Özet

Ortotopik Osteosarkom ve Akciğer Metastazı Fare Modelleri Oluşturmak için İntratibiyal Osteosarkom Hücre Enjeksiyonu

Published: October 28, 2021
doi:

Özet

Bu protokol, ortopik osteosarkom ve pulmoner metastaz lezyonlarını taşıyan fare modelleri oluşturmak için intratibia osteosarkom hücre enjeksiyonunu tanımlamaktadır.

Abstract

Osteosarkom, çocuklarda ve ergenlerde en sık görülen primer kemik kanseridir ve akciğerler en sık metastatik bölgedir. Pulmoner metastazı olan osteosarkomlu hastaların beş yıllık sağkalım oranı %30’dan azdır. Bu nedenle, insanlarda osteosarkom gelişimini taklit eden fare modellerinin kullanılması, osteosarkom karsinogenezi ve pulmoner metastazın temel mekanizmasını anlamak ve yeni terapötikler geliştirmek için büyük önem taşımaktadır. Burada, osteosarkom hücrelerinin intratibia enjeksiyonu yoluyla primer osteosarkom ve pulmoner metastaz fare modellerini oluşturmak için ayrıntılı prosedürler bildirilmiştir. Biyolüminesans veya X-ışını canlı görüntüleme sistemi ile birlikte, bu canlı fare modelleri, osteosarkom büyümesini ve metastazını izlemek ve ölçmek için kullanılır. Bu modeli oluşturmak için, osteosarkom hücrelerini içeren bir bazal membran matrisi mikro hacimli bir şırıngaya yüklendi ve anestezi uygulandıktan sonra her bir atimik farenin bir tibiasına enjekte edildi. Fareler, birincil osteosarkom IACUC onaylı protokolde boyut sınırlamasına ulaştığında kurban edildi. Osteosarkom taşıyan bacaklar ve metastaz lezyonu olan akciğerler ayrıldı. Bu modeller kısa bir inkübasyon süresi, hızlı büyüme, ciddi lezyonlar ve primer ve pulmoner metastatik lezyonların gelişimini izlemede duyarlılık ile karakterizedir. Bu nedenle, bunlar osteosarkom karsinogenezi ve pulmoner metastaz, tümör mikroçevresi spesifik faktörlerin fonksiyonlarını ve mekanizmalarını araştırmak ve in vivo terapötik etkinliği değerlendirmek için ideal modellerdir.

Introduction

Osteosarkom, çocuklarda ve ergenlerde en sık görülen primer kemik kanseridir1,2, esas olarak çevre dokuya sızar ve hatta hastalar teşhis edildiğinde akciğerlere metastaz yapar. Pulmoner metastaz osteosarkom tedavisi için temel zorluktur ve pulmoner metastazı olan osteosarkomlu hastaların beş yıllık sağkalım oranı %20-%30 gibi düşük bir seviyededir3,4,5. Bununla birlikte, primer osteosarkomun beş yıllık sağkalım oranı, kemoterapinin başlaması nedeniyle 1970’lerden bu yana yaklaşık% 70’e yükselmiştir6. Bu nedenle, yeni tedaviler geliştirmek için osteosarkom karsinogenezi ve pulmoner metastazın temel mekanizmasını anlamak acilen gereklidir. İnsanlarda osteosarkom ilerlemesini en iyi taklit eden fare modellerinin uygulanması büyük önem taşımaktadır7.

Osteosarkom hayvan modelleri spontan, indüklenmiş genetik mühendisliği, transplantasyon ve diğer tekniklerle üretilir. Spontan osteosarkom modeli, tümör oluşum süresinin uzaması, tümör oluşum hızının tutarsız olması, düşük morbidite ve düşük stabilite nedeniyle nadiren kullanılmaktadır 8,9. İndüklenmiş osteosarkom modelinin elde edilmesi spontan osteosarkomdan daha erişilebilir olmasına rağmen, indükleyici faktör mikroçevreyi, patogenezi ve osteosarkomun patolojik özelliklerini etkileyeceğinden indüklenmiş osteosarkom modelinin uygulanması sınırlıdır10. Transgenik modeller, insan fizyolojik ve patolojik ortamlarını daha iyi simüle edebildikleri için kanserlerin patogenezini anlamaya yardımcı olmaktadır; Bununla birlikte, transgenik hayvan modelleri, transgenik modifikasyonun zorluğu, uzun vadeli ve yüksek maliyeti nedeniyle sınırlamalara sahiptir. Dahası, p53 ve Rb gen modifikasyonu ile üretilen en yaygın kabul gören transgenik hayvan modellerinde bile, dört ekstremite kemiğinde sarkomun sadece% 13.6’sımeydana geldi 11,12.

Transplantasyon, basit manevrası, stabil tümör oluşum hızı ve daha iyi homojenliği nedeniyle son yıllarda en sık kullanılan primer ve uzak metastatik kanser modeli üreten yöntemlerden biridir13. Transplantasyon, heterotopik transplantasyonu ve transplantasyon bölgelerine göre ortotopik transplantasyonu içerir. Osteosarkom heterotopik transplantasyonunda, osteosarkom hücreleri, hayvanların primer osteosarkom bölgelerinin (kemik) dışına, genellikle deri altına, deri altından enjekte edilir14. Heterotopik transplantasyon, hayvanlarda ameliyat yapmaya gerek kalmadan basit olmasına rağmen, osteosarkom hücrelerinin enjekte edildiği bölgeler gerçek insan osteosarkom mikro ortamını temsil etmemektedir. Osteosarkom ortotopik transplantasyonu, osteosarkom hücrelerinin tibia15,16 gibi hayvanların kemiklerine enjekte edilmesidir. Heterotopik greftlerle karşılaştırıldığında, ortotopik osteosarkom greftleri kısa bir kuluçka süresi, hızlı büyüme ve güçlü eroziv doğa ile karakterizedir; bu nedenle, osteosarkomla ilgili çalışmalar için ideal hayvan modelleridir17.

En sık kullanılan hayvanlar fareler, köpekler ve zebra balığıdır18,19. Osteosarkomun spontan modeli genellikle köpeklerde kullanılır, çünkü osteosarkom köpeklerde en sık görülen tümörlerden biridir. Bununla birlikte, bu modelin uygulanması uzun tümör oluşum süresi, düşük tümörigenez hızı, zayıf homojenlik ve stabilite nedeniyle sınırlıdır. Zebra balıkları genellikle hızlı üremeleri nedeniyle transgenik veya nakavt tümör modelleri oluşturmak için kullanılır20. Ancak zebra balığı genleri insan genlerinden farklıdır, bu nedenle uygulamaları sınırlıdır.

Bu çalışma, atimik farelerde osteosarkom hücrelerinin intratibia enjeksiyonu yoluyla pulmoner metastaz ile tibiadaki primer osteosarkomun üretilmesi için ayrıntılı prosedürleri, önlemleri ve temsili görüntüleri açıklamaktadır. Bu yöntem, terapötik etkinlik değerlendirmesi için fare tibiasında primer osteosarkomu oluşturmak için uygulandı ve bu da yüksek tekrarlanabilirlikgösterdi 21,22.

Protocol

Tüm hayvan deneyleri, Şangay Geleneksel Çin Tıbbı Üniversitesi hayvan refahı komitesi tarafından onaylandı. Dört haftalık erkek BALB / c atimik fareler, osteosarkom hücrelerinin ortopik enjeksiyonu için ameliyattan bir hafta önce iklimlendirildi. Fareler, SPF beslemesine ve steril suya ad libitum erişimi olan 12 saatlik açık / karanlık bir döngüde kafes başına beş fare ile ayrı ayrı havalandırılan fare kafeslerine yerleştirildi. 1. Hücrelerin hazırlanması</…

Representative Results

Başarılı ortotopik (primer) osteosarkom ve metastatik pulmoner modeller, osteosarkom hücrelerinin doğru ortotopik enjeksiyonuna bağlıdır. Burada intratibiyal osteosarkom hücre enjeksiyonu ile ortotopik (primer) osteosarkom modeli başarıyla geliştirilmiştir. Şekil 3A , ortotopik (birincil) osteosarkom taşıyan temsili bir fareyi ve Şekil 3B , temsili izole edilmiş bir ortotopik (birincil) osteosarkomu göstermektedir. Tümör hacmi hafta…

Discussion

Osteosarkom hücrelerinin ortotopik enjeksiyonu, osteosarkom karsinogenezindeki spesifik faktörlerin fonksiyon ve mekanizmasını incelemek ve terapötik etkinliği değerlendirmek için gelişmek için ideal bir modeldir. Tümör büyümesindeki farklılıkları önlemek için, aynı sayıda% 80 -% 90 oranında akan aktif osteosarkom hücrelerinin çoğu, her farenin tibiasına dikkatlice enjekte edilir ve hücre tripsinizasyon süresi, hücre canlılığını etkilemeden sıkı bir şekilde kontrol edilir. Hücre küm…

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma, (1) Çin Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı (2018YFC1704300 ve 2020YFE0201600), (2) Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (81973877 ve 82174408) tarafından desteklenmiştir.

Materials

Automatic cell counter Shanghai Simo Biological Technology Co., Ltd IC1000 Counting cells
Anesthesia machine Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd R500IP The Equipment of Anesthesia mice
BALB/c athymic mice Shanghai SLAC Laboratory Animal Co, Ltd. / animal
Basement Membrane Matrix Shanghai Uning Bioscience Technology Co., Ltd 356234, BD, Matrigel re-suspende cells
Bioluminescence imaging system Shanghai Baitai Technology Co., Ltd Vieworks tracking the tumor growth and pulmonary metastasis, if the injection cell is labeled by luciferase
Centrifuge tube (15 mL) Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd  430790, Corning Centrifuge the cells
isoflurane Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd VETEASY Anesthesia mice
MEM media Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd LM-E1141 Cell culture medium
Micro-volume syringe Shanghai high pigeon industry and trade Co., Ltd 0-50 μL Inject precise cells into the tibia
Phosphate-buffered saline Beyotime Biotechnology ST447 wash the human osteosarcoma cells
1ml syringes Shandong Weigao Group Medical Polymer Co., Ltd 20200411 drilling
143B cell line ATCC CRL-8303 osteosarcoma cell line
Trypsin (0.25%) Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd 25200056, Gibco trypsin treatment of cells
Trypan blue Beyotime Biotechnology ST798 Staining cells to assess activity
vector (pLV-luciferase) Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd VL3613 Plasmid
Lipofectamine 2000 Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd 11668027,Thermo fisher Plasmid transfection reagent
X-ray imaging system Brook (Beijing) Technology Co., Ltd FX PRO X-ray images were obtained to detect tumor growth

Referanslar

  1. Bielack, S. S., et al. Prognostic factors in high-grade osteosarcoma of the extremities or trunk: an analysis of 1,702 patients treated on neoadjuvant cooperative osteosarcoma study group protocols. Journal of Clinical Oncology. 20 (3), 776-790 (2002).
  2. Yang, C., et al. Bone microenvironment and osteosarcoma metastasis. International Journal of Molecular Sciences. 21 (19), (2020).
  3. Mirabello, L., Troisi, R. J., Savage, S. A. Osteosarcoma incidence and survival rates from 1973 to 2004: data from the Surveillance, Epidemiology, and End Results Program. Cancer. 115 (7), 1531-1543 (2009).
  4. Zhang, B., et al. The efficacy and safety comparison of first-line chemotherapeutic agents (high-dose methotrexate, doxorubicin, cisplatin, and ifosfamide) for osteosarcoma: a network meta-analysis. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 15 (1), 51 (2020).
  5. Tsukamoto, S., Errani, C., Angelini, A., Mavrogenis, A. F. Current treatment considerations for osteosarcoma metastatic at presentation. Orthopedics. 43 (5), 345-358 (2020).
  6. Aljubran, A. H., Griffin, A., Pintilie, M., Blackstein, M. Osteosarcoma in adolescents and adults: survival analysis with and without lung metastases. Annals of Oncology. 20 (6), 1136-1141 (2009).
  7. Ek, E. T., Dass, C. R., Choong, P. F. Commonly used mouse models of osteosarcoma. Critical Reviews in Oncology/Hematology. 60 (1), 1-8 (2006).
  8. Castillo-Tandazo, W., Mutsaers, A. J., Walkley, C. R. Osteosarcoma in the post genome era: Preclinical models and approaches to identify tractable therapeutic targets. Current Osteoporosis Reports. 17 (5), 343-352 (2019).
  9. Mason, N. J. Comparative immunology and immunotherapy of canine osteosarcoma. Advances in Experimental Medicine and Biology. 1258, 199-221 (2020).
  10. Cobb, L. M. Radiation-induced osteosarcoma in the rat as a model for osteosarcoma in man. British Journal of Cancer. 24 (2), 294-299 (1970).
  11. Walkley, C. R., et al. Conditional mouse osteosarcoma, dependent on p53 loss and potentiated by loss of Rb, mimics the human disease. Genes & Development. 22 (12), 1662-1676 (2008).
  12. Entz-Werlé, N., et al. Targeted apc;twist double-mutant mice: a new model of spontaneous osteosarcoma that mimics the human disease. Translational Oncology. 3 (6), 344-353 (2010).
  13. Erstad, D. J., et al. Orthotopic and heterotopic murine models of pancreatic cancer and their different responses to FOLFIRINOX chemotherapy. Disease Models & Mechanisms. 11 (7), (2018).
  14. Chang, J., et al. MicroRNAs for osteosarcoma in the mouse: a meta-analysis. Oncotarget. 7 (51), 85650-85674 (2016).
  15. Maloney, C., et al. Intratibial injection causes direct pulmonary seeding of osteosarcoma cells and is not a spontaneous model of metastasis: A mouse osteosarcoma model. Clinical Orthopaedics and Related Research. 476 (7), 1514-1522 (2018).
  16. Yu, Z., et al. Establishment of reproducible osteosarcoma rat model using orthotopic implantation technique. Oncology Reports. 21 (5), 1175-1180 (2009).
  17. Fidler, I. J., Naito, S., Pathak, S. Orthotopic implantation is essential for the selection, growth and metastasis of human renal cell cancer in nude mice [corrected]. Cancer Metastasis Reviews. 9 (2), 149-165 (1990).
  18. Leacock, S. W., et al. A zebrafish transgenic model of Ewing’s sarcoma reveals conserved mediators of EWS-FLI1 tumorigenesis. Disease Models & Mechanisms. 5 (1), 95-106 (2012).
  19. Sharma, S., Boston, S. E., Riddle, D., Isakow, K. Osteosarcoma of the proximal tibia in a dog 6 years after tibial tuberosity advancement. The Canadian Veterinary Journal. 61 (9), 946-950 (2020).
  20. Mohseny, A. B., Hogendoorn, P. C. Zebrafish as a model for human osteosarcoma. Advances in Experimental Medicine and Biology. 804, 221-236 (2014).
  21. Hu, S., et al. Cantharidin inhibits osteosarcoma proliferation and metastasis by directly targeting miR-214-3p/DKK3 axis to inactivate β-catenin nuclear translocation and LEF1 translation. International Journal of Biological Sciences. 17 (10), 2504-2522 (2021).
  22. Chang, J., et al. Polyphyllin I suppresses human osteosarcoma growth by inactivation of Wnt/β-catenin pathway in vitro and in vivo. Scientific Reports. 7 (1), 7605 (2017).
  23. Lamar, J. M., et al. SRC tyrosine kinase activates the YAP/TAZ axis and thereby drives tumor growth and metastasis. The Journal of Biological Chemistry. 294 (7), 2302-2317 (2019).
  24. Benton, G., Arnaoutova, I., George, J., Kleinman, H. K., Koblinski, J. Matrigel: from discovery and ECM mimicry to assays and models for cancer research. Advanced Drug Delivery Reviews. , 3-18 (2014).
  25. Chang, J., et al. Matrine inhibits prostate cancer via activation of the unfolded protein response/endoplasmic reticulum stress signaling and reversal of epithelial to mesenchymal transition. Molecular Medicine Reports. 18 (1), 945-957 (2018).
  26. Fridman, R., et al. Enhanced tumor growth of both primary and established human and murine tumor cells in athymic mice after coinjection with Matrigel. Journal of the National Cancer Institute. 83 (11), 769-774 (1991).
  27. Kocatürk, B., Versteeg, H. H. Orthotopic injection of breast cancer cells into the mammary fat pad of mice to study tumor growth. Journal of Visualized Experiments. (96), e51967 (2015).
  28. Paschall, A. V., Liu, K. An orthotopic mouse model of spontaneous breast cancer metastasis. Journal of Visualized Experiments. (114), e54040 (2016).
  29. Hildreth, B. E., Palmer, C., Allen, M. J. Modeling primary bone tumors and bone metastasis with solid tumor graft implantation into bone. Journal of Visualized Experiments. (163), e61313 (2020).
  30. Campbell, J. P., Merkel, A. R., Masood-Campbell, S. K., Elefteriou, F., Sterling, J. A. Models of bone metastasis. Journal of Visualized Experiments. (67), e4260 (2012).

Play Video

Bu Makaleden Alıntı Yapın
Chang, J., Zhao, F., Sun, X., Ma, X., Zhi, W., Yang, Y. Intratibial Osteosarcoma Cell Injection to Generate Orthotopic Osteosarcoma and Lung Metastasis Mouse Models. J. Vis. Exp. (176), e63072, doi:10.3791/63072 (2021).

View Video