Erstellen Anatomisch genaue und reproduzierbare intrakranielle Xenografts der Menschen Hirntumoren
Summary
Das Gehirn ist ein einzigartiger Ort mit Eigenschaften, die nicht gut durch in vitro-oder Eileiter Analysen dargestellt. Orthotopen Mausmodellen mit reproduzierbaren Lage und Wachstumseigenschaften zuverlässig mit intrakraniellen Injektionen mit einem stereotaktischen Fixierung Instrument und eine Niederdruckspritzenpumpe erzeugt werden.
Abstract
Orthotope Tumormodelle sind derzeit die beste Weg, um die Eigenschaften eines Tumortyps zu studieren, mit und ohne Intervention im Kontext von einem lebenden Tier – vor allem an Standorten mit einzigartigen physiologischen und architektonische Qualitäten wie das Gehirn in vitro und Eileiter Modelle nicht. Konto für Funktionen wie Gefäßsystem, Blut-Hirn-Schranke, Stoffwechsel, Lieferung und Toxizität, und eine Vielzahl von anderen relevanten Faktoren. Orthotopen Modelle haben ihre Grenzen auch, aber mit der richtigen Technik Tumorzellen von Interesse genau in das Gewebe eingepflanzt werden, die am ehesten imitiert Bedingungen im menschlichen Gehirn. Durch Verwendung Methoden, die genau abgemessene Mengen zu liefern, genau definierten Stellen in einer konsistenten und Druck, Maus-Modellen der menschlichen Gehirntumoren mit vorhersagbaren Wachstumsraten reproduzierbar erzeugt werden und eignen sich für eine zuverlässige Analyse von verschiedenen Eingriffen. Das hier beschriebene Protokoll konzentriert sich auf die technische der Gestaltung und Herstellung für eine intrakraniale Injektion der Durchführung der Operation, und sicherzustellen, erfolgreiche und reproduzierbare Tumorwachstum und stellt Ausgangspunkte für eine Vielzahl von Bedingungen, die für eine Reihe von verschiedenen Gehirntumormodelle angepasst werden kann.
Introduction
In-vitro-Studien der Gehirntumorzellen sind von unschätzbarem Wert für Sezieren molekularen Mechanismen das Wachstum, Überleben, Migration und Invasion von Krebszellen; kultivierten Zellexperimenten können festlegen, Signalwege, schlage potenzielle therapeutische Ziele, und zu charakterisieren, zelluläre Reaktion auf medikamentöse Behandlung. Aber in vitro-Systeme sind viel zu einfach zu organismischen Reaktion auf Arzneimittel vorherzusagen; sie nicht über die physiologischen Reaktionen, Immunreaktionen, Zellmikroumgebung, und die allgemeine Heterogenität der lebenden Tier-Systemen. Gentechnisch veränderte Modelle können von unschätzbarem Wert, wenn verfügbar, aber molekulare Unterschiede zwischen den Arten und murine Zellen nicht Ereignisse in der menschlichen Prozesse zu rekapitulieren, was zu erheblichen Diskrepanzen beim Vergleich von Tiermodellen zu klinischen Beobachtungen 1. Maus-Xenograft-Modelle, die subkutan (SQ) Injektion von menschlichen Gehirntumorzelllinien unter der Haut der Flanke sind einfach durchzuführenund zu messen; sie können verwendet werden, um Auswirkungen von Gen-Modifikation and Drug Administration / Lieferung, Metabolismus und Toxizität anzugehen. Signifikante Nachteile begrenzen jedoch die Nützlichkeit des SQ-Modelle. Die Mikroumgebung nicht rekapitulieren ist die eines natürlich vorkommenden Hirntumor: Wechselwirkungen von verschiedenen Zelltypen und Geweben; die lokale Gefäßsystem und unzähligen anderen Faktoren einzigartig an das Gehirn kann nicht repliziert werden. Um genauer zu reproduzieren die einzigartige Milieu einer natürlich vorkommenden Gehirntumor und Testen der Wirkung von pharmazeutischen Eingriffe sollten eine Maus orthotopen Modell verwendet werden. Darüber hinaus kann orthotopen Techniken als Teil einer gentechnisch veränderten Ansatz, bei dem humane primäre Nicht-Krebszellen (differenzierte oder Vorläufer) verwendet werden genetisch verändert und in die jeweiligen Gelände einer Maus injiziert, mit oder ohne menschliche Stromazellen, was in der Tumorgenese beim Menschen ein ähnlich gesehen.
Dieser Artikel beschreibt,eine Methode, um Gehirntumore exakt und reproduzierbar zu schaffen, in Mäusen. Mit dieser Technik kann der Benutzer genau einzuspritzen Ein kleines Aliquot von suspendierten Zellen in einer bestimmten Position des fronto-parietooccipitalis Schläfenregion des Maus-Hirnrinde. Maus Sterblichkeit ist extrem niedrig; in unseren Händen sind keine Mäuse von chirurgischen Komplikationen nach 185 Verfahren gestorben. Eigenschaften des resultierenden Tumors mit der typischen klinischen Tumoren verglichen werden; Zum Beispiel: Schnelligkeit des Wachstums, der Grad der Nekrose, das Ausmaß der Invasion, die Heterogenität der Zelltyp, die Anwesenheit von mitotischen Zellen, Marker der Proliferation und Apoptose etc. Zelllinien oder aufgeschlüsselte menschlichem Gewebe oder Tumorproben können dann bewertet werden basierend auf ihrer Fähigkeit zu simulieren tatsächlichen klinischen Präsentation. Arzneimittel, ausgewählt auf der Grundlage ihrer Leistung in Zellkultur kann im Rahmen eines funktionierenden Stoffwechsel, Kreislauf und Blut-Hirn-Schranke nicht getestet werden, da sie in einem Tier belastet wit existierenha Tumor, die alle in einem relevanten architektonischen Kontext. Ferner können die Zellen für die Injektion gewählten genetisch modifiziert werden, um den Einfluss von Niederschlägen, Deletionen untersuchen, Knock-ins, Mutationen usw. auf Tumorwachstum und Überleben.
Eine Anzahl von Veröffentlichungen dokumentieren Tumoren Studien mit einer Vielzahl von Hirntechniken. Yamada et al. Haben eine detaillierte Studie über die Injektion von Farbstoff und der U87-Zellen und fanden, daß die Minimierung Volumen und die Einspritzgeschwindigkeit erzeugt die beste Tumor 2. . Brooks et al legene Reproduzierbarkeit und Effizienz mit einem mikroprozessorgesteuerten Injektor anstatt eine manuelle Methode, um virale Vektoren zu liefern; ihre Schlussfolgerungen in Bezug auf die optimale Einspritzparameter gelten für Zell Lieferung 3. Shankavaram et al., Dass Glioblastoma multiforme (GBM)-Zelllinien injiziert orthotopisch (mit einer manuellen Methode) in das Gehirn rekapituliert das Genexpressionsprofil des clinical Tumoren stärker als in vitro oder SQ Fremdtransplantaten, die den Einsatz von intrakraniellen Modelle für präklinische Studien 4. Giannini et al. Injizierten Zellen aus menschlichen chirurgischen Proben, die in den Flanken von Nacktmäusen durch serielle Passage in das Gehirn von Mäusen weitere erlitten hatte, und zeigte, dass dieser Ansatz erhalten Patienten Tumor-Gen Veränderungen im Modell 5. Ähnliche Ergebnisse wurden von Yi et al 6 angegeben. Mit Hilfe eines stereotaktischen Setup, sorgfältig definierten Injektionsstelle, und eine langsame und stetige Einspritzrate, erhalten sie reproduzierbare Hirntumoren mit konsequenten Wachstumsraten und hohe (100%) Transplantationsrate. Die Gültigkeit dieser Technik ist daher gut etabliert; eine Literaturrecherche zeigt, dass die Anwendungen dieser Technik sind umfangreiche. Carty et al. Verwendet intrakraniellen Injektionen virale Vektoren, die therapeutische Gene erfolgreich liefern in den frontalen Kortex von transgenic Modell der Alzheimer-Krankheit 7. Thaci et al. Die Verwendung intrakranielle Injektionen therapeutische onkolytische Adenovirus in einer neuralen Stammzellträger in Nacktmäuse injiziert bereits orthotopisch GBM Tumoren 8 trägt zu liefern. Offensichtlich sind intrakranielle Injektionen ein vielseitiges und effektives Werkzeug für die präklinische Forschung. Früheren Publikationen im Journal of Visualisierte Experimente beschreiben grundlegende Ansätze 9-11, aber wir nehmen das Konzept der intrakraniellen Tumorinjektion und orthotopen Modellierung zu einem höheren Maß an Präzision mit easy-to-Master-Technologie.
Protocol
Representative Results
Discussion
Orthotopen Mausmodell des menschlichen Gehirns Krebs kann ein ausgezeichnetes Werkzeug für die Beurteilung der Wirksamkeit von klinischen Therapien sein, aber darauf zu achten, um die Platzierung der Zellen im Hirngewebe zu optimieren. Studien haben gezeigt, dass die übermäßige aliquoten Volumen, suboptimal Injektionstechnik und hastig Injektionsraten können zu Undichtigkeiten und dem Auftreten von Tumorzellen in unerwünschten Stellen (Kammern, Rückenmark, extradural Regionen, etc.) Und hohe Variation in…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dr. Keating wird durch DOD Zuschuss CA100335 finanziert und ist ein St. Baldrick Foundation Scholar.
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Equipment | |||
| Small Animal Stereotaxic Instrument with Digital Display Console. | Kopf | Model 940 | |
| Mouse Gas Anesthesia Head Holder | Kopf | Model 923-B | |
| Mouse Ear Bars | Kopf | Medel 922 | |
| Fiber Optic Illuminator | Fisher | 12-562-36 | |
| UltraMicroPump III | WPI | UMP3 | |
| Micro4 microprocessor | WPI | UMC4 | |
| Variable speed hand-held rotary drill | Dremel | Model 300 | |
| Dental drill bit, 1.0 mm | Spoelting | 514554 | |
| Adaptor for dental drill bit: 3/32 inch collet | Dremel | 481 | |
| Heating pad | for mice | ||
| Isoflurane vaporizer system | for mice | ||
| Medical tubing and connectors | to connect isoflurane vaporizer with stereotaxic frame | ||
| Instruments | |||
| Precision 25 ul micro syringe | Hamilton | 7636-01 | Model 702, without needle |
| Microsyringe needles, 26s gauge | Hamilton | 7804-04 | RN, 25 mm point style 2 |
| Fine-tipped scissors (straight, sharp/sharp) | |||
| Medium-sized standard scissors | |||
| Standard serrated forceps | |||
| Serrated hemostats (2) | |||
| Fine-tipped forceps | |||
| Supplies | |||
| Sutures 5-0 vicryl P-3 13 mm (Ethicon) | MWI | J463G | |
| Surgical blades #10, stainless (Feather) | Fisher | 296#10 | |
| Isoflurane (Fluriso) | VetOne | NDC 13985-528-60 | Item #502017. Liquid inhalation anesthetic. federal law restricts this drug to use by or on the order of a licensed veterinarian. |
| Carprofen (Rimadyl Injectable 50 mg/mL) | Pfizer | NDC 61106-8507-01 | dilute in saline |
| Ophthalmic ointment (artificial tears) | Rugby | NDC 0536-6550-91 | |
| Topical antibiotic (AK-Poly-Bac ) | Akorn | NDC 17478-238-35 | |
| Povidone-iodine topical antiseptic, 10% (Betadine) | Betadine | NDC 67618-150-04 | |
| Hydrogen Peroxide, 30% | Fisher | H325-100 | for visualizing skull landmarks |
| Sterile saline | VetOne | NDC 13985-807-25 | for diluting solutions, cleaning tissue |
| Bone wax | WPI | Item #501771 | |
| Sterile drapes | McKesson | 25-517 | |
| Sterile surgical gloves | McKesson | (to fit) | |
| Sterile gauze pads, 2 x 2 | Fisherbrand | 22028556 | |
| Sterile gauze pads, 4 x 4 | Fisherbrand | 22-415-469 | |
| Alcohol prep pads (medium) | PDI | B603 | |
| Sterile cotton-tipped applicators | Fisherbrand | 23-400-114 | |
| Sterile 0.5 ml screw cap tube with caps for cells | USA Scientific | 1405-4700 | for cells |
| Individually wrapped sterile dispo pipettes | Fisher | BD 357575 | for needle cleaning solutions |
| BD insulin syringes with needles | Fisher | 329461 | for analgesic |
| 70% ethanol | for cleaning | ||
| Sterile di H2O | for cleaning | ||
| Microfuge tubes for cleaning solutions | for needle cleaning solutions | ||
| Felt tip pen (dedicated) | for marking skull |
Referências
- Heyer, J., Kwong, L. N., Lowe, S. W., Chin, L. Non-germline genetically engineered mouse models for translational cancer research. Nature reviews. Cancer. 10, 470-480 (2010).
- Yamada, S., et al. A method to accurately inject tumor cells into the caudate/putamen nuclei of the mouse brain. The Tokai journal of experimental and clinical medicine. 29, 167-173 (2004).
- Brooks, A. I., et al. Reproducible and efficient murine CNS gene delivery using a microprocessor-controlled injector. Journal of neuroscience. 80, 137-147 (1998).
- Shankavaram, U. T., et al. Molecular profiling indicates orthotopic xenograft of glioma cell lines simulate a subclass of human glioblastoma. Journal of cellular and molecular medicine. 16, 545-554 (2012).
- Giannini, C., et al. Patient tumor EGFR and PDGFRA gene amplifications retained in an invasive intracranial xenograft model of glioblastoma multiforme. Neuro-oncology. 7, 164-176 (2005).
- Yi, D., Hua, T. X., Lin, H. Y. EGFR gene overexpression retained in an invasive xenograft model by solid orthotopic transplantation of human glioblastoma multiforme into nude mice. Cancer investigation. 29, 229-239 (2011).
- Carty, N., et al. Intracranial injection of AAV expressing NEP but not IDE reduces amyloid pathology in APP+PS1 transgenic mice. PLos ONE. 8, e59626 (2013).
- Thaci, B., et al. Pharmacokinetic study of neural stem cell-based cell carrier for oncolytic virotherapy: targeted delivery of the therapeutic payload in an orthotopic brain tumor model. Cancer gene therapy. 19, 431-442 (2012).
- Ozawa, T., James, C. D. Establishing intracranial brain tumor xenografts with subsequent analysis of tumor growth and response to therapy using bioluminescence imaging. J. Vis. Exp. (41), (2010).
- Valadez, J. G., Sarangi, A., Lundberg, C. J., Cooper, M. K. Primary orthotopic glioma xenografts recapitulate infiltrative growth and isocitrate dehydrogenase I mutation. J. Vis. Exp. (83), (2014).
- Baumann, B. C., Dorsey, J. F., Benci, J. L., Joh, D. Y., Kao, G. D. Stereotactic intracranial implantation and in vivo bioluminescent imaging of tumor xenografts in a mouse model system of glioblastoma multiforme. J. Vis. Exp. (67), (2012).
- Iwami, K., et al. A novel method of intracranial injection via the postglenoid foramen for brain tumor mouse models. Journal of neurosurgery. 116, 630-635 (2012).
