Intra-cardiale injectie van menselijke prostaatkankercellen om een botmetastase xenograft muismodel te creëren
Summary
Hier presenteren we een protocol voor de intra-cardiale injectie van menselijke prostaatkankercellen om een muismodel met botmetastaselaesies te genereren.
Abstract
Als de meest voorkomende mannelijke maligniteit staat prostaatkanker (PC) op de tweede plaats in mortaliteit, voornamelijk als gevolg van een 65% -75% botmetastase. Daarom is het essentieel om het proces en de gerelateerde mechanismen van prostaatkanker botmetastase te begrijpen voor het ontwikkelen van nieuwe therapieën. Hiervoor is een diermodel van botmetastase een essentieel hulpmiddel. Hier rapporteren we gedetailleerde procedures om een botmetastase-muismodel te genereren via intra-cardiale injectie van prostaatkankercellen. Een bioluminescentiebeeldvormingssysteem kan bepalen of prostaatkankercellen nauwkeurig in het hart zijn geïnjecteerd en de metastase van kankercellen volgen, omdat het grote voordelen heeft bij het volgen van de ontwikkeling van metastatische laesies. Dit model repliceert de natuurlijke ontwikkeling van gedissemineerde kankercellen om micrometastasen in het bot te vormen en imiteert het pathologische proces van botmetastasen van prostaatkanker. Het biedt een effectief hulpmiddel voor verdere verkenning van de moleculaire mechanismen en de in vivo therapeutische effecten van deze ziekte.
Introduction
Prostaatkanker is de meest voorkomende kanker bij mannen in 112 landen en staat op de tweede plaats voor sterfte in landen met een hogere menselijke ontwikkelingsindex 1,2. De meeste sterfgevallen bij prostaatkankerpatiënten worden veroorzaakt door metastase en ongeveer 65% -75% van de gevallen zal botmetastase ontwikkelen 3,4. Daarom zijn preventie en behandeling van botmetastasen van prostaatkanker dringend nodig om de klinische uitkomst van prostaatkankerpatiënten te verbeteren. Het diermodel van botmetastase is een onmisbaar hulpmiddel voor het verkennen van het meertrapsproces en de moleculaire mechanismen die betrokken zijn bij elke fase van botmetastasen van prostaatkanker, waardoor therapeutische doelen worden geïdentificeerd en nieuwe therapieën worden ontwikkeld5.
De meest voorkomende methoden om experimentele diermodellen van prostaatkanker botmetastase te genereren, zijn de orthotopie, intradiafyse (zoals intra-tibiaal) en intra-cardiale injectie van prostaatkankercellen. Het botmetastasemodel met orthotopische injectie wordt gegenereerd door prostaatkankercellen direct in de prostaat van een muiste injecteren 6,7. Dit experimentele diermodel heeft zeer vergelijkbare klinische kenmerken als prostaatkanker botmetastase. De uitzaaiingen gebeuren echter vooral in de oksellymfeklier en de long in plaats van in het bot 8,9. Het intra-tibiale injectiemodel voor prostaatkanker injecteert direct prostaatkankercellen in het scheenbeen met een hoge tumorvormingssnelheid in het bot (tibia)10,11; De botcortex en beenmergholte zijn echter gemakkelijk beschadigd. Bovendien kan de tibiale injectiemethode het pathologische proces van prostaatkanker botmetastase niet stimuleren, waarbij de kankercellen het bot koloniseren door circulatie. Om de circulatie, vasculaire extravasatie en metastase op afstand met een hogere botmetastasesnelheid van kankercellen te onderzoeken, is een intra-cardiale injectietechniek ontwikkeld door prostaatkankercellen rechtstreeks in de linkerkamer van de muiste injecteren 8,12,13. Dit maakt het een waardevol diermodel voor botmetastaseonderzoek8. De intra-cardiale injectiemethode toont een botmetastasesnelheid van ongeveer 75%9,14, veel hoger dan de orthotopische injectiemethode. Daarom is de intra-cardiale injectie een ideale methode om een diermodel te genereren met prostaatkanker botmetastasen.
Dit werk is bedoeld om het proces te beschrijven van het vaststellen van een muismodel van prostaatkanker botmetastasen, waardoor lezers de modelvestiging kunnen visualiseren. Het huidige werk biedt gedetailleerde processen, voorzorgsmaatregelen en illustratieve foto’s om een botmetastase xenograftmodel te genereren via intra-cardiale injectie van menselijke prostaatkankercellen in athymische muizen. Deze methode biedt een effectief hulpmiddel voor het verder onderzoeken van de moleculaire mechanismen en de in vivo therapeutische effecten van prostaatkanker botmetastasen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Intra-cardiale injectie van menselijke prostaatkankercellen om botmetastase te genereren is een ideaal muismodel voor het verkennen van de functies en mechanismen van prostaatkanker botmetastase en het evalueren van de therapeutische werkzaamheid. Studies hebben aangetoond dat botschade hoogstwaarschijnlijk optreedt in het proximale scheenbeen en het distale dijbeen17, wat te wijten kan zijn aan hun hoge vascularisatie en metabole activiteit.
Aangezien botmetastase een …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk wordt ondersteund door subsidies van het National Key R&D Program of China (2018YFC1704300 en 2020YFE0201600), de National Nature Science Foundation (81973877 en 82174408), de onderzoeksprojecten binnen het budget van de Shanghai University of Traditional Chinese Medicine (2021LK047) en het Shanghai Collaborative Innovation Center of Industrial Transformation of Hospital TCM Preparation.
Materials
| 1 mL syringes and needles | Shandong Weigao Group Medical Polymer Co., Ltd | 20200411 | The cells were injected into the ventricles of mice |
| Anesthesia machine | Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd | R500IP | Equipment for anesthetizing mice |
| Automatic cell counter | Shanghai Simo Biological Technology Co., Ltd | IC1000 | For counting cells |
| BALB/c athymic mice | Shanghai SLAC Laboratory Animal Co, Ltd. | Male | 6-8 week old, male mice |
| Bioluminescence imaging system | Shanghai Baitai Technology Co., Ltd | Vieworks | For tracking the tumor growth and pulmonary metastasis if the injected cells are labeled by luciferase |
| Centrifuge tube (15 mL, 50 mL) | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 430790, Corning | |
| EDTA solution | Wuhan Xavier Biotechnology Co., Ltd | G1105 | For decalcification of bone tissure |
| F-12 medium | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 21700075, GIBCO | Cell culture medium |
| Formalin solution | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | BL539A | For fixing the specimen of each mouse |
| Isoflurane | Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd | VETEASY | For anesthesia |
| Lipofectamine 2000 | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 11668027, Thermo fisher | Plasmid transfection reagent |
| PC-3 cell line | Cell Bank of Chinese Academy of Sciences | TCHu 158 | Prostate cancer cell line |
| Phosphate-buffered saline | Beyotime Biotechnology | ST447 | Wash the human osteosarcoma cells |
| Trypsin (0.25%) | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 25200056, Gibco | For detaching the cells |
| Vector (pLV-luciferase) | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | VL3613 | Plasmid for transfection |
| X-ray imaging system | Brook (Beijing) Technology Co., Ltd | FX PRO | For obtaining x-ray images to detect tumor growth |
| μCT80 | Shenzhen Fraun Technology Service Co., Ltd | Scanco Medical AG,Switzerland | For detection of bone destruction. The mico-CT is equipped with 3DCalc, cone reconstruction, and μCT Ray V3.4A model visualization software. |
Riferimenti
- Siegel, R. L., Miller, K. D., Fuchs, H. E., Jemal, A. Cancer Cancerstatistics, 2021. CA: A Cancer Journal for Clinicians. 71 (1), 7-33 (2021).
- Sung, H., et al. Global cancer statistics 2020: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA: A Cancer Journal for Clinicians. 71 (3), 209-249 (2021).
- Coleman, R. E. Skeletal complications of malignancy. Cancer. 80, 1588-1594 (1997).
- Macedo, F., et al. Bone metastases: An overview. Oncology Reviews. 11 (1), 321 (2017).
- Rea, D., et al. Mouse models in prostate cancer translational research: From xenograft to PDX. BioMed Research International. 2016, 9750795 (2016).
- Zhang, Y., et al. Real-time GFP intravital imaging of the differences in cellular and angiogenic behavior of subcutaneous and orthotopic nude-mouse models of human PC-3 prostate cancer. Journal of Cellular Biochemistry. 117 (11), 2546-2551 (2016).
- Stephenson, R. A., et al. Metastatic model for human prostate cancer using orthotopic implantation in nude mice. Journal of the National Cancer Institute. 84 (12), 951-957 (1992).
- Simmons, J. K., et al. Animal models of bone metastasis. Veterinary Pathology. 52 (5), 827-841 (2015).
- Jenkins, D. E., Hornig, Y. S., Oei, Y., Dusich, J., Purchio, T. Bioluminescent human breast cancer cell lines that permit rapid and sensitive in vivo detection of mammary tumors and multiple metastases in immune deficient mice. Breast Cancer Research: BCR. 7 (4), 444-454 (2005).
- Corey, E., et al. Establishment and characterization of osseous prostate cancer models: intra-tibial injection of human prostate cancer cells. The Prostate. 52 (1), 20-33 (2002).
- Andersen, C., Bagi, C. M., Adams, S. W. Intra-tibial injection of human prostate cancer cell line CWR22 elicits osteoblastic response in immunodeficient rats. Journal of Musculoskeletal & Neuronal Interactions. 3 (2), 148-155 (2003).
- Sudhan, D. R., Pampo, C., Rice, L., Siemann, D. W. Cathepsin L inactivation leads to multimodal inhibition of prostate cancer cell dissemination in a preclinical bone metastasis model. International Journal of Cancer. 138 (11), 2665-2677 (2016).
- Jinnah, A. H., Zacks, B. C., Gwam, C. U., Kerr, B. A. Emerging and established models of bone metastasis. Cancers. 10 (6), 176 (2018).
- Simmons, J. K., et al. Canine prostate cancer cell line (Probasco) produces osteoblastic metastases in vivo. The Prostate. 74 (13), 1251-1265 (2014).
- Lamar, J. M., et al. SRC tyrosine kinase activates the YAP/TAZ axis and thereby drives tumor growth and metastasis. The Journal of Biological Chemistry. 294 (7), 2302-2317 (2019).
- Chang, J., et al. Matrine inhibits prostate cancer via activation of the unfolded protein response/endoplasmic reticulum stress signaling and reversal of epithelial to mesenchymal transition. Molecular Medicine Reports. 18 (1), 945-957 (2018).
- Arguello, F., Baggs, R. B., Frantz, C. N. A murine model of experimental metastasis to bone and bone marrow. Ricerca sul cancro. 48 (23), 6876-6881 (1988).
- Brylka, L., et al. Spine Metastases in immunocompromised mice after intracardiac injection of MDA-MB-231-SCP2 breast cancer cells. Cancers. 14 (3), 556 (2022).
- Rahman, M. M., Veigas, J. M., Williams, P. J., Fernandes, G. DHA is a more potent inhibitor of breast cancer metastasis to bone and related osteolysis than EPA. Breast Cancer Research and Treatment. 141 (3), 341-352 (2013).
- Park, S. I., Kim, S. J., McCauley, L. K., Gallick, G. E. Pre-clinical mouse models of human prostate cancer and their utility in drug discovery. Current Protocols in Pharmacology. , (2010).
- Wright, L. E., et al. Murine models of breast cancer bone metastasis. BoneKEy Reports. 5, 804 (2016).
- Fearon, K. C., Glass, D. J., Guttridge, D. C. Cancer cachexia: mediators, signaling, and metabolic pathways. Cell Metabolism. 16 (2), 153-166 (2012).
- Waning, D. L., et al. Excess TGF-β mediates muscle weakness associated with bone metastases in mice. Nature Medicine. 21 (11), 1262-1271 (2015).
- Talbot, S. R., et al. Defining body-weight reduction as a humane endpoint: a critical appraisal. Laboratory Animals. 54 (1), 99-110 (2020).
- Paget, S. The distribution of secondary growths in cancer of the breast. Cancer Metastasis Reviews. 8 (2), 98-101 (1989).
- Yin, J. J., et al. TGF-beta signaling blockade inhibits PTHrP secretion by breast cancer cells and bone metastases development. The Journal of Clinical Investigation. 103 (2), 197-206 (1999).
- Schneider, A., et al. turnover mediates preferential localization of prostate cancer in the skeleton. Endocrinology. 146 (4), 1727-1736 (2005).
- Padalecki, S. S., et al. Chromosome 18 suppresses prostate cancer metastases. Urologic Oncology. 21 (5), 366-373 (2003).
