Summary
Den etablerede teknik til at pode primære invasive ortotopisk blærekræft implanteret kræver laparotomi og mobilisering af blæren. Denne procedure påfører betydelig sygelighed på musene, er teknisk udfordrende og tidskrævende. Vi har derfor udviklet en høj-præcision, perkutan fremgangsmåde udnytter ultralyd vejledning.
Abstract
Ortotopisk blærekræft xenotransplantater er guldstandarden for at studere molekylære cellulære manipulationer og nye terapeutiske midler in vivo. Egnede cellelinjer podes enten ved intravesikal instillation (model af nonmuscle invasiv vækst) eller intramuralt injektion i blærevæggen (model for invasiv vækst). Begge procedurer er komplekse og meget tidskrævende. Derudover overfladiske model har sine mangler på grund af manglen på cellelinjer, der er tumorigene følgende instillation. Intramuralt injektion, på den anden side er skæmmet af invasiv procedure og den tilhørende sygelighed for værten mus.
Med disse mangler i tankerne, vi ændrede tidligere metoder til at udvikle en minimalt invasiv metode til at skabe ortotopisk blærekræft implanteret. Ved hjælp af ultralyd vejledning har vi med succes udført perkutan podning af blærekræft cellelinjer UM-UC1, UM-UC3 og UM-UC13 i 50 atymiske nøgen. Vi har været i stand til at påvise, at denne tilgang er tid effektiv, præcis og sikker. Med denne teknik, er i første omgang et rum skabt under blæren slimhinde med PBS, og tumorceller injiceres derefter ind i dette rum i et andet trin. Tumorvækst overvåges med jævne mellemrum med bioluminescence billedbehandling og ultralyd. De gennemsnitlige tumor steg støt i på alle, men en af vores 50 mus end den undersøgte periode.
I vores institution, denne nye fremgangsmåde, som giver blærekræft xenograft podning i en minimalt invasiv, hurtig og meget præcis måde, har erstattet den traditionelle model.
Introduction
Kræftforskning er afhængig af dyremodeller af kræft hos mennesker ved hjælp af cellelinier afledt fra patientens tumorer med henblik på at uddybe vores forståelse af tumor biologi. For in vivo vækstanalyse under forskellige behandlingsstrategier murine ortotopisk blærekræft modeller forblive reference standard 1,2. Podning af humane blære cancerceller i immunkompromitterede mus (xenotransplantatmodel) afhængig intravesikal ("intravesikal model"), 3,4,5 eller direkte injektion i blærevæggen ("intramuralt model"), 6,7. Begge metoder kan også udføres på rotter 8,9.
Intravesikal instillation inducerer dannelsen af tumorer på urothelial overflade af blæren, som derefter er modtagelig for efterfølgende intravesikal instillation af nye behandlingsmidler. Imidlertid er antallet af cellelinier, som er pålideligt tumorigene, når den leveres via denne metode begrænset end en af disse cellelinjer, KU7, er for nylig blevet påvist at være HeLa 4,10. Intravesikal instillation er også tidskrævende som følge af nødvendige opholdstider, og det ofte inducerer tumorvækst i tilstødende elementer i urinvejene, herunder urinrøret, ureter, og renal bækken 11. Endvidere intravesikal ofte fører til tumorvækst på gulvet i blæren, hvor urinlederne ind i blæren, og dette kan forårsage øvre obstruktion og samtidig nyresvigt.
Primære invasive blærekræft xenotransplantater, der er egnede til systemiske behandlinger er skabt ved direkte injektion af tumorceller i blærevæggen 12. Selvom mange cellelinjer vokser tilstrækkeligt i denne model, dens begrænsning er invasiv modellen relateret til behovet for en abdominal incision 13. Modellen er også udfordrende at lære på grund af tekniske vanskeligheder af intravenøs celler præcist ind i musklen væggenaf blæren.
En ny tilgang til at etablere ortotopisk primære invasive blærekræft implanteret i mus er blevet udviklet i vores afdeling med henblik på at afhjælpe eksisterende mangler i "intramurale model". Vi var i stand til at optimere perkutan ultralyd-vejledt injektion af blære cancerceller i den forreste blærevæggen resulterer i denne nye teknik til succes erstatte etablerede invasive model. Desuden har vi potentielt forbedret nøjagtighed og reproducerbarhed af "intramurale model".
Protocol
Alle animalske procedurer blev udført i henhold til retningslinjerne i den canadiske Rådet om Animal Care (CCAC). Protokollen blev godkendt af Animal Care udvalg fra University of British Columbia (Protokol nummer: A10-0192).
1.. Fremstilling af cellelinier
- Bekræfte identiteten af de respektive menneskelige blærekræft cellelinier ved DNA-fingeraftryk 7.
- For vækst analyse af xenotransplantattumorer af bioluminescens, transficere cellelinier med en lentiviral konstruktion bærer ildflueluciferase gen 3.
- Optø og udvide den eksisterende cellelinjer i Dulbeccos modificerede Eagles medium (DMEM) med 10% føtalt bovint serum (FBS) ved 37 ° C i en befugtet 5% CO2-atmosfære. Passage cellerne mindst 3x men undgå kultur tider end 3 måneder.
2. Fremstilling af cellesuspension
- Tø Matrigel. Holde temperaturen under4 ° C for at undgå forøget viskositet af gelen.
- Trypsinisér cellerne ved et sammenløb af 70% og den suspenderes i normal vækst medier.
- Tæl celle nummer med et hæmocytometer eller automatisk celle tæller.
- Spin cellesuspensionen i 5 minutter ved 200 x g. Supernatanten fjernes.
- Derpå tilsættes en passende mængde af DMEM (10% FBS) og Matrigel (1:1) for at nå den ønskede cellekoncentration som er afhængig af den anvendte cellelinie og de ønskede vækstkinetik (8-15 x 10 6 / ml). Den injicerede mængde af tumor cellesuspension vil være 40 ul.
- Bland godt ved pipettering op og ned (P1000), undgå at skabe luftbobler i suspensionen.
3. Fremstilling af Dyr
Bemærk: På grund af det potentielle behov for transurethral kateterisation i trin 4.7, hunmus er det foretrukne køn i denne dyremodel.
- Husmus i henhold til institutionelle og nationale dyr pleje guidelines. Indhente etisk komité godkendelse for alle forsøg med mus.
- Bedøve mus med 3% isofluran / oxygen-blandingen. Bekræft korrekt bedøvelse af dyr (fx passivitet til tå kniber).
4.. Forsøgsopstilling
- Skær blæren stabilisering fra enhver form for flad stift plastmateriale [Figur 2 I]. Omhyggeligt inspicere rem og fjerne eventuelle skarpe kanter før ansøgning til mus.
- Monter dyret på den opvarmede imaging tabel [Figur 1 I] af det lille dyr imaging platform med kontinuerlig overvågning af vitale tegn. Lave underekstremiteterne med en elastik [Figur 1 III].
- Desinficer maven med 2% chlorhexidingluconat og tør huden med en steril vatpind.
- Immobilisere blæren med blæren stabilisering strop [Figur 2 II]. Således er en omgåelseaf blæren under intramural injektion i trin 5.6 vil blive undgået.
- Anvend sterile ultralyd gel til den nederste del af maven.
- Langsomt nærmer ultralyd scanhovedet (frekvens 40 MHz) [Figur 1 IV] på huden (i længderetningen med en kranie vinkel på 45-70 °), og visualisere blæren på ultralyd skærmen [Figur 3 I].
- Hvis blæren er tom, fyld den med 50 ul sterilt, varm phosphatpufret saltvand (PBS) via en transurethralt 24 G angiokateter.
5.. Adskillelse af blærevæggen Lag
- Vedhæft en 1,0 ml sprøjte fyldt med PBS og er forbundet til en 30 G ¾ i nål (skrå kant rettet fortil) til sprøjteklemmen.
- Placer nålen mod huden lige over skambenet i en vinkel på 30-45 ° (80-90 ° i forhold til længdeaksen af ultralyd scanhovedet [Figur 1]).
- Detect nålenpå ultralyd skærmen.
- Langsomt perforere huden og bugvæggen muskler [Figur 3 II].
- Drej facet af nålen 180 ° (nu rettet bagud).
- Sæt spidsen af nålen ind i blæren væggen uden at trænge ind i slimhinden [Figur 3 III]
- Injicer langsomt 50 pi PBS mellem muskulære lag og slimhinden for at skabe en kunstig plads [Figur 3 IV].
Bemærk: Hvis slimhinden uheld er perforeret i trin 5.6, langsomt trække sig tilbage nålen og injicere 50 pi PBS efter slimhinden lag er vendt tilbage over nålespidsen. - Træk nålen ud.
6.. Intramural Podning for blærekræft Cells
- Vedhæft en anden 1,0 ml sprøjte (fyldt med kræftceller suspenderet i Matrigel) med en 30 G ¾ i nål til sprøjten klemme.
- Før spidsen af nålen til det sammePBS-fyldte rum, der blev oprettet i trin 5.7.
- Injicer 40 pi af cellesuspensionen i dette rum [figur 3 V og VI].
- Træk nålen ud.
7.. Post-interventionelle understøttende behandling
- Afmonter musen fra imaging platform.
- Hold dyret i et varmt og behageligt miljø under konstant overvågning, mens overvinde bedøvelsen.
- Efter at have genvundet bevidstheden og genoptage normal ambulation placere dyret tilbage i sit hjem bur.
Representative Results
Murene injektion af tre forskellige tumor cellelinier (UM-UC1 Luc UM-UC3 Luc og UM-UC13 luc) blev udført i 50 dyr under ultralyd-vejledning om tre på hinanden følgende dage. Den podning blev udført effektivt (gennemsnitstider 5.7 min / dyr) og var ikke forbundet med nogen intra-eller post-interventionelle komplikationer.
Overvågning af tumorvækst blev udført ved hjælp af ultralyd billedbehandling og bioluminescens. På dag nr. 3 en tumor kunne påvises ved ultralyd i den forreste blære alle 50 dyr [Figur 4 I]. 98% af mus viste konstant tumorvækst under follow-up periode [figur 4 og 5]. Efter podning af UM-UC3 luc, en mus udviklet intraperitoneal tumor formidling og tumor involuted efter dag nr. 7 i et andet dyr [Tabel 1]. Dette var den første gruppe af mus inokuleret med denne nye teknik.
nt "> Musene blev aflivet på dag nr. 24, # 28 og # 37 efter inokulering af UM-UC3 luc, UM-UC1 luc og UM-UC13 luc, hhv. xenotransplantattumorer blev høstet og undersøgt på hematoxylin og eosin (H & E ) sektioner. Alle tumorer muskel invasiv og nogle infiltreret ind i perivesical fedt, men ingen invasion i tilstødende organer blev observeret [Figur 6 I]. 60% af musene der bærer UM-UC13 luc tumorer og 20% af mus, der bærer UM-UC3 luc tumorer udviklet retroperitoneale lymfeknudemetastaser, der blev bekræftet ved H & E farvning [Figur 6 II].
Figur 1. Billede og skematisk illustration af forsøgsopstillingen. Musen er monteret på den opvarmede operationsbord (I) og holdt under anæstesi (<strong> II) med 3% isofluran / ilt blanding. Underekstremiteterne er fastgjort med en elastik (III). Efter nærmer ultralyd scanhovedet (IV) til huden (langsgående indretning på linje med et kranie vinkel på 45-70 °) blæren (V) visualiseres på ultralyd skærmen. En sprøjte med en 30 G nål (VI) er ført til huden i en vinkel på 30-45 ° (80-90 ° i forhold til den langsgående akse af ultralyd scanhovedet).
Figur 2. Immobilisering af blæren. Dimensioner og illustration at konstruere remmen blære stabilisering (I) Stroppen er fastgjort til den nedre del af maven og immobiliserer blære (II). Således en omgåelse af blære under intramuralt injektion undgås.
Figur 3. Egne inokulering af tumorcellerne. Visualisering af blæren på ultralyd skærmen (I). Perforering af huden og bugvæggen muskler (II). Indføring af kanylen i blærevæggen uden penetration af slimhinden (III). PBS (50 ul) mellem muskulære lag og slimhinden efter langsom injektion (IV). Tumorceller suspenderet i Matrigel i intramurale kunstigt skabt rum (V, VI).
1123fig4.jpg "/>
Figur 4.. . Opfølgning ved ultralyd Løbende opfølgning ved ultralyd viste signifikant stigning i tumor volumen (I: Dag # 3, II: dag # 7, III: Dag # 13).
Figur 5. Opfølgning af bioluminescens. Løbende opfølgning af bioluminescens viste konstant stigning i luminescens i den undersøgte periode.
Figur 6. Histologi af xenograft tumor og lymfeknude-metastase. I toto H & E sektion af en repræsentativ xenotransplantat tu mor viser invasiv vækst i musklen uden invasion i tilstødende organer (I). 60% af mus med UM-UC13 Luc tumorer og 20% af mus med UM-UC3 Luc tumorer præsenteret retroperitoneale lymfeknudemetastaser (II).
| Podede cellelinie | UM-UC1 luc | UM-UC3 luc | UM-UC13 luc | |
| Antallet af mus | 20 | 15 | 15 | |
| Volumen injiceres, pi | idth: 64px; ">40 | 50 | 50 | |
| Celletal, absolut | 3.6 x 10 5 | 6 x 10 5 | 5,5 x 10 5 | |
| Tid per dyr, min | 3,4 (± 1,6) | 7,7 (± 3,7) | 6,8 (± 2,9) | |
| Tumorforekomst | 49 (98%) | |||
| 20 (100%) | 14 (93%) | 15 (100%) | ||
| Lymfeknude metastaser | 0 | 3 (20%) | 9 (60%) | |
| Opfølgning (dage) | 28 | 22 [før behandling] | 28 [før behandling] | |
| Tumorvolumen (pi) | dag 4 | 11,6 (± 1,3) | 12,5 (± 1,7) | 14,4 (± 1,3) |
| udgangen af | 394,6 (± 72,4) | 288,7 (± 66,1) | 78,3 (± 13,4) | |
| opfølgning | ||||
| Tumor luminescens (Fotoner / sek) | dag 4 | 4,6 x 10 8 | 2,0 x 10 8 | 5,8 x 10 8 |
| (± 9,4 x 10 7) | (± 3,7 x 10 7) | (± 1,3 x 10 8) | ||
| udgangen af | 1,9 x 10 10 | 1,4 x 10 10 | 1,5 x 10 10 | |
| opfølgning | (± 4,0 x 10 9) | (± 2,3 x 10 9) | (± 1,9 x 10 9) | |
Tabel 1. Ultralyd-vejledt tumorcelleinjektion - procedure og resultater.
Discussion
Næsten alle store fremskridt i behandlingen af kræft, kræver en afprøvning i dyremodeller inden initiering af kliniske forsøg. Dyremodeller for kræft er vigtige værktøjer, der giver forskerne at studere tumor biologi in vivo. Ortotopisk xenograftmodeller fortsat guldstandarden 1,2 og fortsætte med at tilbyde den mest fleksibilitet (med hensyn til udvælgelse af cellelinier), og har den mest praktiske anvendelighed.
Den illustrerede fremgangsmåde er en minimalt invasiv ændring af orthotopisk model tidligere beskrevet af Dinney et al. 12. Vi har etableret xenotransplantattumorer ved ultralydvejledt perkutan injektion af tre forskellige cellelinjer med en teknisk succesrate på 100%. Under kontinuerlig opfølgning, 98% af musene viste konstant stigning i tumor volumen.
Ved at udføre en minimalt invasiv teknik var vi i stand til at løse de eksisterende begrænsninger i intramurale model. Udover respecting dyrevelfærd, reduceret invasivitet af denne procedure også bidrager til reproducerbarheden af eksperimenter in vivo ved at reducere antallet af kirurgiske komplikationer. Det er meget tid effektivt for at undgå en abdominal laparotomi og tilhørende behov for sårlukning. Vi var i stand til at falde betydeligt proceduren tid pr dyr til 3,4 min (± 1,6). Men den vigtigste fordel ved vores nye tilgang er dens nøjagtighed. Høj opløsning ultralyd gør det muligt at visualisere den plads skabt af saltvand injektion under slimhinden i blærevæggen. Dette første skridt injektion letter tumorcelleinjektion i et andet trin, og minimerer risikoen for tumor celle spild. Dette står i kontrast til en teknik intramuralt injektion efter laparotomi, hvor det er umuligt at visualisere nåleplacering og der er altid et element af usikkerhed om den præcise dybde af injektion. Også, som vi inokulere tumorceller nøje ind i det forreste blærevæggen, tumor growth på den bageste blærevæggen undgås. Efterfølgende hastigheden af obstruktive komplikationer på grund af tumorvækst i nærheden af de ureter åbninger er ekstremt sjældne. Denne ledsagende effekt giver længere vækst og behandlingsperioder.
Den vigtigste begrænsning af ultralyd-vejledt tumorinokulation er behovet for tilstrækkelig teknisk udstyr. Derfor udførelsen af denne procedure vil sandsynligvis være begrænset til centre, der er specialiseret i dyremodeller af kræft hos mennesker. Dette bør tilskynde samarbejde mellem forskergrupper uden for disse institutioner og grupper med ekspertise i en sådan roman dyr modellering.
Selvom afhængig af fortrolighed med ultralydsscanning og nogle håndelag, er let at lære under kompetent instruktion denne model. Det afgørende skridt i proceduren er at skabe et kunstigt rum submukøst i blærevæggen med saltvand. Når dette rum er skabt uden perforering of slimhindelag, forbliver stabil i flere minutter. Vejledning af den anden nål ind i dette rum med henblik på at pode tumorcellerne er relativt simpel. Den vigtigste komplikation under oprettelsen af det submukøse rum er perforering af nålen ind i blæren lumen. Oprettelsen af en submucosal plads, dog stadig lade sig gøre. Nålen skal trækkes langsomt ind i blærevæggen og saltvand injiceret lige når slimhindelaget flips over spidsen af nålen. Efter denne manøvre submukøse rummet er mindre stabil (saltvand vil sive blære lumen inden for 30-60 sek) og injektion af tumorceller skal udføres hurtigt. Spild af tumorceller i blæren lumen kan forekomme i disse tilfælde med perforation af slimhinden. Selvom tabet af tumorceller fra intramurale rum kan føre til en reduceret tumor volumen under opfølgning, har vi aldrig observeret nogen intravesikal tumor optagelse.
En anden potentiel complication er spild af tumorceller til bughulen ved injektion kanal. Vi observerede kun ét intraperitoneal tumor spredning celle i 50 dyr, og det skete i en af vores første forsøg. Vi tilskriver dette til injektion af en for stor tumor cellesuspension volumen. Dette blev understøttet af, at reducere mængden 50-40 ul medførte ingen yderligere intraperitoneal spild.
Dette minimalt invasiv podning af murine ortotopisk blærekræft xenograft repræsenterer en innovativ ændring af den eksisterende "intramurale model", til gavn for både investigator og dyrene ligeligt. Fordelene ved denne model fremme tilpasning til andre organer såsom nyre, prostata og leveren for at etablere ortotopisk xenotransplantattumorer i en minimalt invasiv måde.
Disclosures
Åben adgang til denne video-artikel er sponsoreret af FUJIFILM VisualSonics, Inc.
Acknowledgments
Forfatterne vil gerne anerkende Eliana Beraldi til at udføre virustransduktion af tumor cellelinjer og Ben Deeley for hans instruktion om brugen af små dyr ultralydsscanning platform.
Dette projekt blev støttet af den tyske Foundation System (DFG, JA 2117/1-1: 1), den canadiske Cancer Society Research Institute og en mentored Læge Scientist Award fra Vancouver Coastal Health Research Institute. Den ultralydsscanning platform blev finansieret af den canadiske Foundation for Innovation.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Chlorhexidine gluconate (2%) | Aplicare | 82-319 | |
| Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium (DMEM) | Thermo Scientific | SH3008101 | |
| Fetal bovine serum (FBS) | Thermo Scientific | SH3007103 | |
| Isoflurane | Baxter Corporation | 402-069-02 | |
| Trypsin (0.25%) | Thermo Scientific | SH3004202 | |
| Syringe (1 ml) | BD Bioscience | 309659 | |
| Hypodermic needle (30 G; ¾ in) | Kendall | 830340 | |
| Angiocatheter (24 G) | BD Bioscience | 381112 | |
| Vevo 770 small animal imaging platform | VisualSonics | ||
| RMV 706 ultrasound scanhead | VisualSonics | ||
| IVIS Lumina III | Caliper Life Science |
References
- Chan, E., Patel, A., Heston, W., Larchian, W. Mouse orthotopic models for bladder cancer research. BJU Int. 104, 1286-1291 (2009).
- Kubota, T. Metastatic models of human cancer xenografted in the nude mouse: the importance of orthotopic transplantation. J. Cell. Biochem. 56, 4-8 (1994).
- Hadaschik, B. A., et al. A validated mouse model for orthotopic bladder cancer using transurethral tumour inoculation and bioluminescence imaging. BJU Int. 100, 1377-1384 (2007).
- Kang, M. R., et al. An Orthotopic Bladder Tumor Model and the Evaluation of Intravesical saRNA Treatment. J. Vis. Exp. (65), (2012).
- Dobek, G. L., Godbey, W. T. An Orthotopic Model of Murine Bladder Cancer. J. Vis. Exp. (48), (2011).
- Dinney, C. P., et al. Isolation and characterization of metastatic variants from human transitional cell carcinoma passaged by orthotopic implantation in athymic nude mice. J. Urol. 154, 1532-1538 (1995).
- Fu, C., Apelo, C. A., Torres, B., Thai, K. H., Hsieh, M. H.
- Xiao, Z., et al. Characterization of a novel transplantable orthotopic rat bladder transitional cell tumour model. Br. J. Cancer. 81, 638-646 (1999).
- Iinuma, S., Bachor, R., Flotte, T., Hasan, T. Biodistribution and phototoxicity of 5-aminolevulinic acid-induced PpIX in an orthotopic rat bladder tumor model. J. Urol. 153, 802-806 (1995).
- Jäger, W., et al. Hiding in plain view: Genetic profiling reveals decades old cross-contamination of bladder cancer cell line KU7 with HeLa. J. Urol. (13), (2013).
- Horiguchi, Y., Larchian, W. A., Kaplinsky, R., Fair, W. R., Heston, W. D. Intravesical liposome-mediated interleukin-2 gene therapy in orthotopic murine bladder cancer model. Gene Ther. 7, 844-851 (2000).
- Dinney, C. P., et al. Isolation and characterization of metastatic variants from human transitional cell carcinoma passaged by orthotopic implantation in athymic nude mice. J. Urol. 154, 1532-1538 (1995).
- Black, P. C., et al. Validating bladder cancer xenograft bioluminescence with magnetic resonance imaging: the significance of hypoxia and necrosis. BJU Int. 106, 1799-1804 (2010).
