Iniezione intracardiaca di cellule tumorali della prostata umane per creare un modello murino di xenotrapianto di metastasi ossee
Summary
Qui, presentiamo un protocollo per l’iniezione intra-cardiaca di cellule tumorali della prostata umane per generare un modello murino con lesioni da metastasi ossee.
Abstract
Come la neoplasia maschile più comune, il cancro alla prostata (PC) è al secondo posto nella mortalità, principalmente a causa di un tasso di metastasi ossee del 65% -75%. Pertanto, è essenziale comprendere il processo e i relativi meccanismi delle metastasi ossee del cancro alla prostata per lo sviluppo di nuove terapie. Per questo, un modello animale di metastasi ossee è uno strumento essenziale. Qui, riportiamo procedure dettagliate per generare un modello murino di metastasi ossee tramite iniezione intracardiaca di cellule tumorali della prostata. Un sistema di imaging a bioluminescenza può determinare se le cellule tumorali della prostata sono state accuratamente iniettate nel cuore e monitorare le metastasi delle cellule tumorali poiché ha grandi vantaggi nel monitoraggio dello sviluppo della lesione metastatica. Questo modello replica lo sviluppo naturale delle cellule tumorali disseminate per formare micro-metastasi nell’osso e imita il processo patologico delle metastasi ossee del cancro alla prostata. Fornisce uno strumento efficace per ulteriori esplorazioni dei meccanismi molecolari e degli effetti terapeutici in vivo di questa malattia.
Introduction
Il cancro alla prostata è il tumore più frequente negli uomini in 112 paesi e si colloca al secondo posto per mortalità nei paesi con un indice di sviluppo umano più elevato 1,2. La maggior parte dei decessi nei pazienti con cancro alla prostata sono causati da metastasi e circa il 65% -75% dei casi svilupperà metastasi ossee 3,4. Pertanto, la prevenzione e il trattamento delle metastasi ossee del cancro alla prostata sono urgentemente necessari per migliorare l’esito clinico dei pazienti con cancro alla prostata. Il modello animale di metastasi ossee è uno strumento indispensabile per esplorare il processo multistadio e i meccanismi molecolari coinvolti in ogni stadio delle metastasi ossee del cancro alla prostata, identificando così bersagli terapeutici e sviluppando nuove terapie5.
I metodi più comuni per generare modelli animali sperimentali di metastasi ossee del cancro alla prostata includono l’ortotopica, l’intra-diafisi (come l’iniezione intra-tibiale) e intra-cardiaca delle cellule tumorali della prostata. Il modello di metastasi ossea con iniezione ortotopica viene generato iniettando direttamente cellule tumorali della prostata nella prostata di un topo 6,7. Questo modello animale sperimentale ha caratteristiche cliniche molto simili alle metastasi ossee del cancro alla prostata. Tuttavia, le metastasi avvengono principalmente nel linfonodo ascellare e nel polmone piuttosto che nell’osso 8,9. Il modello di iniezione intratibiale per il cancro alla prostata inietta direttamente cellule tumorali della prostata nella tibia con un alto tasso di formazione tumorale nell’osso (tibia)10,11; Tuttavia, la corteccia ossea e la cavità del midollo osseo sono facilmente danneggiate. Inoltre, il metodo di iniezione tibiale non può stimolare il processo patologico delle metastasi ossee del cancro alla prostata in cui le cellule tumorali colonizzano l’osso attraverso la circolazione. Per studiare la circolazione, lo stravaso vascolare e le metastasi a distanza con un più alto tasso di metastasi ossee delle cellule tumorali, è stata sviluppata una tecnica di iniezione intracardiaca iniettando direttamente le cellule tumorali della prostata nel ventricolo sinistro del topo 8,12,13. Questo lo rende un valido modello animale per la ricerca sulle metastasi ossee8. Il metodo di iniezione intracardiaca mostra un tasso di metastasi ossee di circa il 75%9,14, molto più alto rispetto al metodo di iniezione ortotopica. Pertanto, l’iniezione intracardiaca è un metodo ideale per generare un modello animale con metastasi ossee del cancro alla prostata.
Questo lavoro mira a descrivere il processo di creazione di un modello murino di metastasi ossee del cancro alla prostata, consentendo ai lettori di visualizzare l’istituzione del modello. Il lavoro attuale fornisce processi dettagliati, precauzioni e immagini illustrative per generare un modello di xenotrapianto di metastasi ossee tramite iniezione intracardiaca di cellule tumorali della prostata umane in topi atimici. Questo metodo fornisce uno strumento efficace per esplorare ulteriormente i meccanismi molecolari e gli effetti terapeutici in vivo delle metastasi ossee del cancro alla prostata.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’iniezione intracardiaca di cellule tumorali della prostata umane per generare metastasi ossee è un modello murino ideale per esplorare le funzioni e i meccanismi delle metastasi ossee del cancro alla prostata e valutare l’efficacia terapeutica. Gli studi hanno dimostrato che il danno osseo si verifica molto probabilmente nella tibia prossimale e nel femore distale17, che può essere dovuto alla loro elevata vascolarizzazione e attività metabolica.
Poiché la metasta…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è supportato da sovvenzioni del National Key R&D Program of China (2018YFC1704300 e 2020YFE0201600), della National Nature Science Foundation (81973877 e 82174408), dei progetti di ricerca all’interno del budget della Shanghai University of Traditional Chinese Medicine (2021LK047) e dello Shanghai Collaborative Innovation Center of Industrial Transformation of Hospital TCM Preparation.
Materials
| 1 mL syringes and needles | Shandong Weigao Group Medical Polymer Co., Ltd | 20200411 | The cells were injected into the ventricles of mice |
| Anesthesia machine | Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd | R500IP | Equipment for anesthetizing mice |
| Automatic cell counter | Shanghai Simo Biological Technology Co., Ltd | IC1000 | For counting cells |
| BALB/c athymic mice | Shanghai SLAC Laboratory Animal Co, Ltd. | Male | 6-8 week old, male mice |
| Bioluminescence imaging system | Shanghai Baitai Technology Co., Ltd | Vieworks | For tracking the tumor growth and pulmonary metastasis if the injected cells are labeled by luciferase |
| Centrifuge tube (15 mL, 50 mL) | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 430790, Corning | |
| EDTA solution | Wuhan Xavier Biotechnology Co., Ltd | G1105 | For decalcification of bone tissure |
| F-12 medium | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 21700075, GIBCO | Cell culture medium |
| Formalin solution | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | BL539A | For fixing the specimen of each mouse |
| Isoflurane | Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd | VETEASY | For anesthesia |
| Lipofectamine 2000 | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 11668027, Thermo fisher | Plasmid transfection reagent |
| PC-3 cell line | Cell Bank of Chinese Academy of Sciences | TCHu 158 | Prostate cancer cell line |
| Phosphate-buffered saline | Beyotime Biotechnology | ST447 | Wash the human osteosarcoma cells |
| Trypsin (0.25%) | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 25200056, Gibco | For detaching the cells |
| Vector (pLV-luciferase) | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | VL3613 | Plasmid for transfection |
| X-ray imaging system | Brook (Beijing) Technology Co., Ltd | FX PRO | For obtaining x-ray images to detect tumor growth |
| μCT80 | Shenzhen Fraun Technology Service Co., Ltd | Scanco Medical AG,Switzerland | For detection of bone destruction. The mico-CT is equipped with 3DCalc, cone reconstruction, and μCT Ray V3.4A model visualization software. |
Referências
- Siegel, R. L., Miller, K. D., Fuchs, H. E., Jemal, A. Cancer Cancerstatistics, 2021. CA: A Cancer Journal for Clinicians. 71 (1), 7-33 (2021).
- Sung, H., et al. Global cancer statistics 2020: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA: A Cancer Journal for Clinicians. 71 (3), 209-249 (2021).
- Coleman, R. E. Skeletal complications of malignancy. Cancer. 80, 1588-1594 (1997).
- Macedo, F., et al. Bone metastases: An overview. Oncology Reviews. 11 (1), 321 (2017).
- Rea, D., et al. Mouse models in prostate cancer translational research: From xenograft to PDX. BioMed Research International. 2016, 9750795 (2016).
- Zhang, Y., et al. Real-time GFP intravital imaging of the differences in cellular and angiogenic behavior of subcutaneous and orthotopic nude-mouse models of human PC-3 prostate cancer. Journal of Cellular Biochemistry. 117 (11), 2546-2551 (2016).
- Stephenson, R. A., et al. Metastatic model for human prostate cancer using orthotopic implantation in nude mice. Journal of the National Cancer Institute. 84 (12), 951-957 (1992).
- Simmons, J. K., et al. Animal models of bone metastasis. Veterinary Pathology. 52 (5), 827-841 (2015).
- Jenkins, D. E., Hornig, Y. S., Oei, Y., Dusich, J., Purchio, T. Bioluminescent human breast cancer cell lines that permit rapid and sensitive in vivo detection of mammary tumors and multiple metastases in immune deficient mice. Breast Cancer Research: BCR. 7 (4), 444-454 (2005).
- Corey, E., et al. Establishment and characterization of osseous prostate cancer models: intra-tibial injection of human prostate cancer cells. The Prostate. 52 (1), 20-33 (2002).
- Andersen, C., Bagi, C. M., Adams, S. W. Intra-tibial injection of human prostate cancer cell line CWR22 elicits osteoblastic response in immunodeficient rats. Journal of Musculoskeletal & Neuronal Interactions. 3 (2), 148-155 (2003).
- Sudhan, D. R., Pampo, C., Rice, L., Siemann, D. W. Cathepsin L inactivation leads to multimodal inhibition of prostate cancer cell dissemination in a preclinical bone metastasis model. International Journal of Cancer. 138 (11), 2665-2677 (2016).
- Jinnah, A. H., Zacks, B. C., Gwam, C. U., Kerr, B. A. Emerging and established models of bone metastasis. Cancers. 10 (6), 176 (2018).
- Simmons, J. K., et al. Canine prostate cancer cell line (Probasco) produces osteoblastic metastases in vivo. The Prostate. 74 (13), 1251-1265 (2014).
- Lamar, J. M., et al. SRC tyrosine kinase activates the YAP/TAZ axis and thereby drives tumor growth and metastasis. The Journal of Biological Chemistry. 294 (7), 2302-2317 (2019).
- Chang, J., et al. Matrine inhibits prostate cancer via activation of the unfolded protein response/endoplasmic reticulum stress signaling and reversal of epithelial to mesenchymal transition. Molecular Medicine Reports. 18 (1), 945-957 (2018).
- Arguello, F., Baggs, R. B., Frantz, C. N. A murine model of experimental metastasis to bone and bone marrow. Pesquisa do Câncer. 48 (23), 6876-6881 (1988).
- Brylka, L., et al. Spine Metastases in immunocompromised mice after intracardiac injection of MDA-MB-231-SCP2 breast cancer cells. Cancers. 14 (3), 556 (2022).
- Rahman, M. M., Veigas, J. M., Williams, P. J., Fernandes, G. DHA is a more potent inhibitor of breast cancer metastasis to bone and related osteolysis than EPA. Breast Cancer Research and Treatment. 141 (3), 341-352 (2013).
- Park, S. I., Kim, S. J., McCauley, L. K., Gallick, G. E. Pre-clinical mouse models of human prostate cancer and their utility in drug discovery. Current Protocols in Pharmacology. , (2010).
- Wright, L. E., et al. Murine models of breast cancer bone metastasis. BoneKEy Reports. 5, 804 (2016).
- Fearon, K. C., Glass, D. J., Guttridge, D. C. Cancer cachexia: mediators, signaling, and metabolic pathways. Cell Metabolism. 16 (2), 153-166 (2012).
- Waning, D. L., et al. Excess TGF-β mediates muscle weakness associated with bone metastases in mice. Nature Medicine. 21 (11), 1262-1271 (2015).
- Talbot, S. R., et al. Defining body-weight reduction as a humane endpoint: a critical appraisal. Laboratory Animals. 54 (1), 99-110 (2020).
- Paget, S. The distribution of secondary growths in cancer of the breast. Cancer Metastasis Reviews. 8 (2), 98-101 (1989).
- Yin, J. J., et al. TGF-beta signaling blockade inhibits PTHrP secretion by breast cancer cells and bone metastases development. The Journal of Clinical Investigation. 103 (2), 197-206 (1999).
- Schneider, A., et al. turnover mediates preferential localization of prostate cancer in the skeleton. Endocrinology. 146 (4), 1727-1736 (2005).
- Padalecki, S. S., et al. Chromosome 18 suppresses prostate cancer metastases. Urologic Oncology. 21 (5), 366-373 (2003).
