Un modèle de rat Sprague Dawley d’ostéosarcome orthotopique syngénique avec amputation pour contrôler le taux de métastases
Summary
Ici, une implantation orthotopique syngénique suivie d’une procédure d’amputation de l’ostéosarcome avec métastases pulmonaires spontanées pouvant être utilisée pour l’investigation préclinique de la biologie des métastases et le développement de nouvelles thérapies est décrite.
Abstract
L’avancée la plus récente dans le traitement de l’ostéosarcome (SG) s’est produite dans les années 1980, lorsqu’il a été démontré que la chimiothérapie multi-agents améliorait la survie globale par rapport à la chirurgie seule. Pour résoudre ce problème, l’objectif de l’étude est d’affiner un modèle moins connu de SG chez le rat avec une approche chirurgicale histologique, d’imagerie, biologique, d’implantation et d’amputation complète qui prolonge la survie. Nous avons utilisé un modèle de rat syngénique Sprague-Dawley (SD) immunocompétent et consanguin avec une lignée cellulaire UMR106 OS implantée (provenant d’un rat SD) avec des implants de tumeur tibiale orthotopique chez des rats mâles et femelles âgés de 3 semaines pour modéliser la SG pédiatrique. Nous avons constaté que les rats développent des tumeurs pulmonaires primaires et métastatiques reproductibles, et que les amputations de membres à 3 semaines après l’implantation réduisent considérablement l’incidence des métastases pulmonaires et préviennent les décès inattendus. Histologiquement, les SYSTÈMES primaires et métastatiques chez le rat étaient très similaires à ceux de la SG humaine. En utilisant des méthodes d’immunohistochimie, l’étude montre que la SG du rat est infiltrée par des macrophages et des cellules T. Une étude de l’expression protéique des cellules OS révèle que ces tumeurs expriment des kinases de la famille ErbB. Étant donné que ces kinases sont également fortement exprimées dans la plupart des systèmes d’exploitation humains, ce modèle de rat pourrait être utilisé pour tester les inhibiteurs de la voie ErbB pour le traitement.
Introduction
L’ostéosarcome (SG) est la tumeur osseuse primaire la plus courante chez les enfants, les adolescents et les jeunes adultes. L’avancée la plus récente dans le traitement de la SG a eu lieu dans les années 1980, lorsqu’il a été démontré que la chimiothérapie multi-agents améliorait la survie globale par rapport à la chirurgie seule1. La SG se développe au cours d’une croissance osseuse rapide, se produisant généralement dans les os tubulaires longs tels que le fémur, le tibia et l’humérus. Ils sont caractérisés par un aspect ostéolytique, ostéoblastique ou mixte avec une réaction périostée notable2. La chimiothérapie et la résection chirurgicale peuvent améliorer les résultats pour les patients ayant une survie à 5 ans pour 65% des patients2,3. Malheureusement, les patients atteints de SG de haut grade atteints d’une maladie métastatique ont une survie de 20%. La SG envahit la région et métastase principalement dans les poumons ou d’autres os et est plus répandue chez les hommes. Le besoin le plus impérieux pour ces jeunes patients est une nouvelle thérapie qui prévient et élimine la viabilité des métastases à distance.
Des modèles précliniques de SG ont été examinés4,5,6,7et peu de modèles immunocompétents disponibles utilisant l’amputation de la SG orthotopique ont été développés. En 2000, un modèle important a été développé en utilisant des souris BALB/c avec OS syngénique orthotopique et amputation8. Par rapport à ce modèle murin, le modèle de rat est basé sur des animaux génétiquement élevés et 10 fois plus gros, ce qui présente certains avantages. Le modèle UMR106 du rat a été développé à partir d’une SG induite par 32P chez un rat Sprague Dawley (SD), qui a été dérivé dans une lignée cellulaire9. En 2001, l’implantation orthotopique d’UMR106-01 a été décrite pour la première fois dans des tibias implantés de souris athymiques présentant un développement tumoral primaire rapide et cohérent et des caractéristiques radiologiques et histologiques en commun avec la SG chez l’homme. Des métastases pulmonaires se sont développées et dépendaient du placement orthotopique d’UMR106 dans le microenvironnement osseux10. En 2009, Yu et al.11 ont établi un modèle reproductible de rat OS du fémur orthotopique en utilisant des cellules UMR106 chez des rats SD mâles plus grands. Les implantations tumorales réussies et le taux de métastases pulmonaires chez le rat sans amputation étaient similaires aux données présentées ici. Dans cette étude, une amputation supplémentaire au modèle utilisant de jeunes rats a été effectuée, ce qui suggère que le moment de l’ablation de la tumeur primaire est crucial dans la modélisation de la SG, en particulier en ce qui concerne la progression métastatique. Grâce à ce raffinement, l’amputation et l’imagerie in vivo améliorent ce modèle pour les études précliniques d’évaluation des nouveaux médicaments pour la SG.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les rats porteurs d’implants tibias OS développent des tumeurs mesurables 3 semaines après l’implantation. Si les membres avec des tumeurs sont amputés 3 semaines après l’implantation, l’incidence des métastases pulmonaires est considérablement réduite. Les systèmes d’exploitation sont à la fois ostéolytiques et ostéoblastiques. Les rats sans amputation développent des métastases pulmonaires multiples et de taille variable, observées par radiographie ou lors de la nécropsie 7 semaines après l’…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Financement des NIH par le National Cancer Institute, subvention # CA228582. Shun Ishiyama reçoit actuellement une subvention de Toray Medical Co., Ltd.
Materials
| AKT | Cell Signaling TECHNOLOGY | 4685S | |
| absorbable suture | Ethicon | J214H | |
| β-actin | SANTA CRUZ BIOTECHNOLOGY | sc-47778 | |
| β2-AR antibody | SANTA CRUZ BIOTECHNOLOGY | sc-569 | replaced by β2-AR (E-3): sc-271322 |
| Bis–Tris gels | Thermo Fisher | NP0321PK2 | |
| Buprenorphine SR Lab | ZooPharm | IZ-70000-201908 | |
| CD3 antibody | Dako | #A0452 | |
| CD68 antibody | eBioscience | #14-0688-82 | |
| Chemiluminescent substrate | cytiva | RPN2232 | |
| CL-Xposure film | Thermo Fisher | 34089 | |
| Complete Anesthesia System | EVETEQUIP | 922120 | |
| diaminobenzidine | VECTOR LABORATORIES | SK-4100 | |
| Doxorubicin | Actavis | NDC 45963-733-60 | |
| EGFR antibody | SANTA CRUZ BIOTECHNOLOGY | sc-03 | replaced by EGFR (A-10): sc-373746 |
| ERBB2 antibody | SANTA CRUZ BIOTECHNOLOGY | sc-284 | replaced by Neu (3B5): sc-33684 |
| ERBB4 antibody | SANTA CRUZ BIOTECHNOLOGY | sc-283 | replaced by ErbB4 (C-7): sc-8050 |
| ERK antibody | SANTA CRUZ BIOTECHNOLOGY | sc-514302 | |
| eye lubricant | PHARMADERM | NDC 0462-0211-38 | |
| Hamilton syringe (100 µL) | Hamilton | Model 1710 SN SYR | |
| horseradish peroxidase-linked secondary antibody | cytiva | NA934 | |
| HRP polymer detection kit | VECTOR LABORATORIES | MP-7401 | |
| HRP polymer detection kit | VECTOR LABORATORIES | MP-7402 | |
| isoflurane | BUTLER SCHEIN | NDC 11695-6776-2 | |
| isoflurane vaporizer | EVETEQUIP | 911103 | |
| UMR-106 cell | ATCC | CRL-1661 | |
| X-ray | Faxitron | UltraFocus | |
| X-ray processor | Hope X-Ray Peoducts Inc | MicroMax X-ray Processor | Hope Processors are not available in USA anymore |
| wound clips | BECTON DICKINSON | 427631 |
References
- Link, M. P., et al. The effect of adjuvant chemotherapy on relapse-free survival in patients with osteosarcoma of the extremity. New England Journal of Medicine. 314 (25), 1600-1606 (1986).
- Bielack, S. S., et al. Prognostic factors in high-grade osteosarcoma of the extremities or trunk: an analysis of 1,702 patients treated on neoadjuvant cooperative osteosarcoma study group protocols. Journal of Clinical Oncology. 20 (3), 776-790 (2002).
- Botter, S. M., Neri, D., Fuchs, B. Recent advances in osteosarcoma. Current Opinion in Pharmacology. 16, 15-23 (2014).
- Ek, E. T. H., Dass, C. R., Choong, P. F. M. Commonly used mouse models of osteosarcoma. Critical Reviews in Oncology Hematology. 60 (1), 1-8 (2006).
- Guijarro, M. V., Ghivizzani, S. C., Gibbs, C. P. Animal models in osteosarcoma. Frontiers Oncology. 4, 189 (2014).
- Janeway, K. A., Walkley, C. R. Modeling human osteosarcoma in the mouse: From bedside to bench. Bone. 47 (5), 859-865 (2010).
- Mohseny, A. B., Hogendoorn, P. C., Cleton-Jansen, A. M. Osteosarcoma models: from cell lines to zebrafish. Sarcoma. 2012, 417271 (2012).
- Khanna, C., et al. An orthotopic model of murine osteosarcoma with clonally related variants differing in pulmonary metastatic potential. Clinical & Experimental Metastasis. 18 (3), 261-271 (2000).
- Martin, T. J., et al. Parathyroid hormone-responsive adenylate cyclase in induced transplantable osteogenic rat sarcoma. Nature. 260 (5550), 436-438 (1976).
- Fisher, J. L., Mackie, P. S., Howard, M. L., Zhou, H., Choong, P. F. The expression of the urokinase plasminogen activator system in metastatic murine osteosarcoma: an in vivo mouse model. Clinical Cancer Research. 7 (6), 1654-1660 (2001).
- Yu, Z., et al. Establishment of reproducible osteosarcoma rat model using orthotopic implantation technique. Oncology Reports. 21 (5), 1175-1180 (2009).
- Zhang, P., et al. Homologous mesenchymal stem cells promote the emergence and growth of pulmonary metastases of the rat osteosarcoma cell line UMR-106. Oncology Letters. 8 (1), 127-132 (2014).
- Gabrielson, K., et al. Heat shock protein 90 and ErbB2 in the cardiac response to doxorubicin injury. Recherche en cancérologie. 67 (4), 1436-1441 (2007).
- Sysa-Shah, P., et al. Bidirectional cross-regulation between ErbB2 and β-adrenergic signalling pathways. Cardiovascular Research. 109 (3), 358-373 (2016).
- Wachtman, L. M., Browning, M. D., Bedja, D., Pin, S., Gabrielson, K. L. Validation of the use of long-term indwelling jugular catheters in a rat model of cardiotoxicity. Journal of American Association Laboratory Animal Science. 45, 55-64 (2006).
- Abdou, A. G., et al. The Prognostic role of Ezrin and HER2/neu expression in osteosarcoma. Applied Immunohistochemistry & Molecular Morphology. 24 (5), 355-363 (2016).
- Hughes, D. P., Thomas, D. G., Giordano, T. J., McDonagh, K. T., Baker, L. H. Essential erbB family phosphorylation in osteosarcoma as a target for CI-1033 inhibition. Pediatric Blood & Cancer. 46 (5), 614-623 (2006).
- Wen, Y. H., et al. Epidermal growth factor receptor in osteosarcoma: expression and mutational analysis. Human Pathology. 38 (8), 1184-1191 (2007).
- Khanna, C., et al. Toward a drug development path that targets metastatic progression in osteosarcoma. Clinical Cancer Research. 20 (16), 4200-4209 (2014).
