Intra-iliaca Injection för effektiv och selektiv Modellering av Mikroskopisk skelettmetastaser
Summary
This manuscript provides the detailed procedure of intra-iliac artery (IIA) injection, a technique to deliver cancer cells specifically to hind limb tissues including bones to establish experimental bone metastases. Although initially established with breast tumor models, this protocol can be easily extended to other cancer types.
Abstract
Intra-iliac artery (IIA) injection is an efficient approach to introduce metastatic lesions of various cancer cells in animals. Compared to the widely used intra-cardiac and intra-tibial injections, IIA injection brings several advantages. First, it can deliver a large quantity of cancer cells specifically to hind limb bones, thereby providing spatiotemporally synchronized early-stage colonization events and allowing robust quantification and swift detection of disseminated tumor cells. Second, it injects cancer cells into the circulation without damaging the local tissues, thereby avoiding inflammatory and wound-healing processes that confound the bone colonization process. Third, IIA injection causes very little metastatic growth in non-bone organs, thereby preventing animals from succumbing to other vital metastases, and allowing continuous monitoring of indolent bone lesions. These advantages are especially useful for the inspection of progression from single cancer cells to multi-cell micrometastases, which has largely been elusive in the past. When combined with cutting-edge approaches of biological imaging and bone histology, IIA injection can be applied to various research purposes related to bone metastases.
Introduction
Metastaser står för mer än 90% av dödsfall orsakade av solida tumörer. Ben är den vanligaste organet påverkas av metastaser av olika cancertyper, i synnerhet bröst- och prostatacancer. När diagnosen på kliniken, benmetastaser vanligtvis har redan skrivit ett långt framskridet skede med antingen osteolytiska eller osteoblastiska förändringar i ben, ofta tillsammans med neurologiska symtom.
Tidigare studier främst fokuserat på uppenbara osteolytiska benmetastaser 1-3, men vi för närvarande har begränsad förståelse för mikrometastaser i ben innan starten av osteolytiska processen. Detta beror åtminstone delvis på grund av brist på lämpliga experimentella modeller och metoder. Genetiskt modifierade musmodeller av bröstcancer metastaserar ofta lungorna, men mycket mindre effektivt ben 4. På samma sätt ortotopiskt transplanterade tumörer sällan utvecklar spontana benmetastaser, med några ben tropiska 4T1 bröst carcinomen sub-kloner och MSP uttryckt pymt transgen musmodell som undantag 5-7. Intra-skenbens borrning kan leverera cancerceller till benet 8-10, men det medför också skador och inflammation lokala vävnader. För närvarande Intrakardiella injektion av bröstcancercellinjer har varit den viktigaste metod för att undersöka ben kolonisering 11-13. Emellertid, efter cancerceller införs i vänster kammare endast en begränsad del kommer slutligen nå ben och benmärg, vilket gör det svårt att spåra mikroskopiska metastaser i en kvantifierbar mode.
I denna studie har vi etablera en teknik, nämligen intra-höftartär (IIA) injektion 14, för att selektivt leverera cancerceller in i bakbensvävnad, vilket berikar cancerceller i ben och benmärg utan att orsaka skada på lokala vävnader. På grund av benet specificitet, detta tillvägagångssätt gör också tillräckligt med tid för indolenta cancerceller för att så småningom kolonisera innan enDJUR vika för primära tumörer eller metastaser i andra vitala organ. I kombination med en mängd andra tekniker, såsom mareld avbildning, immunofluorescensfärgning och benhistomorfometri, är potentiellt användbara för ett brett spektrum av forskningsändamål i samband med skelettmetastaser IIA injektion, särskilt för att spåra utvecklingen från enstaka cancerceller till multi-cell mikrometastaser. I synnerhet, visade vi att IIA injektion gör att vi kan visualisera samspelet mellan cancerceller och olika typer av omgivande celler i benet mikromiljö.
Protocol
Representative Results
Discussion
Även om endast höftartären är målet för injektionen för cancerceller, rekommenderar vi separationen av både höft ven och artär från omgivande vävnader, och att lyfta dem tillsammans som ett paket. Detta beror på venen och artären utför kontakt med varandra, och den venösa kärlväggen är tunn och är lätt att bryta. Därför, för en lyckad injektion, det sparar tid och ansträngning att hålla upp de två kärlen tillsammans, även cancerceller injiceras enbart till artären. En 4-0 silkessutur använ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Research in Zhang lab was supported by X. H.-F. Z.’s NCI CA151293, CA183878, Breast Cancer Research Foundation, U.S. Department of Defense DAMD W81XWH-13-1-0195, a Pilot Award of CA149196-04, McNair Medical Institute and by H.W.’s U.S. Department of Defense DAMD W81XWH-13-1-0296.
Materials
| Materials | |||
| DMEM | HyClone | SH30022.01 | |
| FBS | Gibco | 16000 | |
| Pen/Strep Amphatericin B | Lonza Biowhittaker | 17-745E | |
| PBS | Lonza Biowhittaker | 17-516F | |
| Trypsin/EDTA solution | HyClone | SH30042.01 | |
| 45uM cell strainer | VWR International Laboratory | 195-2545 | |
| MediGel CPF with carprofen | Controlled item from veterinary care in BCM | For pain management | |
| Buprenorphine | Controlled item from veterinary care in BCM | For pain management | |
| Estradiol pellet | Innovative Research of America | SE-121 | |
| Ketamine and xylazine | Controlled item from veterinary care in BCM | ||
| Vet ointment | Controlled item from veterinary care in BCM | Avoid eye dryness | |
| Shaver | Oster | 78005-050 | For furred mice |
| Isopropyl ethanol | ACROS | 67-63-0 | |
| Betadine surgical scrub | Controlled item from veterinary care in BCM | ||
| #10 scalpel blades | Ted Pella, Inc | 549-3CS-10 | Multiple |
| No. 3 handle | Ted Pella, Inc | 541-31 | Need to be autoclaved |
| Sterile surgical drape | Sai Infusion Technology | PSS-SD1 | |
| Straight forceps | Roboz Surgical Instrument | RS-5132 | Need to be autoclaved |
| Straight fine forceps | Fine Science Tools | 11253-20 | Need to be autoclaved |
| Edged fine forceps | Fine Science Tools | 11253-25 | Need to be autoclaved |
| 4-0 Vicryl silk suture | Johnson & Johnson Health Care | J214H | |
| 31G insuline syringes | BD | 328418 | Multiple |
| Q-tips cotton swabs (Sterile) | VWR International Laboratory | 89031-272 | |
| Skin glue | Henry Schein Animal Health | 31477 | For surgery site skin closure |
| Ear Tag Applicator | Fine Science Tools | 24220-00 | |
| Ear tags | Fine Science Tools | 24220-50 | |
| D-luciferin | Gold Biotechnology | LUCK | Avoid light and put on ice |
| 28G insulin syringes | BD | 329410 | For intra-orbital injection |
| Paraformadehyde | Alfa Aesar | 30525-89-4 | For tissue fixation |
| EDTA | OmniPur | 4050 | For bone tissue decalficication |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Dissection microscope | Leica | Leica S6E stereo | |
| IVIS Lumina II imaging system | Advanced Molecular Vision | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Antibodies | |||
| Anti-GFP antibodies (JL-8) | Clontech | 632381 | |
| Anti-ALP antibodies | Abcam | ab108337 | |
| Anti-Osterix antibodies | Abcam | ab22552 |
References
- Kang, Y., et al. A multigenic program mediating breast cancer metastasis to bone. Cancer cell. 3 (6), 537-549 (2003).
- Lu, X., et al. VCAM-1 promotes osteolytic expansion of indolent bone micrometastasis of breast cancer by engaging alpha4beta1-positive osteoclast progenitors. Cancer cell. 20 (6), 701-714 (2011).
- Ell, B., Kang, Y. SnapShot: Bone Metastasis. Cell. 151 (3), 690-690 (2012).
- Kretschmann, K. L., Welm, A. L. Mouse models of breast cancer metastasis to bone. Cancer Metastasis Rev. 31 (3-4), 579-583 (2012).
- Lelekakis, M., et al. A novel orthotopic model of breast cancer metastasis to bone. Clin Exp Metastasis. 17 (2), 163-170 (1999).
- Rose, A. A., et al. Osteoactivin promotes breast cancer metastasis to bone. Mol Cancer Res. 5 (10), 1001-1014 (2007).
- Welm, A. L., et al. The macrophage-stimulating protein pathway promotes metastasis in a mouse model for breast cancer and predicts poor prognosis in humans. Proc Natl Acad Sci U S A. 104 (18), 7570-7575 (2007).
- Li, X., et al. Loss of TGF-beta Responsiveness in Prostate Stromal Cells Alters Chemokine Levels and Facilitates the Development of Mixed Osteoblastic/Osteolytic Bone Lessions. Mol. Cancer. Res. 10 (4), 494-503 (2012).
- Gregory, L. S., Choi, W., Burke, L., Clements, J. A. Breast Cancer Cells Induce Osteolytic Bone Lesions In vivo through a Reduction in Osteoblast Activity in Mice. PLoS ON. 8 (9), e68103 (2013).
- Waning, D. L., et al. Excess TGF-β mediates muscle weakness associated with bone metastases in mice. Nat Med. 21 (11), 1262-1271 (2015).
- Simmons, J. K., et al. Animal Models of Bone Metastasis. Vet Pathol. 52 (5), 827-841 (2015).
- Werbeck, J. L., et al. Tumor microenvironment regulates metastasis and metastasis genes of mouse MMTV-PymT mammary cancer cells in vivo. Vet Pathol. 51 (4), 868-881 (2014).
- Xiang, J., et al. CXCR4 Protein Epitope Mimetic Antagonist, POL5551, Disrupts Metastasis and Enhances Chemotherapy Effect in Triple Negative Breast Cancer. Mol Cancer Ther. 14 (11), 2473-2485 (2015).
- Wang, H., et al. The osteogenic niche promotes early-stage bone colonization of disseminated breast cancer cells. Cancer Cell. 27 (2), 193-210 (2015).
- Hoffmann, J., et al. Characterization of new estrogen receptor destabilizing compounds: effects on estrogen-sensitive and tamoxifen-resistant breast cancer. J Natl Cancer Inst. 96 (3), 210-218 (2004).
- Tannehill-Gregg, S. H., Levine, A. L., Nadella, M. V., Iguchi, H., Rosol, T. J. The effect of zoledronic acid and osteoprotegerin on growth of human lung cancer in the tibias of nude mice. Clin Exp Metastasis. 23 (1), 19-31 (2006).
- Slyfield, C. R., Tkachenko, E. V., Wilson, D. L., Hernandez, C. J. Three-Dimensional Dynamic Bone Histomorphometry. J Bone Miner Res. 27 (2), 486-495 (2012).
- Koba, W., Jelicks, L. A., Fine, E. J. MicroPET/SPECT/CT imaging of small animal models of disease. Am J Pathol. 182 (2), 319-324 (2013).
- Simmons, J. K., et al. Canine prostate cancer cell line (Probasco) produces osteoblastic metastases in vivo. Prostate. 74 (13), 1251-1265 (2014).
- Amend, S. R., et al. Thrombospondin-1 regulates bone homeostasis through effects on bone matrix integrity and nitric oxide signaling in osteoclasts. J Bone Miner Res. 30 (1), 106-115 (2015).
