JoVE Journal > Cancer Research
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
자동 번역
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
암 연구학

Transplantation orthotopique de tumeurs mammaires comme modèles précliniques pour le cancer du sein

Published: May 18, 2020
doi:
10.3791/61173
, , , , ,
1Department of Molecular and Cellular Biology,Baylor College of Medicine, 2Lester and Sue Smith Breast Center,Baylor College of Medicine, 3Dan L. Duncan Cancer Center,Baylor College of Medicine

Summary

Les modèles de xénogreffes dérivées de patients (PDX) et les modèles murins génétiquement modifiés transplantables récapitulent fidèlement les maladies humaines et sont des modèles préférés pour la recherche fondamentale et translationnelle sur le cancer du sein. Ici, une méthode est décrite pour transplanter orthotopiquement des fragments de tumeur mammaire dans le coussinet adipeux mammaire afin d’étudier la biologie tumorale et d’évaluer la réponse médicamenteuse.

Abstract

Les modèles précliniques qui récapitulent fidèlement l’hétérogénéité tumorale et la réponse thérapeutique sont essentiels pour la recherche translationnelle sur le cancer du sein. Les lignées cellulaires immortalisées sont faciles à cultiver et à modifier génétiquement pour étudier les mécanismes moléculaires, mais la pression sélective de la culture cellulaire conduit souvent à des altérations génétiques et épigénétiques au fil du temps. Les modèles de xénogreffes dérivées du patient (PDX) récapitulent fidèlement l’hétérogénéité et la réponse médicamenteuse des tumeurs mammaires humaines. Les modèles PDX présentent une latence relativement courte après la transplantation orthotopique qui facilite l’étude de la biologie de la tumeur mammaire et de la réponse aux médicaments. Les modèles murins génétiquement modifiés transplantables permettent l’étude de l’immunité tumorale du sein. Le protocole actuel décrit la méthode de transplantation orthotopique de fragments de tumeur mammaire dans le coussinet adipeux mammaire, suivie de traitements médicamenteux. Ces modèles précliniques fournissent des approches précieuses pour étudier la biologie des tumeurs du sein, la réponse aux médicaments, la découverte de biomarqueurs et les mécanismes de résistance aux médicaments.

Introduction

La plupart des décès par cancer du sein peuvent être attribués à une maladie récurrente résistante aux thérapies conventionnelles1,2. L’hétérogénéité inter- et intra-tumorale des cancers du sein contribue à la résistance au traitement. De plus, l’hétérogénéité tumorale peut empiétiser sur un pronostic précis et remettre en question la prise en charge de la maladie3,4. L’identification de biomarqueurs prédictifs de la réponse améliorera considérablement les résultats cliniques des patientes atteintes d’un cancer du sein. Même si la plupart des types de cancer du sein sont des tumeurs immunologiquement « froides » qui ne répondent probablement pas à l’immunothérapie, les inhibiteurs du point de contrôle immunitaire se sont révélés prometteurs dans les essais cliniques2,5. Par exemple, un essai de phase III a montré une amélioration de la survie sans maladie (DFS) et des preuves préliminaires que l’atezolizumab (anticorps monoclonal contre PD-L1) associé au nab-paclitaxel peut fournir un bénéfice de survie globale par rapport au nab-paclitaxel seul dans les tumeurs présentant une coloration PD-L1 à ≥1%6. Le développement de thérapies qui sensibilisent les tumeurs mammaires à l’immunothérapie révolutionnera les schémas thérapeutiques.

Les modèles précliniques qui récapitulent fidèlement l’hétérogénéité du cancer du sein humain et la réponse aux médicaments sont essentiels pour étudier la biologie tumorale et identifier les biomarqueurs potentiels pour un traitement ciblé. Les lignées cellulaires immortalisées sont largement utilisées pour la recherche sur le cancer du sein, car ces lignées cellulaires sont faciles à cultiver et à modifier génétiquement pour étudier les mécanismes moléculaires. Cependant, en raison de la pression sélective de la culture cellulaire à long terme in vitro, une dérive génétique peut se produire au fil du temps et les lignées cellulaires du cancer du sein peuvent comporter des altérations génomiques spécifiques à la lignée cellulaire qui sont distinctes des aberrations dans les tumeurs mammaires primaires7,8,9.

Les morceaux tumoraux de xénogreffe dérivés du patient (PDX) sont capables de récapituler l’hétérogénéité de la maladie humaine et sont histologiquement et immunohistochimiquement similaires à la tumeur d’origine10,11,12,13,14,15, 16,17,18,19,20,21,22 ,23,24,25,26,27,28,29. Il est important de savoir que les modèles PDX sont phénotypiquement stables sur plusieurs transplantations, comme en témoignent l’histologie, le transcriptome, le protéome etl’analysegénomique 10,11,12,13,14,15,16,17,18 ,19,20,21,22 ,23,24,25,26,27,28,29. Les modèles PDX montrent des réponses au traitement comparables à celles observées cliniquement10,11,12,13, 14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24, 25,26,27,28,29. Des modèles PDX pour les modèles PDX positifs aux récepteurs des œstrogènes (ER+),positifs aux récepteurs de la progestérone (PR+),positifs au facteur de croissance épidermique 2 (ERBB2+,HER2+)et triple négatifs du cancer du sein (CSTN) ont été établis et constituent une excellente plate-forme pour tester les thérapies endocriniennes, chimio et ciblées. Cependant, l’une des principales mises en garde des modèles PDX à l’heure actuelle est l’absence d’un système immunitaire fonctionnel chez la souris.

Les modèles murins génétiquement modifiés (GEMM), tels que les modèles de surexpression Trp53 homozygotes null, cMyc, Wnt1, PyMT ou Her2, permettent d’étudier l’initiation, la progression et les métastases tumorales spontanées dans le contexte d’un système immunitaire intact. Cependant, la latence tumorale est longue, ce qui rend difficile la réalisation d’essais précliniques avec plusieurs bras30,31. Cependant, GEMM peut être transplanté sur des hôtes syngéniques pour générer un nombre suffisant de tumeurs qui récapitulent étroitement les tumeurs humaines32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45, 46,47,48,49,50,51,52,53,54,55. Par exemple, l’épithélium mammaire d’une souris BALB/c p53-null a été transplanté dans les coussinets graisseux nettoyés de souris receveuses syngéniques de type sauvage pour former des tumeurs primaires, qui peuvent être transplantées dans des hôtes syngéniques56,57. Les tumeurs p53-null ont récapitulé différents sous-types de tumeurs humaines.

La combinaison de modèles PDX et de GEMM transplantables fournit des outils précliniques précieux pour étudier la biologie des tumeurs mammaires, la réponse aux médicaments et l’immunité antitumorale. Dans le protocole actuel, une méthode de transplantation orthotopique de fragments tumoraux PDX et GEMM dans le coussinet adipeux mammaire de la souris est décrite. Ces modèles se prêtent à des passages en série et conservent généralement un phénotype stable. Pour atténuer le risque de dérive génétique ou de perte d’hétérogénéité entre les passages au fil du temps, plusieurs fragments de tissus sont cryoconservés à chaque passage pour une transplantation ultérieure dans le cas où des changements biologiques ou morphologiques sont observés au fil du temps29,58.

Protocol

Tous les protocoles utilisant des animaux ont été examinés et approuvés par le Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux (IACUC). Les fragments tumoraux, d’une taille d’environ 1−2 mm3, proviennent de stocks congelés de manière viable obtenus à partir de la xénogreffe dérivée du patient et du noyau de modèles in vivo avancés du Baylor College of Medicine. 1. Préparation de fragments de tumeur mammaire cryoconservés pour la transplantation <…

Representative Results

La figure 1 montre l’équipement (Figure 1A) et les principales procédures ( Figure1B) de la transplantation orthotopique. La figure 2 montre la caractérisation d’une tumeur PDX transplantée (MC1). Des fragments tumoraux (1 mm3)du modèle MC1 ont été transplantés dans le coussinet de graisse n ° 4 de souris SCID / B…

Discussion

Pour réduire les variations de la croissance tumorale entre les animaux, il est essentiel de couper le tissu tumoral en fragmentsde 1 mm 3 pour la transplantation. Les modèles qui développent des tissus mous sont plus difficiles à travailler et les fragments tumoraux doivent être coupés légèrement plus grands (1−2 mm3). Lorsque vous placez le tissu dans la poche du coussin adipeux mammaire, veillez à ne pas diviser le tissu en plusieurs morceaux, car cela entraînerait de multiples petite…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Health (R37CA228304 et R01HL146642 à Xi Chen, CA148761 à Jeffrey M. Rosen), le Département de la Défense des États-Unis (W81XWH-19-1-0524 à Xi Chen, W81XWH-19-1-0035 à Xiangdong Lv), l’American Cancer Society (RSG-18-181-01-TBE à Xi Chen) et le Cancer Prevention and Research Institute of Texas (RR150009 CPRIT Scholar in Cancer Research Award à Xi Chen), la xénogreffe dérivée du patient et les modèles in vivo avancés Core au Baylor College of Medicine (financement du RP170691 CPRIT Core Facility Award et de la subvention de soutien du centre de cancérologie NCI-CA125123 P30).

Materials

1 mg/mL Buprenorphine-SR ZooPharm (via BCM veterinarians) Sterile
26G syringe BD 148232E Sterile
Betadine Scrub Fisher 19-027132
Cotton Swabs VWR International Laboratory 89031-272 Sterile
DMEM Fisher MT 10-013-CM Sterile
Electric shaver Oster 78005-050
Glass beads sterilizer (Germinator) Roboz Surgical Store DS-401
Lubricant ophthalmic ointment Akorn Animal Health 17478-062-35
Micro Dissecting Forceps; Serrated, Angular (regular forceps) Roboz Surgical Store RS-5139 Sterile
Micro Dissecting Spring Scissors (fat pad cutter) Roboz Surgical Store RS-5658BT Sterile
Micro Forceps (tissue placing forceps) Roboz Surgical Store RS-5069 Sterile
Petri Dish Fisher 08-757- 100D Sterile
Sterile drape Sai Infusion Technology PSS-SD1 Sterile
Surgery scissors Roboz Surgical Store RS-5960 Sterile
Tissue Forceps (claw forceps) Roboz Surgical Store RS-5158 Sterile
Wound clip applier BD Autoclip Wound System 01-804 Sterile
Wound clip remover BD Autoclip Wound System 01-804-15 Sterile
Wound clips BD Autoclip Wound System 01-804-5 Sterile
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Waks, A. G., Winer, E. P. Breast Cancer Treatment: A Review. JAMA. 321 (3), 288-300 (2019).
  2. Harbeck, N., et al. Breast cancer. Nature Reviews Disease Primers. 5 (1), 66 (2019).
  3. Harbeck, N., Salem, M., Nitz, U., Gluz, O., Liedtke, C. Personalized treatment of early-stage breast cancer: present concepts and future directions. Cancer Treatment Reviews. 36 (8), 584-594 (2010).
  4. Zardavas, D., Irrthum, A., Swanton, C., Piccart, M. Clinical management of breast cancer heterogeneity. Nature Reviews Clinical Oncology. 12 (7), 381 (2015).
  5. Esteva, F. J., Hubbard-Lucey, V. M., Tang, J., Pusztai, L. Immunotherapy and targeted therapy combinations in metastatic breast cancer. The Lancet Oncology. 20 (3), e175-e186 (2019).
  6. Schmid, P., et al. Atezolizumab and nab-paclitaxel in advanced triple-negative breast cancer. New England Journal of Medicine. 379 (22), 2108-2121 (2018).
  7. Tsuji, K., et al. Breast cancer cell lines carry cell line-specific genomic alterations that are distinct from aberrations in breast cancer tissues: comparison of the CGH profiles between cancer cell lines and primary cancer tissues. BMC Cancer. 10 (1), 15 (2010).
  8. Neve, R. M., et al. A collection of breast cancer cell lines for the study of functionally distinct cancer subtypes. Cancer Cell. 10 (6), 515-527 (2006).
  9. Clarke, R. Human breast cancer cell line xenografts as models of breast cancer-the immunobiologies of recipient mice and the characteristics of several tumorigenic cell lines. Breast Cancer Research and Treatment. 39 (1), 69-86 (1996).
  10. DeRose, Y. S., et al. Tumor grafts derived from women with breast cancer authentically reflect tumor pathology, growth, metastasis and disease outcomes. Nature Medicine. 17 (11), 1514 (2011).
  11. Kuperwasser, C., et al. Reconstruction of functionally normal and malignant human breast tissues in mice. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America of the United States of America. 101 (14), 4966-4971 (2004).
  12. Vaillant, F., et al. Targeting BCL-2 with the BH3 mimetic ABT-199 in estrogen receptor-positive breast cancer. Cancer Cell. 24 (1), 120-129 (2013).
  13. Li, S., et al. Endocrine-therapy-resistant ESR1 variants revealed by genomic characterization of breast-cancer-derived xenografts. Cell Reports. 4 (6), 1116-1130 (2013).
  14. DeRose, Y. S., et al. Patient-derived models of human breast cancer: protocols for in vitro and in vivo applications in tumor biology and translational medicine. Current Protocols in Pharmacology. 60 (1), 14.23.11-14.23.43 (2013).
  15. Al-Hajj, M., Wicha, M. S., Benito-Hernandez, A., Morrison, S. J., Clarke, M. F. Prospective identification of tumorigenic breast cancer cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (7), 3983-3988 (2003).
  16. Marangoni, E., et al. A new model of patient tumor-derived breast cancer xenografts for preclinical assays. Clinical Cancer Research. 13 (13), 3989-3998 (2007).
  17. Zhang, H., et al. Patient-derived xenografts of triple-negative breast cancer reproduce molecular features of patient tumors and respond to mTOR inhibition. Breast Cancer Research. 16 (2), R36 (2014).
  18. Shultz, L. D., Ishikawa, F., Greiner, D. L. Humanized mice in translational biomedical research. Nature Reviews Immunology. 7 (2), 118 (2007).
  19. Sheffield, L. G., Welsch, C. W. Transplantation of human breast epithelia to mammary-gland-free fat-pads of athymic nude mice: Influence of mammotrophic hormones on growth of breast epithelia. International Journal of Cancer. 41 (5), 713-719 (1988).
  20. Sebesteny, A., et al. Primary human breast carcinomas transplantable in the nude mouse. Journal of the National Cancer Institute. 63 (6), 1331-1337 (1979).
  21. Sakakibara, T., et al. Growth and metastasis of surgical specimens of human breast carcinomas in SCID mice. The Cancer Journal from Scientific American. 2 (5), 291-300 (1996).
  22. Rae-Venter, B., Reid, L. M. Growth of human breast carcinomas in nude mice and subsequent establishment in tissue culture. 암 연구학. 40 (1), 95-100 (1980).
  23. Outzen, H., Custer, R. Brief communication: Growth of human normal and neoplastic mammary tissues in the cleared mammary fat pad of the nude mouse. Journal of the National Cancer Institute. 55 (6), 1461-1466 (1975).
  24. Noël, A., et al. Heterotransplantation of primary and established human tumour cells in nude mice. Anticancer Research. 15 (1), 1-7 (1995).
  25. Naundorf, H., Fichtner, I., Büttner, B., Frege, J. Establishment and characterization of a new human oestradiol-and progesterone-receptor-positive mammary carcinoma serially transplantable in nude mice. Journal of Cancer Research and Clinical Oncology. 119 (1), 35-40 (1992).
  26. Murthy, M. S., Scanlon, E. F., Jelachich, M. L., Klipstein, S., Goldschmidt, R. A. Growth and metastasis of human breast cancers in athymic nude mice. Clinical and Experimental Metastasis. 13 (1), 3-15 (1995).
  27. Fichtner, I., Becker, M., Zeisig, R., Sommer, A. In vivo models for endocrine-dependent breast carcinomas: special considerations of clinical relevance. European Journal of Cancer. 40 (6), 845-851 (2004).
  28. Ding, L., et al. Genome remodelling in a basal-like breast cancer metastasis and xenograft. Nature. 464 (7291), 999 (2010).
  29. Zhang, X., et al. A renewable tissue resource of phenotypically stable, biologically and ethnically diverse, patient-derived human breast cancer xenograft models. 암 연구학. 73 (15), 4885-4897 (2013).
  30. Borowsky, A. D. Choosing a mouse model: experimental biology in context-the utility and limitations of mouse models of breast cancer. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 3 (9), a009670 (2011).
  31. Caligiuri, I., Rizzolio, F., Boffo, S., Giordano, A., Toffoli, G. Critical choices for modeling breast cancer in transgenic mouse models. Journal of Cellular Physiology. 227 (8), 2988-2991 (2012).
  32. Backlund, M. G., et al. Impact of ionizing radiation and genetic background on mammary tumorigenesis in p53-deficient mice. 암 연구학. 61 (17), 6577-6582 (2001).
  33. Jerry, D., et al. A mammary-specific model demonstrates the role of the p53 tumor suppressor gene in tumor development. Oncogene. 19 (8), 1052-1058 (2000).
  34. Hüsler, M. R., et al. Lactation-induced WAP-SV40 Tag transgene expression in C57BL/6J mice leads to mammary carcinoma. Transgenic Research. 7 (4), 253-263 (1998).
  35. Simin, K., et al. pRb inactivation in mammary cells reveals common mechanisms for tumor initiation and progression in divergent epithelia. PLoS Biology. 2 (2), e22 (2004).
  36. Sandgren, E. P., et al. Inhibition of mammary gland involution is associated with transforming growth factor α but not c-myc-induced tumorigenesis in transgenic mice. 암 연구학. 55 (17), 3915-3927 (1995).
  37. Gallahan, D., et al. Expression of a truncated Int3 gene in developing secretory mammary epithelium specifically retards lobular differentiation resulting in tumorigenesis. 암 연구학. 56 (8), 1775-1785 (1996).
  38. Tsukamoto, A. S., Grosschedl, R., Guzman, R. C., Parslow, T., Varmus, H. E. Expression of the int-1 gene in transgenic mice is associated with mammary gland hyperplasia and adenocarcinomas in male and female mice. Cell. 55 (4), 619-625 (1988).
  39. Guy, C. T., Cardiff, R., Muller, W. J. Induction of mammary tumors by expression of polyomavirus middle T oncogene: a transgenic mouse model for metastatic disease. Molecular and Cellular Biology. 12 (3), 954-961 (1992).
  40. Guy, C. T., et al. Expression of the neu protooncogene in the mammary epithelium of transgenic mice induces metastatic disease. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 89 (22), 10578-10582 (1992).
  41. Xu, X., et al. Conditional mutation of Brca1 in mammary epithelial cells results in blunted ductal morphogenesis and tumour formation. Nature Genetics. 22 (1), 37 (1999).
  42. Maroulakou, I. G., Anver, M., Garrett, L., Green, J. E. Prostate and mammary adenocarcinoma in transgenic mice carrying a rat C3 (1) simian virus 40 large tumor antigen fusion gene. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 91 (23), 11236-11240 (1994).
  43. Yin, Y., et al. Characterization of medroxyprogesterone and DMBA-induced multilineage mammary tumors by gene expression profiling. Molecular Carcinogenesis. 44 (1), 42-50 (2005).
  44. Cressman, V. L., et al. Mammary tumor formation in p53-and BRCA1-deficient mice. Cell Growth and Differentiation-Publication American Association for Cancer Research. 10 (1), 1-10 (1999).
  45. Li, Z., et al. ETV6-NTRK3 fusion oncogene initiates breast cancer from committed mammary progenitors via activation of AP1 complex. Cancer Cell. 12 (6), 542-558 (2007).
  46. Pond, A. C., et al. Fibroblast growth factor receptor signaling dramatically accelerates tumorigenesis and enhances oncoprotein translation in the mouse mammary tumor virus-Wnt-1 mouse model of breast cancer. 암 연구학. 70 (12), 4868-4879 (2010).
  47. Sinn, E., et al. Coexpression of MMTV/v-Ha-ras and MMTV/c-myc genes in transgenic mice: synergistic action of oncogenes in vivo. Cell. 49 (4), 465-475 (1987).
  48. Muller, W. J., et al. The int-2 gene product acts as an epithelial growth factor in transgenic mice. The EMBO Journal. 9 (3), 907-913 (1990).
  49. Liu, S., et al. Expression of autotaxin and lysophosphatidic acid receptors increases mammary tumorigenesis, invasion, and metastases. Cancer Cell. 15 (6), 539-550 (2009).
  50. Torres-Arzayus, M. I., et al. High tumor incidence and activation of the PI3K/AKT pathway in transgenic mice define AIB1 as an oncogene. Cancer Cell. 6 (3), 263-274 (2004).
  51. Chan, S. R., et al. STAT1-deficient mice spontaneously develop estrogen receptor α-positive luminal mammary carcinomas. Breast Cancer Research. 14 (1), R16 (2012).
  52. Jiang, Z., et al. Rb deletion in mouse mammary progenitors induces luminal-B or basal-like/EMT tumor subtypes depending on p53 status. The Journal of Clinical Investigation. 120 (9), 3296-3309 (2010).
  53. Adams, J. R., et al. Cooperation between Pik3ca and p53 mutations in mouse mammary tumor formation. 암 연구학. 71 (7), 2706-2717 (2011).
  54. Pei, X. H., et al. CDK inhibitor p18INK4c is a downstream target of GATA3 and restrains mammary luminal progenitor cell proliferation and tumorigenesis. Cancer Cell. 15 (5), 389-401 (2009).
  55. Bultman, S., et al. Characterization of mammary tumors from Brg1 heterozygous mice. Oncogene. 27 (4), 460 (2008).
  56. Jerry, D., et al. A mammary-specific model demonstrates the role of the p53 tumor suppressor gene in tumor development. Oncogene. 19 (8), 1052 (2000).
  57. Zhang, M., et al. Identification of tumor-initiating cells in a p53-null mouse model of breast cancer. 암 연구학. 68 (12), 4674-4682 (2008).
  58. Landis, M. D., Lehmann, B. D., Pietenpol, J. A., Chang, J. C. Patient-derived breast tumor xenografts facilitating personalized cancer therapy. Breast Cancer Research. 15 (1), 201 (2013).
  59. Zhang, X., Lewis, M. T. Establishment of Patient-Derived Xenograft (PDX) Models of Human Breast Cancer. Current Protocols in Mouse Biology. 3 (1), 21-29 (2013).
  60. Chi, V., Chandy, K. G. Immunohistochemistry: paraffin sections using the Vectastain ABC kit from vector labs. Journal of Visualized Experiments. (8), e308 (2007).
  61. Zhao, N., et al. Pharmacological targeting of MYC-regulated IRE1/XBP1 pathway suppresses MYC-driven breast cancer. Journal of Clinical Investigation. 128 (4), 1283-1299 (2018).
  62. DeOme, K., Faulkin, L., Bern, H. A., Blair, P. B. Development of mammary tumors from hyperplastic alveolar nodules transplanted into gland-free mammary fat pads of female C3H mice. 암 연구학. 19 (5), 515 (1959).

Tags

Orthotopic TransplantationBreast TumorPreclinical ModelBreast CancerTumor BiologyDrug ResponseDrug ResistanceMammary Fat PadPatient-derived XenograftSubcutaneous ImplantationCryopreservationThawingTumor DissectionDMEM

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Lv, X., Dobrolecki, L. E., Ding, Y., Rosen, J. M., Lewis, M. T., Chen, X. Orthotopic Transplantation of Breast Tumors as Preclinical Models for Breast Cancer. J. Vis. Exp. (159), e61173, doi:10.3791/61173 (2020).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image