Summary
Een N-butyl-N-(4-hydroxybutyl) nitrosamine-geïnduceerde blaaskanker model werd ontwikkeld in humane mucine 1 (MUC1) transgene muizen voor de beproeving van de MUC1-gerichte immunotherapie. Na toediening van een MUC1-gericht peptide vaccin was een cytotoxische T-lymfocyt respons tegen MUC1 bevestigd door metingen van serum cytokinen en T-cel-specifieke activiteit.
Abstract
Een preklinisch model van invasieve blaaskanker werd in humane mucine 1 (MUC1) transgene (MUC1.Tg) muizen voor de evaluatie immunotherapie en / of cytotoxische chemotherapie. Blaaskanker, C57BL / 6 muizen (MUC1.Tg en wild type) werden oraal behandeld met de kankerverwekkende N-butyl-N-(4-hydroxybutyl) nitrosamine (OH-BBN) en 3,0 mg / dag, 5 dagen / week induceren gedurende 12 weken. Om de effecten van OH-BBN op serum cytokine profiel gedurende tumorontwikkeling te beoordelen, werd volbloed verzameld via submandibulaire bloedt voorafgaand aan de behandeling en om de vier weken. Daarnaast werden een MUC1-gericht peptide vaccin en placebo toegediend aan groepen muizen per week gedurende acht weken. Multiplex fluorometrische microbeads immunoanalyses van serumcytokinen gedurende tumorontwikkeling en na vaccinatie werden uitgevoerd. Bij beëindiging interferon gamma (IFN-γ) / interleukine-4 (IL-4) ELISPOT-analyse voor MUC1 specifieke T-cel-immuunrespons en histopathologische evaluatie van tumortypeen rang werden uitgevoerd. De resultaten toonden aan dat: (1) de incidentie van blaaskanker zowel MUC1.Tg en wild type muizen was 67%, (2) overgangsepitheelcarcinoom carcinomen (TCC) ontwikkeld in een 2:1 verhouding vergeleken met plaveiselcelcarcinoom (SCC) , (3) inflammatoire cytokines toe met de tijd gedurende tumorontwikkeling en (4) de toediening van het peptide vaccin induceert een Th1-gepolariseerde serum cytokine profiel en een MUC1 specifieke T-cel respons. Alle tumoren in MUC1.Tg muizen waren positief voor MUC1 expressie, en de helft van alle tumoren in MUC1.Tg en wild-type muizen waren invasief. Tot slot, met behulp van een team aanpak door de coördinatie van de inspanningen van farmacologen, immunologen, pathologen en moleculair biologen, we hebben een immuunsysteem intact transgeen muismodel van blaaskanker die hMUC1 uitdrukt ontwikkeld.
Introduction
Blaaskanker is de vierde meest voorkomende vorm van kanker en de achtste belangrijkste oorzaak van sterfgevallen door kanker in de Amerikaanse mannen. In de Verenigde Staten zijn naar schatting 72.500 nieuwe gevallen en 15.000 sterfgevallen als gevolg van blaaskanker verwacht onder mannen en vrouwen gecombineerd in 2013 1. De incidentie van blaaskanker ongeveer drie keer zo hoog bij mannen dan bij vrouwen. In de Verenigde Staten, overgangs-cell carcinoma (TCC) zijn goed voor meer dan 90% van de gevallen, terwijl plaveiselcelcarcinomen (SCC) hebben een incidentie van minder dan 2% 2. De totale relatieve 5-jaarsoverleving voor papillaire TCC is 91,5% tegenover slechts 30,9% voor SCC 2. Hoewel invasieve papillaire TCC zijn op ongeveer 75% van de gevallen bij de diagnose, waarbij behandeling meer dan 50% van de patiënten een recidief ervaren binnen 5 jaar, met tot 30% van deze patiënten die progressie om spier invasieve ziekte 3,4 . Typische behandelingen voor niet-spier invasive ziekte zijn transurethrale resectie (TUR), gevolgd door intravesicale chemotherapie. Bij patiënten met hoogwaardige Ta of T1 tumoren, kan een herhaling TUR worden uitgevoerd vóór chemotherapie 3,4. Voor die patiënten met laaggradige Ta recidieven of high-grade Ta of T1 laesies, TUR gevolgd door adjuvante chemotherapie of immunotherapie in de vorm van Bacillus Calmette-Guerin (BCG) worden gebruikt 3,4. Intravesicale BCG is gebleken superieur te zijn intravesicale mitomycine C met betrekking tot tijd tot recidief 5. Voor T2 spier-invasieve ziekte, radicale cystectomie met of zonder neoadjuvante chemotherapie is de aanbevolen loop van de behandeling 3. Bij patiënten met SCC, lijkt radicale cystectomie de meest effectieve behandeling 6 zijn. Gezien de zeer hoge herhaling ondanks de beschikbare behandelingen, is er duidelijk een behoefte aan nieuwe, meer efficiënte therapie voor blaaskanker.
Uitbreiden van nieuwe immuuntherapie voor Bladder kanker is een mogelijke aanpak die belofte kan houden voor de uitbreiding van de ziektevrije overleving. Historisch gezien, is BCG is de enige effectieve immuuntherapie bij blaaskanker. Het werkingsmechanisme wordt verondersteld om de niet-specifieke inductie van een T-helper 1 (Th1) Type immuunrespons door toenemende niveaus van interleukine-2 (IL-2) en interferon gamma (IFN-γ) 4 omvatten. Cellulaire of Th1 immuniteit is essentieel bij kanker immunotherapie humorale of Th2 is immuniteit nooit aangetoond effectief tegen vaste tumoren zijn, met uitzondering van antilichamen tegen groeifactorreceptoren 7. In een poging om te verbeteren op de voordelen van BCG monotherapie werd IFN-α 2B/BCG combinatie immunotherapie geëvalueerd in een fase II klinische studie met povere resultaten 8. Een alternatieve benadering van immunotherapie voor blaaskanker kan zijn tumor-geassocieerde antigenen (TAA), de identificatie waarvan kankerimmunotherapie specifieker 7 gemaakt targeten
Een dergelijke TAA 1 mucine (MUC1), een celoppervlak glycoproteïne tot overexpressie gebracht in vele epitheliale kanker zoals blaas-, borst-, long-en pancreaskanker 9,10. De expressie en modificatie van MUC1 wordt ook aanzienlijk tijdens carcinogenese gewijzigd, zodat underglycosylation bloot antigene sequenties van aminozuren genoemd variabel aantal tandem herhalingen (VNTR) de peptidekern. Terwijl MUC1 is een zelf-molecuul, worden deze immunodominante regio VNTR normaal blootgesteld door uitgebreide glycosylatie en waardoor ze worden gezien door het immuunsysteem als vreemd 11,12. Cytotoxische T-lymfocyten (CTL) die specifiek epitopen herkennen MUC1 geïsoleerd uit tumor-drainerende lymfklieren van borstkankerpatiënten 13, evenals het bloed en beenmerg van myeloom 14,15, waardoor MUC1 een potentieel doelwit voor een cellulaire immuunrespons. De immunodominante VNTRs van de underglycosylated vorm van MUC1 worden herkend door CTL's, wat resulteert in de vernietiging van tumorcellen 16-19. Inheemse cellulaire en / of humorale immuunresponsen op kanker MUC1 zijn echter niet sterk genoeg om tumoren te elimineren. Aan de reeds bestaande zwakke immuunrespons tegen MUC1 vergroten, kunnen synthetische immuundominante peptiden door vaccinatie worden ingevoerd om een CTL respons sterk genoeg te zijn van klinisch voordeel 18,20 genereren. Een liposomale MUC1 vaccin is reeds aangetoond dat overleving in longkankerpatiënten 21,22 verhogen genereren CTLs kunnen doden MUC1-positieve tumorcellen, en produceren een Th1-gepolariseerde cytokine response 23,24. Met een hoge mate van MUC1 expressie 9,11,25, blaaskanker is een logische kandidaat voor het testen van MUC1-gerichte immunotherapie 26,27. Verder MUC1 heeft potentieel als voorspellende factor bij blaaskanker 28, MUC1 expressie in TCC is significant geassocieerd met stadium en graad, en metastatische TCCis aangetoond blijven drukken MUC1 29.
Om het potentiële nut van MUC1-gerichte immunotherapie bij blaaskanker evalueren we een immune intact menselijk MUC1 (hMUC1)-transgene expressie (MUC1.Tg) muismodel van blaaskanker congenic de C57BL / 6 achtergrond 30 ontwikkeld. Human MUC1 wordt uitgedrukt als een zelf-eiwit onder de controle van zijn eigen promoter, waardoor een weefsel expressie patroon verlopen waargenomen in personen 30,31. De muizen werden geïnduceerd met de bekende blaas carcinogeen N-butyl-N-(4-hydroxybutyl) nitrosamine (OH-BBN) 32, en vervolgens de resulterende tumoren werden beoordeeld op hMUC1 expressie en tumor soort en kwaliteit. Om het effect van het carcinogeen op Th1/Th2 cytokine niveaus gedurende tumorontwikkeling beoordelen, werden periodiek serummonsters verzameld voor multiplex analyse. Muizen werden vervolgens behandeld met een MUC1-gericht peptide vaccin, en serum cytokine en immuunreacties waren evaluated door multiplex fluorometrische microbead immunoassay en ELISpot.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle dierlijke studies en experimenten werden uitgevoerd onder een protocol dat door de Universiteit van California, Davis Institutional Animal Care en gebruik Administratief Raadgevend Comite goedgekeurd.
1. MUC1.Tg Mouse veredeling en vermeerdering
- De UC Davis Muis Biology Program (MBP) rassen wild-type C57BL / 6 mannelijke muizen met heterozygote MUC1.Tg C57BL / 6 vrouwelijke muizen aan onze fokkerij kolonie vestigen. MUC1.Tg nakomelingen worden geleverd voor studies als dat nodig is.
- MBP personeel clip de tenen van de nakomelingen in een bepaald patroon (0-99) voor muis identificatie, en indien van toepassing clip de staart. De teen of staart weefsel is verwerkt voor genotypering met behulp van standaard DNA-extractie en Polymerase Chain Reaction (PCR)-analyse.
2. Studie Ontwerp
- Studie Groep Opdrachten
- Weeg elke muis afzonderlijk op een balans en registreer het gewicht in gram per muis.
- Dit deel van de procedure invOlves de methodiek en opzet van het onderzoek. Voor het eerste deel van de studie, toewijzen leeftijd gematchte MUC1.Tg en wild-type muizen om blaaskanker inductie beginnen met OH-BBN. Euthanaseren muizen 8 weken na de laatste OH-BBN dosis op de aanwezigheid van blaastumoren door histologie bevestigen.
- Voor het tweede deel van de studie, willekeurig mannelijke MUC1.Tg muizen in het juiste aantal behandelings-en controlegroepen. Deze muizen zullen worden gecontroleerd serum cytokinen en T-cel-immuunresponsen tijdens inductie en tumorontwikkeling en vervolgens bij beëindiging van de studie 8 weken na de laatste dosis OH-BBN.
- Blaaskanker Inductie
- OH-BBN is kankerverwekkend en zeer giftig. Lees en volg de richtlijnen van het veiligheidsinformatieblad bij het hanteren en opslaan van deze chemische stof.
- Bereken de doseeroplossing concentratie nodig om de juiste dosis (3 mg), leveren een volume van 100 pl aan elke muis basis van de gemiddelde gewichten en number van muizen in elke studie en de groep.
- Verdun de OH-BBN in 100% ethanol. Breng de uiteindelijke concentratie 30 mg / ml met steriel water. De uiteindelijke ethanol: water concentratie moet 20:80 zijn, v / v.
- Dien de OH-BBN oraal gebruik van roestvrij staal, 20 G maagsonde naalden per dag, 5 dagen / week gedurende 12 weken, op basis van de behandeling groepsopdracht te beginnen op de leeftijd van 8 weken.
- Vaccinatie Behandelingen
- Elke injectieflacon met gevriesdroogd peptide vaccin in 600 pi van 0,9% steriele zoutoplossing en grondig resuspendeer door het tekenen van de oplossing door een 0,5 inch 27 G naald 6x. Gebruikmaking van een zoutoplossing, dient de concentratie, zodat de gewenste dosis wordt geleverd in een volume van 100 ul.
- Te beginnen in week 20, na de laatste dosis van OH-BBN, toedienen van het vaccin op een wekelijkse basis voor een acht-weekse cyclus door subcutane injectie van 100 ul met behulp van een 25 G naald (week nummer komt overeen met de leeftijd van de muizen).
- Monitoring en Sample Collection
- Weeg alle muizen en palperen op de aanwezigheid van nieuwe tumoren eenmaal per week. Euthanaseren alle muizen die ≥ 20% lichaamsgewicht verloren of er voelbare tumoren, bloed in de urine, en / of urineretentie.
- Voorafgaand aan de eerste OH-BBN dosis en daarna 4 weken daarna met intervallen, verzamel volbloed via submandibulaire bloedt. Verzamelt het bloed in serum stolling buizen (BD Microtainer), en laat 30 min voor het bloed te stollen.
- Centrifugeer de bloedmonsters in een microcentrifuge bij 3500 xg gedurende 10 minuten. Breng het serum aan dop cryobuizen met een pipet Schroef.
- Flash bevriezen in vloeibare stikstof en bewaar bij -80 ° C tot verdere analyse van multiplex.
- Acht weken na de laatste dosis van de OH-BBN, euthanaseren alle muizen door CO 2 stikken.
- Plaats elke muis op een dissectie board en vastpinnen door alle vier de ledematen.
- Met behulp van een tang en schaar, make een horizontale incisie in de bovenste abdominale regio. Plaats de schaar in de incisie tussen de epidermale laag en buikwand en de huid zacht te scheiden van het onderliggende weefsel met behulp van de tang.
- Voeg een verticale insnijding van de horizontale incisie na de middenas naar het voorste uiteinde van de muis. Scheid de huid tegen de ribbenkast, en met behulp van een 1 ml spuit en een 22 G naald, prik het hart en het verzamelen van bloed met een soepele en stabiele gelijkspel.
- Zie stap 2.4.3 en 2.4.4 voor serum isolatie en opslag.
- Met behulp van een tang en schaar, snijden en schillen terug de rest van de epidermale laag. Dwars door de buikwand en het buikvlies en aseptisch verwijderen blaastumor voor immunohistochemie (IHC) en Western blot.
- Verzamel milt voor levensvatbaarheid van de cellen analyse (Muse) en ELISpot. Voor IHC, plaats blaas tumor model in weefselcassette en lossen in gekoelde formaline nacht bij kamertemperatuur. De volgende dag, vervang de formaline met 70% ethanol.
- Voor Western blot analyse van de tumor, de tumor homogeniseren, voeg eiwit extractiebuffer Halt plus proteaseremmers en overbrengen in 1,5 ml microcentrifuge buisjes.
- Vortex gedurende 30-60 sec ingedrukt op ijs gedurende 5 minuten. Flits bevriezen in vloeibare stikstof en dooi in omringende water. Herhaal het proces van vortexen, invriezen en tweemaal ontdooien.
- Centrifugeer de monsters bij 10.000 xg gedurende 10 min bij 4 ° C en breng de cellulaire extracten nieuwe gelabelde buis.
- Kwantificeren van de concentratie door het uitvoeren van een bicinchoninezuur Protein Assay (BCA) voor eiwit metingen. WINKEL monsters bij -80 ° C tot aan Western blot analyse.
3. Moleculaire Biologie / Western
De volgende procedures werden uitgevoerd om de expressie van MUC1 in muizen blaas tumorweefsel met standaard Western Blot protocol verifiëren (gegevens niet weergegevenn).
- Scheid de eiwitextracten door SDS-polyacrylamide gelelektroforese (SDS-PAGE) en overbrengen op PVDF membraan met behulp halfdroge inrichting dan.
- Blokkeer de eiwitten overgebracht membraan met 5% magere melk in 0,1% Tween-20 in fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS-T) pH 7,4 gedurende 1 uur op een orbitale schudinrichting bij kamertemperatuur.
- Incubeer het membraan gedurende 1 uur bij kamertemperatuur op een shaker met anti-MUC1 of anti-β-actine antilichaam in 0,1% PBS-T.
- Was het membraan door decanteren van de oplossing en het toevoegen van 0,1% PBS-T. Werveling het membraan op de shaker gedurende 5 minuten en decanteer. Herhaal deze stap tweemaal.
- Incubeer het membraan gedurende 1 uur bij kamertemperatuur met een mierikswortel peroxidase (HRP) geconjugeerd secundair antilichaam.
- Wassen 3x (zie stap 3.4).
- Volg het protocol voor de Enhanced Chemiluminesence (ECL) kit om de fluorografie activeren en lezen.
4. Multiplex Fluorometrische Microbead Immunochemie
<ol>- Blanks, standaarden, controles, en onbekenden met behulp van een 96-well plaat kaart, toe te wijzen aan de putten. Bereken het aantal en volume van analyten, capture antilichamen en Streptavidine-fycoerythrine (SA-PE) die nodig is voor de test.
- Laat alle buffers en verdunningsmiddelen om op kamertemperatuur komen. Bereid de normen en het monster verdunningen met een lege 96-well plaat.
- Los het serum matrix en gevriesdroogde standaard volgens het protocol van de fabrikant en maak 01:05 seriële verdunningen van de standaard met de geschikte verdunningsmiddel in de 96-well plaat. Voor de lege putten, gebruik de juiste verdunner.
- Verdun alle knoppen en onbekende monsters 01:02 in de juiste verdunningsmiddel in de rest van de 96-well plaat.
- Voor de kralen mix, pipet het gewenste volume van de geschikte verdunningsmiddel in een 15 ml buis. Vortex elke kraal flacon 20 seconden en pipetteer de vereiste hoeveelheid van elk analyt in de 15 ml buis. Bescherm altijd de kralen van licht te vermijden fotobleken. Plaats de 96-well plaat op absorberend materiaal om het verlies van het monster te voorkomen door wicking.
- Prewet de 96-well filter bodemplaat met 200 pl testbuffer en voor volledige inweken van de filter. Voorzichtig afvoer met de 96-well plaat vacuüminrichting en dep droog de onderkant van de plaat met een papieren handdoek.
- Met een multichannel pipet, pipet 25 ul serum matrix aan de putjes toegewezen voor de blanco en normen en pipetteer 25 pl testbuffer aan de putjes toegewezen voor de controles en onbekenden.
- Pipetteer 25 ul van de blanco, standaarden, controles, en onbekenden aan de respectieve toegewezen putten. Vortex de bead mix gedurende 20 seconden en zet de kralen een reservoir.
- Pipetteer 25 ul van de kraal mengsel in elk putje. Bedek de plaat met aluminiumfolie of een ondoorzichtige plaat deksel ter bescherming tegen licht.
- Bereid de invangantilichaam oplossing. Pipetteer de benodigde hoeveelheid van 0,1% PBS-T en vastleggen van antilichaam in een ml buis en vortex gedurende 15 10 sec. Breng de vangantilichaam mix van een reservoir en pipet 25 ul in elk putje.
- Schud de plaat bij 500 rpm gedurende een uur bij kamertemperatuur op een plaatschudder. Giet af en spoel de plaat met 200 ul van 0,1% PBS-T tweemaal. Laat ze uitlekken en dep droog.
- Bereid de SA-PE-oplossing. Pipetteer de vereiste hoeveelheid van 0,1% PBS-T en SA-PE in een ml buis en vortex gedurende 10 seconden 15. Breng de oplossing van een reservoir en pipetteer 25 pl in elk putje.
- Schud de plaat bij 500 rpm gedurende 30 min bij kamertemperatuur op een plaatschudder. Giet af en spoel de plaat met 200 ul van 0,1% PBS-T tweemaal. Drain en bveel droog.
- Pipetteer 100 ul 0,1% PBS-T en schud op een plaat schudder bij 500 rpm gedurende ten minste twee minuten om de kralen resuspenderen. Lezen en analyseren van de plaat op de Luminex LX200 machine.
5. IFN-γ/IL-4 ELISpot Voorbereiding en analyse
- In een biologische veiligheidskast, verwerken milten door 100 urn Nylon weefsel zeven in 5 ml steriel fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) in steriele petrischalen. Layer de splenocyten op 3 ml van lymfocyt scheiding medium in steriele 15 ml buizen.
- Centrifugeer de buizen bij 600 xg gedurende 15 min om de lymfocyten scheiden van de rode bloedcellen. Breng de gelaagde lymfocyten boven de gradiënt naar nieuwe steriele 15 ml buizen.
- Pas het volume aan met steriele PBS 10 ml. Centrifugeer de suspensie bij 600 xg gedurende 10 min om pellet van de cellen.
- Zuig het supernatant en resuspendeer de cellen in 1 ml PBS voor cellevensvatbaarheid en tel de Museanalyzer. Volg de Muse Graaf & Leefbaarheid Kit protocol.
- Maak seriële verdunningen van de lymfocyten in 1,5 ml schroefdop centrifuge buizen op verdunningsfactoren van 01:10, 01:20 en 01:40 (of indien nodig) in Count & Levensvatbaarheid Reagent (minimum totaal volume 300 ui). Pipet elke verdunning op en neer meerdere malen te mengen en te analyseren op de Muse.
- Bereid een bord kaart van de monsters en de voorwaarden voor de ELISpot plaat. Bereid de ELISpot plaat volgens het protocol van de fabrikant en pipet 100 ul medium peptide (10 ug / ml) of scramble peptide (10 ug / ml) aan elk putje.
- Pipetteer 100 ul celsuspensie, levert 1,0 x 10 6 cellen in elk putje en incubeer de plaat bij 37 ° C geïncubeerd.
- Volg protocol van de fabrikant voor de ELISpot assay. Analyseer de ontwikkelde ELISpot plaat met behulp van een dissectie microscoop.
- Kwantificeren van de resultaten door het tellen van het aantal gekleurde vlekken overeenkomstige krng elk analyt in elk putje. De vlekken komen overeen met het aantal spotvormende cellen (SFC) in elk putje.
6. Immunohistochemie (IHC) en Hematoxyline & eosine (H & E) kleuring
- Neem blaas tumorweefsel bewaard gebleven, zoals hierboven beschreven (paragraaf 2.4.11), inbedden in paraffine en stap-gedeelte aan 4 micrometer voor immunohistochemische analyse.
- Voer IHC met een MUC1 antilichaam dat het tandemherhalinggebied van MUC1 herkent. Gebruik de Animal Research Kit peroxidase om de reactiviteit van het secundaire antilichaam met muizen endogene immunoglobuline aanwezig in het weefsel te minimaliseren.
- Voer H & E kleuring met behulp van standaard protocollen.
7. Statistische methoden
Voor de Multiplex Fluorometrische Microbead Immunoassay, t-test gebruikt een tweezijdige Student's vergelijken de gemiddelde waargenomen serum cytokine concentraties van de behandeling en controlegroepen. Voor ELISpot, gebruik dan een one-way ANOVA naar de plek vormen kolonies tussen de sturing van de media te vergelijken, roerei peptide en peptide groepen. Gebruik Dunnett's meervoudige vergelijkingstest om de kans op een vals positief resultaat te verminderen. Een p-waarde van ≤ 0,05 wordt beschouwd als significant verschillend voor alle analyses.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De preklinische beoordeling van de gevolgen van nieuwe immuuntherapie en combinaties in blaaskanker vereist de ontwikkeling van een geschikt diermodel. In onze transgeen muismodel inductie met het chemische carcinogeen-BBN OH resulteerde in een hoge incidentie van blaaskanker voornamelijk TCC met enkele SCC, die vergelijkbaar is met blaaskanker bij mensen. Om tumor histologie, MUC1 expressie status en de immuunrespons op het peptide vaccin behandeling te bepalen, werden 21 MUC1.Tg en 18 wild-type muizen gedood voor de inzameling van bloed, blazen, en milt (figuur 1) acht weken na OH-BBN inductie (week 28). De blaaskanker incidentie voor zowel MUC1.Tg (14/21) en wild type (12/18) muizen was 67%. Hematoxyline en eosine (H & E) kleuring bevestigde de aanwezigheid van zowel TCC en SCC, met TCC overheersen in een 2:1 verhouding. Onder deze, zagen we een reeks van lage en hoogwaardige niet-invasieve tot hoogwaardige invasieve tumoren.Alle MUC1.Tg blaas kanker monsters waren positief voor MUC1 expressie door IHC (Figuur 2). Opgemerkt wordt dat het antilichaam voor MUC1 IHC normale en kankerachtige humane MUC1 herkent.
Tijdens de ontwikkeling van een model, werden de serum niveaus van inflammatoire cytokines serieel gecontroleerd tussen Weken 8-28. We vonden dat inflammatoire cytokine toe met de tijd van de inductie door het eind van de studie (figuur 3). Dit cytokine patroon is vergelijkbaar met wat we eerder waargenomen in onze longkanker model 33, dat sterk suggereert dat ontsteking bevorderende cytokine niveaus correleren met tumorontwikkeling.
Om de Th1 serum cytokine reactie op het peptide vaccin beoordelen 15 gevaccineerde en 14 placebo behandelde MUC1.Tg muizen gedood en bloed werd verzameld aan het einde van de studie in week 28, 24 uur na de laatste behandeling vaccin. Multiplexanalyse (Figure 4) toont verhoogde Th1 cytokine serum niveaus van TNF-α, IFN-γ, IL-2, IL-12 (p70) en IL-17 in de vaccingroep vergeleken met de placebogroep. Niveaus van TNF-α, IFN-γ en IL-17 waren significant hoger (p <0,05) in het vaccin-behandelde muizen. Deze resultaten suggereren een gepolariseerde Th1 cytokine reactie op het peptide vaccin.
Om de Th1/Th2 immuunrespons op het peptide-vaccin werden splenocyten beoordeeld door IFN-γ/IL-4 ELISpot. Vierentwintig uur na de laatste behandeling werden de milten verzameld en verwerkt om lymfocyten te isoleren voor ELISpot-analyse. Lymfocyten werden geteld en beoordeeld op haalbaarheid door Muse Analyzer (figuur 5). ELISpot platen werden geënt met 1 x 10 6 levensvatbare cellen per putje en 48 uur later ontwikkeld. Representatieve resultaten (fig. 6) tonen een duidelijke en specifieke IFN-γ reactie op het peptide, dat een Th1 immuunrespons op het peptide bevestigtvaccin.
Figuur 1. Muis necropsie. Necropsie werd uitgevoerd bij 28 weken, 8 weken na het einde van OH-BBN inductie. Lever, blaas tumor en milt zijn aangegeven. Sterretje (*) markeert punctie punt voor bloedafname. In dit voorbeeld werd een hoogwaardig, invasief SCC waargenomen. Klik hier voor grotere afbeelding .
Figuur 2. Representatieve blaas weefselcoupes gekleurd met H & E (links) en humaan MUC1 IHC (rechts) van norma l blaas, invasief plaveiselcelcarcinoom, en invasieve overgangsregeling cell carcinoma. (A) Normaal urineblaas met slijmvlies bekleed door overgangsregeling epitheel, die diffuus MUC1 reactiviteit toont. (B) De nesten van invasieve SCC (pijl) in de submucosa. Georganiseerd keratinelagen (asterisk) lijn de blaas mucosa. Diffuse MUC1 reactiviteit is te zien in nesten van SCC. (C) bevat slijmvlies TCC uitsteekt in het lumen (links, rechts). Transitional cell carcinoma is anaplastic met invasie in submucosa en spieren (pijl en inzet). Mucosa en TCC uitsteekt in lumen tonen diffuse MUC1 reactiviteit (rechts, rechts), terwijl invasieve TCC heeft minder prominent reactiviteit (rechts, links). Bar = 200 micrometer (hoofdpaneel) en 50 micrometer (inzet). Klik hier voor grotere afbeelding .
3 "fo: content-width =" 6in "fo: src =" / files/ftp_upload/50868/50868fig3highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50868/50868fig3.jpg "width =" 600px "/>
Figuur 3. Inflammatoire cytokines serum in verschillende stadia van tumorontwikkeling. Serial serummonsters werden verzameld door glandula bloedingen bij aanvang (8 weken), daarna elke 4 weken tot stopzetting van het onderzoek. Bloed werd verzameld (n = 4), en het serum werd geïsoleerd en geanalyseerd op de aanwezigheid van 20 cytokinen. Concentraties geven het gemiddelde van gepoolde monsters en balken geven het bereik. Pijlen geven het punt waarop OH-BBN dosering gesloten. Klik hier voor grotere afbeelding .
Figuur 4.Th1 cytokines serum na peptide vaccin behandeling. Serummonsters werden verzameld op studie beëindigd, 24 uur na de laatste dosis van het vaccin (n = 15) of placebo (n = 14) en geanalyseerd op de aanwezigheid van 20 cytokinen. Gegevens worden getoond als gemiddelde cytokine concentraties en balken geven positieve standaarddeviatie. * P <0,05 Klik hier voor grotere afbeelding .
Figuur 5. Vertegenwoordiger muis splenocyt histogram. Mouse splenocyten werden geïsoleerd bij stopzetting van het onderzoek en beoordeeld voor telling en levensvatbaarheid met een Muse Analyzer. Linkerpaneel cel viablility op basis van celgrootte. Rechterpaneel, levensvatbaarheid van de cellen op basis van cellen met een kern (levende cellen in een groene zone, dode cellen in witte zone). Klik hier voor grotere afbeelding .
Figuur 6. Splenocyten LISpot analyse op studie beëindigd. (A) Representatieve putjes die IFN-γ (rode stippen) en IL-4 (blauwe vlekken) productie als reactie op media, gecodeerde peptide en peptide. Een duidelijke IFN-γ, antigeen-specifieke reactie werd waargenomen met peptide blootstelling. (B) Grafische weergave van typische IFN-γ ELISPOT gegevens die de gemiddelde (± standaarddeviatie) ter vorming van kolonies in reactie op media, gecodeerde peptide en peptide._blank "> Klik hier voor grotere afbeelding.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De succesvolle inductie van invasieve overgangs-en plaveiselcelcarcinoom blaascarcinoom in menselijke MUC1.Tg muizen biedt een preklinisch model voor Immunotherapie ontwikkeling. Immunotherapeutische studies vereisen het gebruik van een spontane immune intact model om de ontstekingsreactie op tumorprogressie tijd en de immuunrespons op immunotherapie te evalueren. In een spontane tumorontwikkeling model, de tumor micro blijft intact en de tumoren in een representatieve groei waarmee de evaluatie van de antitumor effecten van de behandeling. Bovendien kan het immuunsysteem worden gemeten en gecontroleerd via biomarkers, waardoor de therapie-effectiviteit.
Andere tumordragende muismodellen de literatuur voor het testen immunotherapie beschreven zowel xenograft modellen en transplantatie modellen. Hoewel deze modellen zijn handig en zijn uitgebreid toegepast in het onderzoek naar kanker,zijn er een aantal belangrijke beperkingen te overwegen bij het uitvoeren van immunotherapeutische studies. Noch xenotransplantaten noch getransplanteerde tumoren spontaan en ze prolifereren in een micro die niet representatief is voor het weefsel waaruit de tumoren oorspronkelijk werden verkregen. Bovendien xenotransplantaten en getransplanteerde tumoren groeien sneller dan spontane tumoren, waardoor minder tijd om het immuunsysteem effect van de therapie te bestuderen. Belangrijker nog, deze modellen vereisen gastheren met een gecompromitteerd immuunsysteem.
Naast ons model, zijn er een aantal andere chemisch geïnduceerde blaaskanker modellen. Bijvoorbeeld, N-[4 - (5-nitro-2-furyl)-2-thiazolyl] formamide (FANFT) en N-methyl-N-nitrosoureum (MNU) is ook aangetoond dat blaaskanker veroorzaken bij ratten en muizen . Echter, deze chemicaliën iets anders met betrekking tot de morfologie van tumoren ze induceren. FANFT induceert voornamelijk urothelial cell carcinoma (UCC) met een aantal SCC, terwijl MNU induceert papillair carcinoom die uiteindelijk resulteert in spier-invasieve tumoren met een lage incidentie van metastase 34. OH-BBN wordt vaak gebruikt voor blaaskanker inductie in knaagdier modellen omdat de TCC die zich ontwikkelen sterk lijken hoogwaardig menselijk TCC 34. Urineblaaskanker is ook geïnduceerd bij honden, konijnen en ratten als in muizen, waarbij OH-BBN. Hoewel hoektanden delen dezelfde metabole processen met mensen met betrekking tot bioactivatie van kankerverwekkende stoffen 35, de latentietijd voor blaaskanker ontwikkeling in beagles is 37 weken 36, en experimenten met honden hebben zowel financiële als ethische overwegingen. Konijnen hebben nog langere latentie periodes, en wanneer toegevoegd aan de dosering periode, wordt een minimum van 21 maanden nodig voor TCC en SCC ontwikkeling 37. Soortgelijke muizen, ratmodellen tumoren ontwikkelen die histopathologisch gelijkaardig aan mensen, met korte perioden dosering van 8 weken en latente perioden van 5 weken 38
Eerder hebben we twee immuunsysteem intact humaan MUC1 tot expressie spontane tumor modellen voor zowel long-33 en borstkanker 39 ontwikkeld. Om immuuntherapie bij blaaskanker te evalueren, hebben we een OH-BBN-geïnduceerde, spontane muismodel van blaascarcinoom ontwikkeld. Vergelijkbaar met de eerder beschreven modellen 33,39, de tumoren die zich ontwikkelen in dit model uitdrukkelijk de tumor-geassocieerde antigeen MUC-1 als een zelf-molecuul, dat het doel van het peptide vaccin. Dit model bleek een 67% incidentie van blaastumoren, die positief waren voor de expressie van humaan MUC1. Histologische evaluatie toonde aan dat TCC overheerste, wat overeenkomt met hetgeen wordt waargenomen in humane blaaskanker. Dit model is ideaal voor het bestuderen van de autocinogenesis, preventiestrategieën en de behandeling van gelokaliseerde en geavanceerde blaaskanker bij mensen. In de toekomst zijn we van plan om aanvullende studies van immunotherapie in combinatie na te streven met chemotherapeutica en radiotherapie in het beschreven blaaskanker model.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
DPV, GTW, SMG, CJK, AMG, en GKH verklaren geen concurrerende belangen. MWD is de hoofdonderzoeker van een subsidie ontvangen van Merck KGaA, en MW is een medewerker van Merck KGaA.
Acknowledgments
De auteurs willen graag de UC Davis Muis Biology Program bedanken voor het fokken van de muizen. Dit onderzoek werd gesteund door een subsidie van Merck KGaA, Darmstadt, Duitsland.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Reagent | |||
| N-butyl-N-(4-hydroxybutyl)-nitrosamine (OH-BBN) | TCI America | B0938 | |
| 20 G Gavage Needles | Popper Sons, Inc. | 7921 | Stainless steel |
| Peptide Vaccine | N/A | N/A | investigational agent |
| BD Microtainers | BD | 365957 | |
| Tissue Cassettes | Simport | M490-12 | |
| 10% Neutral Buffered Formalin | Fisher Scientific | SF100-4 | |
| Lysis Buffer | Pierce | 87787 | |
| Halt Protease & Phosphatase inhibitor cocktail | Thermo Scientific | 78444 | |
| Pierce BCA Protein Assay Kit | Pierce | 23225 | |
| Mouse Cytokine 20plex Kit | Invitrogen | LMC006 | |
| Magnetic Microsphere Beads | Luminex | MC100xx-01 | xx is the bead region |
| Anti-mouse TNF- Capture Antibody | BD Pharmingen | 551225 | |
| Anti-mouse TNF- Detection Antibody | BD Pharmingen | 554415 | |
| Anti-mouse IFN- Capture Antibody | Abcam | ab10742 | |
| Anti-mouse IFN- Detection Antibody | Abcam | ab83136 | |
| PBS, pH 7.4 | Sigma | P3813-10PAK | |
| Tween-20 | Fisher | BP337-500 | |
| Assay Buffer | Millipore | L-MAB | |
| Cytokine Standard | Millipore | MXM8070 | |
| Multi-screen HTS 96well filter plates | Millipore | MSBVN1210 | |
| SA-PE | Invitrogen | SA10044 | |
| 100 m Nylon Tissue Sieves | BD | 352360 | |
| Splenocyte Separation Media | Lonza | 17-829E | |
| TNF- /IL-4 ELISpot plates | R&D Systems | ELD5217 | |
| Rabbit Anti-MUC1 monoclonal antibody | Epitomics | 2900-1 | |
| Goat Anti-actin monoclonal antibody | Sigma | A1978 | |
| Anti-rabbit HRP antibody | Promega | W401B | |
| Goat anti-mouse HRP antibody | Santa Cruz Biotechnology, Inc. | SC-2005 | |
| PVDF membrane | BioRad | 162-0174 | |
| Mini Protean TGX Precast Gels | BioRad | 456-1083 | |
| Muse Count & Viability Kit | Millipore | MCH100104 | |
| MUC1 Antibody | BD Pharmingen | 550486 | IHC antibody |
| Animal Research Peroxidase Kit | Dako | K3954 | IHC staining |
| Equipment and Software | |||
| Millipore plate vaccum apparatus | Millipore | MSVMHTS00 | |
| Luminex Lx200 | Millipore / Luminex | 40-013 | Manufactured by Luminex, distributed by Millipore |
| Luminex Xponent Software | Millipore / Luminex | N/A | Version 3.1; included with Luminex Lx200 |
| Milliple Analyst Software | Milliplex / VigeneTech | 40-086 | Version 5.1 |
| Muse Cell Analyzer | Millipore | 0500-3115 | |
| Muse Software | Millipore | N/A | Version 1.1.0.0; included with Analyzer |
| Dissecting Microscope | Unitron | Z730 | |
| Graphpad Prism Software | Graphpad Software Inc. | N/A | Version 5.1 |
| Mini Protean Tetra Cell Gel apparatus | BioRad | 165-8001 | |
| Trans Blot SD Cell and PowerPac | BioRad | 170-3849 |
References
- Siegel, R., Naishadham, D., et al. CA Cancer J. Clin. 63, 11-30 (2013).
- Lynch, C. F., Davila, J. A. Chapter 23. Cancer of the urinary bladder. SEER Survival Monograph: Cancer Survival Among Adults: U.S. SEER Program, 1988-2001, Patient and Tumor Characteristics. Ries, L. A. G., Young, J. L., et al. , National Cancer Institute, SEER Program. Bethesda, MD. 07-6215 (2007).
- Jacobs, B. L., Lee, C. T., et al. Bladder cancer in 2010: how far have we come. CA Cancer J. Clin. 60 (4), 244-272 (2010).
- Sexton, W. J., Wiegand, L. R., et al. Bladder cancer: a review of non-muscle invasive disease. Cancer Control. 17 (4), 256-268 (2010).
- Bohle, A., Jocham, D., et al. Intravesical bacillus Calmette-Guerin versus mitomycin C for superficial bladder cancer: a formal meta-analysis of comparative studies on recurrence and toxicity. J. Urol. 169 (1), 90-95 (2003).
- Shokeir, A. A. Squamous cell carcinoma of the bladder: pathology, diagnosis and treatment. BJU Int. 93 (2), 216-220 (2004).
- Rosenberg, S. A. Progress in human tumour immunology and immunotherapy. Nature. 411 (6835), 380-384 (2001).
- Joudi, F. N., Smith, B. J., et al. Final results from a national multicenter phase II trial of combination bacillus Calmette-Guerin plus interferon alpha-2B for reducing recurrence of superficial bladder cancer. Urol. Oncol. 24 (4), 344-348 (2006).
- Lau, S. K., Weiss, L. M., et al. Differential expression of MUC1, MUC2, and MUC5AC in carcinomas of various sites: an immunohistochemical study. Am. J. Clin. Pathol. 122 (1), 61-69 (2004).
- Hollingsworth, M. A., Swanson, B. J. Mucins in cancer: protection and control of the cell surface. Nat. Rev. Cancer. 4 (1), 45-60 (2004).
- Scholfield, D. P., Simms, M. S., et al. MUC1 mucin in urological malignancy. BJU Int. 91 (6), 560-566 (2003).
- Devine, P. L., McKenzie, I. F. Mucins: structure, function, and association with malignancy. Bioessays. 14 (9), 619-625 (1992).
- Jerome, K. R., Barnd, D. L., et al. Cytotoxic T-lymphocytes derived from patients with breast adenocarcinomas recognize an epitope present on the protein core of a mucin molecule preferentially expressed by malignant cells. Cancer Res. 51 (11), 2908-2916 (1991).
- Takahashi, T., Makiguchi, Y., et al. Expression of MUC1 on myeloma cells and induction of HLA-unrestricted CTL against MUC1 from a multiple myeloma patient. J. Immunol. 153 (5), 2102-2109 (1994).
- Choi, C., Witzens, M., et al. Enrichment of functional CD8 memory T cells specific for MUC1 in bone marrow of patients with multiple myeloma. Blood. 105 (5), 2132-2134 (2005).
- Barnd, D. L., Lan, M. S., et al. Specific, major histocompatibility complex- unrestricted recognition of tumor-associated mucins by human cytotoxic T-cells. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 86 (18), 7159-7163 (1989).
- Ioannides, C. G., Fisk, B., et al. Cytotoxic T-cells from ovarian malignant tumors can recognize polymorphic epithelial mucin core peptides. J. Immunol. 151 (7), 3693-3703 (1993).
- Tang, C. K., Katsara, M., et al. Strategies used for MUC1 immunotherapy: human clinical studies. Expert Rev. Vaccines. 7 (7), 963-975 (2008).
- Mukherjee, P., Ginardi, A. R., et al. MUC1-specific cytotoxic T lymphocytes eradicate tumors when adoptively transferred in vivo. Clin. Cancer Res. 7, 848-855 (2001).
- Acres, B., Limacher, J. M. MUC1 as a target antigen for cancer immunotherapy. Expert Rev. Vaccines. 4 (4), 493-502 (2005).
- Butts, C., Murray, N., et al. Randomized phase IIB trial of BLP25 liposome vaccine in stage IIIB and IV non-small-cell lung cancer. J. Clin. Oncol. 23 (27), 6674-6681 (2005).
- Butts, C., Maksymiuk, A., et al. Updated survival analysis in patients with stage IIIB or IV non-small-cell lung cancer receiving BLP25 liposome vaccine (L-BLP25), phase IIB randomized, multicenter, open-label trial. J. Cancer. Res. Clin. Oncol. 137 (9), 1337-1342 (2011).
- Agrawal, B., Krantz, M. J., et al. Rapid induction of primary human CD4+ and CD8+ T cell responses against cancer-associated MUC1 peptide epitopes. Int. Immunol. 10 (12), 1907-1916 (1998).
- Palmer, M., Parker, J., et al. Phase I study of the BLP25 (MUC1 peptide) liposomal vaccine for active specific immunotherapy in stage IIIB/IV non-small-cell lung cancer. Clin. Lung Cancer. 3 (1), 49-57 (2001).
- Walsh, M. D., Hohn, B. G., et al. Mucin expression by transitional cell carcinomas of the bladder. Br. J. Urol. 73 (3), 256-262 (1994).
- Murray, A., Simms, M., et al. Production and characterization of rhenium-188-C595 antibody for radioimmunotherapy of transitional cell bladder cancer. J. Nucl. Med. 42 (5), 726-732 (2001).
- Hughes, O., Bishop, M., et al. Targeting superficial bladder cancer by the intravesical administration of 67copper-labelled anti-MUC1 mucin monoclonal antibody C595. J. Clin. Oncol. 18 (2), 363-370 (2000).
- Conn, I. G., Crocker, J., et al. HMFG-2 as a prognostic indicator in superficial bladder cancer. J. Clin. Pathol. 41 (11), 1191-1195 (1988).
- Hughes, O., Denley, H., et al. MUC1 mucin expression in transitional cell carcinoma of the bladder: a target for diagnosis and therapy with monoclonal antibody C595. J. Urol. Pathol. 12, 185-197 (2000).
- Rowse, G. J., Tempero, R. M., et al. Tolerance and immunity to MUC1 in a human MUC1 transgenic murine model. Cancer Res. 58 (2), 315-321 (1998).
- Mukherjee, P., Madsen, C. S., et al. Mucin-1 specific immunotherapy in a mouse model of spontaneous breast cancer. J. Immunother. 26 (1), 47-62 (2003).
- McCormick, D. L., Ronan, S. S., et al. Influence of total dose and dose schedule on induction of urinary bladder cancer in the mouse by N-butyl-N-(4-hydroxy-butyl)nitrosamine. Carcinogenesis. 2 (3), 251-254 (1981).
- Wurz, G. T., Gutierrez, A. M., et al. Antitumor effects of L-BLP25 antigen-specific tumor immunotherapy in a novel human MUC1 transgenic lung cancer mouse model. J. Transl. Med. 11, 10-1186 (2013).
- Kunze, E., Schauer, A., et al. Stages of transformation in the development of N-butyl-N-(4hydroxybutyl)-nitrosamine-induced transitional cell carcinomas in the urinary bladder of rats. Z Krebsforsch Klin. Onkol. Cancer Res. Clin. Oncol. 87 (2), 139-160 (1976).
- Crallan, R. A., Georgopoulos, N. T., et al. Experimental models of human bladder carcinogenesis. Carcinogenesis. 27 (3), 374-381 (2006).
- Samma, S., Uemura, H., et al. Rapid induction of carcinoma in situ in dog urinary bladder by sequential treatment with N-methyl-N'-nitrosourea and N-butyl-N-(4-hydroxybutyl)-nitrosamine. Gann. 75 (5), 385-387 (1984).
- Bornhof, C., Wolfrath, G., et al. Induction of urinary bladder urothelial cancers in the rabbit by dibutylnitrosamine with an artificial bladder calculus as cocarcinogen. Urologe A. 28 (6), 339-343 (1989).
- Irving, C. C., Tice, A. J., et al. Inhibition of N-n-butyl-N-(4-hydroxybutyl)nitrosamine-induced urinary bladder cancer in rats by administration of disulfiram in the diet. Cancer Res. 39 (8), 3040-3043 (1979).
- Mehta, N. R., Wurz, G. T., et al. L-BLP25 vaccine plus letrozole induces a TH1 immune response and has additive antitumor activity in MUC1-expresssing mammary tumors in mice. Clin. Cancer Res. 18 (10), 2861-2871 (2012).
