Summary

Isolering af cirkulerende tumorceller i en ortotopisk musemodel af kolorektal cancer

Published: July 18, 2017
doi:

Summary

Vi beskriver etableringen af ​​ortotopiske kolorektale tumorer via injektion af tumorceller eller organoider i musens cecum og den efterfølgende isolering af cirkulerende tumorceller (CTC'er) fra denne model.

Abstract

På trods af fordelene ved let anvendelighed og omkostningseffektivitet har subkutane musemodeller alvorlige begrænsninger og simulerer ikke nøjagtigt tumorbiologi og tumorcelleformidling. Ortotopiske musemodeller er blevet introduceret for at overvinde disse begrænsninger; Imidlertid er sådanne modeller teknisk krævende, især i hule organer som tyktarmen. For at producere ensartede tumorer, som pålideligt vokser og metastaserer, er standardiserede teknikker til fremstilling af tumorceller og injektion kritiske.

Vi har udviklet en orthotopisk musemodel af kolorektal cancer (CRC), der udvikler stærkt ensartede tumorer og kan anvendes til tumorbiologi studier samt terapeutiske forsøg. Tumorceller fra enten primære tumorer, 2 -dimensionelle (2D) cellelinier eller 3-dimensionelle (3D) organoider injiceres i cecum og afhænger af metastatiske potentialer af de injicerede tumorceller danner stærkt metastaserede tumorer. Desuden,CTC'er findes regelmæssigt. Her beskriver vi teknikken for tumorcellepræparation fra både 2D-cellelinier og 3D-organoider såvel som primær tumorvæv, kirurgiske og injektionsteknikker samt isolering af CTC'er fra de tumorbærende mus og aktuelle tips til fejlfinding.

Introduction

Kolorektal cancer (CRC) er en af ​​de mest almindelige årsager til kræftdød i de vestlige lande. 1 Mens den primære tumor ofte kan resekteres, forværrer fjerntliggende metastaser dramatisk prognosen og fører ofte til døden. 2 , 3 Den biologiske korrelat af metastase er cirkulerende tumorceller (CTC'er), som løsner fra tumoren, overlever i omløb, fastgøres til epitelet i målorganet, invaderer orgelet og i sidste ende vokser ud til nye læsioner. 4 Selvom CTCs er kendt for at være af prognostisk relevans, er deres biologi kun delvis forstået som følge af deres ekstreme sjældenhed i CRC, 5 , 6 , 7 , 8 , 9 . 10

Musemodeller er en kraftig tOol at studere forskellige aspekter af kræftbiologi. Klassiske subkutane tumormodeller fremstilles ved subkutan injektion af tumorceller i modtagermus, som kan være enten immunokompetente (hvis syngene murine tumorceller anvendes) eller immunodeficient. Subkutane tumormodeller er billige og producerer data hurtigt; Deres slutpunkt tumor vækst kan let og ikke-invasivt måles. Imidlertid mislykkes 88% af de nye forbindelser, der har påvist antitumoraktivitet i sådanne modeller i kliniske forsøg. 11 Dette skyldes dels forskelle mellem mennesker og mus; En stor del af dette svigt skyldes imidlertid den lave prædiktive værdi af subkutane musemodeller.

Ortotopiske musemodeller, hvor tumorcellerne injiceres i oprindelsesorganet og således vokser i deres oprindelige mikromiljø, anvendes derfor i stigende grad i kræftforskning. 11 , 12 , </sUp> 13 , 14 Ortotopiske modeller simulerer ikke kun lokale tumorvækstbetingelser; Som et resultat af det anatomisk korrekte sted for tumorvækst tillader orthotopiske musemodeller også realistisk simulering af metastase og bruges derfor til at studere CTC biologi 8 , 15 , 16 eller deres respons på forskellige behandlinger i CRC. 13 , 17

En stor ulempe ved orthotopiske musemodeller er deres tekniske kompleksitet. Afhængigt af orglet, hvor cellerne skal injiceres, er læringskurven indtil eksperimenten i stand til at inducere reproducerbare tumorer ret lang. Dette gælder især for kolorektale kræftmodeller, da tumorcellerne skal injiceres i tarmvæggen, hvilket ofte resulterer i perforering, tumorcellelækage eller endoluminalt tumorcelletab. DetRticle er beregnet til at beskrive fremgangsmåden til cellepræparation fra primære vævsprøver, 2D cellelinier og 3D organoid kultur og deres injektion i cecum af mus. Teknikken beskrevet her fører til stærkt ensartede tumorer og afhænger af tumorbiologien af ​​den cellelinie, der anvendes til injektion, reproducerbar dannelse af fjerne metastaser og CTC'er i modtagermuserne. 15

Protocol

De dyreforsøg, der blev præsenteret her, blev uafhængigt gennemgået og godkendt af en institutionel og en offentlig dyrepleje- og brugskomité og blev udført i henhold til retningslinjerne for FELASA ( Federation of Laboratory Animal Science Associations ). Alle mulige foranstaltninger blev truffet for at minimere lidelse, herunder anæstesi og analgesi eller om nødvendigt for tidlig eutanasi. 1. Fremstilling af celler og organoider BEMÆRK: Brug et …

Representative Results

Den succesrige og reproducerbare generation af kolorektale tumorer i denne model afhænger kritisk af nøjagtig injektion af cellerne uden spild eller lækage. Hvis dette opnås, er denne model ekstremt pålidelig og resulterer meget sjældent i kunstig peritoneal formidling. Vækstkinetikken af ​​tumorerne såvel som deres spredningsmønstre afhænger af biologien af ​​de anvendte organoider og celler. 15 Mens HCT116-celler pålideligt metastaserer til le…

Discussion

På trods af deres præklinisk dokumenterede aktivitet i subkutane musemodeller fejler det store flertal af nye forbindelser i kliniske forsøg og når aldrig klinikken. 11 Denne åbenlyse mangel på subkutane musemodeller til nøjagtigt at simulere tumorens biologi og vækstmønstre har ført til udviklingen af ​​orthotopiske musemodeller baseret på injektion af tumorceller direkte ind i det oprindelige organ.

Ortotopiske musemodeller er i stand til at simulere …

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbejde blev støttet af den tyske forskningsstiftelse (WE 3548 / 4-1) og Roland-Ernst-Stiftung für Gesundheitswesen (1/14).

Materials

Cell culture Media and Components
Advanced DMEM F12 Invitrogen 12634010 DMEM/ F12 +++ medium
HEPES (1 M) Life Technologies GmbH 15630056 DMEM/ F12 +++ medium
Glutamax-I Supplement (200 mM) Life Technologies GmbH 35050038 DMEM/ F12 +++ medium
Penicillin/Streptomycin (PenStrep) Life Technologies GmbH 15140122 DMEM/ F12 +++ medium
DMEM Life Technologies GmbH 61965026 basic medium of 2D cell lines (DMEM/10%FCS)
Fetal Calf Serum (FCS) BIOCHROM AG S 0115 basic medium of 2D cell lines (DMEM/10%FCS)
TrypLE Express enzymatic dissociation buffer Life Technologies GmbH 12604021
Matrigel basement membrane matrix (BMM, phenol red free) CORNING B.V. Life Sciences 356231
Dulbecco's Phosphate Buffered Saline Life Technologies GmbH 14190169
Trypsin-EDTA (0,25%, Phenol-Red) Life Technologies GmbH 25200072
6-/48-well plates with lid CORNING 3516/3548
cell culture flask 75cm², 250 mL VWR International GmbH 734-2066
cell culture flask 150cm², 600 mL Corning B.V. Life Sciences 355001
Eppendorf tubes 1,5 mL / 2 mL Sarstedt AG & Co. 72.706.400/ 72.695.400
15 ml, 50 ml centrifuge tubes Greiner-Bio-One GmbH 188271/227270
TC10 Counting Slides (for TC20 Counting Machine) Bio-Rad Laboratories GmbH 1450016
Pasteur pipettes (glass, 150 mm) Fisher Scientific GmbH 11546963/ FB50251 thinly pulled by using a bunsen burner
gentleMACS Dissociator Miltenyi Biotec 130-093-235 for primary tumor tissue preparation
MACSmix Tube Rotator Miltenyi Biotec 130-090-753 for primary tumor tissue preparation
gentleMACS C Tubes Miltenyi Biotec 130-093-237 for primary tumor tissue preparation
Human Tumor Dissociation Kit Miltenyi Biotec 130-095-929 for primary tumor tissue preparation
Falcon 70µm Cell Strainer Corning B.V. Life Sciences 352350 for primary tumor tissue preparation
Name Company Catalog Number Comments
Surgical Equipment
Sevoflurane AbbVie Germany GmbH & Co. KG
Medical oxygen Air Liquide Medical GmbH
Buprenorphine Temgesic
Bepanthen – opthalmic ointment Bayer Vital GmbH 10047757
Normal saline 0.9% (E154) Serumwerk Bernburg AG 10013
Aqua ad injectabilia Braun 235144
1 mL Syringe (without dead volume) – Injekt-F SOLO Braun/neoLab 194291661
30G injection needle BECTON DICKINSON 304000
cellulose swabs Lohmann & Rauscher Deutschland 13356
Micro-Adson Forceps FST – Fine Science Tools 11018-12
Iris Scissor – ToughCut FST – Fine Science Tools 14058-11
Olsen-Hegar Needle Holder FST – Fine Science Tools 12002-12
AutoClip Kit FST – Fine Science Tools 12020-00
PDS Z1012H 6/0 C1 (surgical suture) Johnson & Johnson Medical GmbH Z1012H
Table Top Research Anesthesia Machine w/O2 Flush and a Sevoflurane Vaporizer Parkland Scientific V3000PS/PK
UltraMicro Pump with Micro4 Controller World Precision Instruments UMP3-4 equipment for highly controlled orthotopic injection
Footswitch for SYS-Micro4 Controller World Precision Instruments 15867 equipment for highly controlled orthotopic injection
Three-axis Manual Micromanipulator World Precision Instruments M325 equipment for highly controlled orthotopic injection
Magnetic Stand for Micromanipulator World Precision Instruments M10 equipment for highly controlled orthotopic injection
Steel Base Plate for M10 Magnetic Stand World Precision Instruments 5479 equipment for highly controlled orthotopic injection
Hot Plate 062 Labotect 13854
Isis – Hair shaver AESCULAP – Braun
Binocular Surgical Microscope Parkland Scientific VS-2Z
Name Company Catalog Number Comments
CTC isolation
EDTA Roth 8040.1
Density gradient medium – Ficoll StemCell – Lymphoprep 7801
Alexa Fluor 488 anti-human CD326 (EpCAM) Antibody clone 9C4 BioLegend 324210
Alexa Fluor 488 anti-mouse CD326 (EpCAM) Antibody clone G8.8 BioLegend 118210
Petri Dish, ø 60 x 15 mm, 21 cm², Vent Greiner bio-one 628102
Fluorescence Cell Culture Microscope Leica
Transferman 4r Micromanipulator Eppendorf
CellTram Air Eppendorf aspiration pump connected to the micromanipulator
Dmz Universal Microelectrode Puller Dagan Corporation required for the manufacturing of micro capillaries for single cell aspiration
Prism Glass Capillaries Dagan Corporation
PAP pen Abcam ab2601
Dulbecco's Phosphate Buffered Saline Life Technologies GmbH 14190169 picking buffer
Fetal Calf Serum (FCS) BIOCHROM AG S 0115 picking buffer
Penicillin/Streptomycin (PenStrep) Life Technologies GmbH 15140122 picking buffer
EDTA Roth 8040.1 picking buffer
Name Company Catalog Number Comments
Immunohistochemistry
Purified anti-human CD326 (EpCAM) antibody clone 9C4 BioLegend 324201 EpCAM immunohistochemistry (cf, fig 2C)
HRP rabbit anti-mouse IgG Abcam ab97046 EpCAM immunohistochemistry (cf, fig 2C)

References

  1. Siegel, R. L., Miller, K. D., Jemal, A. Cancer statistics, 2016. CA Cancer J Clin. 66 (1), 7-30 (2016).
  2. Weitz, J., Koch, M., Debus, J., Höhler, T., Galle, P. R., Büchler, M. W. Colorectal cancer. Lancet. 365 (9454), 153-165 (2005).
  3. Schölch, S., et al. Circulating tumor cells of colorectal cancer. Cancer Cell Microenviron. 1 (5), (2014).
  4. Steinert, G., Schölch, S., Koch, M., Weitz, J. Biology and significance of circulating and disseminated tumour cells in colorectal cancer. Langenbecks Arch Surg. 397 (4), 535-542 (2012).
  5. Bork, U., et al. Prognostic relevance of minimal residual disease in colorectal cancer. World J Gastroenterol. 20 (30), 10296-10304 (2014).
  6. Bork, U., et al. Circulating tumour cells and outcome in non-metastatic colorectal cancer: a prospective study. Br J Cancer. 112 (8), 1306-1313 (2015).
  7. Rahbari, N. N., et al. Compartmental differences of circulating tumor cells in colorectal cancer. Ann Surg Oncol. 19 (7), 2195-2202 (2012).
  8. Rahbari, N. N., et al. Metastatic Spread Emerging From Liver Metastases of Colorectal Cancer: Does the Seed Leave the Soil Again?. Ann Surg. 263 (2), 345-352 (2016).
  9. Rahbari, N. N., et al. Meta-analysis shows that detection of circulating tumor cells indicates poor prognosis in patients with colorectal cancer. Gastroenterology. 138 (5), 1714-1726 (2010).
  10. Steinert, G., et al. Immune Escape and Survival Mechanisms in Circulating Tumor Cells of Colorectal Cancer. Cancer Res. 74 (6), 1694-1704 (2014).
  11. Sharpless, N. E., Depinho, R. A. The mighty mouse: genetically engineered mouse models in cancer drug development. Nat Rev Drug Discov. 5 (9), 741-754 (2006).
  12. Roper, J., Hung, K. E. Priceless GEMMs: genetically engineered mouse models for colorectal cancer drug development. Trends Pharmacol Sci. 33 (8), 449-455 (2012).
  13. Schölch, S., et al. Radiotherapy combined with TLR7/8 activation induces strong immune responses against gastrointestinal tumors. Oncotarget. 6 (7), 4663-4676 (2015).
  14. Schölch, S., Rauber, C., Weitz, J., Koch, M., Huber, P. E. TLR activation and ionizing radiation induce strong immune responses against multiple tumor entities. Oncoimmunology. 4 (11), e1042201 (2015).
  15. Schölch, S., et al. Circulating tumor cells exhibit stem cell characteristics in an orthotopic mouse model of colorectal cancer. Oncotarget. 7 (19), 27232-27242 (2016).
  16. Nanduri, L. K., García, S., Weitz, J., Schölch, S. Mouse Models of Colorectal Cancer-Derived Circulating Tumor Cells. Med Chem (Los Angeles). 6 (7), 497-499 (2016).
  17. van Noort, V., et al. Novel Drug Candidates for the Treatment of Metastatic Colorectal Cancer through Global Inverse Gene-Expression Profiling. Cancer Res. 74 (20), 5690-5699 (2014).
  18. Sato, T., et al. Long-term expansion of epithelial organoids from human colon, adenoma, adenocarcinoma, and Barrett’s epithelium. Gastroenterology. 141 (5), 1762-1772 (2011).
  19. Boj, S. F., et al. Organoid models of human and mouse ductal pancreatic cancer. Cell. 160 (1-2), 324-338 (2015).
  20. Gao, D., et al. Organoid cultures derived from patients with advanced prostate cancer. Cell. 159 (1), 176-187 (2014).
  21. Ito, M., et al. NOD/SCID/gamma(c)(null) mouse: an excellent recipient mouse model for engraftment of human cells. Blood. 100 (9), 3175-3182 (2002).
  22. Simon, M. M., et al. A comparative phenotypic and genomic analysis of C57BL/6J and C57BL/6N mouse strains. Genome Biol. 14 (7), R82 (2013).
  23. Kalish, S., et al. C57BL/6N Mice Are More Resistant to Ehrlich Ascites Tumors Than C57BL/6J Mice: The Role of Macrophage Nitric Oxide. Med Sci Monit Basic Res. 21, 235-240 (2015).
  24. Tseng, W., Leong, X., Engleman, E. Orthotopic mouse model of colorectal cancer. J Vis Exp. (10), e484 (2007).
  25. Roper, J., et al. Combination PI3K/MEK inhibition promotes tumor apoptosis and regression in PIK3CA wild-type, KRAS mutant colorectal cancer. Cancer Lett. 347 (2), 204-211 (2014).
  26. Coffee, E. M., et al. Concomitant BRAF and PI3K/mTOR blockade is required for effective treatment of BRAF(V600E) colorectal cancer. Clin Cancer Res. 19 (10), 2688-2698 (2013).
  27. Belmont, P. J., et al. Resistance to dual blockade of the kinases PI3K and mTOR in KRAS-mutant colorectal cancer models results in combined sensitivity to inhibition of the receptor tyrosine kinase EGFR. Sci Signal. 7 (351), ra107 (2014).
  28. Hung, K. E., et al. Development of a mouse model for sporadic and metastatic colon tumors and its use in assessing drug treatment. Proc Natl Acad Sci USA. 107 (4), 1565-1570 (2010).
  29. Wang, F., Johnson, R. L., Snyder, P. W., DeSmet, M. L., Fleet, J. C. An Inducible, Large-Intestine-Specific Transgenic Mouse Model for Colitis and Colitis-Induced Colon Cancer Research. Dig Dis Sci. 61 (4), 1069-1079 (2016).
  30. Xue, Y., Johnson, R., Desmet, M., Snyder, P. W., Fleet, J. C. Generation of a transgenic mouse for colorectal cancer research with intestinal cre expression limited to the large intestine. Mol Cancer Res. 8 (8), 1095-1104 (2010).
  31. Tetteh, P. W., et al. Generation of an inducible colon-specific Cre enzyme mouse line for colon cancer research. Proc Natl Acad Sci USA. 113 (42), 11859-11864 (2016).
check_url/fr/55357?article_type=t

Play Video

Citer Cet Article
Kochall, S., Thepkaysone, M., García, S. A., Betzler, A. M., Weitz, J., Reissfelder, C., Schölch, S. Isolation of Circulating Tumor Cells in an Orthotopic Mouse Model of Colorectal Cancer. J. Vis. Exp. (125), e55357, doi:10.3791/55357 (2017).

View Video