מודל עכברוש אוסטאוסרקומה סנגנית אורתוטופית עם קטיעה כדי לשלוט בקצב גרורות
Summary
כאן, השתלה אורתוטופית סינגנית ואחריה הליך קטיעה של אוסטאוסרקומה עם גרורות ריאות ספונטניות שניתן להשתמש בהן לחקירה פרה-קלינית של ביולוגיה גרורות ופיתוח של טיפולים חדשניים מתואר.
Abstract
ההתקדמות האחרונה בטיפול באוסטאוסרקומה (OS) התרחשה בשנות השמונים כאשר הוכח כי כימותרפיה רב-גורמית משפרת את ההישרדות הכללית בהשוואה לניתוח בלבד. כדי לטפל בבעיה זו, מטרת המחקר היא לחדד מודל פחות ידוע של מערכת ההפעלה בחולדות עם גישה היסטולוגית מקיפה, הדמיה, ביולוגית, השתלה וקטיעה כירורגית המאריכה את ההישרדות. השתמשנו במודל עכברושים אימונו-תחרותי, מלידה ספראג-דולי (SD), מודל חולדה סינגנית עם קו תאים מושתל של מערכת ההפעלה UMR106 (שמקורו בחולדה SD) עם שתלי גידול טיבי אורתוטופיים לחולדות זכר ונקבה בנות 3 שבועות כדי לדגמן מערכת הפעלה לילדים. מצאנו שחולדות מפתחות גידולי ריאות ראשוניים ומדסטטיים ניתנים לשחזור, וכי קטיעות גפיים בגיל 3 שבועות לאחר ההשתלה מפחיתות באופן משמעותי את שכיחות גרורות הריאות ומונעות מקרי מוות בלתי צפויים. מבחינה היסטולוגית, מערכות ההפעלה העיקריות והמטאסטטיות בחולדות היו דומות מאוד למערכת ההפעלה האנושית. סקר ביטוי חלבון של תאי מערכת ההפעלה מגלה כי גידולים אלה מבטאים קינאזים משפחתיים של ErbB. מאז קינאז אלה באים לידי ביטוי גם ב- OSs האנושי ביותר, מודל חולדה זה יכול לשמש כדי לבדוק מעכבי מסלול ErbB לטיפול.
Introduction
אוסטאוסרקומה (OS) הוא הגידול העיקרי הנפוץ ביותר בעצמות אצל ילדים, מתבגרים ומבוגרים צעירים. ההתקדמות האחרונה בטיפול במערכת ההפעלה התרחשה בשנות השמונים כאשר הוכח כי כימותרפיה רב-גורמית משפרת את ההישרדות הכללית בהשוואה לניתוחלבדו 1. מערכת ההפעלה מתפתחת במהלך צמיחת עצם מהירה, המתרחשת בדרך כלל בעצמות צינוריות ארוכות כגון עצם הירך, השוקה, עצם הרחם. הם מאופיינים במראה אוסטיאוליטי, אוסטאובלסטי או מעורב עם תגובה periosteal בולט2. כימותרפיה וחתך כירורגי יכול לשפר את התוצאה עבור חולים עם הישרדות של 5 שנים עבור 65% מהחולים2,3. למרבה הצער, חולי מערכת הפעלה ברמה גבוהה עם מחלה גרורתית יש 20% הישרדות. מערכת ההפעלה פולשת באופן אזורי וגורמת גרורות בעיקר לריאות או לעצמות אחרות והיא נפוצה יותר אצל גברים. הצורך המשכנע ביותר עבור חולים צעירים אלה הוא טיפול חדשני המונע ומבטל את הכדאיות של גרורות רחוקות.
מודלים פרה-קליניים של מערכת ההפעלה נבדקו4,5,6,7 ומעט דגמים חיסוניים זמינים באמצעות כריתה של מערכת ההפעלה האורתוטופית פותחו. בשנת 2000 פותח דגם חשוב באמצעות עכברי BALB/c עם מערכת הפעלה סינגנית אורתוטופית וקטיעה8. בהשוואה למודל העכבר הזה, מודל החולדות מבוסס על בעלי חיים גדולים פי 10 מהמובילים ליתרונות מסוימים. מודל UMR106 החולדה פותח מערכת הפעלה המושרה 32P בחולדה ספראג דולי (SD), אשר נגזר לתוך קו תא9. בשנת 2001, השתלה אורתוטופית של UMR106-01 תוארה לראשונה בשוקה מושתלת של עכברים אתימיים עם התפתחות גידול ראשונית מהירה ועקבית ותכונות רדיולוגיות, היסטולוגיות במשותף עם מערכת ההפעלה בבני אדם. גרורות ריאתיות התפתחו והיו תלויות במיקום האורתופולוגי של UMR106 לתוך מיקרו-סביבה בעצמות10. בשנת 2009, יו ואח‘ 11 הקים מודל עכברוש עצם הירך האורתוטופית לשחזור באמצעות תאי UMR106 בחולדות SD זכריות גדולות יותר. השתלות הגידול המוצלחות וקצב גרורות הריאות בחולדות ללא קטיעה היו דומים לנתונים שהוצגו כאן. במחקר זה בוצעה קטיעה נוספת למודל באמצעות חולדות צעירות, מה שהציע כי התזמון של הסרת הגידול העיקרי הוא קריטי בדוגמנות מערכת ההפעלה, הקשורה במיוחד להתקדמות גרורתית. עם עידון זה, קטיעה והדמיה in vivo לשפר את המודל הזה עבור מחקרים פרה קליניים להערכת תרופות חדשניות עבור מערכת ההפעלה.
Protocol
Representative Results
Discussion
חולדות עם שתלים טיביים של מערכת ההפעלה מפתחות גידולים מדידים ב-3 שבועות לאחר ההשתלה. אם גפיים עם גידולים נקטעים 3 שבועות לאחר ההשתלה, השכיחות של גרורות ריאות מופחתת באופן משמעותי. מערכות יס הן אוסטיאולטיות ואוסטאובלסטיות. חולדות ללא קטיעה לפתח גרורות ריאות כי הם מרובים ומגוון בגודל, נצפתה ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מימון NIH באמצעות המכון הלאומי לסרטן, מענק # CA228582. שון אישיאמה מקבל בימים אלה מענק ממשרד תומרי מדיקל בע”מ
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).
