광변환을 사용한 폐 전이에서 종양 세포 전파 추적
Summary
폐 전이의 선택적 광전환을 위한 수술 프로토콜과 함께 폐 전이에서 종양 세포 재확산을 연구한 후 3차 장기에서 재분해된 종양 세포를 식별하는 방법을 제시합니다.
Abstract
암의 전신 확산인 전이는 암 관련 사망의 주요 원인입니다. 전이는 일반적으로 원발성 종양의 세포가 퍼져나가 종자 전이가 되는 단방향 과정으로 생각되지만, 기존 전이의 종양 세포도 “전이에서 전이” 또는 “전이에서 전이로의 파종”으로 알려진 과정을 통해 3차 부위에 새로운병변을 일으키고 재파종할 수 있습니다. 전이-전이 파종은 전이 부담을 증가시키고 환자의 삶의 질과 생존율을 떨어뜨릴 수 있습니다. 따라서 이 현상의 이면에 있는 과정을 이해하는 것은 전이성 암 환자의 치료 전략을 개선하는 데 매우 중요합니다.
전이에서 전이로의 파종에 대해서는 알려진 바가 거의 없는데, 이는 부분적으로 물류 및 기술적 한계 때문입니다. 전이-전이 파종에 대한 연구는 주로 염기서열 분석 방법에 의존하는데, 이는 전이-전이 파종 사건의 정확한 시기나 이를 촉진하거나 예방하는 요인을 연구하는 연구자에게는 실용적이지 않을 수 있습니다. 이는 전이-전이 파종 연구를 촉진하는 방법론이 부족하다는 것을 강조합니다. 이 문제를 해결하기 위해 폐 전이의 선택적 광전환을 위한 쥐 수술 프로토콜을 개발하여 폐에서 3차 부위로 재분해하는 종양 세포의 특이적 표시 및 운명 추적을 가능하게 합니다. 우리가 아는 한, 이것은 게놈 분석이 필요하지 않은 폐에서 종양 세포 재확산 및 전이-전이 파종을 연구하는 유일한 방법입니다.
Introduction
전이는 암 관련 사망의 주요 원인이다1. 전이성 암은 원발성 종양의 세포가 몸 전체로 퍼져 멀리 떨어진 장기에서 임상적으로 검출 가능한 종양으로 증식할 때 발생한다 2,3.
전이는 일반적으로 종양 세포가 원발성 종양에서 퍼져 멀리 떨어진장기를 식민지화하는 단방향 과정으로 생각되지만4 임상 및 실험적 증거가 증가함에 따라 더 복잡하고 다방향적인 과정이 작용하고 있음을 시사한다. 순환 종양 세포는 원발성 종양(아직 제자리에 있는 경우)을 재파종할 수 있으며5,6,7,8,9 기존 전이성 병소의 종양 세포는 3차 부위로 이동하여 새로운 병변을 일으킬 수 있는 것으로 나타났다 10,11,12,13. 실제로, 최근 게놈 분석의 증거에 따르면 일부 전이성 병변은 원발성 종양이 아니라 다른 전이에서 발생하며, 이러한 현상은 “전이에서 전이” 또는 “전이에서 전이로의 파종”으로 알려져 있습니다14,15,16. 전이-전이 파종은 원발성 종양을 제거한 후에도 질병 진행을 지속시켜 전이성 부담을 증가시키고 환자의 삶의 질과 생존율을 떨어뜨릴 수 있습니다. 따라서 전이에서 전이로의 파종 과정을 이해하는 것은 전이성 질환 환자의 치료 전략을 개선하는 데 매우 중요합니다.
잠재적으로 심각한 임상적 영향에도 불구하고, 부분적으로 물류 및 기술적 한계로 인해 전이-전이 파종에 대해 알려진 바가 거의 없습니다. 사람을 대상으로 한 연구는 임상 샘플의 부족으로 인해 한계가 있습니다. 전이성 병변의 임상적 절제와 생검은 드물며, 겉보기에 건강해 보이는 장기의 생검도 드물며, 단일 파종된 종양 세포가 숨어 있을 수 있습니다. 즉, 인간 대상 연구는 일반적으로 원발성 종양이 아직 제자리에 있거나 이전에 절제되었지만 연구자가 여전히 사용할 수 있는 개인의 부검 샘플을 사용해서만 가능합니다. 이러한 샘플을 이용할 수 있는 경우, 암 진행에 대한 계통 분석은 염기서열 분석 방법14을 사용하여 수행되어야 한다. 그러나 일치하는 원발성 종양 및 전이의 대량 염기서열 분석은 포괄적인 계통 추적에 필요한 민감도를 가지고 있지 않습니다. 예를 들어, 하나의 병변에 대한 대량 염기서열 분석은 일치하는 병변 중 어느 것에서도 검출할 수 없는 서브클론을 드러낼 수 있습니다. 이 경우 이 서브클론의 기원을 확인할 수 없습니다. 원발성 종양 또는 다른 전이에서 검출 한계 이하의 빈도로 존재했을 수도 있고, 발견된 전이성 병변의 초기 집락화 이후에 발생했을 수도 있습니다. 단일 세포 염기서열분석은 향상된 감도를 제공하지만 높은 비용으로 인해 이 기술의 대규모 적용이 제한됩니다. 이러한 연구의 후향적 특성은 또한 일시적인 전이성 사건과 서로 다른 시점의 질병 환경에 대한 제한된 통찰력을 제공한다는 것을 의미합니다.
동물 모델에서, 최근의 기술 발전은 이제 높은 공간 및 시간 해상도 17,18,19,20을 갖는 전향적 계통발생 매핑을 가능하게 한다. 이러한 기술은 CRISPR/Cas9 게놈 편집을 활용하여 시간이 지남에 따라 축적되는 유전 가능한 돌연변이인 진화하는 바코드로 세포를 엔지니어링합니다. 염기서열분석 시 각 세포의 계통은 바코드 17,18,19,20의 돌연변이 프로파일을 기반으로 추적할 수 있습니다. 실제로, 이러한 기술은 이미 전이-전이 파종을 매핑하는 데 사용되고 있습니다. 최근 논문에서 Zhang 등은 뼈 전이의 유방암 및 전립선암 세포가 뼈에서 재확산되어 여러 장기의 2차 전이를 종자한다는 것을 입증했습니다21.
이러한 새로운 방법은 암 진행에 대한 상세한 고해상도 계통발생 지도를 생성할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있지만, 전이에서 전이로의 파종 사건의 정확한 시기와 이를 촉진하거나 예방하는 요인을 연구하는 사람들에게는 매우 비실용적입니다. 이러한 지식 격차를 해소하는 것은 전이성 암에 대한 이해와 치료를 개선하는 데 매우 중요하지만 이러한 연구를 촉진하는 기술이 눈에 띄게 부족합니다. 이러한 요구를 해결하기 위해 우리는 최근에 전이 부위(폐)에서 광변환을 통해 종양 세포를 특이적으로 표시한 후 3차 장기에서 재식별할 수 있는 새로운 기술을 개발하여 여기에 제시합니다. 이 기술을 사용하여 우리는 최근 유방암 세포가 폐 전이와 종자 3차 장기에서 재증식한다는 것을 보여주었다13. 이 기술은 또한 좁은 창 내에서 재확산 사건의 타이밍을 결정하고 재확산된 종양 세포를 정량화하는 데 사용할 수 있으며, 재확산된 세포의 유기 영양성 및 재확산을 촉진/방지하는 요인에 대한 연구를 용이하게 합니다.
하나의 형광 단백질을 다른 형광 단백질로 영구적으로 대체하는 광변환 및 국소 유도 cre/lox 시스템은종양 세포를 표시하고 추적하는 데 이전에 사용되었지만, 우리가 아는 한, 종양 세포의 시공간 표시에 대한 접근 방식은 가장 흔한 14가지 암 중 하나로 진단된 남성과 여성에게 가장 흔한 전이 부위 중 하나인 폐를 표적으로 삼도록 최적화되지 않았습니다24. 모든 암세포 유형과 폐 전이 생성을 위한 모든 프로토콜을 당사 절차와 함께 사용할 수 있으므로 전이 연구자에게 광범위하게 유용합니다. 폐 전이를 생성하는 데 사용되는 모든 암세포는 광전환 또는 광전환 가능한 단백질을 발현해야 하며, 연구자들은 특정 필요와 자원에 따라 사용할 단백질을 선택할 수 있습니다. 이 연구에서는 히스톤 H2B에 태그된 광변환 가능한 녹색-적색 형광 단백질 Dendra2(6DT1-Dendra2 세포)25를 안정적으로 발현하는 6DT1 유방암 세포를 사용했습니다. 5.0 × 104 6DT1-Dendra2 세포를 암컷 Rag2-/- 마우스의 네 번째 유방 지방 패드에 주입했습니다. 원발성 종양은 주사 후 12일에서 16일 사이에 만져질 수 있었고 실험 기간 동안 절제되지 않았습니다. 자발적 폐 전이는 종양 세포 주입 후 19일에서 26일 사이에 발생했습니다. 광전환 수술은 종양 세포 주입 후 26일에서 29일 사이에 수행되었습니다. 마우스는 폐 전이 부담으로 인해 수술 후 72시간 이내에 희생되었습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 논문에서는 폐에서 종양 세포의 선택적 광변환을 위한 수술 프로토콜을 설명합니다. 이 기술을 통해 연구자들은 폐의 종양 세포를 선택적으로 표시하고 나중에 전신에서 종양 세포를 재식별하여 폐 전이에서 전이 연구를 용이하게 함으로써 그 운명을 추적할 수 있습니다. 이 프로토콜을 사용하여 광변환 수술을 받은 마우스의 뇌, 간 및 광변환되지 않은 오른쪽 폐에서 광전환 세포를 시각화할…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 마이크로 컴퓨터 단층 촬영(S10RR029545)에 도움을 준 Wade Koba, 현미경 검사에 대한 교육과 지원을 제공한 Analytical Imaging Facility의 Vera DesMarais 및 Hillary Guzik, Einstein Montefiore Cancer Center, National Cancer Institute(P30CA013330, R01CA21248, R01CA255153), Gruss Lipper Biophotonics Center, 암 연구를 위한 통합 이미징 프로그램, Henry Wellcome 경 박사후 연구원(221647/Z/20/Z) 및 METAvivor 경력 개발 상.
Materials
| 0-30 V, 0-3 A Power Supply | MPJA | 9616 PS | |
| 12 VDC, 1.2 A Unregulated Plug Supply | MPJA | 17563 PD | |
| 28 G 1 mL BD Insulin Syringe | BD | 329410 | |
| 400 nm light emitting diode array lamp | LedEngin Inc. | 897-LZPD0UA00 | Photoconversion lamp, custom-built (individual parts included below) |
| 5-0 braided silk suture with RB-1 cutting needle | Ethicon, Inc. | 774B | |
| 9 cm 2-0 silk tie | Ethicon, Inc. | LA55G | |
| Baytril 100 (enrofloxacin) | Bayer (Santa Cruz Biotechnology) | sc-362890Rx | Antibiotic used in drinking water |
| Buprenorphine | Hospira | 0409-2012-32 | Analgesic |
| Cables (Cable Assemblies) 2.1 DC JACK-STRAIGHT 72" BLACK/ZIP CORD | Mouser | 172-7426-E | |
| Cables (Cable Assemblies) 2.5 JK-ST 72" ZIP CD | Mouser | 172-0250 | |
| Chlorhexidine solution | Durvet | 7-45801-10258-3 | Chlorhexidine Disinfectant Solution |
| Compressed air canister | Falcon | DPSJB-12 | |
| Extra Fine Micro Dissecting Scissors 4" Straight Sharp/Sharp 24 mm | Roboz Surgical | RS-5912 | Sharp Micro Dissecting Scissors |
| Fiber-optic illuminator | O.C. White Company | FL3000 | Used during mouse intubation |
| Gemini Cautery Kit | Harvard Apparatus | 726067 | Cautery pen |
| Germinator 500 | CellPoint Scientific | GER 5287-120V | Bead Sterilizer |
| Graefe forceps | Roboz | RS-5135 | |
| High power LEDs – single color ultraviolet 90 watts | Mouser | LZP-D0UA00 | |
| Infrared heat lamp | Braintree Scientific | HL-1 | |
| Isoflurane SOL 250 mL PVL | Covetrus | 29405 | Anesthetic |
| Isoflurane vaporizer | SurgiVet | VCT302 | |
| Jacobson needle holder with lock | Kalson Surgical | T1-140 | |
| Labeling tape | Fisher Scientific | S68702 | |
| LED Lighting Reflectors CREE MP-L SNGL LENS REFLECTOR & LOC PIN | Mouser | 928-C11395TM | |
| Long cotton tip applicators | Medline Industries | MDS202055 | |
| Masscool / Soccket 478 / Intel Pentium 4/Celeron up to 3.4GHz / Ball Bearing / Copper Core / CPU Cooling Fan | CompUSA | #S457-1023 | |
| Micro Dissecting Scissors 4" Straight Blunt/Blunt | Roboz Surgical | RS-5980 | Blunt Micro Dissecting Scissors |
| Murine ventilator | Kent Scientific | PS-02 | PhysioSuite |
| Nair Hair Removal Lotion | Amazon | B001RVMR7K | Depilatory cream |
| Personnet mini retractor | Roboz | RS-6504 | Retractor |
| Phosphate Buffered Saline 1x | Fisher Scientific | 14190144 | PBS |
| pLenti.CAG.H2B-Dendra2.W | Addgene | 51005 | Dendra2 lentivirus |
| Puralube | Henry Schein Animal Health | 008897 | Eye Lubricant |
| Rodent intubation stand | Braintree Scientific | RIS 100 | |
| Small animal lung inflation bulb | Harvard Apparatus | 72-9083 | |
| SurgiSuite Multi-Functional Surgical Platform for Mice, with Warming | Kent Scientific | SURGI-M02 | Heated surgical platform |
| Test Leads 48" TEST LEAD BANANA – Black | Mouser | 565-1440-48-0 | |
| Test Leads 48" TEST LEAD BANANA – Red | Mouser | 565-1440-48-2 | |
| Tracheal catheter | Exelint International | 26746 | 22 G catheter |
| Wound closing system veterinary kit | Clay Adams | IN015 | Veterinary surgical stapling kit |
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