Implantatie en monitoring door PET/CT van een Orthothematisch model van menselijk pleura mesothelioom in Athymic muizen
Summary
Dit artikel beschrijft de generatie van een orthotopic muismodel van menselijke pleura mesothelioom door implantatie van H2052/484 mesothelioom cellen in de pleuraholte van immuungecompromitteerde athymische muizen. De longitudinale monitoring van de ontwikkeling van intrapleurale tumoren werd beoordeeld door niet-invasieve multimodale [18F] -2-Fluoro-2-deoxy-D-glucose positron emissie tomografie en computertomografie beeldvorming.
Abstract
Maligne mesothelioom van de pleura (MPM) is een zeldzame en agressieve tumor die zich voordoet in het mesothelium dat de longen, het hart en de thoracale holte bedekt. De ontwikkeling van MPM wordt voornamelijk geassocieerd met asbest. Behandelingen bieden slechts een bescheiden overleving, aangezien het mediane overlevings gemiddelde 9 – 18 maanden na het tijdstip van diagnose is. Daarom moeten effectievere behandelingen worden vastgesteld. De meeste gegevens die nieuwe therapeutische doelstellingen beschrijven, werden verkregen uit in vitro experimenten en moeten worden gevalideerd in betrouwbare in vivo preklinische modellen. Dit artikel beschrijft een dergelijke betrouwbare MPM orthotopic model verkregen na injectie van een humane MPM cellijn H2052/484 in de pleuraholte van immunodeficiënte athymische muizen. Transplantatie in de orthotopic site maakt het bestuderen van de progressie van tumor in de natuurlijke in vivo omgeving. Positron emissie tomografie/computertomografie (PET/CT) moleculaire beeldvorming met behulp van de klinische [18f] -2-Fluoro-2-deoxy-D-glucose ([18f] FDG) radio Tracer is de diagnosemethode van keuze voor het onderzoeken van patiënten met mpm. Dienovereenkomstig werd [18F] FDG-PET/CT gebruikt om de progressie van de ziekte van de H2052/484 orthotopic model te monitoren. Deze techniek heeft een hoog 3R potentieel (reduce het aantal dieren, rgegevens om pijn en ongemak te verminderen, en rv ervangen door dier experimenten met alternatieven), omdat de ontwikkeling van de tumor niet-invasief kan worden gecontroleerd en het aantal benodigde dieren aanzienlijk kan worden verminderd.
Dit model toont een hoge ontwikkelingssnelheid, een snelle tumorgroei, is kostenefficiënt en zorgt voor een snelle klinische vertaling. Door dit orthotopic xenotransplantaatmodellen is mpm-model te gebruiken, kunnen onderzoekers de biologische reacties van een betrouwbaar mpm-model beoordelen na therapeutische ingrepen.
Introduction
Maligne mesothelioom van de pleura (mpm) is een kanker die meestal wordt geassocieerd met de blootstelling aan asbestvezels1,2,3. Hoewel asbest in de meeste westerse landen4,5,6verboden is, neemt de incidentie van mpm nog steeds toe met7,8. Onlangs suggereert blootstelling van muizen aan koolstofnanobuizen dat ze kunnen resulteren in een significant gezondheidsrisico bij de mens9,10. De gegevens suggereren dat blootstelling aan deze producten kan leiden tot chronische ontstekingen en moleculaire veranderingen (bijv. verlies van tumor suppressor trajecten) die de progressie ten grondslag liggen aan maligne mesothelioom. Op dit moment zijn multiwall carbon nanotubes een van de belangrijkste producten van nanotechnologie en worden steeds meer opgenomen in verschillende producten zoals composieten, energieopslag materialen, medicijnen, elektronica en milieuherstel materialen.
MPM is een kanker met een slechte prognose en de meeste patiënten sterven binnen twee jaar na de diagnose als gevolg van een beperkte werkzaamheid van de huidige behandelings modaliteiten11. De keuze van de behandeling voor MPM is afhankelijk van de kanker fase. Voor de meeste vroege fase MPM (fase 1 en eventueel enige fase 2 of 3 tumoren), de klinische aanpak is een multimodale therapie met inbegrip van de chirurgische resectie van de tumoren, geassocieerd met radiotherapie en chemotherapie12. Een gecombineerde chemotherapie met cisplatine en pemetrexed is geïndiceerd voor de behandeling van de meeste patiënten die gediagnosticeerd zijn met gevorderde lokaal invasieve ziekte, die niet vatbaar is voor chirurgische resectie, of die anders geen kandidaat zijn voor curatieve chirurgie13,14. Er is daarom een dringende behoefte om effectievere behandelingen voor MPM-patiënten te ontwikkelen. Er zijn echter weinig gevalideerde in vivo diermodellen die de klinische relevantie van MPM weerspiegelen. Verschillende Murine mpm modellen zijn ontwikkeld, maar de meeste van hen niet getrouw recapituleren de complexe aspecten van de mpm tumor micro omgeving15,16,17,18. Het gebruik van asbest-geïnduceerde MPM bij muizen, genetisch gemanipuleerde MPM-Muismodellen of modellen van syngene transplantatie van muriene MPM-cellijnen wordt beperkt door fundamentele fenotypische en functionele verschillen en vertaalt bijgevolg slecht nieuwe ontdekkingen naar de kliniek. Andere preklinische Murine mpm-modellen zijn meestal afhankelijk van subcutane of peritoneale xenograften van menselijke cellijnen in immunodeficiënte muizen. Hoewel deze modellen gemakkelijk te bewaken zijn en fundamentele gegevens leveren, is de micro-omgeving van deze xenotransplantaten niet zo vergelijkbaar met menselijke tumoren die de translatie kracht van de meeste van deze preklinische studies aantasten, die het meest van deze preklinische-onderzoeken uitmaken. Omgekeerd, orthotopic xenotransplantaten weerspiegelen het gedrag van de patiënt tumor en reactie op de behandeling als ze worden omringd door een soortgelijke micro-omgeving als die gevonden in de oorspronkelijke tumor site16.
Moleculaire beeldvorming door [18F] FDG-PET/CT is de methode van keuze om de progressie van de ziekte in de lengterichting te monitoren bij patiënten met mpm20,21. Daarom bevordert het toevlucht nemen tot deze niet-invasieve beeldvormings methode de vertaling van preklinisch onderzoek naar klinische proeven16,22aanzienlijk. Bovendien helpt het om het vereiste aantal dieren te verminderen, aangezien elk dier zijn eigen controle over de tijd vertegenwoordigt.
In dit artikel presenteren we een betrouwbaar orthotopic xenotransplantaatmodellen is mpm-model dat is verkregen na injectie van de humane mpm-cellijn H2052/484 in de pleuraholte van athymische-muizen. In combinatie met [18F] FDG-PET/CT-beeldvorming is dit model een waardevolle en reproduceerbare methode om functionele en mechanistische effecten van nieuwe diagnostische strategieën en behandelingen voor menselijke mpm te bestuderen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit artikel beschrijft een origineel orthotopic model van MPM H2052/484 cellen geïnjecteerd in de pleuraholte van athymische muizen en een methode van monitoring door kleine dierlijke PET/CT Imaging. Dit model kan worden geïmplementeerd met matige dier handling en chirurgie vaardigheden en geeft een zeer goede ontwikkelingssnelheid. Het maakt een groot experimenteel venster van ongeveer 10 weken in onbehandelde muizen en niet-invasieve longitudinale detectie van tumoren al in 2 weken na de injectie mogelijk.
<p cla…Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit onderzoek werd gefinancierd door de Ligue Genevoise contre le Cancer (naar V.S.-B.) en door het centrum voor biomedische beeldvorming (CIBM) van de universiteiten en ziekenhuizen van Genève en Lausanne (naar D.J.C., O.B. en S.G.).
Materials
| 3-mice bed | Minerve | bed for mice imaging | |
| Athymic Nude-Foxn1n nu/nu | Envigo, Huntingdon, UK | 6907F | immunodeficient mouse |
| Betadine | Mundipharma Medical Company, CH | 111131 | polyvidone iodine solution |
| Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline (DPBS) | ThermoFisher Scientific, Waltham, MA, USA | 14190094 | Buffer for cell culture |
| Fetal bovine serum (FBS) | PAA Laboratories, Pasching, Austria | A15-101 | cell culture medium supplement |
| Insulin syringes | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | 324826 | syringe for cell injection |
| Penicillin/Streptomycin | ThermoFisher Scientific, Waltham, MA, USA | 15140122 | antibiotics for cell culture medium |
| RPMI 1640 | ThermoFisher Scientific, Waltham, MA, USA | 61870010 | basal cell culture medium |
| Temgesic (Buprenorphin 0.3 mg/mL) | Alloga SA, CH | 700320 | opioid analgesic product |
| Triumph PET/SPECT/CT | Trifoil, Chatsworth, CA, USA | imaging equipment | |
| Trypsin | ThermoFisher Scientific, Waltham, MA, USA | 25050014 | enzymatic cell dissociation buffer |
| Virkon S 2% | Milian, Vernier, CH | 972472 | disinfectant |
| Vivoquant | Invicro, Boston, MA, USA |
Referenzen
- Grishman, E., Cohen, S., Salomon, M. I., Churg, J. Renal lesions in acute rheumatic fever. The American Journal of Pathology. 51 (6), 1045-1061 (1967).
- Mossman, B. T., Gee, J. B. Asbestos-related diseases. The New England Journal of Medicine. 320 (26), 1721-1730 (1989).
- Pass, H. I., et al. Asbestos exposure, pleural mesothelioma, and serum osteopontin levels. The New England Journal of Medicine. 353 (15), 1564-1573 (2005).
- Allen, L. P., Baez, J., Stern, M. E. C., Takahashi, K., George, F. Trends and the Economic Effect of Asbestos Bans and Decline in Asbestos Consumption and Production Worldwide. The Journal of Environmental Research and Public Health. 15 (3), (2018).
- LaDou, J., et al. The case for a global ban on asbestos. Environmental Health Perspectives. 118 (7), 897-901 (2010).
- Soeberg, M., Vallance, D. A., Keena, V., Takahashi, K., Leigh, J. Australia’s Ongoing Legacy of Asbestos: Significant Challenges Remain Even after the Complete Banning of Asbestos Almost Fifteen Years Ago. The Journal of Environmental Research and Public Health. 15 (2), (2018).
- Glynn, M. E., Keeton, K. A., Gaffney, S. H., Sahmel, J. Ambient Asbestos Fiber Concentrations and Long-Term Trends in Pleural Mesothelioma Incidence between Urban and Rural Areas in the United States (1973-2012). Risk Analysis. 38 (3), 454-471 (2018).
- Zhao, J., et al. Epidemiology and trend analysis on malignant mesothelioma in China. The Chinese Journal of Cancer Research. 29 (4), 361-368 (2017).
- Chernova, T., et al. Long-Fiber Carbon Nanotubes Replicate Asbestos-Induced Mesothelioma with Disruption of the Tumor Suppressor Gene Cdkn2a (Ink4a/Arf). Current Biology. 27 (21), 3302-3314 (2017).
- Fukushima, S., et al. Carcinogenicity of multi-walled carbon nanotubes: challenging issue on hazard assessment. The Journal of Occupational Health. 60 (1), 10-30 (2018).
- Robinson, B. W., Musk, A. W., Lake, R. A. Malignant mesothelioma. The Lancet. 366 (9483), 397-408 (2005).
- Ricciardi, S., et al. Surgery for malignant pleural mesothelioma: an international guidelines review. The Journal of Thoracic Diseases. 10, 285-292 (2018).
- Hiddinga, B. I., Rolfo, C., van Meerbeeck, J. P. Mesothelioma treatment: Are we on target? A review. The Journal of Advanced Research. 6 (3), 319-330 (2015).
- Kim, J., Bhagwandin, S., Labow, D. M. Malignant peritoneal mesothelioma: a review. Annals of Translational Medicine. 5 (11), 236 (2017).
- Ampollini, L., et al. Immuno-chemotherapy reduces recurrence of malignant pleural mesothelioma: an experimental setting. The European Journal of Cardiothoracic Surgery. 35 (3), 457-462 (2009).
- de Jong, M., Essers, J., van Weerden, W. M. Imaging preclinical tumour models: improving translational power. Nature Reviews Cancer. 14 (7), 481-493 (2014).
- Mak, I. W., Evaniew, N., Ghert, M. Lost in translation: animal models and clinical trials in cancer treatment. The American Journal of Translational Research. 6 (2), 114-118 (2014).
- Mazzocchi, A. R., Rajan, S. A. P., Votanopoulos, K. I., Hall, A. R., Skardal, A. In vitro patient-derived 3D mesothelioma tumor organoids facilitate patient-centric therapeutic screening. Scientific Reports. 8 (1), 2886 (2018).
- Gengenbacher, N., Singhal, M., Augustin, H. G. Preclinical mouse solid tumour models: status quo, challenges and perspectives. Nature Reviews Cancer. 17 (12), 751-765 (2017).
- Kanemura, S., et al. Metabolic response assessment with 18F-FDG-PET/CT is superior to modified RECIST for the evaluation of response to platinum-based doublet chemotherapy in malignant pleural mesothelioma. The European Journal of Radiology. 86, 92-98 (2017).
- Truong, M. T., Viswanathan, C., Godoy, M. B., Carter, B. W., Marom, E. M. Malignant pleural mesothelioma: role of CT, MRI, and PET/CT in staging evaluation and treatment considerations. Seminars in Roentgenology. 48 (4), 323-334 (2013).
- MacArthur Clark, J. The 3Rs in research: a contemporary approach to replacement, reduction and refinement. The British Journal of Nutrition. 120, 1-7 (2018).
- Colin, D. J., et al. Experimental Model of Human Malignant Mesothelioma in Athymic Mice. The International Journal of Molecular Sciences. 19 (7), (2018).
- Fueger, B. J., et al. Impact of animal handling on the results of 18F-FDG PET studies in mice. The Journal of Nuclear Medicine. 47 (6), 999-1006 (2006).
- Devaud, C., et al. Tissues in different anatomical sites can sculpt and vary the tumor microenvironment to affect responses to therapy. Molecular Therapy. 22 (1), 18-27 (2014).
- Belizário, J. E. Immunodeficient mouse models: An overview. The Open Immunology Journal. 2, 79-85 (2009).
- Jackaman, C., Yeoh, T. L., Acuil, M. L., Gardner, J. K., Nelson, D. J. Murine mesothelioma induces locally-proliferating IL-10(+)TNF-alpha(+)CD206(-)CX3CR1(+) M3 macrophages that can be selectively depleted by chemotherapy or immunotherapy. Oncoimmunology. 5 (6), 1173299 (2016).
- James, M. L., Gambhir, S. S. A molecular imaging primer: modalities, imaging agents, and applications. Physiological Reviews. 92 (2), 897-965 (2012).
- Kenny, L. M., Aboagye, E. O. Clinical translation of molecular imaging agents used in PET studies of cancer. Advances in Cancer Research. 124, 329-374 (2014).
