En musetumormodell av kirurgisk stress er brukt for å undersøke hvordan postoperativ immunsuppresjon fremmer metastatisk sykdom, og for å vurdere immunstimulerende perioperative terapier.
Kirurgisk reseksjon er en viktig behandling for de fleste kreftpasienter, men operasjonen induserer dysfunksjon av immunsystemet, og dette har vært knyttet til utvikling av metastatiske sykdommer i dyremodeller og hos kreftpasienter. Preklinisk arbeid fra vår gruppe og andre har vist en dyp undertrykkelse av medfødte immunforsvar, spesielt NK-celler i den postoperative perioden, og dette spiller en stor rolle i den forbedrede utvikling av metastaser etter operasjonen. Relativt få dyrestudier og kliniske studier har fokusert på å karakterisere og reversere de skadelige effektene av kreft kirurgi. Ved hjelp av en streng dyremodell av spontant metastasizing tumorer og kirurgisk stress, var forbedringen av kreft kirurgi på utviklingen av lungemetastaser demonstrert. I denne modellen er 4T1 brystkreftceller implantert i mus melkefettpute. På dag 14 post tumorimplantasjonen, er en fullstendig fjerning av den primære mammary tumor performed i alle dyr. En undergruppe av dyr mottar ytterligere kirurgisk stress i form av en abdominal nefrektomi. På dag 28, er lunge svulst knuter kvantifisert. Når immunterapi ble gitt umiddelbart preoperativt, ble en betydelig aktivering av immunceller som hindret utviklingen av metastaser etter kirurgi detekteres. Mens 4T1 bryst svulst kirurgi modellen gir mulighet for simulering av virkningene av abdominal kirurgisk stress på kreftmetastaser, trenger sin anvendbarhet til andre krefttyper som skal testes. Utfordringen nå er å identifisere trygge og lovende immunotherapies i prekliniske musemodeller og å oversette dem til levedyktige perioperative behandling som skal gis til kreftkirurgi pasienter for å hindre gjentakelse av metastatisk sykdom.
Kirurgi er en kritisk komponent i kurativ kreftbehandling av solide svulster, men til tross for komplett reseksjon, mange pasienter utvikler en metastatisk tilbakefall og til slutt dø av sin sykdom. I økende grad den postoperative periode, som et resultat av den fysiologisk stress respons til operasjon, inklusive blod koagulasjon, frigjøring av vekstfaktorer, og immun-suppresjon, er anerkjent som kritiske tid for utvikling av metastaser. Vår gruppe 1,2 og 3-5 andre har vist at den umiddelbare postoperative perioden er et unikt utsatt tid for dannelsen av metastaser.
En av de viktigste mekanismene som er ansvarlig for de prometastatic effekten av kirurgi er postoperativ dysfunksjon av Natural Killer (NK) celler 1-3. NK-celler er cytotoksiske lymfocytter av den medfødte immunsystemet som er involvert i kontroll av tumorvekst og metastaser 6. NK celle dysfunksjon etter operasjonen har blitt dokumentert in både menneskelige pasienter 1,7-9 og dyremodeller 1,10,11. Postoperativ NK celle undertrykkelse korrelerer med økt metastaser i dyremodeller av spontane og implantert metastaser 1,11-14, mens i studier på mennesker, er lav NK aktivitet under den perioperative perioden forbundet med en høyere forekomst av kreft tilbakefall og dødelighet 15,16.
Til tross for dette, er det i dag ingen kreft terapier spesifikt adresserer de prometastatic endringene som skjer umiddelbart etter kreft kirurgi. Den perioperative perioden representerer et terapeutisk vindu av muligheter i å gripe inn i metastatisk prosess. Mens tradisjonelle kreft behandlinger, for eksempel cytostatika, er ansett for giftig til å gis til pasienter utvinne fra større operasjon 17, immunterapi er ideelle kandidater for perioperativ administrasjon. Perioperativ bruk av rekombinant IL-2 og IFN-Î ³ har blitt utforsket in tidlig fase kliniske studier som viser sitt potensial for å forebygge postoperativ NK celle undertrykkelse og forbedre progresjonsfri overlevelse 18-21. Dessverre, har videreutvikling blitt hindret av toleranse av denne uspesifikke cytokinbehandling kombinert med en større operasjon 17. Virus er også potente uspesifikke aktivatorer av NK-celler. Våre undersøkelser har tidligere vist at preoperativ administrering av replikerende virus, slik som nye anti-kreft Oncolytic virus (OV), og nonreplicating virale vaksiner, slik som influensa-vaksine, kan inhibere kirurgi-indusert NK-celle dysfunksjon og attenuere metastatisk sykdom 1,22.
Den kirurgiske modellen beskrevet i denne artikkelen har tilrettelagt vår forståelse av mekanismene som er involvert i spredningen og veksten av kreftceller etter operasjonen, og tillater oss å utforske nye målrettede behandlingsformer som kan administreres i den perioperative perioden. For å oppnå dette målet, et dyrmodell av kirurgisk stress og spontan metastase dott utviklet. Modellen gjør bruk av musebrystcancer tumorer (BALB / c 4T1 -) som er i stand til spontant å metastasere fra den primære melkekjertlene til flere fjerntliggende områder i spesielt lungene. På dag 0, er brystkreftceller implantert i mus brystfettpute. På dag 14 post tumorimplantasjonen, er en fullstendig fjerning av den primære brysttumor utført i alle dyr. En undergruppe av dyr mottar ytterligere kirurgisk stress i form av en abdominal nefrektomi. På dag 28, lunge svulst knuter i kirurgisk stresset og ingen kirurgi kontroll mus sammenlignet er isolert og kvantifisert. I denne dyremodell av kreft og kirurgi, blir effekten av kirurgi på kreftmetastaser som studeres, og effekten av perioperativ behandling med innovative immunotherapies, inkludert replikere og nonreplicating viralt baserte immun-stimulerende midler blir testet for første gang.
Kirurgisk reseksjon er bærebjelken i terapi for pasienter med lokaliserte solide maligniteter. Selv med komplett reseksjon, mange pasienter utvikler en metastatisk tilbakefall og til slutt dø av sin sykdom. Den umiddelbare postoperative perioden gir et ideelt miljø for dannelsen av kreftmetastaser, modulert, i stor grad, ved postoperativ NK celle undertrykkelse. Til tross for dette, er det fortsatt et terapeutisk vindu som er i stor grad ignorert. Det er for tiden ingen standard perioperative anti-kreft terapier for å forebygge postoperative metastaser. Den aktuelle Utfordringen er å finne en sikker og lovende behandling som vil aktivere NK-celler i den perioperative perioden derved forhindrer etablering av micrometastatic sykdom. Disse behandlingene må være strengt preget for sikkerhet og effekt i prekliniske dyremodeller og deretter oversatt til nøye designede kliniske studier.
Den primære forholdetnale for å utvikle en mus svulst modell av kirurgisk stress er å utforske mekanismer av immunsuppresjon og metastatisk spredning etter operasjonen og å evaluere innovative immunotherapies med potensial for fremtidig bruk i kreftpasienter som gjennomgår kirurgi for å fjerne primærtumor. For å oppnå dette målet, ble en 4T1 murine brystkreft modell kombinert med kirurgisk stresset utviklet. Mens 4T1 cellelinje er et mus "brystkreft", grunnen til å bruke denne cellelinjen er reproduserbarheten av spontane metastaser som tillater oss å evaluere effekten av kirurgisk stress i en realistisk kreft modell. I denne sammenheng er det faktiske opprinnelsen av malignitet mindre viktig enn den metastatisk potensial og tumorbiologi. Den andre viktige komponenten i vår modell er utviklingen av et dyr kirurgisk inngrep for å ligne human cancer kirurgi. I dette dyret kirurgisk stresset modell, er den primære 4T1 bryst svulst fjernet etter at den når en cm 3. Fordikreft operasjoner i menneskelige pasienter innebære betydelig immunsuppresjon, en åpen abdomen nefrektomi i "kirurgisk stress" behandlingsgrupper er i tillegg utført. Som det sammenligner med mer konvensjonell tumorreseksjon hos mennesker, er svært sammenlignbare med mange typer kirurgiske behandlinger for solide maligniteter, inkludert kirurgi for kolorektal kreft, eggstokkreft, nyrekreft, bukspyttkjertelkreft, lungekreft og spiserørs invasiv natur en full venstre nefrektomi kreft. I tillegg vil vi hevde at de dyptgripende fysiologiske endringene som skjer perioperativt, på grunn av laparotomi + nefrektomi, tilstrekkelig reproduserer de overveldende fysiologiske endringene som skjer etter invasiv kirurgi for de fleste solide maligniteter. For å kontrollere for perioperative faktorer som kan føre til overdreven kirurgisk stress og dødelighet, varigheten av anestesi og kirurgi og opprettholde kroppstemperaturen under operasjonen er presist definert. Alle disse parameterne er nøyaktig utført end definert i vår kirurgi protokollen å speile rutine perioperativ omsorg i humane kreftpasienter.
Tidspunktet for den perioperative behandlinger er en ytterligere viktig bestanddel i den perioperative redningsmodellen. 4T1 tumor peiling mus har tidligere blitt behandlet med tre regimer av influensavaksine: neoadjuvant (gitt fem dager før operasjonen), perioperativ (gitt på samme dag som inngrepet) og perioperativ + multidose (gitt på operasjonsdagen, etterfulgt av to ytterligere doser gitt 5 dagers mellomrom). Bemerkelsesverdig, alle tre moduser av vaksine behandling betydelig redusert lungemetastaser 22. Men, influensa vaksine administreres perioperativt som en enkelt dose redusert metastaser mest effektivt. Sammen er disse eksperimentene markere betydningen av den umiddelbare perioperative periode som et smalt terapeutisk vindu for å gripe inn i metastatisk prosess.
Perioperativ bruk av innovative immunotherapies som oncolytic virus og vaksiner har utelukkende vært begrenset til vår forskningsgruppe. Vi viste for første gang at perioperativ administrering av nye onkolytisk ORF og vaccinia virus kan reversere NK celle undertrykkelse etter operasjonen i dyremodeller en. Enda viktigere er denne redning av immunfunksjonen korrelerer med en reduksjon i den postoperative dannelsen av metastaser. I studier på mennesker, hadde postoperative kreft kirurgi pasienter redusert NK celle cytotoksisitet og perioperativ OV øker markant NK celle aktivitet hos kreftpasienter en. Ved hjelp av kommersielt tilgjengelige profylaktiske vaksiner, viste vi at perioperativ influensavaksine administrasjon betydelig redusert tumor metastaser og forbedret NK celle cytotoksisitet i prekliniske tumormodeller. I studier på mennesker, influensavaksine betydelig forbedret NK celle aktivitet i friske mennesker givere og kreftkirurgi pasienter 22.
Mange tilnærminger brukes til å redusere canceh tilbakefall, inkludert kjemoterapi og stråling, men disse behandlingene er vanligvis administreres uker til måneder før (neoadjuvant) eller etter (adjuvant) kirurgi. Forskning på dette feltet viser at den umiddelbare postoperative perioden er avgjørende for å bestemme langsiktige svulst tilbakefall priser. Derfor kan kliniske intervensjoner i form av immunotherapies under denne kritiske perioden har betydelige langsiktige fordeler. Våre studier ved hjelp av en mus modell av spontan lungemetastasering og kirurgisk stresset gir en unik mulighet til å utforske nye behandlingsformer og bestemme deres potensial til å forebygge perioperativ immunsuppresjon i kreft kirurgi pasienter og dermed også redusere kreft tilbakefall priser.
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne ønsker du å takke Kim Yates, Eileen Franklin og Rebecca Tjepkema (Animal Care og Veterinary Services, University of Ottawa) for å få hjelp med dyre operasjoner. Lee-Hwa Tai er støttet av et Fonds de recherche Santé Quebec Fellowship. Dette arbeidet ble støttet av driftsstøtte fra den kanadiske Cancer Society Research Institute Innovasjon Grant, Ontario Ministry of Research and Development Tidlig Researcher Award, og kanadiske Foundation for innovasjon – Leader 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 |