Использование микро-компьютерной томографии для оценки развития опухоли и последующая деятельность в ответ на лечение в мышиной модели рака легких
Summary
We describe a method for the detection of tumor nodule development in the lungs of an adenocarcinoma mouse model using micro-computed tomography and its use for monitoring changes in nodule size over time and in response to treatment. The accuracy of the assessment was confirmed with end-point histological quantification.
Abstract
Lung cancer is the most lethal cancer in the world. Intensive research is ongoing worldwide to identify new therapies for lung cancer. Several mouse models of lung cancer are being used to study the mechanism of cancer development and to experiment with various therapeutic strategies. However, the absence of a real-time technique to identify the development of tumor nodules in mice lungs and to monitor the changes in their size in response to various experimental and therapeutic interventions hampers the ability to obtain an accurate description of the course of the disease and its timely response to treatments. In this study, a method using a micro-computed tomography (CT) scanner for the detection of the development of lung tumors in a mouse model of lung adenocarcinoma is described. Next, we show that monthly follow-up with micro-CT can identify dynamic changes in the lung tumor, such as the appearance of additional nodules, increase in the size of previously detected nodules, and decrease in the size or complete resolution of nodules in response to treatment. Finally, the accuracy of this real-time assessment method was confirmed with end-point histological quantification. This technique paves the way for planning and conducting more complex experiments on lung cancer animal models, and it enables us to better understand the mechanisms of carcinogenesis and the effects of different treatment modalities while saving time and resources.
Introduction
Рак легких является ведущей причиной смерти от рака во всем мире 1. Исследования в области профилактики, раннего выявления и лечения рака легких продолжается во многих научно – исследовательских центров по всему миру 2,3. Существует несколько моделей на животных для рака легких были разработаны, и они оказались полезными при изучении механизмов канцерогенеза легких и клетки происхождения, при определении наличия раковых стволовых клеток, а также при исследовании различных новых терапевтических стратегий 4. Более ранние модели полагались на инициации опухоли канцероген-индуцированных у чувствительных штаммов мышей 5. Развитие нокаута и трансгенных мышах , в которых рак легких возникает в результате специально манипулируют генетических поражений значительно улучшили способность контролировать индукции опухолей и мимических несколько аспектов рака легкого человека 4. Тем не менее, основной проблемой в использовании моделей рака легких животных является отсутствие метода в режиме реального времени, чтобыточно идентифицировать и контролировать возникновение и развитие опухолей в легких мышей и документировать любые последующие изменения в их размерах, например, их дальнейшего роста или сокращения в ответ на лечение. Это заставило исследователей прибегать к нескольким времени, усилий и ресурсоемких методов для выявления опухолей и оценивать их результаты эксперимента. Наличие присущего вариации между мыши в ответ на индукцию опухолей требует использования большого количества животных в каждой экспериментальной группе для уменьшения изменчивости данных. Неспособность оценить рост опухоли или ответ на лечение в режиме реального времени вынуждает исследователей слепо усыпить мышей в нескольких временных точках длительных экспериментальных протоколов, чтобы гарантировать, что они будут собирать нужные данные, в результате чего трата ресурсов из образцов собранные в моменты времени, которые либо слишком рано или слишком поздно.
В настоящем исследовании, метод эксплуатировать малых животных микро-сomputed томография (микро-КТ) сканер для обнаружения и последующей опухолей легких у живых мышей вводят. Мы использовали недавно описал Sftpc-rtTA и Tre-FGF9-IRES-EGFP дважды трансгенная (DT) мышей , которые быстро развиваться аденокарциномы легких после индукции с доксициклин 6,7. Использование микро-КТ позволяет (помимо прочего) исключают мышей с аномальным аномалиями легких перед индукцией, подтверждают развитие опухолевых узелков в легких после индукции, и наблюдать изменения в опухолевых узелков в ответ на экспериментальных методов лечения. Конечная точка эвтаназию мышей и гистологической оценки подтвердили точность оценки в реальном масштабе времени, проведенного с микро-КТ. Мы считаем, что эта техника будет проложить путь для проведения более спланированных экспериментов с использованием животных моделей рака легких при сохранении ценных ресурсов, сокращение времени наблюдения и повышения точности и понимания результатов.
Protocol
Representative Results
Discussion
Микро-КТ на основе метода, описанного здесь, для идентификации в реальном времени аномалий легких и мониторинга развития опухолевых узелков и реакции на лечение в моделях рака легких животных позволит ученым, которые проводят связанных с раком эксперименты легких планировать более т?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана грантом-в-помощь от JSPS KAKENHI для AEH (грант номер 25461196) и ТБ (грант Числа 23390218 и 15H04833) и Национальных институтов здравоохранения гранта HL111190 (ДМО). Авторы хотели бы выразить благодарность Миюки Ямамото за ее усилия в оказании помощи с животным генотипирования и подготовки гистологических срезов. Мы благодарны Collaborative Research Resources, Школа Медицины, Университет Кейо для получения технической поддержки и реагентов.
Materials
| micro-X-ray–computed tomography | Rigaku | R_mCT2 | |
| NanoZoomer RS Digital Pathology System | Hamamatsu | RS C10730 | |
| NDP.view2 Viewing software | Hamamatsu | U12388-01 | http://www.hamamatsu.com/jp/en/U12388-01.html |
| Isoflurane Vaporizer – Funnel-Fill | VETEQUIP | 911103 | |
| Induction chamber, 2 Liter W9.5×D23×H9.5 | VETEQUIP | 941444 | |
| Isoflurane | Mylan | ES2303-01 | |
| AZD 4547 | LC Labratories | A-1088 | |
| Pentobarbital | Kyoritsu | SOM02-YA1312 | |
| G24 cannula | Terumo | SP-FS2419 | |
| Paraformaldehyde | Wako | 163-20145 | |
| Microtome | Leica | RM2265 | |
| Doxycycline | SLC Japan/PMI Nutrition International | 5TP7 | |
| ImageJ software | National Institute of health | http://imagej.nih.gov/ij/ | |
| Puralube vet ointment (Occular lubricant) | Dechra | NDC 17033-211-38 |
References
- Ferlay, J., et al. Cancer incidence and mortality worldwide: sources, methods and major patterns in GLOBOCAN 2012. Int. J. Cancer. 136, 359-386 (2015).
- Mak, I. W., Evaniew, N., Ghert, M. Lost in translation: animal models and clinical trials in cancer treatment. Am. J. Transl. Res. 15, 114-118 (2014).
- Chen, Z., Fillmore, C. M., Hammerman, P. S., Kim, C. F., Wong, K. K. Non-small-cell lung cancers: a heterogeneous set of diseases. Nat. Rev. Cancer. 14, 535-546 (2014).
- Kwon, M. C., Berns, A. Mouse models for lung cancer. Mol. Oncol. 7, 165-177 (2013).
- Malkinson, A. M. The genetic basis of susceptibility to lung tumors in mice. Toxicology. 54, 241-271 (1989).
- Yin, Y., Betsuyaku, T., Garbow, J. R., Miao, J., Govindan, R., Ornitz, D. M. Rapid induction of lung adenocarcinoma by fibroblast growth factor 9 signaling through FGF receptor 3. Cancer Res. 73, 5730-5741 (2013).
- Arai, D., et al. Characterization of the cell of origin and propagation potential of the fibroblast growth factor 9-induced mouse model of lung adenocarcinoma. J. Pathol. 235, 593-605 (2015).
- Curtis, S. J., et al. Primary tumor genotype is an important determinant in identification of lung cancer propagating cells. Cell Stem Cell. 7, 127-133 (2010).
- Lau, A. N., et al. Tumor-propagating cells and Yap/Taz activity contribute to lung tumor progression and metastasis. EMBO J. 33, 468-481 (2014).
- Santos, A. M., Jung, J., Aziz, N., Kissil, J. L., Puré, E. Targeting fibroblast activation protein inhibits tumor stromagenesis and growth in mice. J Clin Invest. 119, 3613-3625 (2009).
- Zinn, K. R., et al. Noninvasive Bioluminescence Imaging in Small Animals. ILAR J. 49, 103-115 (2008).
- Yao, R., Lecomte, R., Crawford, E. S. Small-Animal PET: What Is It, and Why Do We Need It. J Nucl Med Technol. 40, 157-165 (2012).
- Haruyama, N., Cho, A., Kulkarni, A. B. Overview: Engineering transgenic constructs and mice. Curr Protoc Cell Biol. , (2009).
