerzutów raka piersi, wraz z kośćmi i płucami1-3. Przerzuty do wątroby u pacjentek z rakiem piersi są niezależnym czynnikiem prognostycznym dla bardzo złych wyników4,5, ponieważ mediana przeżycia pacjentek z rakiem piersi z przerzutami do wątroby wynosi od 4,8 do 15 miesięcy6-9. Natomiast u pacjentek z rakiem piersi z przerzutami do płuc lub kości mediana przeżycia wynosi odpowiednio od 9 do 27,4 miesiąca (8,9 i od 16,3 do 56 miesięcy) (8,10-12 miesięcy). Przerzuty to wieloetapowy proces, określany jako kaskada przerzutowa, który rozpoczyna się od rozsiewu komórek nowotworowych w guzie pierwotnym, a kończy się śmiertelnością pacjenta z powodu wysiewu i wyrastania krążących komórek nowotworowych w odległym narządzie13-15. Modele przerzutów u gryzoni ujawniły, że kaskada przerzutów jest wyjątkowo nieefektywna, a tylko 0,02 - 10% krążących komórek nowotworowych tworzy jawne przerzuty16,17. Jednym z głównych wąskich gardeł nieskuteczności przerzutów są unikalne mikrośrodowiska tkankowe w miejscach wtórnych, zwane niszami przerzutowymi18, co podkreśla znaczenie zrozumienia przerzutów specyficznych dla danego miejsca. Nisza przerzutowa jest unikalna dla miejsca nawrotu i częściowo charakteryzuje się odkładaniem się odrębnych białek macierzy zewnątrzkomórkowej19,20, infiltracją różnych populacji komórek odpornościowych21-23 i zmienioną homeostazą tkanek, w tym rozregulowaną produkcją licznych cytokin, chemokin i czynników wzrostu15,18,24,25. W ten sposób zrozumienie specyficznej tkankowo niszy przerzutów poprzedza zrozumienie, jak celować w chorobę przerzutową. Brakuje jednak solidnych modeli przerzutów do wątroby. Co więcej, ulepszone modele przerzutów do wątroby będą miały zasadnicze znaczenie dla identyfikacji nowych celów i skutecznych metod leczenia pacjentek z rakiem piersi z przerzutami do wątroby.
Sprawdzone modele do badania przerzutów raka piersi do wątroby
Obecnie dostępne modele do badania przerzutów raka piersi do wątroby obejmują ksenografty ludzkich komórek rakowych u myszy z obniżoną odpornością. Modele te zazwyczaj wykorzystują dobrze zbadane linie komórkowe ludzkiego raka piersi, takie jak MCF-7 i MDA-MB-231 oraz mysi gospodarze Nude, Rag1-/- lub SCID z obniżoną odpornością26-29. Modele ksenoprzeszczepów mają tę zaletę, że obejmują linie komórek nowotworowych pochodzenia ludzkiego, jednak biorąc pod uwagę niedawne uznanie dla komórek odpornościowych w przerzutach30-32 i oporności terapeutycznej33-35, badanie przerzutów u w pełni kompetentnego immunologicznie gospodarza ma kluczowe znaczenie. Modele do badania przerzutów raka piersi do wątroby u gospodarzy kompetentnych immunologicznie obejmują ortotopowe wstrzykiwanie syngenicznych komórek nowotworowych (np. linii komórkowych 4T1 i D2A1) do poduszeczki tłuszczowej sutka, z chirurgiczną resekcją guza pierwotnego lub bez niej, a następnie ocenę przerzutów36-38. Warto zauważyć, że częstość przerzutów do wątroby z modeli przeszczepów ortotopowych jest bardzo niska lub nie występuje wcale w porównaniu z innymi miejscami przerzutów, takimi jak płuca39,40, lub występuje po ustaleniu przerzutów do płuc, co komplikuje badanie przerzutów specyficznych dla wątroby37,39.
Eksplantaty guza ze spontanicznie genetycznie modyfikowanych modeli raka piersi mogą być ponownie wstrzykiwane do poduszeczek tłuszczowych ssaków naiwnych gospodarzy jako syngeniczne komórki nowotworowe. Na przykład niedawno doniesiono, że spontaniczne guzy myszy K14CreECadf / fP53f / f, które modelują inwazyjnego raka zrazikowego piersi, rozwijają guzy po ortotopowym wstrzyknięciu do gospodarzy typu dzikiego. Po chirurgicznej resekcji tych guzów po osiągnięciu 15 mm2, u 18% myszy doszło do przerzutów do wątroby40,41. Trzecie podejście do modelowania przerzutów do wątroby wykorzystuje spontaniczne przerzuty u genetycznie zmodyfikowanych myszy. Do tej pory doniesienia o spontanicznych mysich modelach przerzutów raka piersi, które łatwo rozprzestrzeniają się do wątroby, są rzadkie. Wyjątki obejmują H19-IGF2, p53fp/fp MMTV-Cre Wap-Cre i K14CreECadf/fP53f/f genetycznie modyfikowane modele myszy, w których przerzuty do wątroby rozwijają się u niewielkiego odsetka myszy38,41-43. Tak więc, podczas gdy genetycznie modyfikowane modele myszy ułatwiają badanie wszystkich etapów kaskady przerzutowej, dostarczając potężnych i klinicznie istotnych modeli, są one ograniczone ze względu na niskie wskaźniki przerzutów do wątroby38.
Kilka modeli przerzutów omija początkowe etapy kaskady przerzutowej, w tym rozsiewanie komórek nowotworowych z guza pierwotnego i wewnątrznaczynienie. Modele te pozwalają na badanie późniejszych etapów kaskady przerzutowej, od wynaczynienia do powstania guzów w miejscach wtórnych. Model iniekcji dosercowej dostarcza komórki nowotworowe do lewej komory, która rozprowadza komórki nowotworowe do układu krążenia przez aortę. Wstrzyknięcie dosercowe wymaga obrazowania miejsca wstrzyknięcia pod kontrolą USG lub innych metod obrazowania, takich jak bioluminescencja komórek znakowanych lucyferazy, w celu potwierdzenia udanego wstrzyknięcia. Wstrzyknięcie komórek nowotworowych przez lewą komorę może spowodować przerzuty do kości, mózgu, płuc i/lub wątroby, między innymi44-48. Z powodu przerzutów wielonarządowych, myszy te często muszą zostać poddane eutanazji przed rozwojem jawnych przerzutów do wątroby, negując zdolność do pełnego zbadania wzrostu przerzutów w wątrobie. Alternatywnym podejściem, które znacznie minimalizuje rozwój przerzutów wielomiejscowych, jest model iniekcji dośledzionowej. Wstrzyknięcie dośledzionowe dostarcza komórki nowotworowe przez żyłę śledzionową, która łączy się z żyłą krezkową górną, tworząc żyłę wrotną49,50. Zwierzęta mogą być monitorowane pod kątem rozrostu zmian przerzutowych w wątrobie, ponieważ powstawanie przerzutów w innych miejscach jest rzadkie, w wyniku czego ogólny stan zdrowia zwierzęcia jest utrzymany49,50. Należy jednak zauważyć, że model wewnątrzśledzionowy wymaga splenektomii, aby uniknąć guzów śledziony49,50, procedury, która wpływa na funkcje odpornościowe. Na przykład uszkodzenie reperfuzyjne niedokrwienne mięśnia sercowego charakteryzuje się naciekaniem podzbiorów monocytów Ly6C +, które pochodzą ze śledziony i są odpowiedzialne za aktywność fagocytarną i proteolityczną podczas gojenia się ran po niedokrwieniu51,52. W przypadku splenektomii obserwuje się zmniejszenie populacji monocytów, które pomagają w gojeniu się ran52. Ponadto wykazano, że splenektomia zmniejsza wzrost guza pierwotnego i przerzuty do płuc w modelu niedrobnokomórkowego raka płuca, w szczególności poprzez zmniejszenie liczby krążących i wewnątrzguzowych komórek monocytowych mieloidalnych CCR2 + CD11b + Ly6C + 53. Ponadto splenektomia po wstrzyknięciu dośledzionowym komórek raka jelita grubego spowodowała obniżenie poziomu przeciwnowotworowych komórek NK w krezkowych węzłach chłonnych i zwiększenie przerzutów do wątroby54. Podsumowując, odkrycia te sugerują, że splenektomia upośledza rolę układu odpornościowego, co z kolei ma konsekwencje dla losu komórek przerzutowych.
Model iniekcji żyły wrotnej z przerzutami do wątroby
Aby zbadać przerzuty raka piersi do wątroby u w pełni kompetentnego immunologicznie gospodarza, w warunkach, w których myszy nie są zagrożone z powodu przerzutów wielonarządowych, opracowano model iniekcji żyły wrotnej. Modele iniekcji wewnątrzwrotnej były wcześniej wykorzystywane do badania przerzutów do wątroby linii komórkowychjelita grubego 55,56 i czerniaka16; W tym miejscu opisano zastosowanie iniekcji wewnątrzwrotnej do modelowania przerzutów do komórek nowotworowych sutka. Model ten może być wykorzystany do badania późniejszych etapów kaskady przerzutów, w tym wynaczynienia i wysiewu komórek raka piersi, decyzji o losie komórek nowotworowych dotyczących śmierci/proliferacji/uśpienia oraz wzrostu do jawnych zmian. W tym modelu syngeniczne linie komórkowe guza sutka są wstrzykiwane przez żyłę wrotną kompetentnych immunologicznie samic myszy Balb / c, metoda, która dostarcza komórki nowotworowe najpierw i bezpośrednio do wątroby bez usuwania śledziony. Aby opracować ten model, wykorzystano cztery linie komórek guza sutka, które mają zdolność przerzutową od niskiej do wysokiej: D2.OR, D2A1 i 4T1, a także wykorzystano D2A1 znakowane zielonym białkiem fluorescencyjnym (D2A1-GFP) w celu zbadania wczesnych punktów czasowych po wstrzyknięciu komórek nowotworowych. 4T1 to wysoce przerzutowa linia komórkowa pochodząca z guza 410.4, która spontanicznie powstała u samicy myszy MMTV+ Balb / c36,37 i daje przerzuty do płuc, wątroby, mózgu i kości z guzów pierwotnych poduszeczki tłuszczowej sutka39,57,58. Komórki nowotworowe D2A1 również pierwotnie pochodziły z spontanicznego guza sutka powstającego w gospodarzu Balb / c po przeszczepie hiperplastycznych komórek guzków pęcherzykowych D2 i potwierdzono, że są przerzutowe z guza pierwotnego do płuc59,60. Komórki nowotworowe D2.OR są nieprzerzutową linią siostrzaną do linii D2A1 i chociaż uciekają z guza pierwotnego i docierają do miejsc wtórnych, rzadko tworzą odległe przerzuty60,61.
Dodatkowo, ważne jest, aby unikać powszechnie stosowanych leków przeciwbólowych, w tym niesteroidowych leków przeciwzapalnych (NLPZ) podczas lub po zabiegu chirurgicznym. NLPZ mają działanie przeciwnowotworowe w niektórych nowotworach piersi62-65, a niektóre klasy NLPZ zwiększają ryzyko hepatotoksyczności66,67, potencjalnie zagrażając badaniu przerzutów do wątroby i niszy przerzutów do wątroby. Ponadto badania sugerują, że NLPZ bezpośrednio wpływają na mikrośrodowisko tkanek, redukując proprzerzutowe białka macierzy zewnątrzkomórkowej tenascynę-C68 i kolagen fibrylarny62,65. Alternatywnie, zastosowanie pochodnej opioidów, buprenorfiny, zastosowano ze względu na jej skuteczność w leczeniu bólu u gryzoni69 oraz ze względu na brak dowodów na to, że opioidy mają działanie przeciwnowotworowe70. Ten model iniekcji żyły wrotnej został zoptymalizowany pod kątem mniejszych objętości wstrzyknięć wynoszących 5 - 10 μl, aby uniknąć niepotrzebnego uszkodzenia wątroby. Model został również zoptymalizowany pod kątem igieł o mniejszej średnicy (≥ 32 mm) i użycia gazy hemostatycznej bezpośrednio po wstrzyknięciu, aby zminimalizować utratę krwi podczas zabiegu. W przeciwieństwie do tych zoptymalizowanych parametrów iniekcji, liczba komórek powinna być określana indywidualnie, w oparciu o potencjał rakotwórczy linii komórkowej. Jednak w przypadku badań długoterminowych zaleca się rozpoczęcie od ≤ 10 000 komórek/wstrzyknięcie. W przypadku krótszych punktów końcowych (np. 24 godziny po wstrzyknięciu) można użyć znacznie więcej komórek nowotworowych (np. 1 x 105 - 1 x 106), jeśli jest to uzasadnione. Podsumowując, opisany tutaj model iniekcji żyły wrotnej stanowi przydatne narzędzie do badania przerzutów raka piersi do wątroby i omija szereg ograniczeń innych modeli przerzutów do wątroby. Model ten ułatwia badania nad wynaczynieniem komórek nowotworowych, siewem, wczesnymi decyzjami losu dotyczącymi przeżycia, proliferacji i spoczynku oraz przerzutowym wzrostem u mysich gospodarzy kompetentnych immunologicznie.