Протокол описывает метод введения опухолевых клеток через чрескожную пункцию в большую цистерну, который надежно индуцирует лептоменингеальные метастазы у мышей, уменьшая травматическую и экстракраниальную опухолевую нагрузку.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Протокол описывает метод введения опухолевых клеток через чрескожную пункцию в большую цистерну, который надежно индуцирует лептоменингеальные метастазы у мышей, уменьшая травматическую и экстракраниальную опухолевую нагрузку.
Лептоменингеальное метастазирование (ЛМ), распространение раковых клеток в лептоменинги, наполненные спинномозговой жидкостью (СМЖ), является редким, но разрушительным осложнением прогрессирующих солидных опухолей. Пациенты с ЛМ часто имеют плохой прогноз, при этом выживаемость измеряется от нескольких недель до нескольких месяцев. Разработка моделей in vivo , которые точно воспроизводят сложность ЛМ, имеет важное значение для понимания ее клеточных и патологических механизмов и оценки потенциальных методов лечения. Мышиные модели LM обычно создаются путем внутрисердечной, сонной артерии или большой цистерны опухолевых клеток. Тем не менее, внутрисердечные или сонные инъекции часто приводят к значительной экстракраниальной нагрузке и опухолям головного мозга, осложняя биолюминесцентную визуализацию и приводя к смертности, не связанной с ЛМ. Между тем, обычная инъекция cisterna magna требует инвазивных процедур, таких как разрез кожи и рассечение мышц, что делает ее одновременно травматичной и ресурсоемкой. В данной статье мы описываем минимально инвазивную процедуру введения опухолевых клеток в лептоменингеальное пространство через большую цистерну без необходимости разреза кожи. Такой подход уменьшает образование экстракраниальных опухолей, сводит к минимуму хирургическую травму и сокращает время и необходимый послеоперационный уход по сравнению с другими хирургическими методами. Важно отметить, что он последовательно индуцирует ЛМ с минимальной инфильтрацией паренхимы мозга, что подтверждается двухфотонной микроскопией и гистологическим анализом. Этот оптимизированный подход предлагает эффективную и надежную модель для изучения ЛМ в доклинических исследованиях.
Метастатическое заболевание остается самой большой проблемой для пациентов с прогрессирующим раком. Лептоменингеальное метастазирование (ЛМ) относится к распространению раковых клеток на пятую мозговую оболочку, паутинную оболочку и субарахноидальное пространство. ЛМ, вызванные солидными опухолями, становятся все более распространенными при раке легких (9–25%), раке молочной железы (5–20%) и меланоме (6–18%)1,2, в основном благодаря более длительной выживаемости и усовершенствованным методам диагностики. Раковые клетки могут проникать в лептоменингеальное пространство несколькими путями, в том числе: 1) прямой инвазией через периферические структуры, такие как твердая мозговая оболочка, кости и нервы; 2) гематогенное распространение по венозной системе; и 3) попадание через артериальный кровоток, где раковые клетки проскальзывают через фенестрированные сосуды в сосудистое сплетение и впоследствии в наполненные спинномозговой жидкостью желудочки 3,4,5. Опухолевые клетки, попадающие в лептоменингеальное пространство, сталкиваются с многочисленными проблемами, включая лишение факторов роста, ограниченные метаболические промежуточные продукты и гипоксические условия6. Однако из-за отсутствия соответствующих инструментов и методов плохо изучено, как опухолевые клетки ориентируются по этим путям и преодолевают негостеприимные условия для колонизации лептоменингеального пространства. Несмотря на достижения в области мультимодальной терапии, включая лучевую терапию, системное лечение и интратекальную инъекционную терапию, прогноз для пациентов с ЛМ остается плохим, при этом выживаемость обычно составляет от 2 до 4 месяцев 3,7,8,9. Таким образом, существует острая необходимость в более глубоком понимании биологии лептоменингеального метастазирования для улучшения существующих методов лечения и разработки новых, таргетных методов лечения. Достижение этой цели требует разработки моделей in vivo, которые повторяют сложные особенности LM.
В отличие от метастазов в таких органах, как печень, кости и мозг, ЛМ обычно развивается спустя годы после постановки диагноза первичной опухоли 10,11,12. Аналогичным образом, в моделях мышей со спонтанным метастазированием ЛМ встречается редко из-за его низкой частоты и того факта, что мыши обычно поддаются метастазам в других местах. Экспериментальные мышиные модели LM могут быть созданы с помощью различных методов, включая внутрисердечную, внутрисонную артерию или, в качестве альтернативы, прямую инъекцию в большую цистерну или желудочки головного мозга. В то время как внутрисердечная инъекция раковых клеток широко используется9, она часто приводит к значительному увеличению экстракраниальной опухолевой нагрузки, вызывая смертность, не связанную с LM. Альтернативные подходы, такие как введение опухолевых клеток через сонную артерию13,14, требуют обширных специализированных ресурсов и приводят к большим хирургическим разрезам, которые являются травматичными. Более того, этот метод также в первую очередь приводит к метастазированию в самих тканях мозга, а не в лептоменингах, и является трудоемким и неэффективным длясоздания LM-моделей. Инъекция в большую цистерну обеспечивает прямую доставку опухолевых клеток в лептоменингеальное пространство. В нескольких исследованиях этот подход использовался для изучения механизмов ЛМ и оценки новых методов лечения 6,16,17.
В этой рукописи мы представляем удобный протокол транс-цистерны magna инъекции, включающий прямую чрескожную пункцию для быстрого и стабильного получения большего количества мышей с ЛМ. Этот метод обходит мозговой барьер и кровь и, следовательно, позволяет эффективно ксенотрансплантировать опухолевые клетки в лептоменинговом пространстве. Это также значительно сокращает хирургическую травму и время процедуры, надежно индуцируя LM у мышей. Нами подтверждена встречаемость ЛМ с минимальной инфильтрацией в паренхиму головного мозга, что подтверждено с помощью двухфотонной микроскопии и гистологического анализа. Таким образом, полученная модель точно воспроизводит сложное микроокружение LM, предоставляя ценный инструмент для изучения связанных с заболеванием клеточных и патологических механизмов и оценки потенциальных методов лечения.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все процедуры на животных, описанные в данной рукописи, были проверены и одобрены Комитетом по благополучию и этике лабораторных животных ZJU (ZJU20230155). Мыши C57BL/6J и NSG были получены и размещены в условиях, свободных от специфических патогенов, в Центре лабораторных животных ZJU. В этом протоколе используется клеточная линия рака легких мышей, карцинома легких Льюиса (LLC1), и клеточная линия рака легких человека, A549, обе мечены GFP и люциферазой светлячков. Обе клеточные линии любезно предоставлены доктором Сян Х. Ф. Чжаном (Медицинский колледж Бейлора, США)18. В качестве примера мы используем ячейки LLC1. Процедура введения клеток A549 практически идентична, за исключением того, что мышам NSG было введено 6 x 104 A549 клеток.
1. Подготовка раковых клеток к инъекциям
2. Подготовка мышей
ПРИМЕЧАНИЕ: В этом исследовании использовались самцы мышей C57BL/6J в возрасте 6-8 недель.
3. Инъекция цистерны магна
ПРИМЕЧАНИЕ: Асептические методы необходимы для следующих этапов, включая использование средств индивидуальной защиты и стерильных перчаток.
4. Постинъекционный уход
5. Оценка роста лептоменингеальной опухоли
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
На рисунке 1 показано положение мыши для инъекции и место прокола с бокового и переднего видов. На рисунке 2 представлены репрезентативные биолюминесцентные изображения in vivo животных, протестированных на генерацию LM с помощью различных подходов. Меченые GFP-люциферазой клетки LLC1 вводили животным различными путями с последующей биолюминесцентной визуализацией. Как показано на рисунке 2А, через 10 дней...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
ЛМ является агрессивным и смертельным заболеванием. Как только опухолевые клетки метастазируют в пространство, заполненное спинномозговой жидкостью, они быстро распространяются по всей центральнойнервной системе. Эти клетки оседают и проникают в головной, спинной, черепно-мозговой и спинномозговой нервы, что в конечном итоге приводит к быстрому неврологическому ухудшению и в конечномитоге к смерти. Чтобы лучше понять лежащие в основе патофи...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Авторы благодарят сотрудников лаборатории Чжана за их ценные обсуждения и помощь на протяжении всего этого исследования. W.Z. поддерживается Фондами фундаментальных исследований для университетов провинции Чжэцзян (2023QZJH60), Программой Научного фонда для выдающихся молодых ученых от Национального фонда естественных наук Китая (588020-X42306/041) и стартап-фондом от Института наук о жизни Чжэцзянского университета.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Пробирки Eppendorf 1,5 мл | Биошарп | БС-15-М-С | |
| Центрифужная пробирка 15 мл | ЛАБОРАТОРИЯ ВЫБРАТЬ | СТ-002-15А | |
| Инсулиновый шприц 31 г x 8 мм (0,3 мл) | Обещано | / | |
| Абразивное сверло | ГЛОБАЛЕБИО | ГЕГЗ-АМ1 | |
| Тепловой коврик для животных | Вогги | / | |
| Криомолд | Супин | СП-АБ-7 х 7 х 5 | |
| Кремы для депиляции | Наир | 1.00023Э+11 | |
| D-люциферин | Биология золота | ЛАК-1Г | |
| DMEM | Gibco | C11995500CP | |
| ФБС | Gibco | 10270-106 | |
| Спектр IVIS | Кронциркуль | / | |
| Кетамин | Цзянсу Хенгруй Фармасьютикалз Ко., Лтд. | H20193336 | |
| Оптимальная температура резки | Сакура | 4583-1 | |
| Параформальдегид | ЮКЖД | 80096618 | |
| ПБС | Сервисбио | G4202-500МЛ | |
| Пен/Стрептококк Амфотерицин В | Gibco | 15140122 | |
| Электробритва | Хипидог | 2103CGMJ3373-GQ22N526 | |
| Стереофлуоресцентный микроскоп | Олимп | / | |
| Прямые щипцы | Бейотим | ФС019 | Необходимо провести автоклавирование |
| Хирургические ножницы | Бейотим | ФС001 | Необходимо провести автоклавирование |
| Треугольный фиксирующий головка мыши | Трансцендировать вивоскоп | ТВС-ФДМ-027 | |
| TRITC-dextran, МВт 70000 | МедХимЭкспресс | HY-158082C | |
| Раствор трипсина/ЭДТА | Gibco | 25200056 | |
| Двухфотонная лазерная сканирующая микроскопия | Олимп | / | |
| Тканевые клеи Vetbond | 3 МИН. | 1469СБ | |
| Ксилазин | Сигма | Х1126 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.