É necessária uma assinatura do JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou inicie seu teste gratuito.

Artigo de método

Ressecção guiada por imagem de Glioblastoma e intracraniana implantação de andaimes terapêuticos de células-tronco-semeado

7.9K visualizações

⸱

DOI:

10.3791/57452

⸱

16 de julho de 2018

 ,  ,  , 
1Division of Pharmacoengineering and Molecular Pharmaceutics, UNC Eshelman School of Pharmacy, University of North Carolina at Chapel Hill, 2Lineberger Comprehensive Cancer Center, University of North Carolina at Chapel Hill

Neste artigo

Resumo

Tumor-buscando terapêuticas tronco células mesenquimais (MSCs) mostram a promessa como um tratamento para glioblastoma invasiva. Transplante de ideal envolve entrega de MSCs na cavidade de ressecção do tumor em andaimes. Aqui, pré-clínicos técnicas para estudar o tratamento de MSC do glioblastoma são fornecidas incluindo: ressecção de tumor guiada por imagem; implantação do MSC-semeado andaimes; e terapia pós-operatória de rastreamento.

Resumo

Glioblastoma (GBM), o câncer de cérebro primária mais comum e agressivo, carrega uma expectativa de vida de 12 a 15 meses. A expectativa de vida baixa é devida em parte à incapacidade do tratamento atual, que consiste da ressecção cirúrgica seguida de radioterapia e quimioterapia, para eliminar focos de tumor invasivo. Tratamento destes focos pode ser melhorado com tumoricidal humana células tronco mesenquimais (MSCs). MSCs apresentam tropismo tumor potente e podem ser projetados para expressar terapêuticas proteínas que matam células tumorais. Avanços em modelos pré-clínicos indicam que a ressecção cirúrgica induz a perda prematura da MSC e reduz o efeito terapêutico. Eficácia do tratamento de MSC pode ser melhorada por semeadura MSCs em um andaime biodegradável poly(lactic acid) (PLA). Entrega MSC na cavidade de ressecção cirúrgica em um andaime PLA restaura célula retenção, persistência e matança de tumor. Para estudar os efeitos da implantação de PLA MSC-semeado na GBM, é necessário um modelo preciso pré-clínicos. Aqui nós fornecemos um pré-clínicos protocolo cirúrgico para ressecção do tumor guiada por imagem de GBM em camundongos imune deficiente seguido pela implantação de andaime MSC-semeado. MSCs são projetados com construções Lentivirus constitutivamente expressa e secretam ligante de indução de apoptose de TNFa-relacionados de terapêutica (pista), bem como a proteína verde fluorescente (GFP) para permitir o rastreamento fluorescente. Da mesma forma, as células do tumor u-87 são projetadas para mCherry express e luciferase de vaga-lume, proporcionando dupla fluorescente/luminescentes de rastreamento. Enquanto atualmente utilizados para a investigação de células estaminais mediada entrega da terapêutica, este protocolo pode ser modificado para investigar o impacto da ressecção cirúrgica em outras intervenções GBM.

Introdução

Glioblastoma (GBM) é o câncer de cérebro primário mais comum em adultos, com uma sombria sobrevida média de apenas 12-15 meses1,2,3,4,5. Sobrevivência não melhorou significativamente desde 2005, quando o atual padrão clínico de máxima ressecção cirúrgica seguida de radioterapia e quimioterapia de temozolomide concomitante e adjuvante foi adoptada a6,7. Enquanto este tratamento fornece pacientes com um alívio temporário dos sintomas, padrão de tratamento invariavelmente resulta em recorrência como focos de câncer invasivo evade ressecção e são protegidos de terapias sistêmicas pela barreira hemato - encefálica (BBB). Estratégias que têm como alvo os focos de tumor invasivo enquanto contornando o BBB são urgentemente necessários para ganhar tração contra esta doença debilitante e agressiva.

Células-tronco mesenquimais humanas (MSCs) mostram a promessa como droga veículos de entrega para GBM devido ao seu tumor nativo tropismo8,9. MSCs possuem receptores para e migrar para fatores solúveis que tumores secretam, incluindo 1 α fator derivado de células do estroma (SDF-1 α), matriz metaloproteinase-1 (MMP-1) e monócitos quimiotático proteína-1 (MCP-1), entre outros10, 11 , 12 , 13. engenharia MSCs para expressar e secretam drogas citotóxicas que lhes permite ser aproveitada como tumor-homing veículos de entrega de drogas. MSCs projetados mover em direção a focos de tumor invasivo e fornecer proteínas terapêuticas. Esta abordagem demonstrou a viabilidade em uma variedade de pré-clínicos GBM modelos9,14. No entanto, a grande maioria destes modelos não inclui ressecção cirúrgica apesar da relevância clínica deste componente. Emergentes estudos utilizando novos modelos de ressecção revelaram que a remoção cirúrgica do tumor reduz a persistência de células-tronco que são injetados diretamente na cavidade cirúrgica15. Perda da viabilidade resultou em eficácia reduzida, provavelmente devido a diminuição da dose e duração da droga entregues para os focos de tumor invasivo.

Para aumentar a viabilidade de células-tronco e a entrega da droga, MSCs podem ser semeados em andaimes antes da implantação. Neste protocolo, biocompatíveis e absorvíveis electrospun nanofibrous poly(lactic acid) (PLA) é usado como andaimes para o MSCs. PLA flexiona e conforma-se à forma da cavidade ressecção em cima do implante, o que maximiza a cobertura terapêutica e minimiza o distância MSCs deve percorrer para atingir as células do tumor. MSCs permanecem no andaime durante a implantação e então migram do andaime em direção a células tumorais após implantação de16,17. MSCs e as drogas citotóxicas que carregam então se acumulam nos focos de tumor. Entrega de drogas citotóxicas ao tumor requer MSC viabilidade e persistência, ambos os quais são auxiliados por implantação em andaimes.

Neste procedimento, Lentivirus vetores são usados para induzir a expressão estável de lâmpadas fluorescentes (em vitro de acompanhamento) e bioluminescentes (no vivo controle) marcadores em linhas tanto câncer e células-tronco. A linha GBM humana u-87 está infectada com mCherry e firefly luciferase (mCh-Fl u-87) e os não-terapêutico MSCs com GFP e renilla luciferase (MSC GFP-Rluc). A variante terapêutica do MSCs express TNFa relacionados apoptose induzindo ligante (MSC-TRAIL). TRILHA, uma proteína secretada constitutivamente, vincula a nas proximidades de receptores de morte sobre o câncer células e inicia a apoptose mediada por caspase18.

Aqui, nós fornecemos um protocolo para pré-clínicos guiada por imagem GBM ressecção cirúrgica e a implantação do MSC-semeado andaimes. Em breve, camundongos são dadas uma craniotomia seguida três dias mais tarde por injeção estereotáxica ortotópico de u-87 mCh-Fl para estabelecer o tumor primário. O engrafted tumor cresce por um período de aproximadamente uma semana. PLA andaimes são semeados com MSCs 48 h antes da cirurgia de ressecção. O tumor é então ressecado sob orientação fluorescente e o andaime MSC-carregado é implantado na cavidade de ressecção. Sobrevivência de fardo e rato de tumor então são controladas no período pós-operatório com bioluminescência imaging (BLI). Um cronograma desses procedimentos é fornecido abaixo (Figura 1).

figure-introduction-1
Figura 1: linha do tempo dos procedimentos. Ratos, inicialmente, receber uma janela cranial (dia 0). Após um período de recuperação de três dias, os tumores são implantados (dia 3) e crescer por aproximadamente uma semana. Andaimes são semeados com MSCs (dia 8), dois dias antes o processo de implantação e ressecção do tumor (dia 10). Progressão do tumor e efeito terapêutico são avaliados através de pós operatório de imagem posteriormente (dia 10 +). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Protocolo

Todos os métodos descritos aqui foram aprovados pelo cuidado institucional do Animal e uso Comité (IACUC) da The University of North Carolina em Chapel Hill.

Nota: Este procedimento é realizado em ratos com uma craniotomia aberta, como uma versão modificada do protocolo por Mostany e Portera-Cailliau19 , onde o tecido ósseo que é cirurgicamente removido é Descartado, deixando o cérebro acessível para estabelecimento e eventual ressecção de tumores GBM. Após a craniotomia, tumores por intermédio estereotáxica implantação conforme descrito em Ozawa e James20. Nós implantamos células de mCh-Fl 1 x 105 u-87 nas seguintes coordenadas estereotáxica (em mm do bregma): (2.5, 0, -0.5).

1. celular cultura e preparação do andaime

Nota: Andaimes devem estar preparados a 48 h antes da implantação em camundongos. Os volumes seguintes são fornecidos numa base de por-andaime. Multiplica as quantidades conforme necessário para andaimes adicionais.

  1. Corte andaimes PLA em ressecção de cavidade de tamanho (aproximadamente 2 x 2 mm). Andaimes podem ser cortadas à mão usando tesoura ou usando um furador para repetibilidade.
  2. Esterilize por imersão em etanol a 70% por 15 min, seguido por imersão em PBS. Coloque o andaime no meio da águia modificados de Dulbecco (DMEM) contendo 10% de soro fetal bovino (FBS) e 1% penicilina-estreptomicina ao preparar células para semeadura.
  3. Levante o MSCs cultivadas usando tripsina 0,05% (3-5 mL para um balão de T75). Incubar a 37 ° C por 5 min. Assegure-se que as células têm levantado e, em seguida, adicione 7-10 mL DMEM no balão para inactivar a tripsina.
  4. Transferi o conteúdo do frasco para um tubo de centrífuga de 15 mL. Contar as células usando um hemocytometer. Pelotas 5 x 105 MSCs para cada andaime através de centrifugação a 100 x g durante 5 min.
  5. Aspire o sobrenadante e ressuspender MSCs em 5 µ l DMEM por 5 x 105 células.
  6. Prepare os andaimes para semeadura por afagando-los secos.
    1. Remover um andaime de imersão DMEM com fórceps e temporariamente, coloque-o sobre a tampa da placa de 6-poços. Levante o andaime a tampa, deixando para trás uma gotícula de DMEM em excesso.
    2. O andaime volta Coloque a tampa novamente em um novo local seco. Repita 3 - 5 vezes, em seguida, coloque o andaime parcialmente secado em uma nova placa de 6 para semeadura. Repita para cada andaime.
      Nota: Um andaime parcialmente secado fornece célula ideal semeando resultados. Se o andaime é muito molhado, células irão escorregar o andaime e aderir à placa bem abaixo. Se o andaime é muito seco, a gota não espalhará sobre o andaime todo, resultando em distribuição pobre célula inicial.
  7. Utilizando uma pipeta, misture suavemente o frasco de células-tronco para homogeneizar a suspensão como algumas células podem se instalaram na parte inferior.
  8. Lentamente, pipete 2,5 µ l recém misturado suspensão MSC diretamente no cadafalso, criando uma gota pequena por cima do andaime.
  9. Adicione 300 µ l DMEM às bordas de cada poço. Isto evitará a evaporação rápida da gota da célula. Incube a 37 ° C por 30 min, permitindo que as células anexar para o cadafalso.
  10. Com a pinça, delicadamente vire os andaimes no prato bem. Semente 2,5 µ l recém misturado MSC suspensão (isso resulta em um total de 5 x 105 células semeado por andaime). Incube a 37 ° C por 30 min, permitindo que as células anexar para o cadafalso.
  11. Cobrir os andaimes em DMEM, adicionando 2 mL para cada poço da placa de 6-poços. Levante suavemente os andaimes para permitir que a mídia a fluir debaixo deles. Incube a 37 ° C neste estado por 48 h antes da cirurgia de implantação.
  12. Verificar os andaimes após 24h e adicionar/alterar a mídia se excesso evaporação ou descoloridas mídia devido ao desequilíbrio de pH é observada.

2. guiada por fluorescência ressecção e implantação de andaime

Nota: Esterilize todos os equipamentos antes de inicializar a cirurgia. Administre analgesia profilática, conforme descrito no seu protocolo IACUC institucional.

  1. Coloque a armação estereotáxica no palco de um dissecando o microscópio de fluorescência.
  2. Anestesia o mouse sob isoflurano inalado em uma câmara de indução. Uma vez anestesiado, prenda o mouse no quadro estereotáxica com anestesia inalada contínua oferta através de um adaptador de cone de nariz de isoflurano. Manter a temperatura corporal com uma almofada de aquecimento e/ou sonda.
    Nota: 4-5% de isoflurano é adequado para indução e 2-3% é adequado para manutenção, mas isso deve ser adaptado e monitorado para cada rato.
  3. Aplica a pomada oftálmica nos olhos para impedir a secagem da córnea. Esterilize o local da incisão do couro cabeludo com uma série de três álcool e três lenços de betadine.
  4. Realizar teste de reflexo do dedo do pé beliscão em cada membro e confirmar a resposta negativa para garantir adequada anesthetization. Assegure uma constante taxa respiratória em cerca de 55-65 respirações/min.
  5. Usando a pinça, aperte e levante suavemente o couro cabeludo. Fazer uma incisão rostral-caudal linear com tesoura cirúrgica. Irrigar o local da incisão com PBS e remover a gordura subcutânea com um aplicador de ponta de algodão em um movimento circular de escovagem. Organize a pele tal que a janela craniana anteriormente estabelecido é totalmente visível.
  6. Delicadamente perfure a dura-máter só interior para as bordas da janela craniana, usando uma agulha de 18 G. Repita até que a incisão traços totalmente o interior da janela.
  7. Remova a dura-máter por descascar afastado usando pinça fina, revelando o parênquima subjacente e tumor.
  8. Localize o tumor de mCh-Fl u-87 por desligar as luzes da sala e ligar o modo estereomicroscópio de fluorescência. Prepare-se para ressecção carregando uma ponta da pipeta 1-200 µ l em final da tubulação de uma bomba de vácuo.
  9. Ligue a bomba de vácuo. Ressecar o tumor aspirando suavemente o tecido fluorescente até sem sinal permanece. Desligue a bomba de vácuo e descartar a ponta da pipeta. Transformar a fluorescência fora e sala de luzes.
    Nota: Para controlar o sangramento, irrigar com PBS frio e aplicar uma pressão constante com um aplicador de ponta de algodão. Em casos mais graves, a cavidade de ressecção pode também ser temporariamente embalada com um agente hemostático, enquanto ele é removido após a hemorragia parou seguido por outra irrigação de PBS.
  10. Imediatamente antes da implantação, mergulhe lentamente um andaime PLA MSC-semeado em PBS para remover mídia indesejadas e componentes associados. Implante o andaime na cavidade de ressecção. Se necessário, adicione 1 fibrinogênio µ l (67-106 mg/mL), seguido por 1 trombina µ l (400-625 U/mL) para fixar o andaime no lugar.
  11. Com a dura-máter removido e o retalho ósseo da janela craniana já descartados, fechar a ferida, simplesmente, fechando a pele e aplicar a cola cirúrgica. Retire o animal do anestésico inalado e permitir a recuperação em uma superfície aquecida.
  12. Mouse uma vez ambulatorial, retorno para gaiola. Administre analgésico na agenda IACUC-aprovado. Repita o procedimento para cada rato.

3. pós-operatório de imagem

  1. Utilizando a seringa de insulina 28-G, injete camundongos com D-luciferina (150 mg/kg intraperitoneal).
  2. Espere 10 min. Isso permitirá que a luciferina a circular por todo o corpo e reagir com as células cancerosas do luciferase-expressando no cérebro para obter a expressão de pico.
  3. Sob anestesia de isoflurano (como mencionado anteriormente), imagem de ratos em uma bioluminescência (BLI) sistema para visualizar os tumores de imagem. Variam de tempos de exposição como necessários (segundos a minutos), dependendo do tamanho do tumor.
  4. Repita o procedimento de imagem conforme necessário para determinar a cinética de crescimento do tumor. Continue a monitorar a saúde animal.
    Nota: Os MSCs terapêuticos constitutivamente expressará trilha, matando as células cancerosas e suprimindo o crescimento global do tumor. Cada 2-5 dias de imagem fornece frequência suficiente para essa finalidade.
  5. Quando os pontos de extremidade predeterminados descritos no protocolo IACUC terem sido cumpridos, sacrificar os ratos por perfusão transcardial e recolher os tecidos para análise.

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Resultados

U-87 células de tumor foram projetadas para mCherry express e luciferase de vaga-lume (mCh-Fl u-87) antes da injeção e para permitir a ressecção guiada por imagem e bioluminescência rastreamento (Fig. 2A-C). Células-tronco foram da mesma forma projetadas com diagnóstico GFP-Rluc (MSC-GFP) ou GFP-ensaio terapêutico (MSC-TRAIL) e propagadas para os PLA andaimes para confirmar a fixação e proliferação (Figura 2D

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Discussão

Cirurgia geralmente pode ser concluída dentro de 30 min por rato, dado que os seguintes pontos são levados em consideração para maximizar a precisão e evitar armadilhas demoradas. Primeiro, certifique-se que o mouse está posicionado corretamente no instrumento estereotáxica antes de iniciar o procedimento. Os movimentos indesejados da cabeça vão limitar a precisão cirúrgica da craniotomia, localização da implantação do tumor e grau de ressecção do tumor. Antes da ressecção, retire totalmente a parte da dura-máter cobrind...

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Divulgações

Os Drs Sheets, barsan e Hingtgen têm capital próprio na terapêutica de Falcon que licenciou-se aspectos da célula-tronco e tecnologia de andaime de UNC Chapel Hill.

Agradecimentos

Os autores reconhecem contribuições editoriais do Dr. Kathryn Pietrosimone. PLA andaimes foram fabricados pelo laboratório do Dr. Elizabeth Loboa na North Carolina State University. Este trabalho foi apoiado pela UNC Lineberger Comprehensive Cancer Center Universidade Cancer Research Fund e UNC translacional e Instituto de ciências clínicas (KL2TR001109, UL1TR001111).

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Apenas para instrumento estereotáxico de mouseStoelting51730Mantém o posicionamento estável da cabeça durante
a cirurgia Estereomicroscópio de dissecação de fluorescênciaLeicaM165 FC Permite imagens em tempo real do tumor durante a ressecção
Sistema de injetor estereotáxico integrado motorizado (ISI)Stoelting53315Permite volume e taxa precisos de injeção de células tumorais
Adesivo tecidual Vetbond3M1469Cola adesiva para fechar a ferida na pele
Lágrimas artificiaisAkorn664268Previne que os olhos sequem durante a cirurgia
O álcool Webcol prepara Covidien6818Esterilize o local da incisão
Esfoliante cirúrgico BetadinePurdue Fredick Company6761815117Esterilizar o local da incisão
Aplicadores com ponta de algodãoFisherbrand23-400-115Ferramenta cirúrgica
Sistema de aspiração E-vacArgosEV310Bomba de vácuo usada para ressecar tumor
Fibrinogênio e trombina extraídos do TISSEELBaxterProteger temporariamente o andaime na cavidade de ressecção
IVIS Sistema de imagem óptica cinética in vivoCalibrador de imagensbioluminescentes
Ciências da Vida Sal de potássio D-luciferinaPerkinElmer122799Agente de imagem in vivo
recebido

Referências

  1. Adamson, C., et al. Glioblastoma multiforme: a review of where we have been and where we are going. Expert opinion on investigational drugs. 18 (8), 1061-1083 (2009).
  2. Asthagiri, A. R., Pouratian, N., Sherman, J., Ahmed, G., Shaffrey, M. E. Advances in Brain Tumor Surgery. Neurologic Clinics. 25 (4), 975-1003 (2007).
  3. Affronti, M., et al. Overall survival of newly diagnosed glioblastoma patients receiving carmustine wafers followed by radiation and concurrent temozolomide plus rotational multiagent chemotherapy. Cancer. 115 (15), 3501-3511 (2009).
  4. Erpolat, O., Akmansu, M., Goksel, F., Bora, H., Yaman, E., Büyükberber, S. Outcome of newly diagnosed glioblastoma patients treated by radiotherapy plus concomitant and adjuvant temozolomide: a long-term analysis. Tumori. 95 (2), 191-197 (2009).
  5. Minniti, G., et al. Radiotherapy plus concomitant and adjuvant temozolomide for glioblastoma in elderly patients. Journal of Neuro-Oncology. 88 (1), 97-103 (2008).
  6. Stupp, R., et al. Radiotherapy plus concomitant and adjuvant temozolomide for glioblastoma. The New England Journal of Medicine. 352 (10), 987-996 (2005).
  7. Delgado-López, P., Corrales-García, E. Survival in glioblastoma: a review on the impact of treatment modalities. Clinical and Translational Oncology. 18 (11), 1062-1071 (2016).
  8. Wu, X., et al. In vivo tracking of superparamagnetic iron oxide nanoparticle-labeled mesenchymal stem cell tropism to malignant gliomas using magnetic resonance imaging. Laboratory investigation. Journal of Neurosurgery. 108 (2), 320-329 (2008).
  9. Nakamizo, A., et al. Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells in the treatment of gliomas. Cancer Research. 65 (8), 3307-3318 (2005).
  10. Xu, F., Shi, J., Yu, B., Ni, W., Wu, X., Gu, Z. Chemokines mediate mesenchymal stem cell migration toward gliomas in vitro. Oncology Reports. 23 (6), 1561-1567 (2010).
  11. Park, S., et al. CXCR4-transfected human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells exhibit enhanced migratory capacity toward gliomas. International Journal of Oncology. 38 (1), 97-103 (2011).
  12. Ho, I., et al. Matrix Metalloproteinase 1 Is Necessary for the Migration of Human Bone Marrow-Derived Mesenchymal Stem Cells Toward Human Glioma. STEM CELLS. 27 (6), 1366-1375 (2009).
  13. Bexell, D., Svensson, A., Bengzon, J. Stem cell-based therapy for malignant glioma. Cancer Treatment Reviews. 39 (4), (2012).
  14. Nouri, F., Wang, X., Hatefi, A. Genetically engineered theranostic mesenchymal stem cells for the evaluation of the anticancer efficacy of enzyme/prodrug systems. Journal of Controlled Release. 200, 179-187 (2015).
  15. Kauer, T., Figueiredo, J. -L., Hingtgen, S., Shah, K. Encapsulated therapeutic stem cells implanted in the tumor resection cavity induce cell death in gliomas. Nature Neuroscience. 15 (2), 197-204 (2011).
  16. Bagó, J., Pegna, G., Okolie, O., Hingtgen, S. Fibrin matrices enhance the transplant and efficacy of cytotoxic stem cell therapy for post-surgical cancer. Biomaterials. 84, 42-53 (2016).
  17. Bagó, J., Pegna, G., Okolie, O., Mohiti-Asli, M., Loboa, E., Hingtgen, S. Electrospun nanofibrous scaffolds increase the efficacy of stem cell-mediated therapy of surgically resected glioblastoma. Biomaterials. 90, 116-125 (2016).
  18. Loebinger, M., Eddaoudi, A., Davies, D., Janes, S. Mesenchymal Stem Cell Delivery of TRAIL Can Eliminate Metastatic Cancer. Cancer Research. 69 (10), 4134-4142 (2009).
  19. Mostany, R., Portera-Cailliau, C. A Craniotomy Surgery Procedure for Chronic Brain Imaging. J. Vis. Exp. (12), e680(2008).
  20. Ozawa, T., James, C. D. Establishing Intracranial Brain Tumor Xenografts With Subsequent Analysis of Tumor Growth and Response to Therapy using Bioluminescence Imaging. J. Vis. Exp. (41), e1986(2010).

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Reimpressões e permissões

Etiquetas

Ressecção de GlioblastomaTerapia com Células-TroncoImplantação de ArcabouçoSemeadura de MSCTropismo TumoralRastreamento FluorescenteProtocolo CirúrgicoModelo Pré-clínicoEntrega TerapêuticaOrientação por Imagem
Ressecção guiada por imagem de Glioblastoma e intracraniana implantação de andaimes terapêuticos de células-tronco-semeado
Fale conosco
Recomendar à biblioteca

Privacidade

Termos de Uso

Políticas

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Todos os direitos reservados.