Análise patológica da metástase pulmonar após injeção lateral de cauda-veia de células tumorais

Summary

A injeção intravenosa de células cancerígenas é frequentemente usada em pesquisas de metástase, mas a carga tumoral metastática pode ser difícil de analisar. Aqui, demonstramos um modelo de injeção de veias traseiras de metástase e incluímos uma nova abordagem para analisar a carga do tumor pulmonar metastático resultante.

Abstract

A metástase, a principal causa de morbidade e mortalidade para a maioria dos pacientes com câncer, pode ser desafiadora para modelar preclinicamente em camundongos. Poucos modelos de metástase espontânea estão disponíveis. Assim, o modelo experimental de metástase envolvendo injeção de veias traseiras de linhas celulares adequadas é um pilar da pesquisa de metástase. Quando as células cancerígenas são injetadas na veia traseira lateral, o pulmão é seu local preferido de colonização. Uma limitação potencial dessa técnica é a quantificação precisa da carga do tumor pulmonar metastático. Enquanto alguns pesquisadores contam macrometastases de um tamanho pré-definido e/ou incluem micrometastases após a secção do tecido, outros determinam a área de lesões metastáticas em relação à área normal do tecido. Ambos os métodos de quantificação podem ser extremamente difíceis quando a carga metastática é alta. Aqui, demonstramos um modelo de injeção intravenosa de metástase pulmonar seguido de um método avançado para quantificar a carga do tumor metastático usando o software de análise de imagem. Esse processo permite a investigação de múltiplos parâmetros de ponto final, incluindo tamanho médio de metástase, número total de metástases e área total de metástase, para fornecer uma análise abrangente. Além disso, este método foi revisado por um conselho veterinário certificado pelo American College of Veterinary Pathologists (SEK) para garantir a precisão.

Introduction

Apesar de ser um processo altamente complexo e ineficiente1, a metástase é um contribuinte significativo para a morbidade e mortalidade de pacientes com ^câncer2. De fato, a maioria das mortes relacionadas ao câncer é atribuída à disseminação metastática da ^doença3,4. Para que as células tumorais se metástasizem com sucesso, elas devem se desprender do local primário, invadir através do estroma adjacente, intravasar em circulação sanguínea ou linfáticos, viajar para o leito capilar de um local secundário, extravasar no tecido secundário e proliferar ou crescer para formar lesões metastáticas5. O uso de modelos de camundongos tem sido fundamental para promover a compreensão dos mecanismos moleculares responsáveis pela semeadura metastática e ^{crescimento6,7}. Aqui, focamos na metástase do câncer de mama, para a qual tanto modelos de camundongos geneticamente modificados quanto métodos de transplante são frequentemente utilizados – cada um com seu próprio conjunto de vantagens e limitações.

Modelos de tumor mamário geneticamente modificados fazem uso de promotores específicos da glândula mamária, incluindo MMTV-LTR (vírus tumoramático de camundongos longa repetição terminal) e WAP (Whey Acidic Protein), para impulsionar a expressão de transgenes no epitélio ^mamário8. Oncogenes incluindo antígeno T médio de polioma (PyMT), ErbB2/Neu, c-Myc, Wnt-1 e vírus símio 40 (SV40) foram expressos desta ^{forma9,10,11,12,13}, e embora esses modelos genéticos sejam úteis para estudar a iniciação e progressão do tumor primário, poucos prontamente metástases para órgãos distantes. Além disso, esses modelos genéticos de camundongos são muitas vezes mais tempo e custo proibitivos do que modelos de metástase espontânea ou experimental. Dada a limitação da maioria dos modelos de tumores mamários geneticamente modificados para estudar a metástase, as técnicas de transplante tornaram-se métodos atraentes para estudar esse processo complexo. Isso inclui ortotópica, veia traseira, intracardiac e injeção intracraniana de linhas celulares adequadas.

Embora várias linhas de células cancerígenas de mama prontamente metástases após a injeção ortotópica na almofada de gordura ^{mamária14,15}, a consistência e a reprodutibilidade da carga tumoral metastática podem ser um desafio, e a duração desses estudos pode ser na ordem de vários meses. Para avaliar a metástase pulmonar, em particular, a injeção intravenosa na veia traseira é muitas vezes um método mais reprodutível e eficaz com propagação metastática tipicamente ocorrendo dentro do período de algumas semanas. No entanto, uma vez que o modelo de injeção intravenosa contorna as etapas iniciais da cascata metastática, deve-se tomar cuidado na interpretação dos resultados desses estudos. Nesta demonstração, mostramos a injeção de veias traseiras de células tumorais mamárias, juntamente com um método de análise preciso e abrangente.

Embora a comunidade de pesquisa tenha feito progressos significativos na compreensão do complexo processo de metástase do câncer de mama, estima-se que mais de 150.000 mulheres tenham atualmente câncer de mama ^{metastático16}. Das pessoas com câncer de mama estágio IV, >36% das pacientes têm metástase ^pulmonar17; no entanto, o padrão específico do local e a incidência de metástases podem variar de acordo com o subtipo molecular18,19,20,21. Pacientes com metástases pulmonares associadas ao câncer de mama têm uma sobrevida mediana de apenas 21 meses, destacando a necessidade de identificar tratamentos eficazes e novos biomarcadores para esta ^doença17. O uso de modelos experimentais de metástase, incluindo a injeção intravenosa de células tumorais, continuará avançando nosso conhecimento sobre este importante desafio clínico. Quando combinadas com a patologia da imagem digital e o método de análise da carga de tumores pulmonares metastáticos descritos neste protocolo, as injeções de veias traseiras são uma ferramenta valiosa para a pesquisa de metástase do câncer de mama.

Protocol

O uso de animais seguiu as regulamentações do University Laboratory Animal Resources (ULAR) sob o Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais (IACUC) da OSU – protocolo aprovado 2007A0120-R4 (PI: Dr. Gina Sizemore). 1. Injeção de veias traseiras de células cancerígenas de mama Preparação de células e seringas para injeção Placa um número apropriado de células com base no número de camundongos e concentração celular a ser usado.NOTA: O número de c…

Representative Results

Se usar células não rotuladas para injeção de veias traseiras, pode ser difícil confirmar a colonização pulmonar até (1) o tempo de necropsia se macrometastases podem ser observadas ou (2) após análise histológica se existem metástases microscópicas. Com extensa carga de tumores pulmonares metastáticos, os camundongos terão a respiração trabalhada. Como em qualquer estudo de tumor, os camundongos devem ser cuidadosamente monitorados durante toda a duração do estudo. O uso de células rotuladas é uma m…

Discussion

À medida que os pesquisadores continuam a usar a injeção intravenosa de células tumorais como modelo experimental para metástase, faltam práticas padrão para analisar a carga tumoral metastática resultante. Em alguns casos, diferenças significativas na carga tumoral metastática após a manipulação de linhas celulares específicas e/ou uso de compostos químicos podem ser observadas macroscopicamente. No entanto, em outros casos, diferenças sutis na semeadura metastática e no crescimento podem ser negligenci…

Materials

alcohol prep pads	Fisher Scientific	22-363-750	for cleaning tail prior to injection
dissection scissors	Fisher Scientific	08-951-5	for mouse dissection and lung tissue inflation
DMEM with L-Glutamine, 4.5g/L Glucose and Sodium Pyruvate	Fisher Scientific	MT10013CV	cell culture media base for MDA-MB-231 and MVT1 cell lines
Dulbecco's Phosphate-Buffered Salt Solution 1x	Fisher Scientific	MT21030CV	used for resuspending tumor cells for injection
ethanol (70 % solution)	OSU		used to minimize mouse's fur during dissection; use caution – flammable
Evan's blue dye	Millipore Sigma	E2129	used at 1 % in sterile PBS for practice with tail-vein injection method; use caution – dangerous reagent
Fetal Bovine Serum	Millipore Sigma	F4135	cell culture media additive; used at 10% in DMEM
forceps	Fisher Scientific	10-270	for dissection and lung tissue inflation
FVB/NJ mice	The Jackson Laboratory	001800	syngeneic mouse strain for MVT1 cells
hemacytometer (Bright-Line)	Millipore Sigma	Z359629	for use in cell culture to obtain cell counts
insulin syringe (28 G)	Fisher Scientific	14-829-1B	for tail-vein injections (BD 329424)
MDA-MB-231 cells	ATCC		human breast cancer cell line
MVT1 cells			mouse mammary tumor cells
needles (26 G)	Fisher Scientific	14-826-15	used to inflate the mouse's lungs
neutral buffered formalin (10%)	Fisher Scientific	245685	used as a tissue fixative and to inflate lung tissue; use caution – dangerous reagent
NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/SzJ (NSG) mice	The Jackson Laboratory	005557	maintained by OSUCCC Target Validation Shared Resource
Penicillin Streptomycin 100x	ThermoFisher	15140163	cell culture media additive
sterile gauze	Fisher Scientific	NC9379092	for applying pressue to mouse's tail if bleeding occurs
syringe (5 mL)	Fisher Scientific	14-955-458	used to inflate mouse lung tissue
tail-vein restrainer	Braintree Scientific, Inc.	TV-150 STD	used to restrain mouse for tail-vein injections
Trypan blue (0.4 %)	ThermoFisher	15250061	used in cell culture to assess viability
Trypsin-EDTA 0.25 %	ThermoFisher	25200-114	used in cell culture to detach tumor cells from plate