Bu çalışma, yeşil floresan protein ve biyolüminesans sinyallerinin yanı sıra kantitatif moleküler algılama tekniğinin entegrasyonu ile tümör yüklemesini doğru bir şekilde değerlendirmek için gelişmiş bir protokol hazırlaştır.
Yöntem makalesi
Bu çalışma, yeşil floresan protein ve biyolüminesans sinyallerinin yanı sıra kantitatif moleküler algılama tekniğinin entegrasyonu ile tümör yüklemesini doğru bir şekilde değerlendirmek için gelişmiş bir protokol hazırlaştır.
Üçlü negatif meme kanseri (TNBC) sınırlı tedavi seçenekleri ile agresif bir meme kanseri alt türüdür. Daha az agresif meme tümörü olan hastalarla karşılaştırıldığında, TNBC hastalarının 5 yıllık sağkalım oranı karakteristik ilaca dirençli fenotip ve metastatik yükü nedeniyle %77'dir. Bu doğrultuda, TNBC tümör büyümesini ve metastatik yayılımı sınırlayan yeni tedavi stratejilerini belirlemeyi amaçlayan minin modelleri oluşturulmuştur. Bu çalışma, bir bodrum zarı matris asılı MDA-MB-231 meme kanseri hücreleri yakından insanlarda kanser hücresi davranışını taklit dördüncü meme yağ yastığı implante edildiği TNBC ortotopik modeli için pratik bir kılavuz açıklar. Tümörlerin kaliper ile ölçümü, in vivo ve ex vivo görüntüleme ile akciğer metastazı değerlendirmesi ve moleküler saptama tartışılmıştır. Bu model terapötik etkinliğini incelemek için mükemmel bir platform sağlar ve özellikle primer tümör ve distal metastatik siteler arasındaki etkileşimin incelenmesi için uygundur.
Amerika Birleşik Devletleri'nde yaklaşık bir sekiz kadın ömrü boyunca invaziv meme kanseri gelişecektir, ve 10% −20% agresif üçlü negatif meme kanseri tanısı olacak (TNBC) alt tipi. Primer lezyonlar çoğu durumda cerrahi olarak çıkarılabilirken, subklinik mikrometastaz ve kemodirenç onu inatçı bir hastalık haline getirse de. Daha da önemlisi, metastatik TNBC olan hastaların çoğu sonunda nüks, onlar erken aşamada tedavi uygulandı bile1. Bu nedenle, kanser heterojenitesi, mikrometastaz ve terapötik direnç TNBC hastalarının başarılı klinik sonuçlarını sınırlayan üç önemli sorundur. Bu nedenle, Daha iyi TNBC polimorfik moleküler arka plan anlamak ve metastatik hastalığı sınırlayan etkili terapötik ajanlar geliştirmek için acil bir ihtiyaç vardır.
Tümör metastazı, tümör hücresinin mikroçevresini kontrol ettiği ve mikroçevresini kontrol ettiği ve mikroçevresini gasp ettiği, membran bozulması ve tümör hücresinin primer lezyondan kaçışı yoluyla, vazodan giriş (yani, ekstravazasyon) yoluyla ve sonuçta adaptasyon ve kolonizasyon yoluyla kendi mikroçevresini gasp ettiği çok aşamalı bir süreçtir2. Hayvan modelleri meme kanseri metastazı çalışmak için geliştirilmiştir, burada iki metodoloji yaygın olarak uygulanmaktadır: direkt kan dolaşımı enjeksiyonu ve ortotopik implantasyon. Doğrudan kan dolaşımı enjeksiyonu için yaygın olarak kullanılan yöntemler kuyruk damar enjeksiyonu dahil, doğrudan kardiyak enjeksiyon dahil olmak üzere diğer yaklaşımlar3, direkt beyin enjeksiyonu4, ve doğrudan karaciğer enjeksiyonu5 de istihdam edilmiştir. Doğrudan kan dolaşımı enjeksiyonu genellikle bir yapay metastaz modeli olarak adlandırılır, hangi hızlı ve kolay ama daha az fizyolojik olarak doğru çünkü primer lezyon ve intravazasyon tümör kaçış atlatır6,7,8. Doğrudan enjeksiyon modelleri ile karşılaştırıldığında, ortotopik meme kanseri modeli akciğer gibi uzak organlarda saptanabilir metastatik lezyonların oluşumu için daha uzun sürer, ancak yakından insanlarda meydana geldiği gibi çok adımlı metastatik süreci taklit çünkü fizyolojik olarak daha alakalıdır. Daha da önemlisi, 2013 yılında yapılan bir çalışmadakuyruk damar enjeksiyonu ve ortotopik modeller karşılaştırılmış ve kuyruk damarına enjekte edilen meme kanseri hücrelerinin ve kuyruk damar enjeksiyonundan sonra akciğer metastatik lezyonlarından izole edilenlerin benzer küresel gen ekspresyonu profilleri sergilendiği bulunmuştur. Buna karşılık, ortokjenik enjekte meme kanseri hücrelerinin küresel gen ekspresyonu profili ortotonik enjekte hücrelerden kaynaklanan akciğer metastatik lezyonların önemli ölçüde farklıydı9. Bu gözlemler ortotopik modelin fizyolojik olarak daha alakalı olduğunu göstermektedir, çünkü metastatik lezyonlar insanlarda meydana geldiği gibi çok aşamalı metastaz sürecine benzer bir seçim sürecinden geçmektedir.
Bu çalışmada, laboratuarımızda görüntüleme algılama teknikleri için optimize edilmiş çıplak farelerde ortotopik meme kanseri (MDA-MB-231-Luc/GFP) modelinin yanı sıra yeni biyobelirteçlerin belirlenmesi ve hedefe yönelik kemoterapötik ajanların geliştirilmesi anlatılmaktadır.
Tümör büyümesinin analizi, Ulusal Kanser Enstitüsü Hayvan Deneyleri Etik Komitesi tarafından onaylanan protokoller kullanılarak gerçekleştirildi ve Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Araştırma Konseyi'nin "Bakım ve Kullanım Kılavuzu" önerilerine uyularak Laboratuvar Hayvanları", Amerika Birleşik Devletleri Halk Sağlığı Servisi'nin "Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Rehberi", "Laboratuvar Hayvanlarının İnsani Bakımı ve Kullanımı Politikası".
1. İmplantasyon için hücrelerin hazırlanması
NOT: MDA-MB-231 insan meme adenokarsinom hücreleri (ticari olarak elde edilen) luciferase gen III ve geliştirilmiş yeşil floresan protein (GFP) belirteci ile lentivirus tarafından transfeced ve seçim antibiyotik varlığında yetiştirilen (puromisin) .


Kaliper ile tümör hacim ölçümü tedavi etkinliğini değerlendirmek için kurulmuş bir yöntemdir(Şekil 1). İmplante edilen hücrelerin sayısı, bazal membran matriskullanımı, mikrobiyom, tesis temizliği ve enjeksiyon bölgesi tümör büyüme hızını etkileyen önemli faktörlerdir.
GFP görüntülemenin aksine, BLI görüntülemeden önce en az 15−20 dk luciferase substrat uygulanması nı gerektirmiş. Ayrıca, fare zorlanma, hücre hattı, tedaviler ve luciferase muhabiri tüm biyolüminesans sinyal düzeylerini etkiler. Bu nedenle, çalışma grupları arasında karşılaştırılabilir sinyaller elde etmek için, en iyi görüntüleme zaman dilimini belirlemek için bir ön görüntüleme BLI kinetik çalışma yapılmalıdır (Şekil 2).
Üstün sinyal-arka plan oranı26nedeniyle,27, vivo biyolüminesans görüntüleme tüm vücut GFP yaklaşımı ile karşılaştırıldığında düşük seviyeli metastaz sinyali tespit oldukça duyarlıydı (Şekil 3). Ayrıca, biyolüminesans sinyali birkaç milimetre gfp daha derin penetrasyon sağladı. Ancak, biyolüminesans sinyal üretimi ATP gerektirir, hangi ex vivo doku örneklerinin değerlendirilmesinde sınırlayıcı bir faktördür. Hayvanlar hızlı bir şekilde işlenirse, o zaman BLI metastaz üzerinde nicel sonuçlar elde etmek için uygun bir yaklaşım olabilir. Bunu başarabilmek için bir yolu bir seferde bir hayvan işleme gereğidir. Ancak bu yaklaşım bu çalışma için mümkün değildi çünkü büyük bir fare kohortu kullanılmıştır. 45 dk civarında luciferin enjeksiyonu sonrası organlar görüntülendiğinde BLI sinyali tespit edilmedi. Bir çift muhabir hücre hattı kullanımı bu durumda yararlıdır. GFP molekülünün kararlı doğası nedeniyle, araştırmacılar hedef organlardan GFP sinyallerini yakalamadan önce leşi işlemek için yeterli zamana sahip olacaklardı(Şekil 4).
Şekil 5 kaliper tümör boyutu ölçümlerinin veri yorumunu nasıl bozabileceğine dair gerçek hayattabir örnek sağlar, çünkü ksenogreft canlı tümör hücre içeriğinin çoğunu kaybetmiştir, ancak yine de büyük kütlesini ve şeklini korumuştur. Bu ksenogreftlerin histopatolojik incelemesi kitle içinde nekroz olduğunu göstermiştir(Şekil 5B).
Ortotopik meme kanseri modelinde beyin metastazı ile ilgili görüntüleme sonuçlarına meydan okuyan araştırmacılar için, gerçek zamanlı PCR ile moleküler algılama ikna edici kanıtlar sağlayabilir(Şekil 6). Bu durumda, transfected GFP DNA dizisi doğal olarak insanlarda veya kemirgenlerde bulunmadığından, eksojen GFP DNA dizisi bu sorunu çözmenin en iyi yoluydu.

Şekil 1: Tümör hacmi ölçümü. Ksenogreft implantasyonundan sonra 10. Hata çubukları SEM değerine göre hesaplanır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: En uygun görüntü edinme penceresinin belirlenmesi. Sol: Optimal luciferin kinetik aralık tayini için büyük ksenogreftli bir fare ve küçük ksenogreftli bir fare seçildi. Sağ: 40 dk için her 2 dakika görüntüleri elde ederek elde Luciferin kinetik eğrisi. Bir plato 15−22 dakika arasında gözlendi ve sonraki tüm görüntülemeler için en uygun görüntü edinme süresi olarak kullanıldı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Tüm vücut BLI görüntüleme. L: Tüm vücut BLI görüntüleme. M: Siyah bir eldiven bir kol ile kaplı alt vücut ile Ventral görünümü. R: Siyah bir eldiven kol ile kaplı alt gövde ile Dorsal görünümü. BLI görüntüleme ile ventral görünümde aksiller lenf nodfar metastazı saptanır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: Ex vivo BLI/GFP sinyal algılama. Aynı fareden 20 dk sonra beyin ve akciğerde GFP sinyalleri tespit edildi. BLI sinyali 45 dk sonrası luciferin enjeksiyonu saptamadı. Naif fare beyin ve akciğerinde GFP sinyali saptanmadı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5: Optik görüntüleme tekniklerinin kaliper ölçümlerinin avantajları. (A) Primer tümörde in vivo GFP sinyal tespitini gösteren temsili görüntü. Ksenogreftin sadece küçük bir kısmı GFP sinyali göstererek kitlenin önemli bir kısmının stroma olduğunu düşündürdü. Bu, geleneksel kaliper ölçümleri ile belirlenemez ve yanlış bir sonuca yol açabilir. Bu örnek, hayvan modeli çalışması için optik görüntülemenin önemini vurgulamaktadır. (B) Aynı farenin histopatoloji bölümünde nekrotik bölgenin (yani iç bölge) tümör boyutu hesaplamasına da katkıda bulunduğu saptanmasıdır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 6: Erime eğrisi analizi. GFP amperinin özgüllüğünü gösteren erime eğrisi çizimi. MDA-MB-231-Luc/GFP implante edilmiş farelerden elde edilen beyindna'sı ve mda-MB-231-Luc/GFP hücrelerinden izole edilen DNA (pozitif kontrol) olarak belirlendi. Gerçek zamanlı PCR tsömonbeyin dokusunda GFP içeriğini değerlendirmek için yapıldı. (A,B) Pozitif kontrolün erime eğrileri ve fare beyninden çıkarılan DNA sırasıyla. (C) Fare beyin DNA'larından gelen tepe sinyallerini gösteren A ve B panellerinin çakışan eğrileri eksojen GFP dizisine özgüdür. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Hayvanlarda TNBC çalışması için, iki murine modelleri geliştirilmiştir: Bağışıklık tehlikeye farelerde MDA-MB-231 insan meme adenokarsinom hücreleri (yani atimik çıplak fareler, NSG fareler), ve 4T1 bağışıklık-yetkili BALB / c fareler. Her iki modelin de avantajları vardır. Bir çalışma için hayvan modelinin seçimi araştırma hedeflerine bağlıdır. Örneğin, MDA-MB-231 modeli immünosupresif insan meme kanseri hastaları taklit bağışıklık laşmış farelerde yetiştirilen bir insan TNBC hücre hattıdır. Öte yandan, BALB/c farelerinde ortotopik 4T1 üçlü negatif murin meme kanseri hücrelerinin invaziv fenotipleri, evre IV insan meme kanseri hastalarında meydana geldiği için metastatik süreci yakından taklit eder. Intravenöz hücre enjeksiyonu yaklaşımı aksine, insan MDA-MB-231 meme kanseri hücreleri benzer meme yağ pedi enjekte edildi11,12 ortotopik meme kanseri modeli11,13. Uzun tümör büyümesi ve edinsel metastatik yeteneği daha fizyolojik olarak ilgili, bu nedenle yapay bir metastatik kanser modeli değildir4,14. Böyle bir spontan metastaz modeli yakından inisiyasyon aşaması dışında insan meme kanseri gelişimini taklit eder. Bu metastatik meme kanserinde in vivo ilaç taraması ve terapötik etkinlik değerlendirmesi için önemli bir modeldir.
Faredeki tümör implantasyon bölgesi, tümör büyümesini ve insanlarda meydana gelene benzer metastatik fenotip seçimisağlayan bir mikroortamın sağlanmasında önemli bir rol oynar. Proksimal lenf düğümü ve yağ dokusunun varlığı meme kanserinin hastalık ilerlemesini etkileyen önemli faktörlerdir15,16. Bir insan hastada, lenf düğümü ve yağ dokusu hem malignite ve meme kanseri insidansını etkileyen önemli etkileşen faktörlerdir17,18,19. Böylece, enjeksiyon bölgesi için doğru anatomik yerseçimi insan hastalığına göre tümör modelinin alaka kuvvetini oldukça etkileyebilir. Bu çalışmada, dördüncü meme bezi implantasyon bölgesi olarak esas olarak yukarıda belirtilen gereksinimleri nedeniyle kullanılan ve anatomik olarak daha erişilebilir ve manipüle etmek daha kolay olduğunu.
Farklı tümör hacmi hesaplama yöntemleri mevcuttur, ve bir araştırmacı uygun gördükleri herhangi seçebilirsiniz. Bu çalışma için seçilen algoritma, farklı tümör hacmi hesaplama formüllerini karşılaştıran ve aşağıdaki formülün en doğru20olduğu sonucuna varan Faustino-Rocha ve ark.'nın bulgularına dayanmaktadır.

Bazal membran matriks çeşitli in vitro21 ve in vivo22,,23 tahlillerde kullanılan önemli bir hücre dışı matristir. 2222,24,25 ksenogreft malignitesi üzerinde bazal membran matris etkisi ile ilgili çelişkili raporlar vardır. Sadece ksenogreft in ilk kurulmasını etkiler ve ksenogreft büyüme üzerinde daha fazla etkisi var gibi görünüyor25. Açıklanan ksenogreft implantasyonu için, bazal membran matrisi implantasyon dan önce hücre/jel karışımı çözeltisi viskozitesini artırmak için kanser hücreleri ile karıştırıldı. İnatmembran matrisinin varlığı enjeksiyon bölgesinden karışım çözeltisi kaybını azaltır ve miksçözeltiyi implantasyon yerinde tutar, böylece implante edilen ksenogreft hacminin tekdüzeliğini artırır.
MDA-MB-231 hücre hattı kötü huylu ölümsüzleştirilmiş insan meme adenokarsinom hücre hattı ve üçlü negatif durumu nedeniyle meme kanseri araştırmalarında popüler bir araçtır. Çift muhabir (luciferase ve GFP) hücre hattı kullanımı in vivo ve ex vivo görüntüleme işleme daha fazla esneklik sağlar. Biyolüminesans sinyalinin GFP sinyallerinden daha fazla hassasiyet, derinlik algılanabilirliği ve üstün kontrasta (sinyal-gürültü oranı) sahip olduğu iyi bilinmektedir. Bu nedenle, tüm vücut görüntüleme için yaygın olarak kullanılan bir görüntüleme yöntemidir. Ne yazık ki, biyolüminesans algılama sinyal algılama doğrusal olduğu dar bir zaman penceresi (~ 15−20 dakika sonrası luciferin enjeksiyonu) ile sınırlıdır. BLI sinyali hayvanlar ötenazi yapıldığında hızla azalır. Birçok fare ötanazi ve birden fazla doku veya organ hasat gerekiyorsa bu deneysel bir tasarım sorunu haline gelir. Bu çalışmalarda doğrudan kalp delinmesi ile kan alındı, beyin, primer tümör, akciğer ve etkilenen lenf nodu 40 farede incelendi. Organlar hasat edilip ek vivo görüntülemeye hazır hale gelene kadar biyolüminesans sinyali tespit edilemiyordu. Bu nedenle, GFP algılama bu durumlarda daha uygundur. GFP sinyalinin salınımı görünür aralıktadır ve bu dalga boylarında kana bağlı sinyal emilimi (yani hemoglobin) önemli ölçüde daha yüksektir. Ayrıca, NADH, lipo-pigmentler ve flavins nedeniyle görünür aralıkta otofloresans, düşük seviyeli GFP sinyali ile otofloresan arka planı ayırt etmeyi zorlaştıran önemli bir arka planla sonuçlanır. Geleneksel filtre çifti görüntüleme yerine multispektral floresan görüntüleme yaklaşımı kullanmak ve spektral karıştırma algoritmaları kullanmak, ilgi alanında gerçek GFP sinyalini belirlemeye yardımcı olur. Bu nedenle, vivo algılama ve ex vivo organ / doku değerlendirmelerinde multispektral GFP görüntüleme tüm vücutta biyolüminesans görüntüleme güçlü birleştirerek, ölçülebilir veri farelerin büyük bir kohort en üst düzeye çıkarılabilir.
Bir hayvan çalışması için hangi yaklaşım seçilirse seçilsin, özellikle metastatik yükü hedefleyen çalışmalarda, organ/doku alımı öncesinde tüm kanın çıkarılması şiddetle tavsiye edilir. Bu protokol, ortotopik meme kanseri modelinde bulunan farelerden alınan tüm kan örneklerinden alınan GFP sinyallerini gerçek zamanlı PCR tahlilleri ile algılar. Organlarda/dokularda kan hacminin en aza indirilmesi hedef organlardaki yanlış pozitif sinyali azaltacaktır.
Sonuç olarak, MDA-MB-231-Luc/GFP hücrelerini kullanan ortotopik meme kanseri modeli, insan TNBC hasta durumunu yakından taklit eden son derece alakalı bir hayvan modelidir. Bu model, insana benzer bir tümör mikroortamında terapötik etkinliğin incelenmesi, izlenmesi ve değerlendirilmesi için gereklidir. Çift muhabir hücre hatlarının kullanımı daha bu ortotopik meme kanseri modelinin pratikliğini artırır.
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Yazarlar Ulusal Sağlık Enstitüleri, Ulusal Kanser Enstitüsü, Bethesda MD, Kanser ve İnflamasyon Programı intramural Araştırma Programı ve Frederick Ulusal Laboratuvarı - Küçük Hayvan Görüntüleme Programı tarafından destek kabul etmek istiyorum, Leidos Biyomedikal Araştırma, Inc, Frederick Maryland, ABD.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Bouins Solüsyonu | Sigma | HT10132-1L | Akciğer metastatik nodül boyama |
| D-Luciferin, Potasyum Tuzu | GoldBio | LUCK-1G | Luciferase substrat |
| DNAzol | ThermoFisher | 10503027 | DNA ekstraksiyon Kiti |
| Excel | Microsoft | Elektronik Tablo yazılımı | |
| homojenleştirici | Virtis | Cyclone Virtishear | Doku homojenizasyonu için |
| IVIS SPECTRUM tarayıcı | Perkin Elmer | floresan ve BLI görüntüleme sistemi | |
| Maestro GNIR-FLEX floresan tarayıcı | Perkin Elmer | floresan görüntüleme sistemi | |
| MatriGel Matrix | Corning | 356234 | -20C'de saklayın ve kullanım sırasında eski (4 C) tutun. |
| MDA-MB-231 / Luciferase-2A-GFP Kararlı Hücre Hattı | GenTarget | SC044 | Çift Raportör insan meme kanseri hücre hattı |
| Mikroskobu | ThermoFisher | EVOS | histoloji görüntü yakalama |
| Fosfat Tamponlu | Tuzlu Su ThermoFisher | 10010049 | durulama tamponu |
| Primer3 | MIT | Astar | |
| Tasarım Prizma | GraphPad | İstatistiksel Analiz Yazılımı | |
| Puromycin | ThermoFisher | A1113803 | Antibiyotikler |
| RPMI 1640 ortamı | ThermoFisher | 61870127 | Kültür ortamı |
| SeniFAST SYBR Lo-ROX kiti | Bioline | BIO-94020 | Hızlı Gerçek Zamanlı PCR Reaktifi |
| StepOne Plus Gerçek Zamanlı PCR sistemi | ThermoFisher | Gerçek Zamanlı PCR makinesi |