Summary
Vi visar ett protokoll där administrering av genotoxiska agens azoxymethane (AOM) följt av tre cykler av pro-inflammatoriska medlet dextransulfat natrium (DSS) snabbt och konsekvent genererar kolontumörer i möss med morfologiska och molekylära likheter med de som ses i mänsklig kolit -associerad cancer.
Abstract
Individer med inflammatorisk tarmsjukdom (IBD), såsom Crohns sjukdom (CD) eller ulcerös kolit (UC) är en ökad risk att utveckla kolorektal cancer (CRC) över friska individer. Denna risk är proportionell mot längd och graden av sjukdom, med en kumulativ incidens så hög som 30% hos personer med långvariga UC med omfattande kolon engagemang. 1 Kolon dysplasi i IBD och kolit associerad cancer (CAC) tros utvecklas som en följd av upprepade cykler av epitelial cellskada och reparation medan dessa celler badade i en kronisk inflammatorisk cytokin miljö. 2 Medan spontana och kolit-associerade cancerformer delar egenskapen att vara adenokarcinom, är sekvensen av underliggande molekylära händelser tros vara annorlunda. 3 Detta distinktion hävdar behovet av särskilda djurmodeller av cert.
Flera musmodeller finns för närvarande för att studera CAC. Dextransulfat Sodium (DSS), en agent med direkta toxiska effekter på kolon epitel kan administreras i dricksvatten till möss i flera cykler för att skapa ett kroniskt inflammatoriskt tillstånd. Med tillräcklig tid kommer en del av dessa möss utvecklar tumörer. 4 tumör utveckling påskyndas i denna modell om det administreras i en pro-cancerframkallande inställning. Dessa inkluderar möss med genetiska mutationer i tumorigenes vägar (APC, p53, Msh2), liksom möss som förbehandlats med genotoxiska medel (azoxymethane [AOM], 1,2-dimetylhydrazin [DMH]). 5
Kombinationen av DSS med AOM som en modell för kolit associerad cancer har vunnit popularitet för sin reproducerbarhet, styrka, lågt pris och användarvänlighet. Även om de har en gemensam mekanism, har AOM befunnits vara mer potent och stabil i lösning än DMH. Medan tumörutveckling i andra modeller kräver i allmänhet flera månader, möss som injicerats med AOM och därefter behandlas med DSS utveckla lämpliga tumörer is lite som 7-10 veckor. 6, 7 Slutligen, AOM och DSS kan administreras till möss av varje genetisk bakgrund (knock out, transgena, osv) utan korsning till en specifik tumörframkallande stam. Här visar vi ett protokoll för inflammation driven kolon tumorigenes i möss med användning av en enda injektion av AOM följt av tre sju dagars cykler av DSS under en 10 veckors period. Denna modell inducerar tumörer med histologiska och molekylära förändringar som nära påminner förekommer i human Cert och ger en mycket värdefull modell för studier av onkogenes och chemoprevention i denna sjukdom. 8
Protocol
1. Kolit-associerad cancerinduktion
- Avsätt burar av kön och åldersmatchade 6-8 veckor gamla möss som används för försök och kontrollgrupper. Möss kan individuellt märkta med svans markeringar eller klipp öra.
- På dag 0, vikter spela baslinjen och injicera varje mus intraperitonealt (IP) med 10 mg / kg av AOM arbetslösning (1 mg / ml i isotonisk saltlösning, utspädd från 10 mg / ml stamlösning i dH2O hölls vid -20 ° C) . Baserat på erfarenhet kan denna dos kan justeras mellan 7-14 mg / kg och / eller upprepad tidigt i experimentet.
Varning: AOM är en flyktig genotoxiskt medel och bör hanteras varsamt enligt medföljande MSDS. Spädningar bör utarbetas i en kemisk huva, underhålls på is, och kasseras efter institution specifika protokoll.
- Gör en 2,5% (2,5 g/100 ml) DSS lösning i destillerat vatten och passerar genom en 0,22 | im cellulosaacetat fIlter genom vakuum. Denna dos kan justeras mellan 1-3,5% beroende på musstam och miljö. Efter beredning DSS lösning kan förvaras i kylskåp i upp till 1 vecka.
- På dag 7, tillförsel DSS lösning till möss som deras dricksvatten. Ungefär 250 ml / bur kommer att behövas varje gång ny DSS ges för högst 5 möss / bur, men dessa är bara uppskattningar och varierar beroende på vilken typ av vattenflaskor som används i ditt djur anläggning.
- För att ge en kontinuerlig tillförsel av DSS i sju dagar bör DSS-lösning bytas i rena flaskor tre gånger (var 2-3 dagar) under denna period. Vissa forskare mäta mängden DSS konsumeras innan ersätta med ny lösning som ett mått på exponering.
- På dag 14, byter burar tillbaka till standard dricksvatten i två veckor.
- Upprepa steg (1,4) - (1,6) på dag 28 och 49 för att åstadkomma en andra och tredje cykeln av DSS. En DSS "cykel" består av en veckas DSS i dricksvattnetföljt av 2 veckors regelbunden (autoklaverat) vatten.
2. Klinisk bedömning kolit och tumörprogression
- Möss bör vägas / observeras 2-3 gånger per vecka. Procent viktförlust i förhållande till baslinjen användes som ett surrogat mått på kolit svårighetsgrad. Regelbundna utvärderingar av blödning, diarré eller framfall kan göras beroende på experimentella mål och rapporteras enligt olika poängsystem. 9, 10
- En viktminskning på upp till 10% tillsammans med 2-3 dagars diarré och rektal blödning kan förväntas i veckan efter en hel cykel av DSS (daglig observation kan vara användbar under denna omedelbart efter DSS perioden).
Det är möjligt att vissa möss inte kan återhämta sig, möss förlorar mer än 20% av sin vikt är mindre benägna att överleva och kan kräva tidig eutanasi. En enda IP-injektion av 0,5 till 1,0 ml saltlösning i sådana möss kan vara en användbar stödåtgärd för att korrigera flui d volym förloras på grund av diarré.
3. Murin Endoskopi (tillval)
- Endoskopi efter den andra eller tredje cykeln av DSS kan utföras för att bekräfta tumörtillväxt in vivo före avlivning. Eftersom AOM / DSS modell är ganska tillförlitliga att producera tumörer, är detta steg i allmänhet inte nödvändigt. Endast ett fåtal möss bör utvärderas med hjälp av denna metod, eftersom den har potential att störa mustumörer. 11
- Bedöva musen med inhalerat eller injicerbara sedering.
- Efter musen är bedövad, fast musen till en plan skiva med tejp på svansen och bröstet.
- Föra murina endoskopet i musen ändtarmen försiktigt med koksaltlösning för att blåsa upp och vattna förbättra intraluminal Visa och ta bort fekal innehåll. (Observera att endoskopi också kan utföras med luft inblåsning som ett alternativ till saltlösning och denna teknik kan erbjuda förbättrad visualisering av tumören. 12)
- På dag 70, bör varje AOM / DSS behandlad mus hyser flera kolontumörer och vara redo för bedömning. Detta datum kan fördröjas veckor till månader om större tumörer önskas. (Notera, kan möss med allvarlig framfall rektal behöva avlivas tidigt för att undvika överdriven obehag för djuren enligt institutionella djurskötsel kommittéer.)
- Innan obduktion, individuellt avliva möss med isofluran och halsdislokation (eller annan institutionell-godkänd metod). Slutlig vikt och andra mätningar kan göras vid denna tidpunkt.
- Placera musen med sin ventrala sidan exponeras på en skärbräda. Täck buken med 70% etanol för att förhindra hår från att förorena abdominala innehållet under extraktion av tjocktarmen.
- Använd pincett för att förstå mittlinjen av buken och göra ett litet snitt för att exponera bukhinnan.
- Utöka detta snitt på varje sida av buken längs kustnära Margin..
- Använd sax för att klippa igenom bäckenet så att tjocktarmen kan skördas ned till den anorektala korsningen. Detta är viktigt eftersom DSS kolit skada är störst vid den distala ändtarmen och motsvarande, är detta område med störst tumörutveckling.
- Ytterligare vävnader såsom mesenteriala lymfkörtlar kan också skördas vid denna tidpunkt.
5. Förbereda kolon för Makroskopisk analys
- Använda en 18G sondmatning nål fäst till en 5 ml spruta, spola kolon med iskall fosfatbuffrad saltlösning (PBS) så att fluiden lämnar i den fysiologiska riktning. Om kolonvävnad ska användas för RNA eller protein-baserad analys, kan det hållas kallt genom användning förväg kylda brickor arbete.
- Öppna rodnande kolon longitudinellt längs dess tarmkäx och färg på den kalla facket. Tumörer är lättare visualiseras när kolon placeras på en mörk yta. Alternativt kan 1% Alcian blue färgämne appliceras för att belysa tumors. Bedöma tumör antal och storlek med en linjal eller digital skjutmått.
- Små delar av tumör och närliggande normal vävnad kan skäras vid denna punkt för framtida analys av RNA, protein eller immunohistokemiska (IHC) metoder, lämnande en del av den återstående kolon för histologisk bedömning.
Digital fotografering av brutto kolon prover omedelbart efter steg 5,2 kan vara till hjälp för exakt analys av tumörbörda, särskilt om viktiga delar av kolon skärs för andra former av analys som beskrivits ovan. Tumörbörda (%) kan beräknas som tumör område / total kolon området med fri programvara som ImageJ.
6. Förbereda kolon för histologisk bedömning
- Applicera 10% formalin till den återstående kolon på den kalla facket via en spruta eller finger. Låta vävnaden att fastställa minst 30 sekunder på detta sätt underlättar överföring till upptagningen bassängen. Se till resterande formalin är WIPed av före målning en ny öppnad kolon på samma bricka.
- Överför kolon till en bassäng fylld med 10% formalin och sätta fingret på kanterna.
- Efter 3 timmar av fixering, överföra kolon till 70% etanol. Kolon kan bevaras i 70% etanol på obestämd tid.
- Tre längsgående sektioner av kolon (proximal, mitten, distalt / ändtarm) kan stabiliseras i 2% agar och lämnas in för paraffininbäddning. Säkerställa att den proximala kolon och distala kolon / rektum är orienterade på ett enhetligt sätt för varje mus.
- Dysplasi, krypta skador och inflammation kan beskrivas och bedömas av en erfaren person enligt tidigare publicerade protokoll. 10, kan 13-15 Möss offras innan dag 70 om försöksledaren är intresserad i att upptäcka tidiga dysplastiska händelser.
7. Representativa resultat
AOM / DSS modell som beskrivs häri tillåter forskaren att tillförlitligt generera kolontumörer i möss.Tumörtillväxt i denna modell är direkt påverkas av den tillhörande inflammatoriska processen. Kolit svårighetsgrad bör övervakas kliniskt genom att följa viktminskning och förekomst av diarré / Hematochezia (figur 2). Dessa tecken på sjukdomsaktivitet brukar börja med dag 5 av DSS cykeln och fyra eller fler dagar efter DSS tas bort. I sällsynta fall kan möss med en betydande rektal tumörbörda utveckla rektal prolaps. Efter den andra eller tredje DSS cykel diarré kan bli bestående. Vanligtvis tumörer är närvarande och identifieras med murin koloskopi före den tredje cykeln av DSS (Figur 3). Ytterligare tid och en tredje gång DSS resulterar i större tumörer vid tidpunkten för skörd (Figur 4). Användning av topikalt applicerad Alcian blue färgning kan användas för att markera tumörer (Figur 5). Fotografier av kolon tumörer hjälper generera tumörmätningar som kan användas för att kvantitativt jämföra tumörens produktion och storlekmellan experimentella grupper (Figur 6). Fasta och paraffininbäddade kolon prover kan sedan utvärderas för histologi eller med användning av immunohistokemisk färgning (Figur 7 och 8).
Figur 1. Schematisk av AOM och DSS administration. AOM (10 mg / kg) injicerades på dag 0. I början av den andra veckan (dag 7), är 2,5% DSS lösning administrerades till möss i sitt dricksvatten. Sju dagars DSS följs av två veckor autoklaverat vatten. Ytterligare två cykler av DSS administreras före avlivning.
Figur 2. Mus vikt i förhållande till baslinjen under AOM och DSS administration. Notera att i veckan efter varje DSS cykel, möss los e 5-10% av sin kroppsvikt. Viktminskning i detta experiment är en surrogatmarkör för kolit svårighetsgrad.
Figur 3. Visa av tumörer i distala kolon via murin endoskopi dag 50 av AOM / DSS behandling. Notera de multipla polypoid massorna hindrar lumen av den distala kolon (b, c) i jämförelse med den normala kolon (a).
Figur 4. Öppnas längdled mus kolon illustrerar grov utseende tumörer. Notera den högre tumörbördan i den distala kolon / rektum (vänster övre bilden), och den karakteristiska rugated texturen hos den proximala kolon (höger övre bild) med liten tumörtillväxt. En närbild av den distala kolon visar många tumörer i olika storlekar (nedan).
Figur 5. Tumörer markerade genom tillämpning av Alcian blånad. Notera hur färgen betonar normala konsistens av kolon liksom gränserna för varje enskild tumör. Sådan färgning kan vara till hjälp i exakt mätning av tumör områden genom linjal eller digital mätning.
Figur 6. Representativ fördelning av det genomsnittliga antalet tumörer per mus som behandlats med AOM / DSS. Notera de flesta tumörer är belägna i den distala tjocktarmen och är <2 mm i storlek.
Figur 7. Paraffininbäddade längsgående sektioner av kolon i kassetten (ovan) ettd på bild efter H & E färgning (nedan). Notera att resterande Alcian blue-fläck inte stör med H & E-färgning. En stor tumör inringad på bilden bilden (inringad). Beteckningarna "distal", "mitten" och "proximal" Resultat från sektionering hela kolon i tredjedelar mellan blindtarmen och anus.
Figur 8. Representativa histologi av en tumör som följer AOM / DSS-administrering i den distala kolon. H & E, BrdU och β-catenin färgade diabilder på 50X (övre panelen) och 400X (Bottenplatta) respektive visar dysplastiska förändringar liknande humana adenokarcinom i tjocktarmen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Behandling av möss med AOM och DSS snabbt och effektivt modeller humant kolit-förbunden cancer. Hypoteser om ärftliga faktorer som bidrar till kolit-associerade cancerformer kan enkelt studeras med genetiskt manipulerade möss. 13, 16 Alternativt kan effekten av farmakologiska mål i kolit-förbunden cancer studeras genom användning vildtypsmöss.
Även denna modell värderas högt av dem som är intresserade att studera kolon tumörutveckling vid fastställandet av inflammation, finns begränsningar. Omfattningen av sjukdomen observerats i möss i denna modell kan variera avsevärt beroende på musstam och boendeförhållanden (placering i bur, utfodring, mikrobiota, etc). Suzuki et. al rapporterade att Balb / c-möss var mest känsliga för AOM / DSS, följt av (för minskande tumörincidens och multiplicitet) C57BL/6N, C3H/HeN, och DBA/2N möss. 17 Experiment involverande DSS och AOM ensam i 129 / Sv möss skulle förutsäga ett lägefrekvensgensvar på kombinerad behandling, liknande C57/BL6J möss 18, 19. Därför kan pilotförsök vara nödvändiga för att fastställa de mest effektiva dosering protokoll beroende på tillgängliga resurser och resurser. Medan AOM / DSS tumörer i tjocktarmen liknar humana kolorektala cancrar histologiskt uppvisar de sällan metastaser. På en molekylär nivå, har förändringar i β-katenin, COX-2, iNOS och, men inte p53 rapporterats. 20 Kanneganti et. al. ger en grundlig översikt av alternativa modeller för induktion av CAC för intresserade. 5
För att öka reproducerbarheten av resultaten, rekommenderar vi att möss av olika genetisk bakgrund (såsom WT och genspecifik knock out-möss) ges samtidigt bur i en specifik patogenfri (SPF) anläggning 3-4 veckor före experimentet startar, vilket är speciellt viktigt om möss nyligen levererats från en kommersiell avel anläggning. Om någon kön och åldersmatchade möss kan användas, we har observerat de mest konsekventa resultat med alla kvinnliga möss. AOM stamlösningar bör inte användas om äldre än ett år, och det är viktigt att undvika flera frysnings-upptiningscykler av dessa lösningar. Kolit svårighetsgrad kan påverkas av vilken typ av mus foder som används samt DSS källa, dessa faktorer bör hållas konsekvent mellan experiment. Vi har observerat grumlighet i DSS flaskor kvar i mus burar för långa perioder (> 4 dagar) tyder på förorening, varför kyl och förbereda nya DSS i början av varje förvaltning kommer att undvika denna komplikation. Om några tumörer utvecklas eller möss dör i förtid, Neufert et. al. i deras AOM / DSS Protocol sammanfattning ger en utmärkt tabell felsökning råd. 6
När AOM / DSS teknik för utveckling av kolit-associerad cancer behärskas, kan olika ytterligare undersökningar av dessa möss utföras. Uttrycket av kandidat 21gener kan studeras i tumör jämfört tumörfria sektioner av kolon genom kvantitativ PCR-amplifiering av extraherat RNA. Eftersom DSS själv kan störa denna process, rekommenderar vi poly-A-rening före amplifiering. 22 Delar av kolon kan vara snabbfrystes studeras för proteinexpression med western blöt. Utredare av kolit-relaterade cancer kan vara intresserad av visuella markörer för cellproliferation. För detta ändamål kan AOM / DSS behandlade möss injiceras med bromodeoxiuridin (BrdU) 90 min före offra, immunohistokemi för dessa märkta kärnor dokument väl de områden i tjocktarmen med största epitelial proliferation, både inom tumör och tumör-fri sektioner. 23
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Inga intressekonflikter deklareras.
Acknowledgments
Detta arbete har finansierats delvis av DK089016 och L30 RR030244 (MAC), CA153036 (AS), och P30-DK52574 (till Washington University matsmältningssjukdomar Research Core). AIT var en Howard Hughes Medical Institute Medical Research Training Fellow.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| C57BL/6J Mice | Jackson Laboratory | 000664 | |
| Azoxymethane (AOM) | Sigma Aldrich | A5486-100MG | Stock solution: dilute to 10 mg/ml in distilled water to be kept at -20 °C as 0.5 - 1 ml aliquots. Working solution: dilute stock to 1 mg/ml in isotonic (0.9%) saline |
| Dextran Sulfate Sodium (DSS) | TdB Consultancy | DB001 | MW 40 kDa (36-50 kDa preparations from other sources are acceptable; The same lot should be used for a single experiment)6 |
| Coloview miniendoscopic system | Karl Storz | Multiple | See Becker et al. for detailed explanation of equipment and setup.11 |
| TPP Rapid FILTERMAX 500 ml Bottle-Filter, 0.22 μm PES | Midwest Scientific | TP99500 | Any standard tissue culture filter is acceptable |
| Ethyl Alcohol 200 Proof ASC/USP | Pharmaco-AAPER (or other) | 11ACS200 | Dilute to 70% in distilled water |
| Isoflurane, USP | Butler Animal Health Supply | 4029405 | Place mouse in glass jar with gauze or a small cloth soaked in anesthetic |
| 18G Straight Gavage Needle | Braintree Scientific | N-008 | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Sigma Aldrich | P5493 | Dilute to 1X (0.01 M) in distilled water |
| Cold Tray (Tissue Tek II Cold Plate) | Fisher Scientific | NC9491941 | Store at -20 °C |
| ImageJ Software | NIH (free download) | http://rsbweb.nih.gov/ij/ | |
| Formaldehyde (37%) | Fisher Scientific | F79-500 | Dilute to 10% in PBS |
| BD Bacto Agar | Fisher Scientific | DF0140-01-0 | Use hotplate to create 2% solution in distilled water |
| Miltex Eye Dressing Forceps | MedPlus Inc. | 18-780 | |
| Miltex Eye Scissors | MedPlus Inc. | 18-1430 | Curved points prevent damage to colon during opening. |
| Alcian Blue 8GX (powder) | Sigma Aldrich | A5268 | Add 1 g powder to 100 ml 3% acetic acid (3 ml glacial acetic acid + 97 ml distilled water) |
| 1 mL Tuberculin syringe with attached 26 G x 3/8 in intradermal bevel needle | BD | 305946 | For injection of AOM |
References
- Ekbom, A. Ulcerative colitis and colorectal cancer. A population-based study. N. Engl. J. Med. 323, 1228-1233 (1990).
- Terzic, J. Inflammation and colon cancer. Gastroenterology. 138, 2101-2114 (2010).
- Ullman, T. A., Itzkowitz, S. H. Intestinal inflammation and cancer. Gastroenterology. 140, 1807-1816 (2011).
- Okayasu, I. Dysplasia and carcinoma development in a repeated dextran sulfate sodium-induced colitis model. J. Gastroenterol. Hepatol. 17, 1078-1083 (2002).
- Kanneganti, M., Mino-Kenudson, M., Mizoguchi, E. Animal models of colitis-associated carcinogenesis. J. Biomed. Biotechnol. 342637, (2011).
- Neufert, C., Becker, C., Neurath, M. F. An inducible mouse model of colon carcinogenesis for the analysis of sporadic and inflammation-driven tumor progression. Nat. Protoc. 2, 1998-2004 (2007).
- Tanaka, T. A novel inflammation-related mouse colon carcinogenesis model induced by azoxymethane and dextran sodium sulfate. Cancer Sci. 94, 965-973 (2003).
- De Robertis, M. The AOM/DSS murine model for the study of colon carcinogenesis: From pathways to diagnosis and therapy studies. J. Carcinog. 10, 9 (2011).
- Wirtz, S. Chemically induced mouse models of intestinal inflammation. Nat. Protoc. 2, 541-546 (2007).
- Cooper, H. S. Clinicopathologic study of dextran sulfate sodium experimental murine colitis. Lab Invest. 69, 238-249 (1993).
- Becker, C., Fantini, M. C., Neurath, M. F. High resolution colonoscopy in live mice. Nat. Protoc. 1, 2900-2904 (2006).
- Becker, C., Fantini, M. C., Wirtz, S., Nikolaev, A., Kiesslich, R., Lehr, H. A., Galle, P. R., Neurath, M. F. In vivo imaging of colitis and colon cancer development in mice using high resolution chromoendoscopy. Gut. 54, 950-954 (2005).
- Shaker, A. Epimorphin deletion protects mice from inflammation-induced colon carcinogenesis and alters stem cell niche myofibroblast secretion. J. Clin. Invest. 120, 2081-2093 (2010).
- Boivin, G. P. Pathology of mouse models of intestinal cancer: consensus report and recommendations. Gastroenterology. 124, 762-777 (2003).
- Cooper, H. S. Dysplasia and cancer in the dextran sulfate sodium mouse colitis model. Relevance to colitis-associated neoplasia in the human: a study of histopathology, B-catenin and p53 expression and the role of inflammation. Carcinogenesis. 21, 757-768 (2000).
- Yoshida, Y. The forkhead box M1 transcription factor contributes to the development and growth of mouse colorectal cancer. Gastroenterology. 132, 1420-1431 (2007).
- Suzuki, R. Strain differences in the susceptibility to azoxymethane and dextran sodium sulfate-induced colon carcinogenesis in mice. Carcinogenesis. 27, 162-169 (2006).
- Mahler, M. Differential susceptibility of inbred mouse strains to dextran sulfate sodium-induced colitis. Am. J. Physiol. 274, 544-551 (1998).
- Nambiar, P. R. Preliminary analysis of azoxymethane induced colon tumors in inbred mice commonly used as transgenic/knockout progenitors. Int. J. Oncol. 22, 145-150 (2003).
- Tanaka, T. Colorectal carcinogenesis: Review of human and experimental animal studies. J Carcinog. 8, (2009).
- Ciorba, M. A. Induction of IDO-1 by immunostimulatory DNA limits severity of experimental colitis. J. Immunol. 184, 3907-3916 (2010).
- Kerr, T. A. Dextran sodium sulfate inhibition of real-time polymerase chain reaction amplification: A poly-A purification solution. Inflamm. Bowel Dis. 18, 344-348 (2012).
- Tang, Y. is required for resection-induced changes in apoptosis, proliferation, and members of the extrinsic cell death pathways. Gastroenterology. 126, 220-230 (2004).
