Intrakardiale Injektion menschlicher Prostatakrebszellen zur Erzeugung eines Knochenmetastasierungs-Xenograft-Mausmodells
Summary
In dieser Arbeit stellen wir ein Protokoll für die intrakardiale Injektion von humanen Prostatakrebszellen vor, um ein Mausmodell mit Knochenmetastasenläsionen zu erzeugen.
Abstract
Als häufigste bösartige Erkrankung bei Männern steht Prostatakrebs (PC) an zweiter Stelle bei der Mortalität, was vor allem auf eine Knochenmetastasierungsrate von 65 % bis 75 % zurückzuführen ist. Daher ist es wichtig, den Prozess und die damit verbundenen Mechanismen der Knochenmetastasierung von Prostatakrebs zu verstehen, um neue Therapeutika zu entwickeln. Hierfür ist ein Tiermodell der Knochenmetastasierung ein wesentliches Werkzeug. Hier berichten wir über detaillierte Verfahren zur Erzeugung eines Knochenmetastasen-Mausmodells durch intrakardiale Injektion von Prostatakrebszellen. Ein Biolumineszenz-Bildgebungssystem kann feststellen, ob Prostatakrebszellen genau in das Herz injiziert wurden, und die Metastasierung von Krebszellen überwachen, da es große Vorteile bei der Überwachung der Entwicklung metastasierender Läsionen hat. Dieses Modell bildet die natürliche Entwicklung von disseminierten Krebszellen zu Mikrometastasen im Knochen nach und imitiert den pathologischen Prozess der Knochenmetastasierung von Prostatakrebs. Es bietet ein effektives Werkzeug für die weitere Erforschung der molekularen Mechanismen und der therapeutischen Wirkungen dieser Krankheit.
Introduction
Prostatakrebs ist in 112 Ländern die häufigste Krebserkrankung bei Männern und steht in Ländern mit höherem Index der menschlichen Entwicklungan zweiter Stelle bei der Sterblichkeit 1,2. Die meisten Todesfälle bei Prostatakrebspatienten werden durch Metastasen verursacht, und etwa 65%-75% der Fälle entwickeln Knochenmetastasen 3,4. Daher sind Prävention und Behandlung von Knochenmetastasen bei Prostatakrebs dringend erforderlich, um das klinische Ergebnis von Prostatakrebspatienten zu verbessern. Das Tiermodell der Knochenmetastasierung ist ein unverzichtbares Werkzeug, um den mehrstufigen Prozess und die molekularen Mechanismen zu erforschen, die in jedem Stadium der Knochenmetastasierung von Prostatakrebs beteiligt sind, um so therapeutische Ziele zu identifizieren und neue Therapeutika zu entwickeln5.
Zu den gebräuchlichsten Methoden zur Erzeugung von experimentellen Tiermodellen für Prostatakrebs-Knochenmetastasen gehören die orthotope, intradiaphysische (z. B. intratibiale) und intrakardiale Injektion von Prostatakrebszellen. Das Knochenmetastasenmodell mit orthotoper Injektion wird durch direkte Injektion von Prostatakrebszellen in die Prostata einer Maus erzeugt 6,7. Dieses experimentelle Tiermodell hat sehr ähnliche klinische Merkmale wie die Knochenmetastasierung von Prostatakrebs. Die Metastasierung findet jedoch hauptsächlich im axillären Lymphknoten und in der Lunge statt im Knochen statt 8,9. Das intratibiale Injektionsmodell für Prostatakrebs injiziert Prostatakrebszellen direkt in die Tibia mit einer hohen Tumorbildungsrate im Knochen (Tibia)10,11; Die Knochenrinde und die Knochenmarkhöhle können jedoch leicht beschädigt werden. Darüber hinaus kann die tibiale Injektionsmethode den pathologischen Prozess der Knochenmetastasierung von Prostatakrebs, bei dem die Krebszellen den Knochen durch den Kreislauf besiedeln, nicht stimulieren. Um die Durchblutung, die vaskuläre Paravasation und die Fernmetastasierung bei einer höheren Knochenmetastasierungsrate von Krebszellen zu untersuchen, wurde eine intrakardiale Injektionstechnik entwickelt, bei der Prostatakrebszellen direkt in die linke Herzkammer der Maus injiziert werden 8,12,13. Das macht es zu einem wertvollen Tiermodell für die Knochenmetastasenforschung8. Die intrakardiale Injektionsmethode weist eine Knochenmetastasierungsrate von etwa 75 % auf9,14 auf, was viel höher ist als die orthotope Injektionsmethode. Daher ist die intrakardiale Injektion eine ideale Methode, um ein Tiermodell mit Prostatakrebs-Knochenmetastasen zu erzeugen.
Ziel dieser Arbeit ist es, den Prozess der Etablierung eines Mausmodells für Prostatakrebs-Knochenmetastasen zu beschreiben, das es den Lesern ermöglicht, die Modelletablierung zu visualisieren. Die vorliegende Arbeit liefert detaillierte Prozesse, Vorsichtsmaßnahmen und anschauliche Bilder zur Erzeugung eines Knochenmetastasen-Xenotransplantatmodells durch intrakardiale Injektion von humanen Prostatakrebszellen in athymischen Mäusen. Diese Methode bietet ein effektives Werkzeug, um die molekularen Mechanismen und die therapeutischen Effekte von Prostatakrebs-Knochenmetastasen in vivo weiter zu erforschen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die intrakardiale Injektion menschlicher Prostatakrebszellen zur Erzeugung von Knochenmetastasen ist ein ideales Mausmodell, um die Funktionen und Mechanismen der Knochenmetastasierung von Prostatakrebs zu erforschen und die therapeutische Wirksamkeit zu bewerten. Studien haben gezeigt, dass Knochenschäden am wahrscheinlichsten in der proximalen Tibia und dem distalen Femurauftreten 17, was auf ihre hohe Vaskularisierung und Stoffwechselaktivität zurückzuführen sein kann.
<p class="jove_co…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wird durch Zuschüsse des National Key R&D Program of China (2018YFC1704300 und 2020YFE0201600), der National Nature Science Foundation (81973877 und 82174408), der Forschungsprojekte im Rahmen des Budgets der Shanghai University of Traditional Chinese Medicine (2021LK047) und des Shanghai Collaborative Innovation Center of Industrial Transformation of Hospital TCM Preparation unterstützt.
Materials
| 1 mL syringes and needles | Shandong Weigao Group Medical Polymer Co., Ltd | 20200411 | The cells were injected into the ventricles of mice |
| Anesthesia machine | Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd | R500IP | Equipment for anesthetizing mice |
| Automatic cell counter | Shanghai Simo Biological Technology Co., Ltd | IC1000 | For counting cells |
| BALB/c athymic mice | Shanghai SLAC Laboratory Animal Co, Ltd. | Male | 6-8 week old, male mice |
| Bioluminescence imaging system | Shanghai Baitai Technology Co., Ltd | Vieworks | For tracking the tumor growth and pulmonary metastasis if the injected cells are labeled by luciferase |
| Centrifuge tube (15 mL, 50 mL) | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 430790, Corning | |
| EDTA solution | Wuhan Xavier Biotechnology Co., Ltd | G1105 | For decalcification of bone tissure |
| F-12 medium | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 21700075, GIBCO | Cell culture medium |
| Formalin solution | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | BL539A | For fixing the specimen of each mouse |
| Isoflurane | Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd | VETEASY | For anesthesia |
| Lipofectamine 2000 | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 11668027, Thermo fisher | Plasmid transfection reagent |
| PC-3 cell line | Cell Bank of Chinese Academy of Sciences | TCHu 158 | Prostate cancer cell line |
| Phosphate-buffered saline | Beyotime Biotechnology | ST447 | Wash the human osteosarcoma cells |
| Trypsin (0.25%) | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 25200056, Gibco | For detaching the cells |
| Vector (pLV-luciferase) | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | VL3613 | Plasmid for transfection |
| X-ray imaging system | Brook (Beijing) Technology Co., Ltd | FX PRO | For obtaining x-ray images to detect tumor growth |
| μCT80 | Shenzhen Fraun Technology Service Co., Ltd | Scanco Medical AG,Switzerland | For detection of bone destruction. The mico-CT is equipped with 3DCalc, cone reconstruction, and μCT Ray V3.4A model visualization software. |
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