Portal vene injeksjon av kolorektal kreft (CRC) organoider genererer stroma-rik levermetastase. Denne musemodellen av CRC levermetastase representerer et nyttig verktøy for å studere tumor-stroma interaksjoner og utvikle nye stroma-rettet terapeutiske som adeno-assosierte virusmediert genterapi.
Levermetastase av kolorektal kreft (CRC) er en ledende årsak til kreftrelatert død. Kreftrelaterte fibroblaster (CAF-er), en viktig del av tumormikromiljøet, spiller en avgjørende rolle i metastatisk CRC-progresjon og forutsier dårlig pasientprognose. Det er imidlertid mangel på tilfredsstillende musemodeller for å studere krysstale mellom metastatiske kreftceller og CAF-er. Her presenterer vi en metode for å undersøke hvordan levermetastaseprogresjon reguleres av den metastatiske nisjen og muligens kan begrenses av stromastyrt terapi. Portal vene injeksjon av CRC organoider genererte en desmoplastisk reaksjon, som trofast recapitulated fibroblast-rik histologi av humane CRC lever metastaser. Denne modellen var vevsspesifikk med en høyere tumorbyrde i leveren sammenlignet med en intra-splenic injeksjonsmodell, noe som forenkler musens overlevelsesanalyser. Ved å injisere luciferase-uttrykkende tumororganoider, kan tumorvekstkinetikk overvåkes ved in vivo-avbildning . Videre gir denne prekliniske modellen en nyttig plattform for å vurdere effekten av terapeutiske behandlinger rettet mot tumormesenchyme. Vi beskriver metoder for å undersøke om adeno-assosiert virusmediert levering av et tumorhemmende stromal gen til hepatocytter kan ombygge tumormikromiljøet og forbedre musens overlevelse. Denne tilnærmingen muliggjør utvikling og vurdering av nye terapeutiske strategier for å hemme levermetastase av CRC.
Kolorektal kreft (CRC) er en viktig årsak til kreftdødelighet over hele verden1. Mer enn halvparten av CRC-pasientene utvikler levermetastase som oppstår gjennom portalveneformidlingen1. For tiden er det ingen effektive terapeutiske midler som kan kurere avansert levermetastase, og de fleste pasienter bukker under for metastatisk sykdom.
Den metastatiske nisjen eller tumormikromiljøet spiller en nøkkelrolle i engraftment og vekst av spredte CRC-celler2. Kreftrelaterte fibroblaster (CAF-er), en fremtredende komponent i tumormikromiljøet, fremmer eller begrenser kreftprogresjon gjennom utskillelse av vekstfaktorer, ombygging av den ekstracellulære matrisen (ECM), og modulerer immunlandskap og angiogenese 3,4,5. CAF-er gir også motstand mot kjemoterapi og immunterapi3. Videre regulerer CAF-er initiering og progresjon av CRC levermetastase og forutsi prognose hos pasienter med CRC 3,6,7,8. Dermed kan CAF-relaterte faktorer utnyttes for utvikling av terapeutiske strategier for å hemme CRC levermetastase. Mangelen på tilfredsstillende musemodeller for å studere den metastatiske tumorstrommaen har imidlertid vært et stort hinder for å utvikle stroma-målrettede terapier.
For tiden inkluderer dyremodeller for å studere CRC levermetastase primære CRC-modeller som spontant utvikler levermetastase og kreftcelletransplantasjonsmodeller i leveren. Primære CRC-musemodeller, som genetisk konstruerte musemodeller og kolonisk injeksjon av kreftceller, viser sjelden metastase til leveren 9,10,11,12. Videre, selv om en levermetastase observeres, viser disse modellene lang latens fra den primære tumorinduksjonen til metastase, og potensielt dør av primær tumorbyrde12. For å effektivt generere CRC levermetastaser, blir dyrkede CRC-celler transplantert i leveren ved hjelp av tre injeksjonsmetoder: intra-splenic injeksjon, direkte intra-parenchymal injeksjon i leveren, og portal vene injeksjon. Intra-praktisk injiserte kreftceller spredt inn i miltveien, portalvenen, og til slutt til leveren13,14. Imidlertid gir den intra-spleniske injeksjonen et lavere tumortakforhold sammenlignet med andre transplantasjonsmodeller 15,16. Med intra-splenic injeksjon utføres kirurgisk fjerning av milten for å unngå kreftvekst i milten, noe som potensielt kan kompromittere immuncellemodning17. Videre kan intra-splenic injeksjon også resultere i utilsiktet tumorvekst i milten og bukhulen18, noe som kompliserer levermetastaseanalyser. Direkte intraparenchymal injeksjon i leveren induserer effektivt levermetastase 16,19,20. Likevel, denne tilnærmingen ikke fullt ut rekapitulere et biologisk trinn i levermetastase som naturlig oppstår gjennom portal vene formidling. Ved hjelp av direkte injeksjon i leveren, oppføring av kreftceller i en ikke-portal, men systemisk sirkulasjon kan også resultere i flere store lungemetastaser16. Selv om et flertall av pasienter med CRC levermetastase viser flere tumor knuter i leveren21, direkte injeksjon i en bestemt lever lobe genererer en enkelt tumormasse 19,20. Portal vene injeksjon eller mesenterisk vene injeksjon, men teknisk utfordrende, tillater effektiv levering av tumorceller i leveren på en måte som rekapitulerer vekstmønstre sett hos pasienter17. Denne strategien kan minimere muligheten for sekundære metastaser og muliggjør rask vekst av kreftceller i leveren, noe som forenkler musens overlevelsesanalyser.
Historisk ble kolorektal kreftcellelinjer som mus MC-38, human HT-29 og SW-620 brukt til å generere musemodeller av levermetastase22,23. Imidlertid induserer disse kolorektal kreftcellelinjene ikke en desmoplastisk stromal reaksjon. Lavt stromalt innhold i svulstene gjør det vanskelig å undersøke de biologiske rollene til kreftrelaterte fibroblaster. Nylige fremskritt innen CRC organoider og deres transplantasjon har tilbudt nyttige plattformer for å vurdere vitale roller av stroma i kreftprogresjon24. Levertransplantasjon av CRC organoider genererer et fibroblastrikt tumormikromiljø og har gitt ny innsikt i stromal forskning 6,25. For tiden har portal eller mesenterisk veneinjeksjon av organoider blitt en gullstandard tilnærming for å generere CRC levermetastase 6,25,26,27,28. Likevel, så vidt vi vet, har ingen tidligere papirer beskrevet detaljerte metoder for portalveneinjeksjon av kolorektale tumoroider. Her presenterer vi en metodikk for bruk av portal vene injeksjon av CRC organoider for å utvikle nye adeno-assosiert virus (AAV)-mediert stroma-rettet terapi.
Hepatocytter er en viktig bestanddel av det metastatiske tumormikromiljøet i leveren og spiller en kritisk rolle i metastatisk kreftprogresjon29. Inspirert av suksessen til AAV genterapi tilnærminger for å indusere proteinuttrykk i hepatocytter hos ikke-neoplastiske pasienter30,31, undersøkte vi en lignende tilnærming, men hadde som mål å modifisere leversvulstmikromiljøet i CRC25. Som sådan beskriver vi også heri hale vene injeksjon av AAV8 å indusere uttrykk for anti-tumorigene proteiner for å endre leveren tumor mikromiljøet. AAV8-serotypen, utpekt ved valg av viralt kapsidprotein under virusproduksjon, fører til høy transduksjonseffektivitet spesielt av hepatocytter (dvs. målrettet genuttrykk i leversvulstmikromiljøet)32. Vi har tidligere vist at Islr (immunglobulin superfamilie som inneholder leucinrik repetisjon) er et CAF-spesifikt gen som induserer beinmorfogenetisk protein (BMP) signalering, reduserer CRC tumoroid vekst, og fremmer Lgr5 + intestinal stamcelle differensiering25. Vi testet om AAV8-mediert overekspression av det kreftbegrensende stromale genet Islr, i hepatocytter kunne dempe levermetastaseprogresjon ved å utføre portalveneinjeksjon av CRC tumoroider hos AAV8-Islr-behandlede mus.
I dette papiret beskriver vi først hale vene injeksjon prosedyren for lever tropic AAV. Deretter beskriver vi en metode for tumoroid cellepreparat og portalveneinjeksjon i de AAV-behandlede musene. Til slutt presenterer vi tilnærminger for å overvåke metastatisk tumorprogresjon for å vurdere effekten av stroma-rettet terapeutisk behandling.
I denne studien har vi vist at portal vene injeksjon av mus CRC organoider reprodusere genererer fibroblastrike lever metastaser som etterligner histologiske egenskaper av menneskelige CRC lever metastaser. Videre, når den kombineres med stroma-regisserte terapeutiske behandlinger som AAV8-mediert genterapi, fungerer denne prekliniske modellen som et nyttig verktøy for å vurdere terapeutiske effekter på musens overlevelse og tumorvekst.
Det er i det minste to kritiske trinn i protokollen. …
The authors have nothing to disclose.
Denne studien ble støttet av tilskudd fra National Health and Medical Research Council (APP1156391 til D.L.W., S.L.W.) (APP1081852 til D.L.W., APP1140236 til S.L.W., APP1099283 til D.L.W.,); Cancer Council SA Beat Cancer Project på vegne av sine givere og den statlige regjeringen i Sør-Australia gjennom Department of Health (MCF0418 til S.L.W., D.L.W.); en Grant-in-Aid for Scientific Research (B) (20H03467 til M.T.) bestilt av Departementet for utdanning, kultur, sport, vitenskap og teknologi i Japan; AMED-CREST (Japan Agency for Medical Research and Development, Core Research for Evolutional Science and Technology (19gm0810007h0104 og 19gm1210008s0101 til A.E.); Prosjektet for kreftforskning og terapeutisk evolusjon (P-CREATE) fra AMED (19cm0106332h0002 til A.E.); Japan Society for the Promotion of Science Overseas Challenge Program for Young Researchers (til H.K.), Takeda Science Foundation Fellowship (til H.K.), Greaton International Ph.D. Scholarship (til H.K.), Lions Medical Research Foundation Scholarship (til K.G.).
Vi takker Dr. Leszek Lisowski ved Vector and Genome Engineering Facility (VGEF), Children’s Medical Research Institute (CMRI) (NSW, AUSTRALIA) for å produsere rekombinante AAV-vektorer.
10% Formalin | Sigma | HT501128 | |
15 mL centrifuge tube | Corning | 430791 | |
33-gauge needle | TSK | LDS-33013 | For portal vein injection |
4-0 vicryl suture | ETHICON | J494G | |
40-µm cell strainer | Corning | 431750 | |
5 mL Syringe | BD | 302130 | Used to apply saline to the intestine after portal vein injection |
50 mL centrifuge tube | Corning | 430829 | |
50 mL syringe | TERUMO | SS*50LE | Luer lock syringe for perfusion fixation |
70% Isopropyl alcohol wipe | Briemar | 5730 | |
Anaesthesia machine | Darvall | 9356 | |
αSMA antibody | DAKO | M0851 | Clone 1A4. 1/500 dilution for immunohistochemistry |
Buprenorphine | TROY | N/A | ilium Temvet Injection, 300 µg/ml Buprenorphine |
Cotton buds | Johnson & Johnson | N/A | Johnson's pure cotton bud applicators. Need to be autoclaved before use. |
D-luciferin | Biosynth | L-8220 | |
Electric shaver | Sold by multiple suppliers | ||
Forceps | Sold by multiple suppliers | ||
Hamilton syringe | HAMILTON | 81020 | For portal vein injection |
Heat box (animal warming chamber) | Datesand | MK3 | |
Heat lamp | Sold by multiple suppliers | ||
Hemostatic sponge | Pfizer | 09-0891-04-015 | Gelfoam absorbable gelatin sponge, USP, 12-7 mm |
India ink | Talens | 44727000 | |
Injection syringe and needle | BD | 326769 | For tail vein injection |
Islr probe (RNAscope) | ACD | 450041 | |
Isoflurane | Henry Schein | 988-3244 | |
IVIS Spectrum In Vivo Imaging System | Perkin Elmer | 124262 | |
Living Image Software | Perkin Elmer | 128113 | |
Matrigel | Corning | 356231 | |
MRI fibrosis tool | N/A | N/A | https://github.com/MontpellierRessourcesImagerie/imagej_macros_and_scripts/wiki/MRI_Fibrosis_Tool |
Phosphate-buffered saline (PBS) | Sigma | D8537 | |
RNAscope kit | ACD | 322300 | |
Rodent restrainer | Sold by multiple suppliers | ||
Rosa26-Cas9 mouse | The Jackson Laboratory | 024858 | |
Saline | Pfizer | PHA19042010 | |
Scissors | Sold by multiple suppliers | ||
Skin staplers | Able Scientific | AS59028 | 9 mm wound clips |
Stapler applicator | Able Scientific | AS59026 | 9 mm wound clip applicator |
Stapler remover | Able Scientific | AS59037 | Wound clip remover |
Surgical drape | Multigate | 29-220 | |
Surgical gauze | Sentry Medical | GS001 | |
Topical anesthesia cream | EMLA | N/A | EMLA 5% cream, 25 mg/g lignocaine and 25 mg/g prilocaine |
TrypLE Express | Gibco | 12605028 | Recombinant cell-dissociation enzyme mix |
Y-27632 | Tocris | 1254 |