En samlet metodologisk ramme for Vestibular Schwannoma Research
Summary
Formålet med denne protokol er at skitsere indsamling og behandling af humane kirurgiske prøver til flere downstream-applikationer i vestibulær schwannoma og Schwann-cellet forskning.
Abstract
Vestibulære schwannomer er de mest almindelige neoplasmer af cerebellopontinvinklen og udgør 6-8% af alle intrakraniale vækst. Skønt disse tumorer forårsager sensorineurelt høretab i op til 95% af de ramte individer, forbliver de molekylære mekanismer, der ligger til grund for dette høretab, unnvikende. Denne artikel beskriver de trin, der er etableret i vores laboratorium for at lette indsamling og behandling af forskellige primære humane vævsprøver til downstream-forskningsapplikationer, der er integreret i studiet af vestibulære schwannomer. Specifikt beskriver dette værk en samlet metodologisk ramme for indsamling, behandling og kultur af Schwann- og schwannomaceller fra kirurgiske prøver. Dette er integreret med parallelle behandlingstrin, der nu betragtes som afgørende for nuværende forskning: indsamling af tumor- og nervesekretioner, bevaring af RNA og ekstraktion af protein fra indsamlede væv, fiksering af væv til fremstilling af sektioner, enD eksponering af primære humane celler til adeno-associerede vira til anvendelse på genterapi. Desuden fremhæver dette arbejde den translabyrintiske kirurgiske tilgang til at samle denne tumor som en unik mulighed for at opnå menneskelig sensorisk epithel fra det indre øre og periliem. Der gives tips til forbedring af eksperimentelle kvalitet og almindelige faldgruber fremhævet.
Introduction
Vestibulære schwannomer (VS'er) er de mest almindelige neoplasmer af cerebellopontinvinklen, diagnosticeret hos 1 ud af hver 100.000 individer. Selvom ikke-metastatisk, påvirker disse tumorer alvorligt en patients livskvalitet 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 . Berørte personer lever normalt med høretab, tinnitus og en følelse af lydhørhed. Symptomer bliver mere og mere svækkende, da tumoren vokser, hvilket skaber balanceproblemer, ansigtslamper og svækkelse af andre kraniale nervefunktioner. Livstruende komplikationer som følge af hjernestamme kompression kan også resultere 7 .
Forvaltningsmuligheder for VS er i det væsentlige begrænset til vågent venter på statiske tumorer og stereotaktisk strålebehandling eller kirurgisk resektion for voksende tumorer <sUp class = "xref"> 8. Den kirurgiske fjernelse af disse tumorer i forskningsrelaterede hospitaler giver mulighed for at erhverve og analysere frisk tumorvæv indsamlet under patientoperationer. En specifik kirurgisk tilgang til VS, den translabyrintiske resektion, kan endda give adgang til værdifulde menneskelige sensoriske epitel fra det indre øre og periliem.
Fordi VS'er stammer fra en perifer sensorisk nerve ( dvs. den vestibulære nerve), er det vigtigt at sammenligne VS-associerede observationer med dem, der stammer fra en passende kontrolnerve, såsom den humane store aurikulære nerve (GAN). Friske GAN'er aflives regelmæssigt under parotidektomi eller halsdissektioner og kan bruges som robuste modeller til sund Schwann-cellefysiologi 9 .
Fordi der ikke findes FDA-godkendte lægemidler til behandling eller forebyggelse af sporadisk VS, er det afgørende, at forskere belyser den underliggende molekylære mechaSygdomme af sygdommen for at identificere terapeutiske mål. Proteiner, der har vist sig at spille en rolle i VS-patogenesen, omfatter merlin, vaskulær endothelial vækstfaktor (VEGF), cyclooxygenase 2 (COX-2), nuklear faktor kappa B (NF-KB), tumornekrosefaktor alfa (TNF-alpha) , Epidermal vækstfaktorreceptor (EGFR) og beslægtede signalmolekyler 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 .
Nylige fremskridt har udvidet og forbedret protokoller til indsamling, behandling, kultur og efterfølgende undersøgelse af primære humane vestibulære schwannomer og sunde nervevæv 18 , 19 . Imidlertid er de fleste eksisterende protokoller designet til at rumme forberedelsenAtion af sådanne væv til en enkelt downstreamforskning ( dvs. cellekultur alene). Denne artikel præsenterer en samlet metodologisk ramme for samtidig behandling af en enkelt primær human VS- eller GAN-prøve til flere downstream-applikationer: celletypespecifik kultur, proteinekstraktion, RNA-konservering, tumorsekretionsopsamling og vævsfiksering. Dette arbejde beskriver også kirurgisk indsamling og behandling af human cerebrospinalvæske (CSF) og perilymph under translabyrint VS-resektion, da disse nært beslægtede væv kan tjene som vigtige kilder til biomarkører til VS. Endelig præsenterer denne protokol trin for viral transduktion af primære humane VS-celler i kultur som en ny anvendelse af dette væv til anvendelse i genterapi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dette manuskript beskriver en samlet metodologisk ramme for VS-forskning, der beskriver samtidig behandling af humane VS- og GAN-prøver til downstream-forskningsapplikationer. Da VS-forskning går i en alder af præcisionsmedicin, kan det være muligt at opdage molekylære, cellulære, genetiske og proteomiske indsigter, som er specifikke for de enkelte patienter, når man forbereder den samme prøve i formularer, der kan svare på talrige forskningsspørgsmål.
Renheden af humane Sch…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af National Institute of Dovenhed og andre kommunikationsforstyrrelser tilskud R01DC015824 (KMS) og T32DC00038 (støtte JES og SD), Department of Defense grant W81XWH-14-1-0091 (KMS), Bertarelli Foundation (KMS) , Nancy Sayles Day Foundation (KMS), Lauer Tinnitus Research Center (KMS) og Barnes Foundation (KMS).
Materials
| BioCoat Poly-D-Lysine/Laminin 12mm #1 German Glass Coverslip | Corning | 354087 | Or prepare coverslips with Corning Laminin (CB-40232) and Cultrex Poly-L-Lysine (3438-100-01) |
| CELLSTAR 15 ml Centrifuge Tubes, Conical bottom, Graduation, Sterile | Greiner Bio-One | 188161 | |
| CELLSTAR 50 ml Centrifuge Tubes, Conical bottom, Graduation, Sterile | Greiner Bio-One | 227261 | |
| CELLSTAR Cell Culture Dish, 60 mm | Greiner Bio-One | 628160 | |
| Collagenase from Clostridium histolyticum, Sterile-filtered | Sigma-Aldrich | C1639 | |
| Costar 24 Well Clear TC-Treated Multiple Well Plates, Sterile | Corning | 3526 | |
| DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride) | Thermo Fisher Scientific | D1306 | |
| DMEM, high glucose, pyruvate, no glutamine, 500 ml | Thermo Fisher Scientific | 10313-039 | |
| DMEM/F-12, 500 ml | Thermo Fisher Scientific | 11320-033 | |
| Dumont #3 Forceps, Dumoxel | Fine Science Tools | 11231-30 | Autoclave prior to use |
| Dumont #5 Forceps, Standard tip, Inox | Fine Science Tools | 11251-20 | Autoclave prior to use |
| Fetal Bovine Serum, qualified, USDA-approved regions, 500 ml | Thermo Fisher Scientific | 10437-028 | Aliquot in 50 ml tubes and store in -20°C freezer |
| Hyaluronidase from Bovine Testes, Type I-S, Lyophilized Powder | Sigma-Aldrich | H3506 | |
| Millex-GP Syringe Filter Unit, 0.22 µm, polyethersulfone, 33 mm, sterile | EMD Millipore | SLGP033RS | |
| Paraformaldehyde, Reagent Grade, Crystalline | Sigma-Aldrich | P6148 | Prior to use: Establish Standard Operating Procedures based on protocols available online |
| PBS, pH 7.4, 500 ml | Thermo Fisher Scientific | 10010-023 | Autoclave prior to use |
| Penicillin-Streptomycin (10,000 U/ml), 100 ml | Thermo Fisher Scientific | 15140-122 | |
| PhosSTOP Phosphatase Inhibitor Tablets | Roche | 04906845001 | |
| Pierce Protease Inhibitor Tablets | Thermo Fisher Scientific | 88666 | |
| Pipettes and pipette tips, 5/10/25 ml | Variable | Variable | |
| Plastic Homogenization Pestle for 1.5/2.0ml Microtubes | E&K Scientific | EK-10539 | |
| PrecisionGlide Needles, 27 G x 1 1/2 in | BD | 301629 | |
| RIPA Buffer | Boston BioProducts | BP-115 | |
| RNAlater (RNA stabilization solution) | Thermo Fisher Scientific | AM7021 | |
| Safe-Lock Microcentrifuge Tubes, Polypropylene, 0.5 ml | Eppendorf | 022363719 | Autoclave prior to use |
| Safe-Lock Microcentrifuge Tubes, Polypropylene, 1.5 ml | Eppendorf | 022363204 | Autoclave prior to use |
| Saline – 0.9% Sodium Chloride Injection, bacteriostatic, 20 ml | Hospira | 0409-1966-05 | |
| Scalpel Blades – #15 | Fine Science Tools | 10015-00 | |
| Schuknecht Suction Tube 24 gauge | Bausch + Lomb | N1698 42 | Useful for the surgical approach (in addition to common otologic surgical instruments) and e.g. a blue surgical marker |
| Specimen Container, OR sterile, 4OZ | Medline | DYND30331H | |
| Stemi 2000-C Stereo Microscope | Zeiss | 000000-1106-133 | |
| Syringe/Needle Combination, Luer-Lok Tip, 5 ml, 22 G x 1 in. | BD | 309630 | |
| Tuberculin Syringe Only, Slip tip, 1 ml | BD | 309659 | |
| Tuberculin Syringe Only, Slip tip, 3 ml | BD | 309656 | |
| Ultrasonic homogenizer, 4710 Series, CV18 probe | Cole-Parmer | CP25013 |
Riferimenti
- Babu, R., et al. Vestibular schwannomas in the modern era: epidemiology, treatment trends, and disparities in management. J Neurosurg. 119 (1), 121-130 (2013).
- Gal, T. J., Shinn, J., Huang, B. Current epidemiology and management trends in acoustic neuroma. Otolaryngol Head Neck Surg. 142 (5), 677-681 (2010).
- Propp, J. M., McCarthy, B. J., Davis, F. G., Preston-Martin, S. Descriptive epidemiology of vestibular schwannomas. Neuro Oncol. 8 (1), 1-11 (2006).
- Stangerup, S. E., Tos, M., Thomsen, J., Caye-Thomasen, P. True incidence of vestibular schwannoma?. Neurosurgery. 67 (5), 1335-1340 (2010).
- Tos, M., Stangerup, S. E., Caye-Thomasen, P., Tos, T., Thomsen, J. What is the real incidence of vestibular schwannoma?. Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 130 (2), 216-220 (2004).
- Stangerup, S. E., Caye-Thomasen, P. Epidemiology and natural history of vestibular schwannomas. Otolaryngol Clin North Am. 45 (2), 257-268 (2012).
- Mahaley, M. S., Mettlin, C., Natarajan, N., Laws, E. R., Peace, B. B. Analysis of patterns of care of brain tumor patients in the United States: a study of the Brain Tumor Section of the AANS and the CNS and the Commission on Cancer of the ACS. Clin Neurosurg. 36, 347-352 (1990).
- Carlson, M. L., Link, M. J., Wanna, G. B., Driscoll, C. L. Management of sporadic vestibular schwannoma. Otolaryngol Clin North Am. 48 (3), 407-422 (2015).
- Dilwali, S., et al. Sporadic vestibular schwannomas associated with good hearing secrete higher levels of fibroblast growth factor 2 than those associated with poor hearing irrespective of tumor size. Otol Neurotol. 34 (4), 748-754 (2013).
- Caye-Thomasen, P., et al. VEGF and VEGF receptor-1 concentration in vestibular schwannoma homogenates correlates to tumor growth rate. Otol Neurotol. 26 (1), 98-101 (2005).
- Koutsimpelas, D., et al. The VEGF/VEGF-R axis in sporadic vestibular schwannomas correlates with irradiation and disease recurrence. ORL J Otorhinolaryngol Relat Spec. 74 (6), 330-338 (2012).
- Dilwali, S., Roberts, D., Stankovic, K. M. Interplay between VEGF-A and cMET signaling in human vestibular schwannomas and schwann cells. Cancer Biol Ther. 16 (1), 170-175 (2015).
- Dilwali, S., Kao, S. Y., Fujita, T., Landegger, L. D., Stankovic, K. M. Nonsteroidal anti-inflammatory medications are cytostatic against human vestibular schwannomas. Transl Res. 166 (1), 1-11 (2015).
- Dilwali, S., et al. Preclinical validation of anti-nuclear factor-kappa B therapy to inhibit human vestibular schwannoma growth. Mol Oncol. 9 (7), 1359-1370 (2015).
- Dilwali, S., Landegger, L. D., Soares, V. Y., Deschler, D. G., Stankovic, K. M. Secreted Factors from Human Vestibular Schwannomas Can Cause Cochlear Damage. Sci Rep. 5, 18599 (2015).
- Blakeley, J. Development of drug treatments for neurofibromatosis type 2-associated vestibular schwannoma. Curr Opin Otolaryngol Head Neck Surg. 20 (5), 372-379 (2012).
- Schroeder, R. D., Angelo, L. S., Kurzrock, R. NF2/merlin in hereditary neurofibromatosis 2 versus cancer: biologic mechanisms and clinical associations. Oncotarget. 5 (1), 67-77 (2014).
- Schularick, N. M., Clark, J. J., Hansen, M. R. Primary culture of human vestibular schwannomas. J Vis Exp. (89), (2014).
- Dilwali, S., et al. Primary culture of human Schwann and schwannoma cells: improved and simplified protocol. Hear Res. , 25-33 (2014).
- Brown, C. M., Ahmad, Z. K., Ryan, A. F., Doherty, J. K. Estrogen receptor expression in sporadic vestibular schwannomas. Otol Neurotol. 32 (1), 158-162 (2011).
- Cioffi, J. A., et al. MicroRNA-21 overexpression contributes to vestibular schwannoma cell proliferation and survival. Otol Neurotol. 31 (9), 1455-1462 (2010).
- Doherty, J. K., Ongkeko, W., Crawley, B., Andalibi, A., Ryan, A. F. ErbB and Nrg: potential molecular targets for vestibular schwannoma pharmacotherapy. Otol Neurotol. 29 (1), 50-57 (2008).
- Aguiar, P. H., Tatagiba, M., Samii, M., Dankoweit-Timpe, E., Ostertag, H. The comparison between the growth fraction of bilateral vestibular schwannomas in neurofibromatosis 2 (NF2) and unilateral vestibular schwannomas using the monoclonal antibody MIB 1. Acta Neurochir (Wien). 134 (1-2), 40-45 (1995).
- Cattoretti, G., et al. Monoclonal antibodies against recombinant parts of the Ki-67 antigen (MIB 1 and MIB 3) detect proliferating cells in microwave-processed formalin-fixed paraffin sections. J Pathol. 168 (4), 357-363 (1992).
- Hung, G., et al. Immunohistochemistry study of human vestibular nerve schwannoma differentiation. Glia. 38 (4), 363-370 (2002).
- Archibald, D. J., et al. B7-H1 expression in vestibular schwannomas. Otol Neurotol. 31 (6), 991-997 (2010).
- Landegger, L. D., et al. A synthetic AAV vector enables safe and efficient gene transfer to the mammalian inner ear. Nat Biotechnol. 35 (3), 280-284 (2017).
- Zinn, E., et al. In Silico Reconstruction of the Viral Evolutionary Lineage Yields a Potent Gene Therapy Vector. Cell Rep. 12 (6), 1056-1068 (2015).
- Kim, B. G., et al. Sulforaphane, a natural component of broccoli, inhibits vestibular schwannoma growth in vitro and in vivo. Sci Rep. 6, 36215 (2016).
- Soares, V. Y., et al. Extracellular vesicles derived from human vestibular schwannomas associated with poor hearing damage cochlear cells. Neuro Oncol. 18 (11), 1498-1507 (2016).
- Lysaght, A. C., et al. Proteome of human perilymph. J Proteome Res. 10 (9), 3845-3851 (2011).
- Caye-Thomasen, P., Borup, R., Stangerup, S. E., Thomsen, J., Nielsen, F. C. Deregulated genes in sporadic vestibular schwannomas. Otol Neurotol. 31 (2), 256-266 (2010).
- Schulz, A., et al. The importance of nerve microenvironment for schwannoma development. Acta Neuropathol. 132 (2), 289-307 (2016).
- Torres-Martin, M., et al. Global profiling in vestibular schwannomas shows critical deregulation of microRNAs and upregulation in those included in chromosomal region 14q32. PLoS One. 8 (6), e65868 (2013).
