Modélisation spontanée carcinome rénal métastatique (MRCC) chez des souris après néphrectomie

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Summary

Les modèles de métastases de carcinome à cellules rénales (RCC), la progression de la maladie spontanée peuvent être utilisées pour l'évaluation des traitements dans un cadre clinique. Ce protocole illustre différentes procédures d'implantation orthotopique de cellules de tumeur du rein, une néphrectomie proprement dit, et présente enfin un guide de notation visuelle de l'autopsie et bioluminescent de charge métastatique et de la localisation.

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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

L'un des principaux obstacles à l'amélioration de l'essai de nouveaux traitements expérimentaux dans le carcinome à cellules rénales (RCC) est le développement de modèles qui récapitulent fidèlement la progression de la maladie métastatique précoce et à un stade avancé. Des modèles d'implantation de la tumeur typiques utilisent implantation de la tumeur primaire ectopique ou orthotopique, mais peu comprennent la maladie métastatique spontanée systémique qui imite l'environnement clinique. Ce protocole décrit les principales étapes pour développer la progression de la maladie RCC met en scène similaire aux patients. En premier lieu, il utilise une lignée de cellules de tumeur de souris hautement métastatique dans un modèle orthotopique syngénique pour montrer l'implantation des cellules tumorales. Les méthodes comprennent l'implantation superficielle et interne dans l'espace sous-capsulaire avec des cellules associées à matrigel pour éviter les fuites et la propagation rapide. Ensuite, il décrit les procédures pour l'excision de la tumeur portant rein (néphrectomie), les soins de la souris pré-et post-opératoire critique. Enfin, il décrit les étapes nécessaires pour surveiller et évaluermicro-et macro progression de la maladie métastatique, y compris l'imagerie de bioluminescence ainsi fournit un guide détaillé de l'autopsie visuelle de marquer distribution de la maladie systémique. Le but de cette description du protocole est de faciliter l'utilisation généralisée de modèles de CCR métastatiques cliniquement pertinentes pour améliorer la valeur prédictive du test thérapeutique futur.

Introduction

La principale cause de mortalité chez les patients atteints de carcinome à cellules rénales (RCC) est une maladie métastatique systémique qui se produit généralement après l'élimination chirurgicale d'une tumeur primaire de plus en plus dans le rein. Cependant, très peu de modèles précliniques de tumeurs évaluation thérapeutique expérimentale chez la souris incluent la maladie métastatique, et encore moins récapitulent fidèlement les stades cliniques de croissance localisée, la chirurgie et l'initiation et la progression 1-3 micro-métastatique spontanée. Cet écart dans les tests est devenu de plus en plus important dans l'évaluation de nouvelles thérapies car parfois saisissants effets anti-tumeurs observés chez des modèles animaux ne sont pas toujours traduits dans le traitement similaire de patients avec succès 4. Ces différences de résultats peuvent provenir d'efficacités de drogue différentiels entre les modèles extra-utérines ou orthotopiques localisées tumeur primaire et à un stade avancé métastatique 5-7. Dans le cas de RCC, seules quelques études ont établi un employéNimal protocoles qui incluent la maladie récurrente spontanée qui imite les patients qui ont eu généralement reins porteuses de tumeurs retirées totalement ou partiellement de 2,3. Les raisons de cette pénurie dans les tests de modèle de souris varient. Tout d'abord, il est le coût élevé des animaux et de la variabilité inhérente à la sélection de cellules de tumeur et son potentiel métastatique. Par exemple, des lignées de cellules de rein humain ont tendance à former des métastases rarement, et doivent être choisis sur des cycles multiples de l'implantation primaire orthotopique et sélection métastatique de dériver des variants qui diffusent de manière cohérente et forment des lésions éloignés (voir la description d'un tel dérivé de lignée cellulaire humaine 8-10) . A l'inverse, des cellules de souris dans des modèles immunocompétents ont tendance à se comporter de manière agressive, et un faible nombre de cellules doivent être injectés avec matrigel à réduire la propagation systémique immédiate 3. Deuxièmement, des difficultés techniques dans l'exécution de l'implantation proprement dite, la résection chirurgicale (néphrectomie), et suivi (et quantification) metastati spontanéela croissance c peut être difficile et plusieurs variables critiques besoin considération lors de l'utilisation de cette technique (voir discussion pour plus de détails). Le but de ce protocole est de décrire les étapes essentielles (ainsi que les pièges potentiels) d'implantation orthotopique, la résection (néphrectomie), et la surveillance de la maladie spontanée RCC métastatique et d'offrir une ligne directrice pour standardisée (et plus largement) utiliser les laboratoires scientifiques qui évaluent l'efficacité des traitements expérimentaux.

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Protocol

1. Orthotopique tumeur du rein Implantation

  1. Culture cellulaire
    1. Avant l'implantation orthotopique, cultiver des cellules de souris RENCA LUC comme une monocouche à 75% de confluence.
    2. À la suite de traitement à la trypsine et de la remise en suspension dans des milieux contenant du FBS à 5%, les cellules de centrifugation à 1000 tpm, 4 ° C pendant 5 minutes, en répétant trois fois pour laver dans du PBS. Puis remettre en suspension les cellules dans des milieux sans sérum à une concentration de 5 x 10 4 RENCA LUC / 5 médias sans sérum ul.
      Remarque: Selon la variante ou lignée cellulaire utilisée, les cellules peuvent être remises en suspension dans un rapport de 1:1 de matrigel et des milieux sans sérum pour ralentir la croissance très agressif de cellules de souris et de la diffusion après l'implantation.
  2. Chirurgie et cellule implantation
    Remarque: Toutes les études animales qui y sont décrits, y compris l'entretien et la détermination des paramètres expérimentaux, ont été réalisées selon le Comité de protection et d'utilisation des animaux institutionnels (IACUC) protocol approuvé par Roswell Park Cancer Institute.
    1. Anesthésier une souris Balb / C en utilisant l'isoflurane (2-3%). Pincez pied et vérifier réflexe pour assurer une anesthésie suffisante. Appliquer vétérinaire pommade pour les yeux pour éviter le dessèchement. Placez la souris en décubitus latéral droit et gauche se raser entre avant et des membres postérieurs. Appliquer de l'alcool et de l'iode long dorsal région lombaire pour préparer de façon aseptique zone pour l'incision.
    2. Utilisez des ciseaux chirurgicaux pour lancer une incision cutanée de 1 cm dans une direction longitudinale entre la dernière côte et la hanche. Desserrer tissu conjonctif sous la peau à l'aide d'un ciseau dissection émoussée. Utiliser des ciseaux chirurgicaux pour effectuer une incision de 0,5 cm dans une direction longitudinale dans la paroi abdominale. Utilisez une pince courbes pour pousser doucement vers le bas autour plaie ouverte - ce sera d'extérioriser les reins et permettre l'immobilisation douce d'organes avant l'injection.
    3. Charger la seringue Hamilton avec 5 pl du mélange de cellules préparé. Pour implan sous-capsulairestions, deux méthodes d'implantation peuvent être utilisés:
      1. Superficiel: Parallèlement à l'rein, l'aiguille d'insertion orientée longitudinalement sous la capsule rénale (mais au-dessus du parenchyme) avec le bord biseauté vers le haut. Une fois l'aiguille est en place, injecter toutes les cellules jusqu'à ce que de petites formes de bulles blanches. Retirer lentement l'aiguille de la capsule et éponger immédiatement à l'injection avec un coton applicateur incliné stérile pour absorber toute fuite et empêcher la diffusion cellulaire.
      2. Interne: Avec bord biseauté vers le haut et à partir du côté opposé de rein finale de site d'implantation, à insérer l'aiguille à travers l'intérieur du rein jusqu'à ce que l'aiguille est visible (pas de perforation) l'espace sous-capsulaire. Injecter toutes les cellules jusqu'à ce que les formes de bulles blanches et écouvillon site d'injection pour éviter toute fuite.
    4. Retourner doucement le rein à la cavité du corps. Fermez la paroi abdominale du corps en utilisant résorbable Vicryl 5-0. Une fois terminé, retirez la couche de peau ensemble et placer 2-3 wplaies clips. S'assurer que les attaches sont fermes et régulièrement espacées afin de s'assurer qu'aucun exposition de la plaie. Avant d'administrer le recouvrement 500 ul de NaCl à 0,9% et 100 ul de la buprénorphine (0,01 mg / ml) par voie sous cutanée au moyen d'une aiguille G 25. Surveiller régulièrement le placement et la stabilité clip et retirer après 10 jours.

2. Néphrectomie / ablation de la tumeur primaire

  1. Suivez protocole identique pour l'anesthésie de la souris, l'immobilisation, l'incision, et l'exposition de rein comme décrit dans les sections 1.2.1 et 1.2.2 (ci-dessus).
  2. Utiliser une deuxième paire de pinces d'isoler les reins en retirant doucement le tissu adipeux de liaison à partir de l'extrémité caudale et la glande surrénale de l'extrémité crânienne du rein. Tout en saisissant doucement le rein, utilisez résorbable Vicryl 5-0 pour faire un double noeud autour de l'uretère, l'artère rénale, et la veine. Lentement sécurisé puis couper au-dessus du nœud à retirer le rein. Si aucun signe de perte de sang immédiatement, ou il ya un risque de prise insuffisantede suture sur l'uretère, l'artère et la veine, puis utilisez cauterizer au lieu de ciseaux pour couper au-dessus noeud.
  3. Une fois le rein est retiré, vérifiez soigneusement pour des saignements de l'artère liée et utiliser cauterizer si nécessaire. Fermez la paroi abdominale du corps en utilisant 5-0 Vicryl. Tirez la couche de peau ensemble et placer 2-3 des agrafes suivant mêmes précautions que décrit dans 1.2.4. Suivre de près l'animal tous les jours après la chirurgie pour des signes de détresse, des saignements ou à mobilité réduite. Suivez les directives institutionnelles pour animaux en toute sécurité.

3. Surveillance métastatique Progression et localisation à Endpoint

  1. Quantification de la maladie métastatique: surveillance bioluminescentes
    1. Voir méthode décrite précédemment dans JOVE pour surveiller les métastases en utilisant des cellules transfectées avec la luciférase et quantifiés à l'aide du système d'imagerie IVIS 11,12 Xenogen.
  2. Guide visuel de l'autopsie d'évaluation comparative de la distribution métastatiquetion
    1. Sacrifier des animaux selon les directives institutionnelles en utilisant des paramètres, y compris des signes de détresse, respiration laborieuse, perte de poids, etc
      Remarque: Une surveillance étroite des animaux est essentiel que la progression métastatique spontanée peut être très variable et rapide.
    2. Utilisez des ciseaux chirurgicaux pour lancer une incision au-dessus de l'urètre qui se poursuit jusqu'à la cavité thoracique de la mandibule inférieure. Utilisez des ciseaux à bouts francs à séparer la peau du muscle de la paroi abdominale.
    3. Initier incisions le long bras et les jambes. Peel peau loin. Examiner de près l'aponévrose de la peau et la paroi abdominale des nodules, puis les ganglions lymphatiques superficiels: inguinal, brachial, axillaires et cervicales superficielle.
    4. Faire une incision dans la paroi abdominale et couper le long des côtés latéraux gauche et droit jusqu'à la membrane. Avec une coupe horizontale enlever la partie avant de la paroi abdominale pour mettre à nu les viscères.
    5. Examiner l'aspect intact des viscères fou grossièrement tumeurs notables. A noter également le contenu de l'estomac et des intestins; si elles sont vides, la souris peut ne pas avoir été capable de manger. Si le contenu est sombre, cela peut indiquer une hémorragie supérieure / inférieure gastro-intestinal.
    6. Marquer visuellement chaque organe de la présence ou de l'absence de la tumeur, l'attribution d'un score total pour chaque groupe de souris (quatre animaux par groupe est utilisé comme exemple dans la figure 1D-i).
      Notes: 1) l'élargissement des ganglions lymphatiques ne signifie pas nécessairement qu'il s'agit d'une croissance de la tumeur; si elle est grandement taille, très ferme, et une couleur blanchâtre, il est probable un nodule métastatique. 2) laiteux excessive ou liquide trouble dans l'abdomen indique ascite. L'ascite peuvent inclure des accumulations de solides sur les organes abdominaux, en particulier entre les lobes du foie et de l'estomac. 3) pour des organes tels que les poumons, de multiples nodules peuvent être présents et compté pour les comparaisons entre les animaux (voir 13 par exemple).
    7. Identifier des tumeurs ou des anomalies flagrantes des organes abdominaux individuels: foie, la rate, les reins et le pancréas par soigneusement enlever et laver avec du PBS d'un vaporisateur.
    8. Après avoir retiré les organes abdominaux, inspecter les ganglions lymphatiques abdominaux, y compris la région lombaire, sacrale, rénal, et le ganglion lymphatique mésentérique.
    9. Évaluer diaphragme pour preuve de la dissémination métastatique.
      Remarque: propager largement sur ​​la membrane peut lui faire perdre sa contractilité, conduisant à travaillé ou perte de la respiration.
    10. Retirer la membrane et faire deux incisions latérales dans la cavité thoracique, retirer la partie frontale pour exposer les poumons et le cœur.
    11. Retirer les poumons et le cœur en saisissant délicatement et en soulevant l'œsophage et la trachée coupe au-dessus du cœur. Évaluer les tissus des nodules. Pressez coeur. Manque de cohérence élastique peut indiquer une tumeur présente.
    12. Utilisez des ciseaux chirurgicaux pour couper linéairement par crâne. Retirez délicatement les petits morceaux de crâne jusqu'à ce que til tout le cerveau est exposé. Rechercher dans tout le cerveau des nodules visibles ou des anomalies des décolorations.

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Representative Results

La figure 1A montre un schéma décrivant les procédures décrites dans ce résumé du protocole. Plusieurs facteurs importants doivent être pris en considération à chaque étape. Par exemple, dans l'étape 1, on montre deux méthodes pour l'implantation des cellules tumorales sous-capsulaire dans le rein. Les cellules tumorales peuvent être implantés dans l'espace sous-capsulaire avec un petit blanc-bulle confirmant le placement localisée des cellules avec fuite empêché par l'élimination soigneuse de l'aiguille et tamponner l'excès de liquide s'échapper (figure 1B-i). Pour éviter les fuites, les cellules peuvent être implantées à l'intérieur d'abord pour atteindre l'espace sous-capsulaire (figure 1B-ii), et combinées avec du matrigel à empêcher la distribution initiale des cellules tumorales dans la circulation sanguine. Pour l'ablation chirurgicale de rein, la synchronisation exacte dépend de la croissance et le potentiel métastatique de la lignée cellulaire utilisée. La pratique de la néphrectomie Optimal comprend également une procédure rapide, mais contrôlée chirurgicale pour minimiser la détresse de la souris et de la récupération. Tnouage ight et sécurisé de Vicryl de fermer l'uretère, l'artère rénale et la veine est la clé pour éviter l'hémorragie (voir figure 1C). Cautérisation doit être utilisé, mais seulement si le potentiel de saignement excessif nécessite une intervention. Enfin, le suivi de la maladie spontanée par bioluminescence évaluation non invasive permet une surveillance continue des lésions occultes et la croissance, ainsi que la quantification au point final (voir la figure 1D). Cependant, l'utilisation de cellules de luciférase-marqué dans les modèles de métastase spontanée peut parfois conduire à la sélection de la cellule tumorale clonale des variantes qui ne peut pas exprimer le gène transfecté, et par conséquent, ne sont pas toujours visible après plusieurs cycles de sélection ou de la croissance tumorale à long terme. Dans ce cas, l'analyse histologique cliniquement pertinente peut être effectuée pour identifier les lésions micro-métastatiques ou, sinon sur le plan technique (de financièrement) possible, une méthode de notation visuelle pour évaluer visuel maladie de macro-métastatique peut être utilisé comme une mesure superficielle de presence / absence de lésions dans les tissus d'organes (figures 1D-i et 1D-ii).

Figure 1
Figure 1. A) Schéma de procédures chirurgicales, y compris l'implantation (étape 1), la résection chirurgicale / néphrectomie (étape 2), et l'évaluation de la maladie métastatique post-chirurgicale (étape 3). B) Exemple d'implantation sous-capsulaire, y compris (i) superficielle et (ii) technique interne. C) Exemple de procédure chirurgicale de néphrectomie (i) et l'image représentant du rein excisé avec tumeur implantée (ii). D) l'évaluation de la maladie métastatique spontanée post-chirurgicale en utilisant i) un système de notation visuelle pour évaluer distribution de la maladie (des résultats représentatifs de 5 groupes de 4 animaux), et ii) les données bioluminescentes immédiatement avant et après le sacrifice de Quévaluer antitatively lésions des micro-et macro-métastatiques. Cliquez ici pour agrandir l'image.

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Discussion

Le but de ce protocole est d'évaluer la maladie métastatique spontanée cliniquement pertinente en utilisant un modèle de souris de tumeur syngénique à décrire les techniques d'implantation / de résection. Actuellement, la majorité des études précliniques évaluant de nouveaux traitements expérimentaux ne comprend pas l'étude de la maladie métastatique et seulement quelques-uns récapituler les étapes de la croissance de la tumeur primaire, la résection chirurgicale, et une éventuelle dissémination métastatique spontanée. À ce jour, des modèles de souris génétiquement modifiées (GEMM) de produits pour obtenir progression de la maladie rénale cellulaire spontanée (voir 14 pour un résumé) ne comprennent pas les métastases à un stade avancé et des stratégies d'intervention chirurgicales ont jusqu'à présent pas été signalés. Par conséquent, l'étude du cancer du rein métastatique spontanée est actuellement limitée à des modèles d'implantation orthotopique de cellules tumorales. Bien que ces modèles ont déjà été mis au point 2,3, ce protocole n'est pas largement utilisé dans l'évaluation de nouveaux traitements, en particulier dans lecontexte périopératoire où elle peut avoir une valeur la plus prédictive. Ce protocole vise à détailler un guide étape par étape des procédures nécessaires susceptibles de faciliter une utilisation plus répandue dans les évaluations thérapeutiques. En termes de pièges potentiels dans l'exécution des techniques décrites, il ya plusieurs facteurs clés susceptibles d'influer sur les résultats. Tout d'abord, les fuites de cellules tumorales après l'implantation pourrait conduire à la diffusion de la maladie péritonéale et donc pas représenter une croissance localisée primaire initial. Deuxièmement, les temps de résection optimales doivent être établies pour chaque lignée cellulaire utilisée. Ceci est important car une néphrectomie chirurgicale de la tumeur portant rein trop tôt peut pas permettre la diffusion de la maladie (c'est à dire qu'il peut être curative), et la chirurgie trop tard peut conduire à une maladie non-localisée et organe-fusion (généralement à la rate), qui rend la chirurgie et la récupération de la souris initiale impossible. Enfin, le suivi maladie métastatique spontanée avec bioluminescence doit être concomitante avec l'artdistrict respect des directives signes institutionnels de suivi de la morbidité des animaux que la maladie peut être très variable en termes de localisation et l'impact global. Alimentation statistique correcte des expériences sur des animaux permettra à tous variabilité être inclus et sera plus fidèlement récapituler progression de la maladie et de traitement des réponses cliniques. Pris dans leur ensemble, dans cet article, nous avons utilisé des techniques démontrées de récapituler succès RCC orthotopique localisée et la récurrence de la maladie post-chirurgicale dans le but d'améliorer la pertinence clinique dans des modèles précliniques de tumeurs

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Disclosures

Les auteurs n'ont rien à révéler.

Acknowledgments

Nous sommes reconnaissants au laboratoire du Dr Robert S. Kerbel (Université de Toronto, l'Institut de recherche Sunnybrook, Toronto, Canada) pour l'aide technique et l'expertise dans le développement de cette procédure. Nous tenons également à remercier le Dr Sandra Sexton et le Roswell Park Cancer Institute Département de Laboratory Animal Resources. Ce travail a été soutenu par une bourse de la Fondation Alliance Roswell Park (à JMLE).

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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