Magnetic Resonance Imaging vurdering af kræftfremkaldende-inducerede Murine blære tumorer
Summary
Murine blære tumorer er induceret med N-butyl-N-(4-hydroxybutyl) Nitrosamin kræftfremkaldende (BBN). Blæren tumor generation er heterogene; Derfor, en nøjagtig vurdering af tumor byrde er nødvendig inden randomisering til eksperimentel behandling. Her præsenterer vi en hurtig, pålidelig Mr protokol for at vurdere tumorstørrelse og tidspunkt.
Abstract
Murine blære tumor modeller er afgørende for vurderingen af nye terapeutiske muligheder. Blære tumorer induceret med N-butyl-N-(4-hydroxybutyl) Nitrosamin (BBN) kræftfremkaldende er fordelagtige over celle linje-baserede modeller, fordi de nøje replikere de genomiske profiler af menneskelige tumorer, og i modsætning til cell modeller og xenografts, giver de en god mulighed for undersøgelse af immunoterapi. Men blære tumor generation er heterogene; Derfor, en nøjagtig vurdering af tumor byrde er nødvendig inden randomisering til eksperimentel behandling. Beskrevet her er en BBN musemodel og protokollen til at evaluere blære cancer tumor byrde i vivo ved hjælp af en hurtig og pålidelig magnetisk resonans (MR) sekvens (sand FISP). Denne metode er enkel og pålidelig fordi, i modsætning til ultralyd, hr. er operatør-uafhængig og giver mulighed for enkel efter købet billedbehandling og anmeldelse. Brug af aksial billeder af blæren, analyse af regioner af interesse langs blærevæggen og tumor mulighed for beregning af blæren væg og tumor område. Denne måling korrelerer med ex vivo blære vægt (rs= 0,37, p = 0,009) og tumorstatus (p = 0,0003). Afslutningsvis BBN genererer heterogene tumorer, der er ideelle til evaluering af immunoterapi, og Mr kan hurtigt og pålideligt vurdere tumor byrde inden randomisering til eksperimentel behandling våben.
Introduction
Blærekræft er den femte mest almindelige kræftform samlede, ansvarlig for cirka 80.000 nye tilfælde og 16.000 dødsfald i USA i 20171. Efter omkring 30 år uden væsentlige fremskridt inden for systemisk behandling af blære kræft2, har seneste anti-PD-1 og anti-PD-L1 checkpoint hæmmer forsøg vist spændende og lejlighedsvis holdbare svar hos patienter med fremskreden Urothelial karcinom3,4,5. Men kun omkring 20% af patienter viser et objektivt svar på disse behandlinger, og yderligere undersøgelser er nødvendige for at udvide den effektive brug af immunterapi på patienter med blærekræft.
Murine blære cancer modeller er vigtige værktøjer i prækliniske vurdering af nye behandlinger6,7. For at kontrollere for tumorstørrelse når randomizing mus til forskellige behandlinger, skal tumor byrde vurderes og styres mellem behandlingsgrupper. Tidligere undersøgelser har brugt ultralyd eller bioluminescens for at evaluere orthotopic celle linjebaseret blære cancer modeller8,9,10,11. Begge teknikker fremsætte flere ulemper. Ultralyd målinger kan påvirkes af færdigheder af operatoren og mangler tre-dimensionelle funktioner og høj rumlige opløsning. Bioluminescens metoder kan kun levere semi-kvantitative evaluering af tumorcellerne og tillader ikke for visualisering af blæren anatomi og morfologi. Derudover kan bioluminescens kun bruges med celle linje-baserede modeller, som udtrykker en bioluminescerende gener i hairless mus eller mus med hvide Kitler.
Magnetisk resonans imaging (MR), på den anden side tilbyder unikke fleksibilitet i erhvervelse af anatomiske højopløsningsbilleder, udstiller en bred vifte af væv kontrast, som giver mulighed for nøjagtig visualisering og kvantitativ vurdering af tumor byrde uden at skulle udtrykke en bioluminescerende egenskaber. Hr. billeder er mere let at reproducere med relevant analyse rørledninger og garanteret 3D-visualisering af blæren. De største begrænsninger af Mr er længden af nødvendige tid til en undersøgelse og høje omkostninger, der begrænser høje overførselshastighed assays. Men flere undersøgelser har vist, at hr. sekvenser kan give høj kvalitet diagnostiske billeder, der kan bruges til effektivt at registrere og overvåge celle linjebaseret blære tumorer; de kan således anvendes til høj overførselshastighed analyse9,12.
Her, beskriver vi en non-invasiv hr.-baseret metode til at pålideligt og effektivt karakterisere kræftfremkaldende stof-induceret blære tumorer hos mus. For at opnå dette, bruger vi en hurtig billedbehandling med steady state præcession hr. teknik (sand FISP), som garanterer kort scanning sessioner samtidig med, at høj kvalitet og høj rumlige opløsning (~ 100 mikron) til påvisning og måling af blæren tumorer13. Desuden, for at bekræfte rigtigheden af denne ikke-invasive Mr assay, vi beskriver sammenhængen mellem Mr-afledte parametre samt ex vivo blære vægt og patologisk bekræftet tumorstatus.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nøjagtig afbildning af tumor modeller er nødvendig for passende pre eutanasi iscenesættelse og animalske randomisering forud for indledningen af eksperimentel behandling. Ved hjælp af den procedure, der præsenteres her, vise vi metode til at (1) generere blære tumorer ved hjælp af BBN kræftfremkaldende og (2) stratificere blære tumor byrde ved hjælp af MR. en hr.-afledte område måling (BLAvæg) korrelerer betydeligt med ex vivo blære vægt og er associeret med patologisk tumorstatus.
…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
J. J. M. er finansieret af veteraner sundhed Administration Merit give BX0033692-01. J. J. M. understøttes også af John P. Hanson Foundation for kræftforskning ved Robert H. Lurie omfattende Cancer Center af Northwestern University. Vi takker Center for Translationel Imaging for at levere Mr erhvervelse og forarbejdning. Finansieringskilder spillede ingen rolle i skrivning af håndskriftet eller beslutningen om at indsende til offentliggørelse.
Materials
| C57BL/6 mice | The Jackson Laboratory | 664 | Mice |
| N-butyl-N-(4-hydroxybutyl)nitrosamine carcinogen (BBN) | TCI American | B0938 | Carcinogen |
| 0.9% normal saline | Hospira, Inc | NDC 0409-488-02 | |
| Isoflurane | Piramal HealthCare | 60307-120-25 | Anesthetic |
| 7Tesla ClinScan MRI | Bruker | NA | Dedicated Small Animal Imaging MRI |
| Syngo | Siemens | NA | MR Integrated Imaging Software |
| Model 1030 Monitoring & Gating System | Small Animal Instruments, Inc. (SAII) | NA | Small animal physiologic monitoring |
| Formalin, Neutral Buffered, 10% | Sigma | HT501128 | Fixative |
| Eosin Y | Fisher Scientific | NC1093844 | Histologic staining agent |
| Hematoxylin | Fisher Scientific | 23-245651 | Histologic staining agent |
| Jim7 | Xinapse Systems | NA | Medical image analysis software |
| GraphPad Prism v7.04 | Graphpad | NA | Graphing software |
| R v3.4.2 | The R Project for Statistical Computing | NA | Statistical software |
| R package pROC v1.10.0. | The R Project for Statistical Computing | NA | ROC analysis |
References
- Siegel, R. L., Miller, K. D., Jemal, A. Cancer Statistics, 2017. CA: A Cancer Journal for Clinicians. 67 (1), 7-30 (2017).
- Abdollah, F., et al. Incidence, survival and mortality rates of stage-specific bladder cancer in United States: a trend analysis. Cancer Epidemiology. 37 (3), 219-225 (2013).
- Rosenberg, J. E., et al. Atezolizumab in patients with locally advanced and metastatic urothelial carcinoma who have progressed following treatment with platinum-based chemotherapy: a single-arm, multicentre, phase 2 trial. The Lancet. 387 (10031), 1909-1920 (2016).
- Sharma, P., et al. Nivolumab monotherapy in recurrent metastatic urothelial carcinoma (CheckMate 032): a multicentre, open-label, two-stage, multi-arm, phase 1/2 trial. The Lancet Oncology. 17 (11), 1590-1598 (2016).
- Bellmunt, J., et al. Pembrolizumab as Second-Line Therapy for Advanced Urothelial Carcinoma. New England Journal of Medicine. 376 (11), 1015-1026 (2017).
- Chan, E., Patel, A., Heston, W., Larchian, W. Mouse orthotopic models for bladder cancer research. BJU International. 104 (9), 1286-1291 (2009).
- Zhang, N., Li, D., Shao, J., Wang, X. Animal models for bladder cancer: The model establishment and evaluation (Review). Oncology Letters. 9 (4), 1515-1519 (2015).
- Patel, A. R., et al. Transabdominal micro-ultrasound imaging of bladder cancer in a mouse model: a validation study. Urology. 75 (4), 799-804 (2010).
- Chin, J., Kadhim, S., Garcia, B., Kim, Y. S., Karlik, S. Magnetic resonance imaging for detecting and treatment monitoring of orthotopic murine bladder tumor implants. The Journal of Urology. 145 (6), 1297-1301 (1991).
- Jurczok, A., Fornara, P., Soling, A. Bioluminescence imaging to monitor bladder cancer cell adhesion in vivo: a new approach to optimize a syngeneic, orthotopic, murine bladder cancer model. BJU International. 101 (1), 120-124 (2008).
- Vandeveer, A. J., et al. Systemic Immunotherapy of Non-Muscle Invasive Mouse Bladder Cancer with Avelumab, an Anti-PD-L1 Immune Checkpoint Inhibitor. Cancer Immunology Research. 4 (5), 452-462 (2016).
- Kikuchi, E., et al. Detection and quantitative analysis of early stage orthotopic murine bladder tumor using in vivo magnetic resonance imaging. Journal of Urology. 170, 1375-1378 (2003).
- Chung, H. W., et al. T2-weighted fast MR imaging with true FISP versus HASTE: comparative efficacy in the evaluation of normal fetal brain maturation. American Journal of Roentgenology. 175 (5), 1375-1380 (2000).
- Miyamoto, H., et al. Promotion of bladder cancer development and progression by androgen receptor signals. Journal of the National Cancer Institute. 99 (7), 558-568 (2007).
- Bertram, J. S., Craig, A. W. Specific induction of bladder cancer in mice by butyl-(4-hydroxybutyl)-nitrosamine and the effects of hormonal modifications on the sex difference in response. European Journal of Cancer. 8 (6), 587-594 (1972).
- Nagao, M., et al. Mutagenicity of N-butyl-N-(4-hydroxybutyl)nitrosamine, a bladder carcinogen, and related compounds. 암 연구학. 37, 399-407 (1977).
- Hirose, M., Fukushima, S., Hananouchi, M., Shirai, T., Ogiso, T. Different susceptibilities of the urinary bladder epithelium of animal species to three nitroso compounds. Gan. Gann; The Japanese Journal of Cancer Research. 67 (2), 175-189 (1976).
- Shin, K., et al. Cellular origin of bladder neoplasia and tissue dynamics of its progression to invasive carcinoma. Nature Cell Biology. 16 (5), 469-478 (2014).
- Epstein, J. I. Chapter 17: Immunohistology of the Bladder, Kidney, and Testis. Diagnostic Immunohistochemistry. , 624-661 (2019).
- Cohen, S. M., Ohnishi, T., Clark, N. M., He, J., Arnold, L. L. Investigations of rodent urinary bladder carcinogens: collection, processing, and evaluation of urine and bladders. Toxicologic Pathology. 35 (3), 337-347 (2007).
- Wood, D. P. Tumors of the bladder. Campbell-Walsh Urology. 11 (92), 2184-2204 (2016).
- Zitvogel, L., Pitt, J. M., Daillere, R., Smyth, M. J., Kroemer, G. Mouse models in oncoimmunology. Nature Reviews Cancer. , (2016).
- Kaneko, S., Li, X. X chromosome protects against bladder cancer in females via a KDM6A-dependent epigenetic mechanism. Science Advances. 4 (6), eaar5598 (2018).
- Smilowitz, H. M., et al. Biodistribution of gold nanoparticles in BBN-induced muscle-invasive bladder cancer in mice. International Journal of Nanomedicine. 12, 7937-7946 (2017).
- Dai, Y. C., et al. The interaction of arsenic and N-butyl-N-(4-hydroxybutyl)nitrosamine on urothelial carcinogenesis in mice. PLoS One. 12 (10), e0186214 (2017).
- Williams, P. D., Lee, J. K., Theodorescu, D. Molecular Credentialing of Rodent Bladder Carcinogenesis Models. Neoplasia. 10 (8), (2008).
- Fantini, D., et al. A Carcinogen-induced mouse model recapitulates the molecular alterations of human muscle invasive bladder cancer. Oncogene. 37 (14), 1911-1925 (2018).
- . NCCN Guidelines in Clinical Oncology – Bladder Cancer 5.2018 Available from: https://www.nccn.org/professionals/physician_gls/pdf/bladder.pdf (2018)
- Costa, M. J., Delingette, H., Novellas, S., Ayache, N. Automatic segmentation of bladder and prostate using coupled 3-D deformable models. Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention. 10 (Pt 1), 252-260 (2007).
- Rosenkrantz, A. B., et al. Utility of quantitative MRI metrics for assessment of stage and grade of urothelial carcinoma of the bladder: preliminary results. American Journal of Roentgenology. 201 (6), 1254-1259 (2013).
