Kemik Metastazı Ksenograft Fare Modeli Oluşturmak için İnsan Prostat Kanseri Hücrelerinin İntrakardiyak Enjeksiyonu
Summary
Burada, kemik metastazı lezyonları olan bir fare modeli oluşturmak için insan prostat kanseri hücrelerinin intrakardiyak enjeksiyonu için bir protokol sunuyoruz.
Abstract
En sık görülen erkek malignitesi olan prostat kanseri (PK), esas olarak %65-75 kemik metastazı oranı nedeniyle mortalitede ikinci sırada yer almaktadır. Bu nedenle, prostat kanseri kemik metastazının sürecini ve ilgili mekanizmalarını anlamak, yeni terapötiklerin geliştirilmesi için esastır. Bunun için, kemik metastazının bir hayvan modeli önemli bir araçtır. Burada, prostat kanseri hücrelerinin intrakardiyak enjeksiyonu yoluyla bir kemik metastazı fare modeli oluşturmak için ayrıntılı prosedürler sunuyoruz. Bir biyolüminesans görüntüleme sistemi, prostat kanseri hücrelerinin kalbe doğru bir şekilde enjekte edilip edilmediğini belirleyebilir ve metastatik lezyon gelişimini izlemede büyük avantajlara sahip olduğu için kanser hücresi metastazını izleyebilir. Bu model, kemikte mikro-metastaz oluşturmak için yayılmış kanser hücrelerinin doğal gelişimini çoğaltır ve prostat kanseri kemik metastazının patolojik sürecini taklit eder. Moleküler mekanizmaların ve bu hastalığın in vivo terapötik etkilerinin daha fazla araştırılması için etkili bir araç sağlar.
Introduction
Prostat kanseri, 112 ülkede erkeklerde en sık görülen kanserdir ve yüksek insani gelişme endeksi ülkelerinde ölüm oranı açısından ikinci sırada yer almaktadır 1,2. Prostat kanseri hastalarında ölümlerin çoğu metastazdan kaynaklanır ve vakaların yaklaşık% 65-75’inde kemik metastazı gelişir 3,4. Bu nedenle, prostat kanseri hastalarının klinik sonuçlarını iyileştirmek için prostat kanseri kemik metastazlarının önlenmesi ve tedavisine acilen ihtiyaç vardır. Kemik metastazının hayvan modeli, prostat kanseri kemik metastazının her aşamasında yer alan çok aşamalı süreci ve moleküler mekanizmaları keşfetmek, böylece terapötik hedefleri belirlemek ve yeni terapötikler geliştirmek için vazgeçilmez bir araçtır5.
Prostat kanseri kemik metastazının deneysel hayvan modellerini oluşturmak için en yaygın yöntemler, ortotopik, intra-diyafiz (intra-tibial gibi) ve prostat kanseri hücrelerinin intra-kardiyak enjeksiyonunu içerir. Ortotopik enjeksiyonlu kemik metastazı modeli, prostat kanseri hücrelerinin bir farenin prostatına doğrudan enjekte edilmesiyle oluşturulur 6,7. Bu deneysel hayvan modeli, prostat kanseri kemik metastazı ile çok benzer klinik özelliklere sahiptir. Bununla birlikte, metastaz esas olarak kemikte değil, aksiller lenf nodu ve akciğerde gerçekleşir 8,9. Prostat kanseri için intra-tibial enjeksiyon modeli, prostat kanseri hücrelerini kemikte yüksek tümör oluşum hızına sahip tibiaya doğrudan enjekte eder (tibia)10,11; Bununla birlikte, kemik korteksi ve kemik iliği boşluğu kolayca zarar görebilir. Ek olarak, tibial enjeksiyon yöntemi, kanser hücrelerinin dolaşım yoluyla kemiği kolonize ettiği prostat kanseri kemik metastazının patolojik sürecini uyaramaz. Kanser hücrelerinin dolaşımını, vasküler ekstravazasyonunu ve daha yüksek kemik metastazı oranı ile uzak metastazlarını araştırmak için, prostat kanseri hücrelerinin farenin sol ventrikülüne doğrudan enjekte edilmesiyle intrakardiyak enjeksiyon tekniği geliştirilmiştir 8,12,13. Bu, onu kemik metastazı araştırması için değerli bir hayvan modeli yapar8. İntrakardiyak enjeksiyon yöntemi, ortotopik enjeksiyon yönteminden çok daha yüksek olan yaklaşık %759,14’lük bir kemik metastazı oranı göstermektedir. Bu nedenle, intra-kardiyak enjeksiyon, prostat kanseri kemik metastazı olan bir hayvan modeli oluşturmak için ideal bir yöntemdir.
Bu çalışma, prostat kanseri kemik metastazlarının fare modelini oluşturma sürecini tanımlamayı ve okuyucuların model kuruluşunu görselleştirmelerini sağlamayı amaçlamaktadır. Mevcut çalışma, atimik farelerde insan prostat kanseri hücrelerinin intra-kardiyak enjeksiyonu yoluyla bir kemik metastazı ksenograft modeli oluşturmak için ayrıntılı süreçler, önlemler ve açıklayıcı resimler sunmaktadır. Bu yöntem, prostat kanseri kemik metastazının moleküler mekanizmalarını ve in vivo terapötik etkilerini daha fazla araştırmak için etkili bir araç sağlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kemik metastazı oluşturmak için insan prostat kanseri hücrelerinin intrakardiyak enjeksiyonu, prostat kanseri kemik metastazının fonksiyonlarını ve mekanizmalarını araştırmak ve terapötik etkinliği değerlendirmek için ideal bir fare modelidir. Çalışmalar, kemik hasarının büyük olasılıkla proksimal tibia ve distal femur17’de meydana geldiğini ve bunun da yüksek vaskülarizasyon ve metabolik aktivitelerinden kaynaklanabileceğini göstermiştir.
<p class="jove_content"…Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Çin Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı (2018YFC1704300 ve 2020YFE0201600), Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (81973877 ve 82174408), Şangay Geleneksel Çin Tıbbı Üniversitesi (2021LK047) bütçesi dahilindeki araştırma projeleri ve Şangay İşbirliği İnovasyon Merkezi Hastane TCM Hazırlığı Endüstriyel Dönüşüm Merkezi tarafından desteklenmektedir.
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).
