Modellierung Spontane metastasiertem Nierenzellkarzinom (mRCC) in Mäusen nach Nephrektomie

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Summary

Modelle der spontanen metastasiertem Nierenzellkarzinom (RCC) den Krankheitsverlauf kann für die Bewertung Behandlungen in einer klinisch relevanten Einstellung verwendet werden. Dieses Protokoll zeigt verschiedene Verfahren für orthotope Nierentumorzellimplantation, richtige Nephrektomie und schließlich skizziert eine Obduktion Führer für visuelle und Biolumineszenz-Scoring von metastasierendem Belastung und Lokalisierung.

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Tracz, A., Mastri, M., Lee, C. R., Pili, R., Ebos, J. M. Modeling Spontaneous Metastatic Renal Cell Carcinoma (mRCC) in Mice Following Nephrectomy. J. Vis. Exp. (86), e51485, doi:10.3791/51485 (2014).

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Abstract

Eine der wichtigsten Herausforderungen für die verbesserte Prüfung von neuen experimentellen Therapie beim Nierenzellkarzinom (RCC) ist die Entwicklung von Modellen, die treu zu rekapitulieren Früh-und Spätstadium metastasierendem Krankheitsprogression. Typische Tumorimplantation Modelle verwenden oder Eileiter orthotopen Primärtumorimplantation, aber nur wenige sind spontane systemische Metastasen, die den klinischen Umgebung nachahmt. Dieses Protokoll beschreibt die wichtigsten Schritte zur Entwicklung RCC Fortschreiten der Krankheit ähnlich inszeniert für die Patienten. Zuerst, verwendet es eine stark metastasierenden Maus-Tumor-Zelllinie in einem syngenen Modell orthotope Tumorzellimplantation zu zeigen. Zu den Methoden gehören oberflächlich und interne Implantation in den Kapselunter Raum mit Zellen kombiniert mit Matrigel, um ein Auslaufen und frühen Ausbreitung zu verhindern. Weiter ist das Verfahren zur Entfernung der tumortragenden Niere (Nephrektomie) beschreibt, mit kritischen prä-und postoperative Versorgung der Maus. Schließlich beschreibt die notwendigen Schritte, um sie zu überwachen und zu bewertenMikro-und Makro-metastatischen Progression der Erkrankung, einschließlich Biolumineszenz-Bildgebung sowie eine detaillierte visuelle Obduktion Leitfaden für systemische Erkrankung Verteilung punkten. Das Ziel dieser Protokollbeschreibung ist es, die weit verbreitete Verwendung von klinisch relevanten metastasierendem RCC Modelle, um die Vorhersagewert von Tests zukünftige therapeutische Verbesserung zu erleichtern.

Introduction

Die Hauptursache der Sterblichkeit bei Patienten mit Nierenzellkarzinom (RCC) ist eine systemische Metastasen, die typischerweise auftritt, nach chirurgischer Entfernung eines Primärtumors wächst in der Niere. Sehr wenige präklinischen Tumormodellen Auswertung experimenteller Therapeutik in Mäusen sind jedoch Metastasen, und noch weniger treu die klinischen Phasen der lokalisierten Wachstum, Chirurgie und spontane Mikro-Metastasen Initiierung und Progression 1-3 rekapitulieren. Diese Lücke im Test hat sich bei der Bewertung neuer Therapien wie manchmal auffällig Anti-Tumor-Wirkung in Tiermodellen gesehen, nicht immer in ähnlich erfolgreiche Behandlung von Patienten 4 setzten immer wichtiger. Solche Unterschiede in den Ergebnisse können von Differentialdrogenwirkungsgrade zwischen lokalisierten oder Eileiter orthotopen Primärtumormodellen und späten Stadium Metastasen 5-7 einzudämmen. Im Fall des RCC, haben nur wenige Studien beschäftigt etabliert einenimal-Protokolle, die spontan wiederkehrende Krankheit, die Patienten, die imitiert haben typischerweise tumortragenden Nieren hatte ganz oder teilweise entfernt, 2,3 enthalten. Die Gründe für diesen Mangel in Maus-Modelltests variieren. Erstens gibt es die hohe Tier Kosten und der inhärenten Variabilität der Tumorzellenauswahl und metastatischen Potential. Zum Beispiel, menschliche Nierenzelllinien sind in der Regel selten metastasieren und müssen über mehrere Runden orthotopen primären und metastatischen Implantation Auswahl an Varianten, die konsequent zu verbreiten und bilden entfernten Läsionen ableiten gewählt werden (siehe Beschreibung eines solchen menschlichen Zelllinie Ableitung 8-10) . Umgekehrt, bei immunkompetenten Zellen der Maus Modelle neigen dazu, aggressiv zu verhalten und geringe Zellzahlen müssen mit Matrigel sofortige systemische Ausbreitung 3 reduzieren injiziert werden. Zweitens, technische Schwierigkeiten bei der Durchführung richtige Implantation, chirurgische Resektion (Nephrektomie) und Tracking (und Quantifizierung) spontane metastatic Wachstum kann eine Herausforderung sein und mehrere kritische Variablen müssen berücksichtigen, wenn diese Technik verwenden (siehe Diskussion für Details). Der Zweck dieses Protokolls ist es, die wesentlichen Schritte (wie auch mögliche Fallstricke) des orthotopen Implantation Resektion (Nephrektomie) und die Überwachung der spontanen metastasierendem RCC Krankheit zu beschreiben und eine Leitlinie für standardisierte (und verbreitet) bieten unter den wissenschaftlichen Labors nutzen beurteilen, dass die Wirksamkeit der experimentellen Therapeutika.

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Protocol

1. Orthotopische Nierentumorimplantation

  1. Zellkultur
    1. Vor orthotopen Implantation wachsen Maus RENCA LUC-Zellen als Monolayer bis 75% Konfluenz.
    2. Nach Trypsinierung und Resuspension in 5% FBS enthaltendem Medium, Zellen Zentrifuge bei 1000 Upm, 4 ° C für 5 min, wiederholen 3 mal in PBS waschen. Anschließend hat ein Resuspendieren der Zellen in serumfreiem Medium auf eine Konzentration von 5 x 10 4 RENCA LUC / 5 &mgr; l Serum-freien Medien.
      Hinweis: Je nach Variante oder Zelllinie verwendet wird, können Zellen in einem 1:1-Verhältnis von Matrigel und Serum-freie Medien zu hoch aggressive Maus Zellwachstum und die Verbreitung nach der Implantation langsam resuspendiert werden.
  2. Chirurgie und Zellimplantation
    Hinweis: Alle darin beschriebenen Tierstudien, einschließlich Wartung und experimentelle Bestimmung der Endpunkte wurden nach einem Institutional Animal Care und Verwenden Committee (IACUC) p durchgeführtrotocol von Roswell Park Cancer Institute genehmigt.
    1. Anesthetize ein Balb / C-Maus mit Isofluran (2-3%). Pinch Fuß und überprüfen Reflex, um eine ausreichende Betäubung gewährleisten. Bewerben Tierarzt Salbe für die Augen, um ein Austrocknen zu verhindern. Zeigen Maus in der rechten Seitenlage und rasieren linken Seite zwischen Vorder-und Hintergliedmassen. Bewerben Alkohol und Jod zusammen dorsalen lumbalen Bereich zu Bereich für Schnitt aseptisch vorbereiten.
    2. Verwenden chirurgische Schere, eine 1 cm Hautschnitt in Längsrichtung zwischen der letzten Rippe und dem Hüftgelenk zu initiieren. Lösen Bindegewebe unter der Haut mit einem stumpfen Dissektion Schere. Verwenden chirurgische Schere, um eine 0,5 cm lange Inzision in Längsrichtung in der Bauchdecke zu machen. Verwenden gebogenen Pinzette vorsichtig nach unten drücken, um offene Wunde - das wird die Niere exteriorisieren und vor der Injektion zu ermöglichen für die schonende Immobilisierung der Orgel.
    3. Laden Sie die Hamilton-Spritze mit 5 ul der vorbereiteten Zellgemisch. Für Unterkapsel Implantologietungen können zwei Implantationsverfahren eingesetzt werden:
      1. Oberflächliche: parallele Laufen zum längsorientierte Niere, Einsatz Nadel unter die Nierenkapsel (aber über dem Parenchym) mit der abgeschrägten Kante nach oben. Sobald Nadel ist vorhanden, spritzen alle Zellen bis kleine weiße Blase bildet. Entfernen Sie langsam Nadel aus Kapsel und sofort über Injektion tupfen mit einem sterilen Wattestäbchen, um ein Auslaufen zu absorbieren und verhindern Zell Verbreitung.
      2. Intern: Mit abgeschrägten Kanten und ausgehend von der Seite der Niere gegenüber endgültige Implantationsstelle, legen Nadel durch Innere der Niere, bis die Nadel sichtbar (aber nicht Punktion) ist die Sub-Kapselraum. Spritzen Sie alle Zellen, bis weiße Blase bildet und Tupfer Injektionsstelle, um ein Auslaufen zu verhindern.
    4. Sie vorsichtig die Niere in die Körperhöhle zurück. Schließen Sie die Bauchkörperwand mit 5-0 resorbierbaren Vicryl Naht. Wenn Sie fertig sind, ziehen Sie den Hautschicht zusammen und legen Sie 2-3 wound Clips. Stellen Sie sicher, Clips sind fest und gleichmäßig verteilt, keine Wunde Belichtung ein. Vor der Verwertung verabreichen 500 &mgr; l 0,9% NaCl und 100 ul Buprenorphin (0,01 mg / ml) subkutan unter Verwendung einer 25 G-Nadel. Clip Platzierung und Stabilität routinemäßig zu überwachen, und nach 10 Tagen zu entfernen.

2. Nephrektomie / Primärtumorentfernung

  1. Folgen identisches Protokoll für Maus Betäubung, Ruhigstellung, Schnitt und Belichtung von Nieren wie in den Abschnitten 1.2.1 und 1.2.2 (oben) beschrieben.
  2. Verwenden eines zweiten Paars von Zangen, um die Niere durch vorsichtiges Entfernen des Verbindungs ​​Fettgewebe vom kaudalen Ende und die Nebenniere von kranialen Ende der Niere isolieren. Während sanft Greifen der Niere, verwenden resorbierbaren 5-0 Vicrylnaht einen Doppelknoten um den Harnleiter, Nierenarterie und Vene zu machen. Langsam sichere und dann über den Knoten zu zerschlagen, um die Niere zu entfernen. Bei Anzeichen von Blutverlust sofort, oder es besteht die Gefahr der unzureichenden HaltNaht auf Harnleiter, Arterie und Vene, dann verwenden cauterizer statt Schere, über Knoten zu zerschlagen.
  3. Sobald Niere entfernt wird, sorgfältig zu prüfen, für jede Blutung aus der Arterie und gebunden cauterizer verwenden, wenn nötig. Schließen Sie die Bauchkörperwand mit 5-0 Vicryl. Ziehen Sie die Hautschicht zusammen und legen Sie 2-3 Wundklammern folgenden gleichen Vorsichtsmaßnahmen wie in 1.2.4 beschrieben. Tier täglich genau beobachten, nach der Operation für Anzeichen von Leiden, Blutungen oder eingeschränkter Mobilität. Folgen Sie den Richtlinien des Instituts für Tier sicher.

3. Überwachung Metastatische Progression und Lokalisierung bei Endpoint

  1. Quantifizierung Metastasen: Biolumineszenz-Überwachung
    1. Siehe zuvor in JOVE für die Überwachung von Metastasen unter Verwendung von Zellen mit Luciferase transfiziert und quantifiziert mit der Xenogen IVIS Imaging-System 11,12 beschriebenen Methodik.
  2. Visuelle Obduktion Führung für die vergleichende Bewertung von metastasierendem Verteilungtion
    1. Sacrifice Tiere nach den Richtlinien des Instituts mit Endpunkten einschließlich Anzeichen von Leiden, Atemnot, Gewichtsverlust, usw.
      Hinweis: Eine genaue Überwachung der Tiere ist kritisch, da spontane metastatischen Progression kann sehr variabel und schnell.
    2. Verwenden chirurgische Schere, um einen Schnitt über der Harnröhre, die weiterhin die Brusthöhle zu Unterkiefer zu initiieren. Verwenden stumpfendig Schere, um die Haut von der Muskulatur der Bauchwand zu trennen.
    3. Initiieren Einschnitte entlang Arme und Beine. Haut entfernt. Untersuchen Sie die Haut Faszie und Bauchwand für Knoten, dann die oberflächlichen Lymphknoten: Leisten-, Arm-, Achsel-und oberflächliche Gebärmutterhalskrebs.
    4. Einen Einschnitt in der Bauchwand und entlang der linken und rechten Seitenflächen bis zu der Membran geschnitten. Mit einem horizontalen Schnitt entfernen Sie den vorderen Teil der Bauchwand, um die Eingeweide entblössen.
    5. Untersuchen Sie den ungestörten Auftritt der Eingeweide foder grob bemerkenswerte Tumoren. Beachten Sie auch den Inhalt von Magen und Darm; wenn sie leer sind, kann die Maus nicht in der Lage zu essen haben. Wenn die Inhalte sind dunkel, kann dieser Nachweis der oberen / unteren Magen-Darm-Blutung hinweisen.
    6. Visuell gäste jedes Organ für die Tumor-oder Abwesenheit, die Zuweisung einer Gesamtpunktzahl für jede Maus Gruppe (4 Tiere pro Gruppe ist als beispielsweise in 1D-i verwendet wird).
      Anmerkungen: 1) Die Erweiterung der Lymphknoten bedeutet nicht unbedingt, dass es ein Tumorwachstum; wenn es sehr große, sehr fest, und eine weißliche Farbe ist, ist es wahrscheinlich eine metastatische Knötchen. 2) Übermäßiger oder milchig trübe Flüssigkeit in der Bauchhöhle zeigt Aszites. Aszites kann fest Ansammlungen auf der Bauchorgane, insbesondere zwischen den Lappen der Leber und des Magens sind. 3) für Organe wie die Lunge, können mehrere Knoten vorhanden ist und für Vergleiche zwischen einzelnen Tieren gezählt werden (siehe zum Beispiel 13).
    7. Identifizieren Brutto Tumoren oder Fehlbildungen der einzelnen Bauchorgane: Leber, Milz, Nieren und Bauchspeicheldrüse durch vorsichtiges Entfernen und Waschen mit PBS aus einer Spritzflasche.
    8. Nach dem Entfernen der Bauchorgane, untersuchen die Bauch Lymphknoten, einschließlich der Lenden-, Kreuzbein-, Nieren-und mesenterialen Lymphknoten.
    9. Bewerten Membran zum Nachweis von Metastasierung.
      Hinweis: Umfangreiche Verbreitung auf der Membran, kann sie seine Kontraktilität verlieren, was zu schwer oder Verlust der Atmung.
    10. Entfernen Membran und machen zwei seitliche Schnitte in die Brusthöhle, das Entfernen der Frontbereich, um die Lungen und das Herz freizulegen.
    11. Lunge und Herz entfernen, indem Sie vorsichtig Greifen und Anheben der Speiseröhre und Schneiden der Luftröhre über dem Herzen. Bewerten Gewebe für Knötchen. Squeeze Herzen. Mangel an Konsistenz kann darauf hindeuten, feder vorliegenden Tumor.
    12. Verwenden chirurgische Schere, um linear durch Schädel geschnitten. Entfernen Sie vorsichtig kleine Stücke des Schädels bis ter ganze Gehirn ausgesetzt ist. Schauen gesamten Gehirn für Knötchen oder sichtbaren Anomalien Verfärbungen.

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Representative Results

1A zeigt eine schematische umreißt die Verfahren in diesem Protokoll Zusammenfassung aufgeführt. Mehrere wichtige Faktoren muss für jede Stufe. Zum Beispiel in Schritt 1 zeigt zwei Verfahren zur Unterkapsel Implantation der Tumorzellen in der Niere. Tumorzellen können in den Sub-Kapsel-Raum mit einem kleinen weißen Blase Bestätigung der lokalisierten Platzierung der Zellen mit Leckage durch sorgfältige Entfernung der Nadel und Abtupfen überschüssigen austretende Flüssigkeit (Abbildung 1B-i) verhindert implantiert werden. Um das Auslaufen zu verhindern, können die Zellen zuerst intern implantiert werden, um die Kapselunterraum (1B-ii) zu erreichen, und mit Matrigel, um die anfängliche Verteilung von Tumorzellen in die Blutbahn zu verhindern. Für chirurgische Entfernung der Niere, hängt genaue Zeitpunkt auf das Wachstum und metastatischen Potential der Zelllinie verwendet. Optimale Nephrektomie Praxis ist mit einem schnellen, aber kontrollierten, chirurgische Verfahren, um Maus Not-und Wiederherstellungs minimieren. Techts und sichere Verknoten Vicryl zu Harnleiter, Nierenarterie und Vene in der Nähe ist der Schlüssel zur Vermeidung von Blutungen (siehe Abbildung 1C). Kauterisation verwendet werden, aber nur, wenn potenzielle überschüssiger Blutung Eingriff erfordert. Schließlich Tracking der spontanen Erkrankung, die durch nicht-invasive Beurteilung Biolumineszenz-Überwachung ermöglicht die Fortsetzung der okkulten Läsionen und Wachstum, sowie die Quantifizierung am Endpunkt (siehe Abbildung 1D). Jedoch kann die Verwendung von Luciferase-markierten Zellen in die spontane Metastasierung Modelle manchmal klonale Tumorzell Selektion von Varianten, die nicht die transfizierte Gen exprimieren kann, und daher kann nicht immer nach mehreren Runden der Selektion oder Langzeittumorwachstum sichtbar führen. In diesem Fall kann eine klinisch relevante histologische Analyse durchgeführt werden, um Mikro-Metastasen identifizieren oder, wenn nicht technisch (finanziell) möglich ist, kann eine visuelle Scoring-Methode, um visuelle Makro-Metastasen beurteilen als eine oberflächliche Maßnahme Prese verwendet werdennce / Abwesenheit von Läsionen in Organgewebe (1D und 1D-i-ii).

Figur 1
Fig. 1 ist. A) Schematische Darstellung der chirurgischen Verfahren einschließlich der Implantation (Schritt 1), chirurgische Resektion / Nephrektomie (Schritt 2), und Auswertung der postoperativen Metastasen (Schritt 3). B) Beispiel eines Unterkapselimplantation einschließlich (i) oberflächlich und (ii) interne Technik. C) Beispiel für chirurgische Verfahren Nephrektomie (i) und repräsentatives Bild der Niere herausgeschnitten mit implantierten Tumor (ii). D) Beurteilung der postoperativen spontane Metastasen mit i) eine visuelle Scoring-System zu beurteilen, Krankheit Verteilung (repräsentative Ergebnisse aus fünf Gruppen von 4 Tiere) und ii) Biolumineszenz-Daten unmittelbar vor und nach der Tötung quantitatively beurteilen, Mikro-und Makro-Metastasen. Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.

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Discussion

Der Zweck dieses Protokolls ist es, klinisch relevante spontane Metastasen beurteilen mit einem syngenen Tumor-Mausmodell der Implantation / Resektion Techniken zu beschreiben. Derzeit ist die Mehrheit der präklinischen Studien, die neue experimentelle Therapien nicht enthalten Studie von Metastasen und nur wenige rekapitulieren die Phasen der Primärtumorwachstum, chirurgische Resektion, und eventuelle spontane Metastasierung. Bis heute gentechnisch veränderte Mausmodelle (GEMMS) erzeugt werden, um spontane Nierenzellfortschreiten der Krankheit (siehe 14 Zusammenfassung) nicht enthalten späten Stadium der Metastasierung und chirurgische Interventionsstrategien zu entlocken sind bisher nicht berichtet worden. Daher ist die Untersuchung der spontanen metastasierendem RCC derzeit die Modelle von orthotope Tumorzellimplantation beschränkt. Obwohl diese Modelle wurden bisher entwickelten 2,3, dieses Protokoll nicht weit in die Bewertung neuer Behandlungen verwendet, insbesondere in derperioperative Einstellung, wo es die meisten Vorhersagewert haben. Dieses Protokoll soll zum Detail eine Schritt-für-Schritt-Anleitung der erforderlichen Verfahren, die mehr weit verbreiteten Einsatz in therapeutischen Auswertungen erleichtern können. In Bezug auf die möglichen Fallstricke bei der Ausführung der Techniken, wie beschrieben, gibt es mehrere wichtige Überlegungen, die Ergebnisse beeinflussen könnten. Erstens könnte Tumorzelle Leckage nach der Implantation zu Bauchkrankheit Verbreitung führen und daher nicht erste lokalisierte primäre Wachstum darstellen. Zweitens müssen optimale Resektion Zeiten für jede Zelllinie hergestellt werden. Dies ist wichtig, weil chirurgische Nephrektomie der tumortragenden Niere zu früh, kann nicht für die Krankheitsverbreitung (dh sie kann kurativ), und Chirurgie ermöglichen zu spät, kann nicht lokalisierten Krankheit und Organ-Schweißen (typischerweise auf Milz) führen, so dass Chirurgie und erste Maus Erholung nicht machbar. Schließlich Überwachung spontane Metastasen mit Biolumineszenz muss gleichzeitig mit s seinDistrikt Einhaltung der Richtlinien des Instituts Überwachung Zeichen der Tier Morbidität als Krankheit kann sowohl in Bezug auf die Lokalisierung und die Gesamtwirkung sehr unterschiedlich sein. Die richtige statistische Speisung von Tierversuchen wird für alle Variabilität einbezogen werden lassen und wird mehr treu zu rekapitulieren Fortschreiten der Krankheit und Behandlung der klinischen Reaktionen. Zusammengenommen in diesem Artikel haben wir gezeigt, Techniken verwendet, um erfolgreich zu rekapitulieren lokalisierte orthotopen RCC und post-chirurgischen Wiederauftreten der Krankheit mit dem Ziel der Verbesserung der klinischen Relevanz in präklinischen Tumormodellen

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Disclosures

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Acknowledgments

Wir sind dankbar, dass das Labor von Dr. Robert S. Kerbel (University of Toronto, Sunnybrook Research Institute, Toronto, Kanada) für die technische Hilfe und Expertise in der Entwicklung dieses Verfahrens. Wir möchten auch Dr. Sandra Sexton und der Roswell Park Cancer Institute Institut für Labortier Ressourcen danken. Diese Arbeit wurde von einem preis vom Roswell Park Alliance Foundation (bis JMLE) unterstützt.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
DMEM-high glucose with Pyr. And L-Glutamine Corning 10-013-CV
FBS Invitrogen 10437-028
0.25% Trypsin EDTA Corning 25-053-CL
1x DPBS without Calcium & Magnesium Corning 21-031-CV
Matrigel BD Biosciences 354234 must be kept on ice
Artifical tears-lubricant opthalmic ointment Akorn Animal Health 17478-162-35
Pocket pro pet trimmer Braintree scientific CLP9931B
Alcohol swab VWR 326895
Betadine solution swab VWR 67618-152-01
MICRO DISSECTING sissors straight,blunt - 25 mm blades - 4.5"  Southpointe surgical RS-5982
Iris Forceps, serrated, curved, 10 cm long Kent scientific INS15915 need two of these
10 µl Hamilton syringe Hamilton 7635-01
30 G, 45 degree, RN needle Hamilton 7803-07
Sterile cotton tipped appicator VWR 10805-144
High temperature cautery kit Kent scientific INS500392
5-0 coated Vicryl, conventional cutting needle  Ethicon J834
Reflex clip applier for 7 mm clips Kent scientific INS500343
Reflex clips, 7 mm, non-sterile Kent scientific INS500344
Removing forceps, 12 cm long Kent scientific INS500347
0.9% Sodium Chloride Baxter Healthcare 2B1322
Buprenorphine 0.01 mg/ml
25 G 5/8" needle VWR BD305122
1 ml syringe w/out needle VWR BD309659
D-Luciferin Gold Bio technology LUCK-1G

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References

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