Ten protokół opisuje unikalną metodę konstruowania ortotopowego modelu powierzchownego raka pęcherza moczowego.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje unikalną metodę konstruowania ortotopowego modelu powierzchownego raka pęcherza moczowego.
To badanie przedstawia innowacyjną metodę tworzenia ortotopowego modelu guza mysiego pęcherza moczowego o wysokiej skuteczności i precyzyjnej lokalizacji guza. Po znieczuleniu samic myszy C57BL/6J w pozycji leżącej, do pęcherza wprowadza się igłę dożylną o sile 24 G w celu usunięcia jej zawartości. Następnie przez cewnik wprowadza się igłę dozującą o wadze 34 G, obraca się ją pięć razy, aby spowodować ogniskowe uszkodzenie błony śluzowej kopuły pęcherza moczowego, a następnie usuwa. Zawiesina komórek MB49 jest zasysana i podłączana do igły dozującej 30 G, która jest wprowadzana do pęcherza moczowego za pośrednictwem cewnika. Komórki nowotworowe są wstrzykiwane podśluzówkowo do pęcherza moczowego pod ciśnieniem. Ta technika powoduje minimalny uraz myszy, wysoki wskaźnik wchłaniania guza i stałą lokalizację guza. Charakteryzuje się prostotą i doskonałą powtarzalnością. Model ten stanowi idealną platformę eksperymentalną do opracowywania dopęcherzowych terapii raka pęcherza moczowego, ułatwiając postęp i optymalizację strategii leczenia tego nowotworu.
Rak pęcherza moczowego stanowi znaczące globalne obciążenie zdrowotne, z zauważalnymi różnicami w występowaniu i rokowaniach w zależności od płci. Ten nowotwór złośliwy charakteryzuje się odrębnymi podtypami molekularnymi, z których każdy jest związany z różnymi szlakami patogennymi. Cechy molekularne i patologiczne różnią się znacznie między nieinwazyjnym rakiem pęcherza moczowego (NMIBC) a inwazyjnym rakiem pęcherza moczowego (MIBC)1,2. NMIBC stanowi około 75% przypadków, w tym guzy pochodzenia nabłonkowego przejściowego, które pozostają zlokalizowane bez przerzutów lub rozprzestrzeniania się. I odwrotnie, MIBC charakteryzuje się infiltracją komórek rakowych do warstwy mięśniowej pęcherza moczowego, czemu towarzyszy wysokie ryzyko rozsiewu, co często wymaga cystektomii w praktyce klinicznej3.
W badaniach przedklinicznych modele, które dokładnie reprezentują powierzchowne stadium choroby, są niezbędne do oceny terapii lekowych. Opracowanie modelu powierzchownego raka pęcherza moczowego in situ ma zatem ogromne znaczenie, służąc jako kluczowe narzędzie badawcze dla rozwoju leków klinicznych i innowacyjnych terapii wkraplania.
Rozwój mysich modeli ortotopowego raka pęcherza moczowego tradycyjnie napotykał wyzwania. Modele indukowane chemicznie często zaczynają się jako powierzchowne guzy, ale mogą ewoluować w formy inwazyjne, ze zmiennością, która ogranicza ich użyteczność w eksperymentach na dużą skalę4. Tradycyjne modele implantacji ortotopowej, które polegają na wstrzykiwaniu komórek nowotworowych przez ścianę pęcherza moczowego5, mają trudności z wiernym odtworzeniem powierzchownego raka pęcherza moczowego. Alternatywne metody, w tym uszkodzenie błony śluzowej połączone z wkropleniem komórek nowotworowych6,7,8,9,10, zostały podjęte, ale są ograniczone przez wysokie wskaźniki śmiertelności i niskie wskaźniki przyjmowania nowotworów, co utrudnia ich szersze zastosowanie.
To badanie ma na celu opracowanie nowej metody konstruowania modelu powierzchownego raka pęcherza moczowego, który wykazuje większą stabilność, niższą śmiertelność i stałe umiejscowienie guza w porównaniu do istniejących modeli. Uzyskując bardziej precyzyjne odwzorowanie choroby we wczesnych stadiach, obecny model może poprawić rygorystyczną ocenę interwencji profilaktycznych i terapeutycznych, przyspieszając w ten sposób leczenie raka pęcherza moczowego.
Wszystkie protokoły i procedury eksperymentalne na zwierzętach zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Oceny Etycznej ds. Eksperymentów na Zwierzętach Uniwersytetu Medycznego w Tianjin, Tianjin, Chiny (numer zatwierdzenia SYXK: 2020-0010). Do tego badania wykorzystano sześcio- do ośmiotygodniowych samic myszy C57BL/6J. Zwierzęta były trzymane w kontrolowanych warunkach środowiskowych, w tym w 12-godzinnym cyklu jasnym i ciemnym, temperaturach w zakresie 21-25 °C, regulowanym poziomie wilgotności w zakresie 30%-70% oraz nieograniczonym dostępie do pożywienia i wody, chyba że określono inaczej. Szczegółowe informacje na temat stosowanych odczynników i sprzętu są wymienione w Tabeli Materiałów.
1. Przygotowanie komórek
2. Przygotowanie zwierząt
3. Generowanie modelu guza ortotopowego u zwierząt
4. Monitorowanie pooperacyjne
Skuteczność wstrzyknięć podśluzówkowych oceniono początkowo poprzez podanie błękitu trypanowego. Po wstrzyknięciu wyraźnie zwizualizowano rozprzestrzenianie się barwnika w warstwie podśluzowej, co potwierdziło precyzyjne i kontrolowane dostarczanie wstrzykiwanych substancji (Rysunek 1).
Proces rozwoju guza był skrupulatnie monitorowany. Około 14 dni po implantacji zaobserwowano znaczną częstotliwość występowania krwiomoczu, co jest krytycznym objawem wskazującym na nowotwór pęcherza moczowego. Stwierdzono, że guzy są trwale osadzone w warstwie podśluzowej pęcherza. Wczesny wzorzec wzrostu tych guzów charakteryzował się ekspansywnym, nieinwazyjnym rozrostem, co jest zgodne z klasyfikacją NMIBC. Badanie histologiczne potwierdziło brak naciekania mięśniowego, przy czym guzy były ograniczone do warstwy podśluzowej, co odpowiada kryteriom NMIBC (Rysunek 2).
Obserwacje makroskopowe dodatkowo potwierdziły proces tworzenia się guzów. Guzy były wyraźnie widoczne i wykazywały wzrost brodawkowaty o zróżnicowanych rozmiarach i kształtach (Rysunek 3). Ponadto guzy rosły stosunkowo powoli, co zapewniło wystarczającą ilość czasu na przeprowadzenie badań w ramach eksperymentu (Rysunek 4).
W niniejszym badaniu, w celu weryfikacji lokalizacji guza oraz wykluczenia zasiewu do cewki moczowej, zastosowano implantację komórek MB49-luc, po której wykonano obrazowanie zwierząt laboratoryjnych. Rysunek 5 przedstawia obrazy bioluminescencyjne in vivo wykonane 35 dni po wstrzyknięciu komórek nowotworowych, co wyraźnie pokazuje, że guz znajduje się w pęcherzu i nie ma dowodów na zasiew ektopowy, np. w cewce moczowej.
Tkanka nowotworowa staje się zazwyczaj wykrywalna 14 dni po implantacji. Według naszego doświadczenia u 70% lub więcej myszy występuje krwiomocz do 14. dnia. Procedura ta zazwyczaj nie powoduje śmiertelności. Bez interwencji eutanazja staje się konieczna do 60. dnia. Kryteria eutanazji obejmują letarg, kacheksję, zmierzwione futro, garbienie się, brak reakcji na bodźce lub utratę ≥20% początkowej masy ciała.

Rysunek 1: Skuteczność podania podśluzówkowego z błękitem trypanowym. Demonstracja skuteczności wstrzykiwania podśluzówkowego przy użyciu błękitu trypanowego. Strzałki wskazują miejsca wstrzyknięcia, w których pozostały widoczne ślady błękitu trypanowego nawet po trzykrotnym płukaniu roztworem PBS. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Histologiczne potwierdzenie implantacji guza. Histologiczne potwierdzenie implantacji guza w podśluzówce przy użyciu barwienia H&E. Pasek skali: 50 µm. Aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.

Rysunek 3: Bezpośrednia wizualizacja guzów pęcherza moczowego. Bezpośrednia wizualizacja guzów pęcherza moczowego, z zaznaczeniem wyraźnej proliferacji naczyniowej u podstawy guza. Pasek skali: 2 mm. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 4: Stan guza w 35. dniu po implantacji. Ocena stanu guza w 35. dniu po implantacji. Ściana pęcherza u podstawy guza wykazuje powiększone i zdezorganizowane naczynia krwionośne, którym towarzyszy szeroka podstawa guza. Pasek skali: 2 mm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 5: In vivo obrazowanie bioluminescencyjne raka pęcherza moczowego. Obrazy bioluminescencyjne in vivo myszy 35 dni po implantacji komórek raka pęcherza moczowego MB49-LUC. Obrazy są zakodowane kolorami w celu przedstawienia intensywności fluorescencji: kolor czerwony oznacza wysoką fluorescencję (wysoka aktywność guza), a niebieski niską fluorescencję (niska aktywność guza). W obszarze pęcherza moczowego wyznaczono obszary zainteresowania (ROI), aby ilościowo ocenić sygnał bioluminescencyjny specyficzny dla guza. Wyniki wykazują, że guzy są zlokalizowane w pęcherzu moczowym, bez dowodów na obecność ognisk ektopicznych, np. w cewce moczowej. Obszary o niskim sygnale mogą wynikać z rozproszonych sygnałów z obszarów o wysokiej intensywności przenikających przez tkankę i niekoniecznie wskazują na obecność komórek nowotworowych. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 6: Schemat podania komórek nowotworowych drogą wewnątrz pęcherzową. Schematyczne przedstawienie podania komórek nowotworowych drogą wewnątrz pęcherzową w celu stworzenia ortotopowego modelu powierzchownego raka pęcherza moczowego. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 7: Konfiguracja zmodyfikowanych igieł dozujących. Konfiguracja zmodyfikowanych igieł dozujących wewnątrz cewnika 24 G. (A) Fotografia igły dozującej 34 G wewnątrz cewnika 24 G. (B) Fotografia igły dozującej 30 G wewnątrz cewnika 24 G. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Badania nad rakiem pęcherza moczowego opierają się na modelach zwierzęcych, które są niezbędne zarówno w badaniach podstawowych, jak i stosowanych. Aby lepiej naśladować środowisko wzrostu guza, ortotopowe modele guza pęcherza moczowego zapewniają lepsze podejście w porównaniu z podskórnymi modelami guzów11.
Obecnie ortotopowe modele raka pęcherza moczowego można podzielić na dwa główne typy na dwa główne typy: te wykorzystujące myszy z niedoborem odporności, takie jak modele ksenoprzeszczepów pochodzących od pacjenta (PDX)1 i modele ksenoprzeszczepów pochodzących z linii komórkowych (CDX)5, oraz te wykorzystujące myszy immunokompetentne, takie jak modele wszczepienia syngenicznego12.
Model PDX polega na wszczepieniu tkanek nowotworowych pochodzących od pacjenta myszom z niedoborem odporności, co pozwala na spersonalizowaną ocenę odpowiedzi guza na leki chemioterapeutyczne. Jednak brak nienaruszonego układu odpornościowego u tych myszy stanowi znaczne ograniczenia w badaniu mechanizmów związanych z odpornością. Podobnie model CDX, który wykorzystuje linie komórek nowotworowych pochodzenia ludzkiego, oferuje wysokie tempo powstawania nowotworów, ale również cierpi z powodu braku mikrośrodowiska immunologicznego5.
W kontekście myszy immunokompetentnych podstawowa metoda konstruowania ortotopowych guzów pęcherza moczowego polega na wstrzykiwaniu mysich linii komórkowych MB49 do ściany pęcherza moczowego w celu utworzenia guzów pęcherza in situ 12. Procedura ta wymaga laparotomii i dopęcherzowego wstrzyknięcia komórek nowotworowych, co stanowi wyzwanie, takie jak potencjalny wyciek komórek nowotworowych i zasiew w przewodzie igłowym. W związku z tym trudno jest stworzyć powierzchowne guzy pęcherza moczowego, co utrudnia dokładną replikację progresji ludzkiego raka pęcherza moczowego od etapów nieinwazyjnych do inwazyjnych dla mięśni13.
Aby ustalić powierzchowne ortotopowe guzy pęcherza moczowego, tradycyjne techniki modelowania zazwyczaj obejmują indukowanie uszkodzenia błony śluzowej za pomocą środków takich jak roztwory kwasowo-zasadowe lub elektrokoagulacja, a następnie dopęcherzowe wkraplanie zawiesin komórek nowotworowych, z czasem retencji wynoszącym 2 godziny lub więcej 8,14. Metodyki te mają jednak kilka istotnych ograniczeń. Po pierwsze, nie zapewniają one jednolitości liczby i lokalizacji implantów nowotworowych w pęcherzu moczowym, co pogarsza odtwarzalność modelu. Co więcej, techniki te często powodują poważne uszkodzenie pęcherza moczowego, co prowadzi do wysokiej śmiertelności. Wynikające z tego bliznowacenie pęcherza moczowego i zmniejszona pojemność stanowią istotną przeszkodę dla badań nad nowymi środkami terapeutycznymi, które wymagają wielokrotnego wkraplania dopęcherzowego. To nie tylko podważa wiarygodność wyników eksperymentalnych, ale także budzi obawy etyczne dotyczące dobrostanu zwierząt.
W związku z tym opracowanie modelu zwierzęcego, który może dokładnie symulować powierzchownego ludzkiego raka pęcherza moczowego, zapewniłoby lepszą platformę eksperymentalną do zrozumienia proliferacji i progresji guza. Taki model byłby nieoceniony w badaniach nad nowymi dopęcherzowymi środkami terapeutycznymi i pogłębianiu naszej wiedzy na temat biologii raka pęcherza moczowego.
Badanie to przedstawia metodę implantacji in situ , która wykorzystuje igłę dozującą z końcówką do wstrzykiwania komórek nowotworowych podśluzówkowo pod ciśnieniem (ryc. 6). W badaniu wykorzystano linię komórkową MB49 i samice myszy C57BL/6J do skonstruowania modelu guza in situ .
Podczas budowy tego modelu warstwa ochronna na normalnej powierzchni błony śluzowej pęcherza moczowego stanowi poważne wyzwanie dla bezpośredniego wkraplania komórek nowotworowych, często uniemożliwiając skuteczne tworzenie się guza8. W związku z tym konieczne jest wywołanie miejscowego urazu w kopule pęcherza moczowego za pomocą igły 34 G, aby stworzyć odpowiednią "glebę" do implantacji komórek nowotworowych.
Igły dozujące 34 G i 30 G użyte w tym badaniu uległy częściowym modyfikacjom. Końcówka igły 34 G została zaciśnięta w celu utworzenia lekko nieregularnego końca, co zwiększa jej zdolność do powodowania uszkodzeń błony śluzowej. Punkty połączeń igieł 34 G i 30 G zostały przycięte, aby zapewnić, że odsłonięte części cewnika 24 G wynoszą odpowiednio od 0,3 mm do 0,5 mm (Rysunek 7A) i od 1 mm do 1,5 mm (Rysunek 7B).
Cała ta procedura może zostać zakończona w ciągu 10 minut, eliminując potrzebę laparotomii lub przedłużonego podwiązania cewki moczowej w celu wkraplania dopęcherzowego. Takie podejście ma jednak również ograniczenia. Ze względu na wiele etapów technicznych związanych z tą metodą modelowania - takich jak wprowadzanie cewnika na stałe przez cewkę moczową do pęcherza moczowego i obracanie igły 34 G w celu uzyskania odpowiedniego stopnia uszkodzenia błony śluzowej bez perforacji ściany pęcherza - eksperymentatorzy muszą ćwiczyć, aby zwiększyć wskaźnik powodzenia implantacji guza. Dodatkowo, jeśli nadmierna siła zostanie użyta podczas urazu błony śluzowej lub wstrzyknięcia komórek nowotworowych, może to prowadzić do perforacji pęcherza moczowego lub implantacji guza w warstwie mięśniowej.
Podsumowując, technika ta oferuje znaczące zalety w porównaniu z tradycyjnymi metodami, w tym skrócony czas zabiegu, niższą śmiertelność i lepszą spójność w lokalizacji i wzroście guza, bez konieczności stosowania inwazyjnych procedur lub przedłużonej retencji śródpęcherzowej. Korzyści te sprawiają, że jest to cenne narzędzie w badaniach przedklinicznych mających na celu ocenę nowych środków terapeutycznych w raku pęcherza moczowego.
Autorzy oświadczają, że nie mają sprzecznych interesów.
To badanie było wspierane przez fundusz Tianjin Municipal Health Industry Key Project (grant nr. TJWJ2022XK014), fundusz Projektu Badań Naukowych Komisji Edukacji Miejskiej w Tiencinie (grant nr 2022ZD069), Program Finansowania Talentów Instytutu Urologii w Tianjin (grant nr MYSRC202310), fundusz Projektu Badawczego Medycyny Klinicznej Drugiego Szpitala Uniwersytetu Medycznego w Tiencinie (grant nr 2023LC03), Fundusz Młodzieżowy Drugiego Szpitala Uniwersytetu Medycznego w Tiencinie (grant nr 2022ydey15) oraz Projekt Kultywacji Talentów Oddziału Urologii Drugiego Szpitala Uniwersytetu Medycznego w Tiencinie (grant nr 2023 r. MNRC202313). Sponsorzy odegrali rolę w przygotowaniu, recenzji i zatwierdzeniu manuskryptu.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Igła dozująca 34 G | Suzhou Haorun Fluid Technology Co., Ltd., Suzhou, Chiny | SGL-362 | |
| Igła dozująca 30 G | Suzhou Haorun Fluid Technology Co., Ltd., Suzhou, Chiny | SGL-362 | |
| Avertin | Sigma-Aldrich LLC | T48402 | |
| Trypan niebieski | Sigma-Aldrich LLC | 302643 |
Ten artykuł został opublikowany
Film wkrótce dostępny