Intracarotid Cancer Cell Injection att producera musmodeller av metastaser i hjärnan
Summary
Metastaser i hjärnan har blivit ett akut medicinskt behov som dess förekomst har ökat medan behandlingsalternativ har förblivit palliativ. Skapa experimentella djurmodeller för hjärnmetastaser via intracarotid arteriell injektion av cancerceller underlättar mekanistiska studier av sjukdomen biologi och utvärdering av nya interventions regimer.
Abstract
Metastas, spridning och tillväxt av maligna celler vid sekundära ställen inom en patients kropp, står för> 90% av cancerrelaterad dödlighet. Nyligen har imponerande framsteg i nya terapier dramatiskt förlängd överlevnad och förbättrad livskvalitet för många cancerpatienter. Tyvärr är förekomsten av hjärnmetastaserande återfall snabbt stigande, och alla nuvarande behandlingar är endast palliativ. Därför är goda experimentella djurmodeller akut behov för att underlätta en fördjupning av sjukdomen biologi och bedöma nya terapeutiska regimer för preklinisk utvärdering. Emellertid standard in vivo metastasering assay via injektion i svansvenen av cancerceller producerar övervägande lungmetastatiska lesioner; djur brukar falla för lungtumörbördan innan någon meningsfull utväxt av metastaser i hjärnan. Intrakardiell injektion av tumörceller producerar metastaser till flera platser organ inklusive hjärnan; emellertid variability av tumörtillväxt som produceras med denna modell är stor, vilket dämpar dess användbarhet vid utvärdering av terapeutisk effektivitet. För att generera tillförlitliga och konsekventa djurmodeller för hjärnmetastaser studie, här beskriver vi ett förfarande för framställning av experimentella metastaser i hjärnan i husmusen (Mus musculus) via intracarotid injektion av tumörceller. Detta tillvägagångssätt gör att man kan producera stora antal hjärnmetastaser bärande möss med liknande tillväxt och dödlighet egenskaper, vilket underlättar forskningsinsatser för att studera grundläggande biologiska mekanismer och bedöma nya terapeutiska medel.
Introduction
Metastasen av cancer till det centrala nervsystemet (CNS) är en förödande sjukdom, och kan involvera antingen hjärnparenkymet eller de leptomeninges ( "metastaser i hjärnan" avser både i denna artikel). Det är den dominerande intrakraniell malignitet outnumbering primära gliom med> 10: 1 1, 2. Lungcancer, bröstcancer och melanom är de tre stora neoplastiska sjukdomar som producerar höga förekomsten av metastaser i hjärnan 3, 4. Under de senaste åren, har imponerande framsteg i nya cancerterapier dramatiskt förlängd överlevnad och förbättrad livskvalitet för många cancerpatienter. Men vid återfall, är förekomsten av metastaser i hjärnan ökar snabbt. Exempelvis har anti-HER2 antikropp trastuzumab (Herceptin) visade signifikant klinisk effekt hos patienter med HER2 + bröstcancer; ännu en oroande trend har vuxit framhos dessa patienter: upp till 1/3 av dem vars extrakraniell systemisk sjukdom initialt gynnades av trastuzumab behandling senare utveckla metastaser i hjärnan 5, 6, 7. Tyvärr patienter med metastaser i hjärnan är okänsliga för nästan alla nuvarande behandlingar, vanligtvis upplever en traumatisk försämring av livskvaliteten, och deras ettåriga överlevnad efter diagnos är endast ~ 20% 8. Nuvarande terapier för metastaser i hjärnan (inklusive steroider, hjärn strålbehandling och kirurgisk resektion i utvalda patienter) är bara palliativ inte botande 9. Därför är metastaser i hjärnan utvecklas till nästa imponerande utmaning i denna tid av nya cancerbehandlingar. Att ta itu med otillfredsställda utmaningen patienter möter varje dag på kliniken, vi snarast behöver för att bättre förstå den bakomliggande mekanismen av metastaser i hjärnan och använda denna kunskap för att utveckla nya behandlingsmetoder.
<pclass = "jove_content"> Framgångsrik kolonisering av hjärnan genom metastatiska cancerceller kräver utförandet av en rad funktioner som förmedlas av den intrikata samspelet mellan flera biologiska spelare, såsom bypass av blod-hjärnbarriären (BBB) och fly från hjärnans inneboende immun försvarsmekanismer 10, varav ingen är rekapituleras i en ex vivo eller in vitro-system. Därför, korrekt och trogen in vivo-modeller är avgörande för studier av hjärnmetastaser. En konventionell in vivo metastasering assay introducerar cancerceller via injektion i svansvenen, vilket leder huvuddelen av cellerna att fastna i lungan. Brain metastaser sällan produceras i dessa modeller innan djur död orsakad av tumörbördan i lungorna 11. Direkt intracerebral injektion av cancerceller producerar konsekvent tumörutväxt i CNS och används ofta i studier av primära gliom. Emellertid, sUCH injektion äventyrar BBB och orsakar traumatisk skada vid injektionsstället, både viktiga punkter av oro över den fysiologiska relevansen av denna modell. En annan ofta använd cancercell introduktion väg, intrakardiell injektion, är lätt att administrera och inte producera experimentella metastaser till CNS. Men samtidiga metastaser till webbplatser organ andra än CNS alltid produceras och kan orsaka djur dödlighet 11; därför, den höga graden av variabilitet av denna modell gör den olämplig för kvantitativ utvärdering av biologiska mekanismer eller terapeutiska medel med ett begränsat antal djur.Här beskriver vi förfaranden för att producera experimentella metastaser i hjärnan via injektion av cancerceller in i den gemensamma halsartären. Vi har använt denna metod för att dissekera enskilda gener bidrag till metastaserande kaskad av metastaser i hjärnan och för att utvärdera effekten av terapeutisk interventions 12, 13. De stora fördelarna med denna metod är den höga graden av reproducerbarhet och låg grad av variabilitet; den stora nackdelen är den sofistikerade och fingerfärdighet krävs för att utföra mikrokirurgi.
Protocol
Representative Results
Discussion
De mest kritiska stegen för framgångsrik karotid arteriell injektion av cancerceller är: 1) djup anestesi av mus som förberedelse för kirurgisk operation; 2) stadig placering av halsartären på toppen av stöd bomull; 3) tät ligering av halspulsådern efter lyckad injektion.
Djup anestesi av ~ 30 minuter är oftast nödvändigt för jämn kirurgisk prestanda under dissekera mikroskop. Vi använder kommersiellt redo att använda ketamin / xylazin cocktail för mus anestesi. För att un…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors have no acknowledgements.
Materials
| Ketamine hydrochloride/xylazine hydrochloride solution | Sigma-Aldrich | K113 | |
| Routine Stereomicroscope Leica M50 | Leica | M50 | The microscope is modular and highly configurable to fit particular space requirements. |
| Surgical disposable scapel | Integra Miltex | 4-410 | to make skin incisions |
| Tissue Forceps – 1×2 Teeth | Fine Science Tools | 11021-12 | to bluntly dissect mucles |
| Dumont #5 – Mirror Finish Forceps | Fine Science Tools | 11252-23 | to separate and prepare the carotid artery for injection |
| Spring Scissors | Fine Science Tools | 15025-10 | to cut sutures |
| EZ Clip Kit | Stoelting | 59020 | for wound cloure |
| BD Insulin Syringe | Becton Dickinson | 328438 | for cell injection |
| IVIS Spectrum In Vivo Imaging System | PerkinElmer | 124262 |
References
- Gavrilovic, I. T., Posner, J. B. Brain metastases: epidemiology and pathophysiology. J Neurooncol. 75 (1), 5-14 (2005).
- Patchell, R. A. The management of brain metastases. Cancer Treat Rev. 29 (6), 533-540 (2003).
- Barnholtz-Sloan, J. S., et al. Incidence proportions of brain metastases in patients diagnosed (1973 to 2001) in the Metropolitan Detroit Cancer Surveillance System. J Clin Oncol. 22 (14), 2865-2872 (2004).
- Schouten, L. J., Rutten, J., Huveneers, H. A., Twijnstra, A. Incidence of brain metastases in a cohort of patients with carcinoma of the breast, colon, kidney, and lung and melanoma. Cancer. 94 (10), 2698-2705 (2002).
- Bendell, J. C., et al. Central nervous system metastases in women who receive trastuzumab-based therapy for metastatic breast carcinoma. Cancer. 97 (12), 2972-2977 (2003).
- Clayton, A. J., et al. Incidence of cerebral metastases in patients treated with trastuzumab for metastatic breast cancer. Br J Cancer. 91 (4), 639-643 (2004).
- Romond, E. H., et al. Trastuzumab plus adjuvant chemotherapy for operable HER2-positive breast cancer. N Engl J Med. 353 (16), 1673-1684 (2005).
- Mayer, M. A patient perspective on brain metastases in breast cancer. Clin Cancer Res. 13 (6), 1623-1624 (2007).
- Lin, N. U., Bellon, J. R., Winer, E. P. CNS metastases in breast cancer. J Clin Oncol. 22 (17), 3608-3617 (2004).
- Zhang, C., Yu, D. Microenvironment determinants of brain metastasis of brain metastasis. Cell Biosci. 1 (1), 8 (2011).
- Fidler, I. J., Nicolson, G. L. Organ selectivity for implantation survival and growth of B16 melanoma variant tumor lines. J Natl Cancer Inst. 57 (5), 1199-1202 (1976).
- Zhang, L., et al. Microenvironment-induced PTEN loss by exosomal microRNA primes brain metastasis outgrowth. Nature. 527 (7576), 100-104 (2015).
- Zhang, S., et al. SRC family kinases as novel therapeutic targets to treat breast cancer brain metastases. Cancer Res. 73 (18), 5764-5774 (2013).
- Lim, E., Modi, K. D., Kim, J. In vivo bioluminescent imaging of mammary tumors using IVIS spectrum. J Vis Exp. (26), (2009).
- Zhang, C., Zhang, F., Tsan, R., Fidler, I. J. Transforming growth factor-beta2 is a molecular determinant for site-specific melanoma metastasis in the brain. Cancer Res. 69 (3), 828-835 (2009).
