יצירה אנטומית מדויק והשחזור תוך גולגולת xenografts של גידולים במוח אדם
Summary
המוח הוא אתר ייחודי עם איכויות שאינם מיוצגות היטב על ידי במבחנה או ניתוחים מחוץ לרחם. מודלים עכבר orthotopic עם מאפייני מיקום וצמיחה לשחזור ניתן ליצור באופן אמין עם זריקות תוך גולגולתי באמצעות מכשיר קיבוע stereotaxic ומשאבת מזרק בלחץ נמוך.
Abstract
מודלים גידול Orthotopic כרגע הדרך הטובה ביותר ללמוד את המאפיינים של סוג גידול, עם ובלי התערבות, בהקשר של בעלי חיים חיים – במיוחד באתרים עם איכויות פיסיולוגיות ואדריכליות ייחודיות כגון המוח במבחנה ומודלים מחוץ לרחם לא יכולים. דין וחשבון על תכונות כגון כלי דם, מחסום דם מוח, חילוף חומרים, אספקת סמים ורעילות, וכן שורה של גורמים רלוונטיים אחרים. דגמי Orthotopic המגבלות שלהם מדי, אבל עם תאי גידול טכניקה נכונים של עניין יכולים להיות engrafted במדויק לרקמה שרוב מקרוב תנאים מחקה במוח האנושי. על ידי שימוש באמצעים המספקים כמויות נמדדו בדיוק למקומות מוגדרים באופן מדויק בקצב עקבי ולחץ, מודלים עכבר של גידולים במוח אנושיים עם שיעורי צמיחה צפויים ניתן ליצור reproducibly ומתאימים לניתוח אמין של התערבויות שונות. הפרוטוקול המתואר כאן מתמקד בteפרטי chnical של תכנון והכנה להזרקה תוך גולגולתי, ביצוע הניתוח, ולהבטיח את צמיחת גידול מוצלחת ושחזור ומספקים מתחילים נקודות עבור מגוון רחב של תנאים הניתנים להתאמה למגוון רחב של דגמי גידול במוח שונים.
Introduction
ניסויים במבחנה של תאי גידול במוח הם לא יסולא בפז עבור לנתח מנגנונים מולקולריים המשפיעים על צמיחה, הישרדות, נדידה, ופלישה של תאים סרטניים; ניסויי תאים בתרבית יכולים להגדיר מסלולי איתות, מציעים מטרות טיפוליות אפשריות, ולאפיין את התגובה תאית לטיפול תרופתי. אבל במבחנה מערכות הן הרבה יותר מדי פשטניות לנבא תגובת האורגניזם לתרופות; הם חסרים את התגובות הפיזיולוגיות, תגובות חיסוניות, microenvironment תא, וההטרוגניות כוללת של מערכות חי בעלי חיים. מבחינה גנטית מודלים מהונדסים יכולים להיות יקר, כאשר זמינים, אך הבדלים מולקולריים קיימים בין מינים ותאים עכבריים לא יכול לשחזר אירועים בתהליכים אנושיים, וכתוצאה מכך פערים משמעותיים כאשר משווים מודלים של בעלי חיים לתצפיות קליניות 1. המודלים xenograft עכבר מעורבים הזרקה תת עורית (SQ) של שורות תאי גידול במוח אנושיות מתחת לעור של האגף הם קלים לביצועולמדוד; הם יכולים לשמש כדי לטפל בהשפעות של שינוי גנטי ומתן תרופות / מסירה, חילוף חומרים ורעיל. חסרונות משמעותיים, עם זאת, להגביל את השירות של דגמי SQ. Microenvironment לא לסכם זה של גידול במוח באופן טבעי: האינטראקציות של סוגי תאים שונים ורקמות; כלי הדם המקומיים, וגורמים אחרים מספר עצום ייחודיים למוח לא יכולים להיות משוכפלים. ליותר לשחזר במדויק את הסביבה הייחודית של גידול במוח באופן טבעי ולבדוק את ההשפעות של התערבויות תרופתיות, יש לנצל מודל orthotopic עכבר. יתר על כן, טכניקות orthotopic עשויות לשמש כחלק מגישה מהונדסת גנטי שבו תאים שאינם סרטניים אנושיים עיקריים (הבדיל או אב) הם מהונדסים גנטיים והוחדרו לתוך האתר הרלוונטי של עכבר, עם או בלי תאי סטרומה אנושיים, וכתוצאה מכך יצירת גידולים דומה לזו שנצפתה בבני האדם 1.
מאמר זה מתארמתודולוגיה מדויקת וreproducibly ליצור גידולים במוח בעכברים. שימוש בטכניקה זו, המשתמש יכול במדויק להזריק aliquot קטן של תאים מושעים למיקום שצוין באזור fronto-parieto-הזמנית של עכבר קליפת המוח. תמותת העכבר היא נמוכה ביותר; בידיים שלנו, לא עכברים מתו מסיבוכים ניתוחיים לאחר 185 נהלים. מאפיינים של הגידול כתוצאה ניתן להשוות לזה של גידולים קליניים בבני אדם טיפוסיים; לדוגמא: מהירות של צמיחה, תואר של נמק, של פלישת מידה, ההטרוגניות של סוג התא, נוכחות של תאי mitotic, סמנים של שגשוג ואפופטוזיס, וכו 'קווים סלולריים או דגימות רקמה או גידול אנושיות מפוצלות אז יכולים להיות מוערכים על סמך היכולת שלהם כדי לדמות מצגת קלינית בפועל. תרופות, שנבחרו על בסיס ביצועיהם בתרבית תאים, ניתן לבדוק בהקשר של חילוף חומרים תפקוד, מערכת דם, ומחסום דם מוח כפי שהם קיימים בשנינות בבעלי חיים עמוסותחה גידול, כל זאת בהקשר אדריכלי רלוונטי. יתר על כן, התאים שנבחרו להזרקה ניתן מהונדסים גנטי כדי לחקור את ההשפעה של knockdowns הספציפי, מחיקות, לדפוק תוספות, מוטציות, וכו 'על צמיחת גידול ולהישרדות.
מספר הפרסומים לתעד מחקרי גידולים תוך שימוש במגוון רחב של טכניקות תוך גולגולתי. Yamada et al. עשה מחקר מפורט של ההזרקה של צבע ושל תאי U87 ומצא כי צמצום שיעור נפח והזרקה מיוצר הגידול הטוב ביותר 2. . ברוקס et al מצא שחזור מעולה וחיסכון בשימוש במזרק שבשליטת המיקרו ולא בשיטה ידנית כדי לספק וקטורים ויראליים; את מסקנותיהם לגבי פרמטרים הזרקה אופטימליים חלות על תא משלוח 3. Shankavaram et al. הראה כי multiforme גליובלסטומה שורות תאים (GBM) הוזרקו orthotopically (באמצעות שיטה ידנית) לתוך המוח סכם את פרופיל ביטוי גנים של CLגידולי inical באופן הדוק יותר מאשר כל אחד בxenografts מבחנה או SQ, התומך בשימוש במודלים תוך גולגולתי למחקרים פרה 4. אל ג'יאניני et. הזריק תאים מדגימות כירורגית אדם שספגו בצלעות של עכברים בעירום על ידי passaging סדרתי לתוך מוחם של עכברים נוספים, והראה כי גישה זו נשמרה שינויים גנטי גידול מטופל במודל 5. תוצאות דומות דווחו על ידי אל יי et 6. באמצעות התקנת stereotaxic, אתר הזרקה מוגדר בקפידה, ושיעור הזרקה איטי ויציב, הם השיגו גידולים במוח לשחזור עם שיעורי צמיחה עקביים ו( 100%) שיעור גבוה engraftment. תוקפה של טכניקה זו ולכן הוקם גם; חיפוש בספרות מצביע על כך שהיישומים של טכניקה זו הם נרחבים. Carty et al. משמש זריקות תוך גולגולתי, כדי לספק בהצלחה וקטורים ויראליים לבטא גנים טיפוליים לקליפת המוח הקדמית של transgeniמודל ג למחלת אלצהיימר 7. Thaci et al. תאר את השימוש בזריקות תוך גולגולתי, כדי לספק אדנווירוס oncolytic הטיפולי במנשא בתאי גזע עצבי המבוסס לעכברים בעירום כבר נושאים גידולי GBM הזריקו orthotopically 8. ברור, זריקות תוך גולגולתי הן כלי תכליתי ויעיל למחקר פרה קליני. פרסומים קודמים בכתב העת של ניסויים דמיינו לתאר גישות בסיסיות 9-11, אבל אנחנו לוקחים את הרעיון של הזרקת גידול תוך גולגולתי ודוגמנות orthotopic לרמה גבוהה יותר של דיוק תוך שימוש בטכנולוגיה קל להורים.
Protocol
Representative Results
Discussion
מודלים עכבר orthotopic של סרטן המוח אנושי יכולים להיות כלי מצוין להערכת היעילות של טיפולים קליניים, אך יש להקפיד כדי לייעל את המיקום של תאים ברקמת המוח. מחקרים הראו כי כמויות מופרזות aliquot, טכניקת הזרקה תת אופטימלית ושיעורי זריקה חפוזים עלולות לגרום לדליפות וההופעה של תאים…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ד"ר קיטינג ממומן על ידי מענק CA100335 DOD והוא הקרן Scholar של סנט Baldrick.
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 |
References
- 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).
