Artykuł metodologiczny

Inżynieria Modelu Mysiego Przedklinicznego Wysokiej Wierności Metastaz Mózgowych z Wykorzystaniem Techniki Wstrzyknięcia Pulsującego Interlock i Mikrochirurgicznej Naprawy Naczyń

DOI:

10.3791/70639

⸱

14 kwietnia 2026

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Neurosurgery, Sanbo Brain Hospital, Capital Medical University, 2Department of Ultrasound, Beijing Anzhen Hospital, Capital Medical University, 3Beijing Institute of Heart Lung and Blood Vessel Diseases, 4Department of Neurosurgery, National Cancer Center/National Clinical Research Center for Cancer/Cancer Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, 5Department of Pathology, Sanbo Brain Hospital, Capital Medical University, 6Laboratory of Biomacromolecules, Institute of Biophysics, Chinese Academy of Sciences, 7Laboratory for Clinical Medicine, Capital Medical University

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

To badanie stworzyło wysokowiernościowe modele myszy przerzutów do mózgu poprzez przejściową iniekcję do tętnicy szyjnej włośniczkowej komórek nowotworowych z wykorzystaniem pulsującej iniekcji Interlock i naprawy mikrochirurgicznej. Zachowuję przepływ krwi do mózgu, zapobiega zamknięciu wspólnej tętnicy szyjnej i zapewnia lepsze prekliniczne modele z poprawionymi wskaźnikami przerzutów nowotworowych i zmniejszoną śmiertelnością.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Metastaza do mózgu pozostaje niszczącym problemem klinicznym. Głównym wyzwaniem w badaniach nad przerzutami do mózgu jest brak wysokiej jakości modeli, które dokładnie odtwarzałyby proces przerzutowy, umożliwiając w ten sposób mechanizmiczne zrozumienie, w jaki sposób komórki nowotworowe kolonizują mózg. Tradycyjne modele przerzutek do mózgu polegające na iniekcji do tętnicy szyjnej wspólnej często wymagają trwałego związania tętnicy szyjnej wspólnej (TSW), co zmienia hemodynamiczną sytuację mózgu i kompromituje integralność bariery krew-mózg (BKM). Przedstawiony protokół prezentuje uszlachetnioną metodę ustanowienia wysoko-fidelijnego modelu przerzutek do mózgu u myszy. Kluczową innowacją jest technika Interlock Pulsatile Injection (IPI) do wprowadzania komórek nowotworowych, poprzedzona mikrochirurgiczną rekonstrukcją tętnicy w miejscu przekłucia w celu przywrócenia fizjologicznego przepływu krwi w TSW. W porównaniu z konwencjonalnym modelem związania TSW, podejście IPI–mikrochirurgiczne naprawy znacząco zmniejszyło śmiertelność pooperacyjną (2,86% w porównaniu do 25,71%) i zwiększyło wskaźnik powodzenia przerzutek do mózgu (94,12% w porównaniu do 65,38%). Technika IPI wykorzystuje konfigurację strzykawek tandemowych, aby zminimalizować regurgitację komórek podczas wprowadzania do tętnicy szyjnej. Po infuzji komórek nowotworowych, TSW jest starannie naprawiana za pomocą mikrochirurgicznych szwów pod stereomikroskopem, unikając w ten sposób trwałego zablokowania. Zachowują się w ten sposób natywne warunki hemodynamiczne mózgu i integralność BKM w momencie wejścia komórek nowotworowych, znacząco poprawiając sukces operacyjny i zmniejszając śmiertelność. Przerzuty wewnątrzczaszkowe są walidowane poprzez szeregowe obrazowanie bioluminescencyjne i histopatologiczne. Metoda zapewnia lepszą platformę do badania patofizjologii przerzutek do mózgu oraz do oceny przedklinicznej terapii, odtwarzając w ten sposób proces przerzutowy.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Pierwsi zaburzenia reprezentują najczęstszy rodzaj złośliwego guza mózgu u dorosłych, występując około dziesięć razy częściej niż pierwotne guzy mózgu1. Szacuje się, że 10%–20% pacjentów z rakiem ogólnoustrojowym rozwinie pierwiaski w mózgu w zaawansowanych stadiach choroby, co jest jedną z głównych przyczyn śmiertelności1,2. Pomimo znacznych postępów w leczeniu pierwotnych nowotworów, rokowanie dla pacjentów z pierwiakami w mózgu pozostaje niekorzystne. Jednoroczne przeżycie pacjentów z pierwiakami w mózgu wynosi mniej niż 20%3. Mechanizm, dlaczego i jak niektóre nowotwory przerzutują do mózgu, pozostaje nieznany. Wyzwanie terapeutyczne jest wzmocnione przez unikalną biologię pierwiaków mózgu, w tym obecność BBB, odrębne środowisko immunologiczne mózgu i złożone interakcje komórek nowotworowych z komórkami neuroglialnymi4,5.

Zarówno badania farmakodynamiczne, jak i patogenezy pierwiaków mózgu w dużym stopniu polegają na precyzyjnych przedklinicznych modelach zwierzęcych, które dokładnie odtwarzają proces choroby u ludzi. Obecne modele zwierzęce pierwiaków mózgu, mimo że są szeroko stosowane, są głównie oparte na doszczepianiu śródczaszkowym, wlewaniu dożylnym lub do żyły ogonowej, wlewaniu do serca lub wlewaniu do tętnicy szyjnej6,7,8,9,10. Jednakże te modele niedostrzegają ludzkiego postępu choroby, często nie uchwycą kluczowym kroków, takich jak przenikanie komórek nowotworowych przez nienaruszony BBB w warunkach fizjologicznego przepływu11. Wlewy dożylne i do serca prowadzą do niskiej wydajności tworzenia guza specyficznego dla mózgu i często prowadzą do rozległych przerzutów pozaczaszkowych, powodując przedwczesną śmierć zwierząt przed istotnym rozwojem pierwiaków mózgu12. Tradycyjna metoda wlewu do tętnicy szyjnej zwiększa wskaźniki tworzenia guza wewnątrzczaszkowego, ale wymaga trwałego zwięźlaniu CCA. Poprzez zmianę hemodynamicznego obiegu mózgu, zwięźlanie to może wywołać niedokrwienie w przeciwbocznych regionach mózgu i upośledzić fizjologiczne wzorce przepływu krwi niezbędne do dostarczenia komórek nowotworowych, wpływając tym samym na ich rozmieszczenie przestrzenne i niszę kolonizacyjną w mózgu13,14.

Wysokiej jakości modele zwierzęce, które mogą bardziej wiernie naśladować patofizjologię pierwiaków mózgu, są kluczowe15. Idealny model pierwiaków mózgu powinien odtworzyć cały kaskadę przerzutową, łącznie z przybywaniem komórek nowotworowych do naczyń krwionośnych mózgu, przenikaniem przez barierę krew-mózg (BBB) i dynamicznymi interakcjami ze środowiskiem mózgu16. Wysoka wierność modelu jest krytyczna zarówno dla badań mechanistycznych, jak i oceny terapeutycznej6. Jednakże istniejące modele wlewu do tętnicy szyjnej nie odtwarzają w pełni kluczowych warunków fizjologicznych, szczególnie zachowanie normalnego krążenia krwi mózgowej i naturalnego rozmieszczenia krążących komórek nowotworowych.

Aby pokonać ograniczenia istniejących przedklinicznych modeli pierwiaków mózgu, opracowano wysokowierny model zwierzęcy, który bardziej dokładnie odtwarza kaskadę przerzutową, oparty na technice IPI i naprawie tętniczej w operacji mikrochirurgicznej. Metoda ta polega na przejściowym zamknięciu tętnicy po wlewie komórek nowotworowych, a następnie na rzetelnej naprawie miejsca nakłucia tętnicy w celu przywrócenia fizjologicznego przepływu krwi do przeciwbocznej CCA. To podejście nie tylko poprawia konsystencję i sukces modelu, ale również, co istotne, zachowuje BBB poprzez utrzymanie natywnego hemodynamicznego obiegu mózgu. Minimalizując zakłócenia krążenia krwi mózgowej, zmodyfikowany model wlewu do tętnicy szyjnej zapewnia wysokowierny stół, który bardziej dokładnie odtwarza naturalny proces kolonizacji pierwiaków mózgu, oferując tym samym ulepszone narzędzie do badania mechanizmów pierwiaków mózgu i oceny potencjalnych terapii.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
- The generated text has been blocked by our content filters.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bioluminescent imaging and quantitative analysis
Postępując zgodnie ze standaryzowanym protokołem chirurgicznym, zoptymalizowany model myszy z przerzutami do mózgu wykazał stabilne wewnątrzczaszkowe sygnały bioluminescencyjne na obrazach in vivo wykonywanych po operacji. Ciągłe in vivo bioluminescencyjne obrazy ( Rysunek 3A) i analizy ilościowe ( Rysunek 3B) przez 4 tygodnie po wkropleniu do tętnicy szyjnej wykazały proli...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Solidne modele przedkliniczne, które dokładnie odzwierciedlają przerzuty do mózgu, są niezbędne do wyjaśnienia mechanizmów patofizjologicznych i oceny skuteczności terapii. Tradycyjny model iniekcji do tętnicy szyjnej wspólnej (CCA) wymaga zwiążania tętnicy, co powoduje niefizjologiczne zmiany przepływu krwi do mózgu, potencjalnie indukując skurczową niedokrwienie po stronie i tej samej, a także uszkadzając barierę krew-mózg (BBB)9,11,

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nie ma żadnych sporów interesów.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Praca ta została wspierana przez Narodową Fundację Nauki Przyrodniczej Chin (numer grantu: 82350113 dla S.W.).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
10-0 mikrochirurgiczna szpilka z igłąLingqiao2650798Mikrochirurgiczna szpilka do naprawy miejsca nakłucia tętnicy szyjnej pospolitej
Strzykawka mikroliterowa 100 µLBolige Tools100ULStrzykawka mikroliterowa do wprowadzania komórek nowotworowych podczas blokowania pulsującej iniekcji
Pipeta 100 µLEppendorf3123-000250Pipeta do płukania solą fizjologiczną pola operacyjnego
Strzykawka insulinowa 32G 1 mLKindlyYY0497Strzykawka insulinowa służąca do stworzenia początkowego miejsca nakłucia tętnicy
4-0 jedwabna szpilkaEthiconW501Materiał do szycia do zamknięcia nacięcia skóry
Linia komórek nowotworowych piersi 4T1Uzyskana z laboratorium Shengdian Wang, Instytut Biofizyki, Chińska Akademia NaukCRL-2539Linia komórek nowotworowych służąca do modelowania przerzutów do mózgu przez tętnicę szyjną
75% etanolAnnjetQ/371402AAJ008Środek dezynfekujący do czyszczenia miejsca wstrzyknięcia
7–8-tygodniowe myszy C57BL/6J płci męskiejCharles River Laboratories1.10011E+17Zwierzęta doświadczalne używane do modelu przerzutów do mózgu B16F10
8-tygodniowe myszy BALB/c płci żeńskiejCharles River Laboratories1.10011E+17Zwierzęta doświadczalne używane do modelu przerzutów do mózgu 4T1
Klępki z kątową końcówkąKewo Tools—Klępki mikrochirurgiczne do rozcięcia tkanek i manipulacji naczyniami
Linia komórek nowotworowych czerniaka B16F10Uzyskana z laboratorium Shengdian Wang, Instytut Biofizyki, Chińska Akademia NaukCRL-6475Linia komórek nowotworowych służąca do modelowania przerzutów do mózgu przez tętnicę szyjną
Oprogramowanie do analizy obrazowania bioluminescencyjnegoLiving Image (wersja 4.7.2)—Oprogramowanie do analizy danych obrazowania bioluminescencyjnego
DMEMXigong Bio TechM1805Środowisko kultury komórkowej do utrzymania komórek nowotworowych
Enrofloksacyna (antybiotyk)MCEHY-B0502Antybiotyk stosowany w profilaktyce zakażeń pooperacyjnych
Roztwór eozyny YBeyotimeE301879Środek do barwienia histologicznego do barwienia eozyną
Maść okulistycznaBaiyunshanH44023089Maść okulistyczna do ochrony oczu podczas znieczulenia
Surowicę wołową płodową (FBS)Pan Sera TechST30-3302Suplement surowicy do środowiska kultury komórkowej
GraphPad PrismWersja 4.7.2—Oprogramowanie do analizy statystycznej krzywych przeżywalności i analizy danych ilościowych
Roztwór hematoksylinyBeyotimeC0105SŚrodek do barwienia histologicznego do barwienia hematoksyliną
IzofluranH.F.Q. Biotechnology101357015Anestetyk inhalacyjny stosowany podczas procedur obrazowania
System obrazowania in vivo IVIS SpectrumLumina Series III—System obrazowania in vivo do obrazowania bioluminescencyjnego
Meloksykam (środek przeciwbólowy)Qilu Animal Health150252467Niesteroidowy lek przeciwzapalny stosowany w pooperacyjnym leczeniu bólu
Nożyczki mikrochirurgiczneKewo Tools—Nożyczki mikrochirurgiczne do rozcięcia tkanek
Miniaturowy klips naczyniowyZheyong Tools200521Mikronaczyniowy klips do tymczasowego zamknięcia tętnicy szyjnej pospolitej
Uchwyt na szpilkiJiangxin Tools1420 20Cr13Narzędzie chirurgiczne do obsługi mikrochirurgicznych szyjek
Paraformaldehyd (4%)Zhongsheng Wanda Tech20240411Środek utrwalający do zachowania tkanki mózgowej przed analizą histologiczną
PenicylinaGibco1758-9324Antybiotyk do kultury komórkowej
Roztwór povidonu jodowegoSihuanpaiQ/PGSHW0009Roztwór antyseptyczny do dezynfekcji skóry chirurgicznej
Środowisko RPMI-1640Xigong Bio Tech12-115FŚrodowisko kultury komórkowej do wzrostu komórek nowotworowych
Miksery ScilogexScilogexMX-SMieszadło wirowe do homogenizacji zawiesin komórek nowotworowych
Taśma wskaźnika sterylizacji3M-Comply1322-24MMWskaźnik sterylizacji do sterylizacji autoklawem instrumentów chirurgicznych
SteryomikroskopOlympusSZ61Mikroskop używany do wizualizacji podczas procedur mikrochirurgicznych
Stereomikroskop Zeiss Stemi 508ZeissStemi 508Stereomikroskop używany do wizualizacji chirurgicznej o wysokiej powiększeniu
Sterylna sól fizjologiczna (0,9%)Kelun25M14D07Sterylny roztwór do irygacji używany do utrzymania wilgotności pola operacyjnego
StreptomycynaGibco1758-9319Antybiotyk do kultury komórkowej
Narzuta

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Sacks, P., Rahman, M. Epidemiology of brain metastases. Neurosurg Clin N Am. 31 (4), 481-488 (2020).
  2. Lowery, F. J., Yu, D. Brain metastasis: Unique challenges and open opportunities. Biochim Biophys Acta Rev Cancer. 1867 (1), 49-57 (2017).
  3. Yuzhalin, A. E., Yu, D. Brain metastasis organotropism. Cold Spring Harb Perspect Med. 10 (5), a037242 (2020).
  4. Preusser, M., et al. Brain metastases: Pathobiology and emerging targeted therapies. Acta Neuropathol. 123 (2), 205-222 (2012).
  5. Steeg, P. S., Camphausen, K. A., Smith, Q. R. Brain metastases as preventive and therapeutic targets. Nat Rev Cancer. 11 (5), 352-363 (2011).
  6. Daphu, I., et al. In vivo animal models for studying brain metastasis: Value and limitations. Clin Exp Metastasis. 30 (5), 695-710 (2013).
  7. Drouin, Z., Lévesque, F., Mouzakitis, K., Labrie, M. Current preclinical models of brain metastasis. Clin Exp Metastasis. 42 (1), 5 (2024).
  8. Lee, J. E., Yang, S. H. Advances in brain metastasis models. Brain Tumor Res Treat. 11 (1), 16 (2023).
  9. Lim, M., et al. Modeling brain metastasis by internal carotid artery injection of cancer cells. J Vis Exp. (186), e64216 (2022).
  10. Boire, A., Brastianos, P. K., Garzia, L., Valiente, M. Brain metastasis. Nat Rev Cancer. 20 (1), 4-11 (2020).
  11. Schackert, G., Fidler, I. J. Development of in vivo models for studies of brain metastasis. Int J Cancer. 41 (4), 589-594 (1988).
  12. Kienast, Y., et al. Real-time imaging reveals the single steps of brain metastasis formation. Nat Med. 16 (1), 116-122 (2010).
  13. Chang, S. F., et al. Tumor cell cycle arrest induced by shear stress: Roles of integrins and Smad. Proc Natl Acad Sci USA. 105 (10), 3927-3932 (2008).
  14. Follain, G., et al. Hemodynamic forces tune the arrest, adhesion, and extravasation of circulating tumor cells. Dev Cell. 45 (1), 33-52.e12 (2018).
  15. Liu, Z., et al. Improving orthotopic mouse models of patient-derived breast cancer brain metastases by a modified intracarotid injection method. Sci Rep. 9 (1), 622 (2019).
  16. Zhang, C., Lowery, F. J., Yu, D. Intracarotid cancer cell injection to produce mouse models of brain metastasis. J Vis Exp. (120), e55085 (2017).
  17. American Veterinary Medical Association. . AVMA Guidelines for the Euthanasia of Animals. , (2020).
  18. Brasil, S., et al. Monro-Kellie 4.0: Moving from intracranial pressure to intracranial dynamics. Crit Care. 29 (1), 229 (2025).
  19. Miyamoto, T., Karimov, J. H., Fukamachi, K. Acute and chronic effects of continuous-flow support and pulsatile-flow support. Artif Organs. 43 (7), 618-623 (2019).
  20. Kadiroğulları, E., et al. Effect of pulsatile cardiopulmonary bypass in adult heart surgery. Heart Surg Forum. 23 (3), E258-E263 (2020).
  21. O’Neil, M. P., et al. Microvascular responsiveness to pulsatile and nonpulsatile flow during cardiopulmonary bypass. Ann Thorac Surg. 105 (6), 1745-1753 (2018).
  22. Roth, D. M., Swaney, J. S., Dalton, N. D., Gilpin, E. A., Ross, J. Impact of anesthesia on cardiac function during echocardiography in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 282 (6), H2134-H2140 (2002).
  23. Yang, Y., et al. Vascular tight junction disruption and angiogenesis in spontaneously hypertensive rat with neuroinflammatory white matter injury. Neurobiol Dis. 114, 95-110 (2018).
  24. Yaremenko, L., et al. Reactions of astrocytes and microglia of the sensorimotor cortex at ligation of the carotid artery, sensitization of the brain antigen and their combination. Georgian Med News. (304-305), 122-127 (2020).
  25. Ahn, J. H., et al. Differential regional infarction, neuronal loss and gliosis in the gerbil cerebral hemisphere following 30 min of unilateral common carotid artery occlusion. Metab Brain Dis. 34 (1), 223-233 (2019).
  26. Jeong, J. H., Koo, H., Choi, K. G. Morphological analysis of short and long term changes after ligation of unilateral common carotid artery in gerbils. J Korean Neurol Assoc. 17 (4), 561-567 (1999).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Tumor Cell DeliveryIntracarotid InjectionBlood Brain BarrierCerebral HemodynamicsBioluminescence ImagingHistopathology
Film wkrótce dostępny

Powiązane artykuły