En mus tumor model af kirurgisk stress bruges til at undersøge, hvordan postoperativ immunsuppression fremmer metastatisk sygdom og vurdere immunostimulatoriske perioperative behandlinger.
Kirurgisk resektion er en vigtig behandling for de fleste cancerpatienter, men kirurgi inducerer dysfunktion i immunsystemet, og dette har været knyttet til udviklingen af metastatisk sygdom i dyremodeller og hos cancerpatienter. Prækliniske arbejde fra vores gruppe og andre har vist en dyb undertrykkelse af medfødte immunforsvar, specielt NK-celler i den postoperative periode, og det spiller en stor rolle i den styrkede udvikling af metastaser efter operationen. Relativt få dyreforsøg og kliniske forsøg har fokuseret på karakterisering og vende de skadelige virkninger af kræft kirurgi. Ved hjælp af en streng dyremodel af spontant metastaserende tumorer og kirurgisk stress, blev forbedring af cancer kirurgi på udviklingen af lungemetastaser påvist. I denne model er 4T1 brystcancerceller implanteret i mus yverfedt pad. På dag 14 efter tumorimplantation en fuldstændig resektion af primær brysttumor er performed i alle dyr. En undergruppe af dyr modtager yderligere kirurgisk stress i form af en abdominal nefrektomi. På dag 28, er lunge tumorknuder kvantificeres. Når immunoterapi blev givet umiddelbart præoperativt blev en dyb aktivering af immunceller, som forhindrede udviklingen af metastaser efter operation detekteres. Mens 4T1 bryst tumor kirurgi model giver mulighed for simulering af virkningerne af abdominal kirurgiske stress på tumormetastaser, dens anvendelighed til andre tumortyper skal testes. Den aktuelle udfordring er at identificere sikre og lovende immunterapier i prækliniske musemodeller og omsætte dem til levedygtige perioperative behandlinger skal gives til cancer kirurgi patienter at undgå en gentagelse af metastatisk sygdom.
Kirurgi er en kritisk komponent i den kurative cancer behandling af solide tumorer, men til trods fuldstændig resektion mange patienter udvikler metastatisk tilbagefald og i sidste instans dør af deres sygdom. Stigende den postoperative periode, som følge af den fysiologiske stress respons på kirurgi, herunder blod koagulation, frigivelse af vækstfaktorer og immunsuppression, er anerkendt som kritisk tidspunkt for udviklingen af metastaser. Vores gruppe 1,2 og andre 3-5 har vist, at den umiddelbare postoperative periode er en unik modtagelig tid for dannelsen af metastaser.
Et af de centrale mekanismer, der er ansvarlige for prometastatic virkninger af kirurgi er postoperativ dysfunktion of Natural Killer (NK-celler) 1-3. NK-celler er cytotoksiske lymfocytter i det medfødte immunsystem er involveret i kontrollen af tumorvækst og metastaser 6. NK-celle dysfunktion efter operationen er blevet dokumenteret in både menneskelige patienter 1,7-9 og dyremodeller 1,10,11. Postoperativ NK-celle undertrykkelse korrelerer med øget metastaser i dyremodeller af spontane og implanteret metastaser 1,11-14, mens det i humane undersøgelser, der er lav NK aktivitet i den perioperative periode forbundet med en højere sats for kræft tilbagefald og dødelighed 15,16.
På trods af dette, er der i øjeblikket ingen behandlinger mod kræft, der specifikt vedrører de prometastatic forandringer, der sker umiddelbart efter kræft kirurgi. Den perioperative periode repræsenterer en terapeutisk vindue af muligheder til at gribe ind i den metastatiske proces. Mens traditionelle kræftbehandling, såsom kemoterapi, anses for toksiske skal indgives til patienter, der kommer fra større kirurgi 17 immunterapier er ideelle kandidater til perioperativ administrering. Perioperative anvendelsen af rekombinant IL-2 og IFN-Î ³ er blevet udforsket in tidlige fase kliniske studier demonstrerede deres potentiale for at forhindre postoperativ NK-celle undertrykkelse og forbedre progressionsfri overlevelse 18-21. Desværre har yderligere udvikling blevet hæmmet af tolerabiliteten af denne uspecifikke cytokinterapi kombineret med en større operation 17. Vira er også potente uspecifikke aktivatorer af NK-celler. Vores forskning har tidligere påvist, at præoperativ administration af replikerende virus, såsom nye anti-cancer onkolytiske virus (OV), og replikerende virusvacciner såsom influenza-vaccine, kan inhibere kirurgi-induceret NK-celle dysfunktion og dæmpe metastatisk sygdom 1,22.
Den kirurgiske model er beskrevet i dette papir har fremmet vores forståelse af de mekanismer, der er involveret i udbredelsen og væksten af tumorceller efter kirurgi og tilladt os at udforske nye målrettede behandlinger, som kan administreres i den perioperative periode. For at opnå dette mål, et dyrmodel af kirurgisk stress og spontan metastase wad udvikles. Modellen gør brug af musen brystcarcinom tumorer (BALB / c – 4T1), som er i stand til spontant metastaserer fra den primære brystkirtel til flere fjerne steder især lungerne. På dag 0, er brystcancerceller implanteret i mus bryst fedtpude. På dag 14 efter tumor implantation, er en fuldstændig resektion af primær brysttumor udført i alle dyr. En undergruppe af dyr modtager yderligere kirurgisk stress i form af en abdominal nefrektomi. På dag 28, lunge tumor knuder i kirurgisk stresset og ingen kirurgi kontrolmus sammenlignet isoleres og kvantificeres. I denne dyremodel af kræft og kirurgi, er virkningerne af kirurgi på kræft metastaser blive undersøgt og effekten af perioperativ administration af innovative immunterapier, herunder replikering og replikerende viralt baserede immun-stimulanser testes for første gang.
Kirurgisk resektion er grundpillen i behandling for patienter med lokaliserede solide cancerformer. Selv med fuldstændig resektion mange patienter udvikler metastatisk tilbagefald og i sidste instans dør af deres sygdom. Den umiddelbare postoperative periode giver et ideelt miljø for dannelsen af kræft metastaser, moduleret, i en stor del af postoperativ NK-celle undertrykkelse. På trods af dette, er det fortsat et terapeutisk vindue, der stort set ignoreret. Der er i øjeblikket ingen standard perioperative kræftbehandlinger henblik på at forebygge postoperative metastaser. Den aktuelle udfordring er at identificere sikre og lovende behandlinger, der vil aktivere NK-celler i den perioperative periode og derved forhindrer etableringen af mikrometastatisk sygdom. Disse behandlinger skal nøje karakteriseret for sikkerhed og effekt i prækliniske dyremodeller og derefter oversat til omtanke designet kliniske forsøg.
Den primære forholdNale udvikle en mus tumor model af kirurgisk stress er at undersøge mekanismer for immunsuppression og metastatisk spredning efter operationen og evaluere innovative immunterapier med potentiale for fremtidig anvendelse i cancer-patienter, der gennemgår operation for at fjerne den primære tumor. For at opnå dette mål blev en 4T1 murine brystcarcinoma model kombineret med kirurgisk stress udvikles. Mens 4T1 cellelinien er en murin "brystcarcinom", er grund til at bruge denne cellelinie er reproducerbarheden af spontane metastaser, der giver os mulighed for at vurdere virkningerne af kirurgisk stress i en realistisk cancer model. I denne forbindelse er den faktiske oprindelse malignitet er mindre vigtig end metastatiske potentiale og tumor biologi. Den anden afgørende bestanddel af vores model er udviklingen af et dyr kirurgisk indgreb for at ligner human cancer kirurgi. I dette dyr kirurgisk stress-model, er den primære 4T1 bryst tumor fjernet efter det når 1 cm 3. Fordikræft operationer i menneskelige patienter medføre væsentlige immunsuppression, en åben abdomen nephrectomistatus i "kirurgisk stress" behandlingsgrupper er desuden udført. Som det sammenligner med mere konventionel tumorresektion i mennesker, den invasive karakter af en fuld venstre nefrektomi er meget sammenlignelig med mange typer af kirurgiske behandlinger for solid malignitet, herunder kirurgi for tarmkræft, kræft i æggestokkene, nyrekræft, kræft i bugspytkirtlen, lunge-og esophageal kræft. Desuden vil vi argumentere for, at de dybtgående fysiologiske ændringer, som opstår perioperativt, på grund laparotomi + nefrektomi, gengiver en tilstrækkelig overvældende fysiologiske forandringer, der sker efter invasiv kirurgi for de fleste faste maligniteter. For at kontrollere for perioperative faktorer, der kan føre til overdreven kirurgisk stress og dødelighed, varigheden af anæstesi og kirurgi og opretholde kroppens temperatur under operationen er præcist defineret. Alle disse parametre er præcist udføres end er defineret i vores kirurgi protokol at spejle rutine perioperative pleje i humane cancerpatienter.
Timingen af de perioperative behandlinger er en ekstra afgørende komponent i den perioperative redning model. 4T1 tumorbærende mus tidligere er blevet behandlet med 3 regimer af influenzavaccine: neoadjuvant (givet 5 dage før kirurgi), perioperativ (givet samme dag i kirurgi) og perioperativ + flerdosis (givet på dagen for operationen, efterfulgt af 2 yderligere doser givet 5 dages mellemrum). Bemærkelsesværdigt, alle 3 modes vaccine behandling faldt betydeligt lungemetastaser 22. Men influenzavaccine administreret perioperativt som en enkelt dosis reduceret metastaser mest effektivt. Kollektivt, fremhæve disse eksperimenter betydningen af den umiddelbare perioperative periode som et smalt terapeutisk vindue for at gribe ind i den metastatiske proces.
Perioperativ brug af innovative immunterapier såsom oncolytic virus og vacciner er udelukkende begrænset til vores forskergruppe. Vi viste for første gang, at perioperativ administration af nye onkolytisk ORF og vaccinia virus kan vende NK-celle undertrykkelse efter operation i dyremodeller 1. Vigtigere er det, denne redning af immunfunktion korrelerer med en reduktion i den postoperative dannelsen af metastaser. I humane studier, havde postoperative cancer kirurgi patienter reduceret NK-celle cytotoksicitet og perioperativ OV stiger markant NK-celle aktivitet hos kræftpatienter 1. Brug kommercielt tilgængelige forebyggende vacciner, viste vi, at perioperativ influenzavaccine administration betydeligt reduceret tumormetastaser og forbedret NK-celle cytotoksicitet i prækliniske tumormodeller. I humane studier, influenza vaccine væsentligt forbedret NK-celle aktivitet i raske donorer og cancer kirurgi patienter 22.
Mange tilgange bruges til at reducere cancis tilbagefald, herunder kemoterapi og stråling, men disse behandlinger er normalt administreres uger til måneder før (neoadjuverende) eller efter (adjuvans) kirurgi. Forskningen på dette område viser, at den umiddelbare postoperative periode, er afgørende for langsigtede tumor recidiv satser. Derfor kan de kliniske interventioner i form af immunterapier i denne kritiske periode har betydelige langsigtede fordele. Vore undersøgelser ved hjælp af en musemodel af spontan lunge metastase og kirurgisk stress giver en unik mulighed for at udforske nye behandlingsformer og bestemme deres potentiale til at forebygge perioperativ immunosuppression i cancer kirurgi patienter og dermed også reducere kræft tilbagefald satser.
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne ønsker dig at takke Kim Yates, Eileen Franklin og Rebecca Tjepkema (Animal Care og Veterinary Services, University of Ottawa) for at få hjælp med animalsk operationer. Lee-Hwa Tai understøttes af en Fonds de recherche santé Quebec Fellowship. Dette arbejde blev støttet af driftstilskud fra den canadiske Cancer Society Research Institute Innovation Grant, Ontario Ministeriet for Forskning og Udvikling Early Researcher Award, og canadiske Foundation for Innovation – Leaders Opportunity Grant til Rebecca Auer.
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Corning Cell-Gro | 10-013-CV | |
Inactivated Fetal Bovine Serum (FBS) | HyClone | SH30396.03 | |
Penicillin/Streptomycin | Gibco | 15070-063 | |
1X sterile Phosphate Buffered Saline (PBS) | Corning cell gro | 21-031-CV | |
Buprenorphine | Chiron, Guelph | RXN309968 | |
Isofluorane | Baxter Corp | 1001936040 | |
1/2 ultra-fine syringe | Terumo | 30 Gauge, SS05M3009 | |
9mm staples | Braintree | ACS BX | |
5-0 braided absorbable suture | Covidien | UL-202 | |
3-0 wax braided silk suture | Covidien | S-194 | |
Formalin | Fisher | SF100-20 | |
4T1 tumor cells | ATCC | CRL-2539 | |
BALB/c | Charles Rivers Labs | Strain Code:028 |