Summary

Het hanteren van de Cotton Rat in Studies voor de Pre-klinische evaluatie van Oncolytic Virussen

Published: November 24, 2014
doi:

Summary

Cotton rats are extremely excitable and have a strong flight-or-fight response. A handling method optimized to reduce the stress of the animals is described which will make cotton rats more accessible as a preclinical model.

Abstract

Oncolytic viruses are a novel anticancer therapy with the ability to target tumor cells, while leaving healthy cells intact. For this strategy to be successful, recent studies have shown that involvement of the host immune system is essential. Therefore, oncolytic virotherapy should be evaluated within the context of an immunocompetent model. Furthermore, the study of antitumor therapies in tolerized animal models may better recapitulate results seen in clinical trials. Cotton rats, commonly used to study respiratory viruses, are an attractive model to study oncolytic virotherapy as syngeneic models of mammary carcinoma and osteosarcoma are well established. However, there is a lack of published information on the proper handling procedure for these highly excitable rodents. The handling and capture approach outlined minimizes animal stress to facilitate experimentation. This technique hinges upon the ability of the researcher to keep calm during handling and perform procedures in a timely fashion. Finally, we describe how to prepare cotton rat mammary tumor cells for consistent subcutaneous tumor formation, and how to perform intratumoral and intraperitoneal injections. These methods can be applied to a wide range of studies furthering the development of the cotton rat as a relevant pre-clinical model to study antitumor therapy.

Introduction

Oncolytische virus (OV) selectief repliceren in tumorcellen door gebruik biochemische verschillen tussen normale en tumorcellen 1,2. Er zijn twee soorten OVS; die geen mutatie vereisen selectieve oncolyse bereiken, genoemd natuurlijk voorkomende wildtype virussen en die welke moeten worden gemanipuleerd om selectieve oncolyse bereiken. De collectie van mutaties binnen een bepaald tumortype bepaalt de aard van de selectieve groei voordeel boven normale cellen voor OV 2. De veiligheid en voordeel van OVS is aangetoond in klinische proeven 3-7. Ondanks vooruitgang op het gebied van oncolytische virotherapy bestaan ​​spleten tussen preklinische en klinische resultaten suggereren dat betere modellen nodig zijn om de antitumor werkzaamheid van OVS evalueren.

Boviene herpesvirus type 1 (BHV-1) is een lid van de familie Herpesviridae en Alphaherpesviridae onderfamilie. BHV-1 initiates runder respiratoire ziekte bij runderen complex, manifesteren in een grote verscheidenheid van symptomen die lijken verkouden 8,9. BHV-1 bindt hechting en binnenkomst receptoren door HSV-1, zoals heparan sulfaat en nectin-1 10. Echter, het bindt CD155 in de plaats van nectin-2 10. BHV-1 is een zeer smalle gastheerbereik zodanig dat het niet efficiënt voeren en replicatie initiëren in normale en getransformeerde muizencellen 3,4,10. Dit maakt het gebruik van conventionele muizenmodellen problematisch. De oncolytische vermogen van BHV-1 is aangetoond in vitro 11,12. BHV-1 is aangetoond dat replicatie in te leiden en te doden humane tumorcellen van verschillende histologische oorsprongen, zoals borstkankercellen en borstkanker initiërende cellen 11,12. Echter, de antitumor capaciteit van BHV-1 in vivo worden beoordeeld in het kader van een immunocompetente gastheer.

Humaan adenovirus (Ad), waarvoorzijn er 57 geïdentificeerd serotypen, meestal veroorzaakt ziekte van de luchtwegen bij de mens. Oncolytisch Ad vectoren zijn geëvalueerd op hun antitumoreffectiviteit met diverse oprukkende in klinische studies 13-15. Ondanks de veelbelovende pre-klinische gegevens, hebben klinische resultaten de verwachtingen niet ingelost. Humane tumor xenograft modellen worden gewoonlijk gebruikt om de antitumor werkzaamheid van Ad vectoren bestuderen, hoewel ze vertonen verzwakte immuunrespons op het virus 16,17. Bovendien syngene muismodellen zijn niet tolerant Ad infectie, wat het beoordelen van immuunreacties van de gastheer met deze modellen onpraktisch 17,18.

De gastheer immuunsysteem is geïdentificeerd als de meest invloedrijke mechanisme waarmee OVS opwekken tumorceldood 19. Antitumor-responsen tussen tolerant en niet- tolerant tumor- geassocieerde antigen (TAA) modellen verschillen en een grote invloed heeft het succes van OV therapie. De HSV-1 OV KM100 (ICP0 N212VP16 in 1814 20) 20,21 opgewekt tumorregressie in 80% van tumordragende muizen in een muizen Polyoma Midden T antigen borstcarcinoom model 22. In HER-2 / neu-modellen, de antitumor werkzaamheid van KM100 varieerde tussen 20% volledige regressie in syngene muizen tumor stasis in transgene, HER2-tolerant muizen. Samen vormen deze gegevens benadrukken het belang van de volledige evaluatie van OVS gebruik van dierlijke modellen die het beste samen te vatten het menselijk immuunsysteem landschap om volledig te begrijpen welke functies bepalen therapeutisch succes.

Het katoen rat (Sigmodon hispidus), inheems in Noord-en Zuid-Amerika, wordt het meest gebruikt als een model van respiratoir syncytieel virus infectie (zoals beoordeeld in 5). Cotton ratten worden ook gebruikt in anti-BHV-1 vaccinonderzoek zij recapituleren de pathologie geassocieerd met bovine respiratoire aandoeningen complex 6,23. Bovendien BHV-1 infectie van katoenrattenimmunogeen induceren duurzame mucosale en systemische immuunresponsen 6,23-25. Cellijnen werden afgeleid van spontane fibrosarcoma en osteosarcoom van de borstklier (LCRT) en bot (CCRT en VCRT), respectievelijk 26. Cotton ratten zijn gebruikt om de in vivo effectiviteit van oncolytische Ad vectoren evalueren zij gevoelig Ad infectie en vertonen soortgelijke pathologie mens 27-29. Het gebruik van immuun modellen voor de pre-klinische evaluatie van OVS zijn niet alleen minder indicatief voor klinische respons op de behandeling, maar ze geen rekening met de rol van het immuunsysteem bij oncolytische virotherapy 30,31. Daarom is de syngene en tumor tolerant katoen ratmodellen mammacarcinoom en osteosarcoom relevant modellen om de preklinische effectiviteit van OVS, zoals BHV-1 en Ad die niet kunnen worden onderzocht met conventionele muizenmodellen evalueren.

Protocol

OPMERKING: De gebruikte protocollen zijn door onze institutionele Animal Research Ethics van Commissarissen goedgekeurd bij McMaster University volgens de Canadese Raad over Animal Care richtlijnen. Experimenten werden uitgevoerd aan de McMaster University Central Animal Facility. 1. Het kweken LCRT Cellen Cultuur LCRT cellen in Dulbecco's gemodificeerd Eagle's medium (DMEM) aangevuld met 10% foetaal runderserum (FBS), 2 mM L-glutamine, 100 U / ml penicilline en 100…

Representative Results

Door de zeer opgewonden aard van katoenratten, vertrouwd met en gebruik procedures geoptimaliseerd om de stress van de dieren te verminderen gemak in het gebruik als een preklinisch diermodel. Gebruik van de juiste afhandeling technieken zullen ook risico's voor de onderzoeker te minimaliseren. Bij het gebruik van katoen ratten is het noodzakelijk om kalm te blijven. De ratten zijn zeer prikkelbaar en proberen hun kooi ontsnappen. Gebruik van een verrijking buis en Nestlets zal ontsnappi…

Discussion

Cotton rats are highly excitable and have a strong flight response. Therefore, special care should be taken to minimize any undue stress on the animal. The cage setup described will allow for safe and easy capture of the animals, with the placement of the enrichment tube being of the utmost importance. When setting up cages, ensure that the enrichment tubes meet the size and shape requirements, and are placed in proper orientation in the cage. It is also important to ensure that any technicians who might be aiding in ani…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Breanne Cuddington holds a fellowship from the Canadian Breast Cancer Foundation. This work was sponsored by operating grants from the Cancer Research Society and the Canadian Cancer Society Research Institute (formerly the Canadian Breast Cancer Research Alliance). We thank Ann Tollefson (Saint Louis University School of Medicine) for LCRT cells and Dr. Kathleen Delaney and Marion Corrick for technical assistance with cotton rat housing and sedation.

Materials

Name of Material/Equipment Company Catalog # Comments/Description
Dulbecco’s modified Eagle’s medium  Gibco 11965-092 May use any brand 
1X Phosphate Buffered Saline  Can prepare in lab, filter to sterilize
200 mM L-glutamine Gibco 25030164 May use any brand
100x Antibiotic-Antimycotic  Gibco 15240-062 May use any brand
Fetal bovine serum Quality Biological Inc. 110-001-101HI May use any brand
T-150cm2 tissue culture flask Fisher Scientific 14-826-80 May use any brand
1X TypLE Express Life Technologies 12604-013
12-well cell culture plate, flat bottom Fisher Scientific 08-772-29 May use any brand, must be tissue culture treated
alamarBlue Life Technologies DAL1025 May use an alternative reagent for determination of cell viability
8640 Teklad 22/5 Rodent diet Harlan  8640
1/8” corncob rodent bedding Harlan 7092
Nestlets Ancare Made of pulped virgin cotton fiber, dust-free and autoclavable
50 mL Conical tubes Fisher Scientific 14-432-22 May use any brand, must be sterile
Isoflurane USP, 99.9 %, inhalation anesthetic Pharmaceutical Partners of Canada Inc. M60302
70% Ethanol Can prepare in lab
10 % Neutral Buffered Formalin Sigma-Aldrich HT501128 May use any brand
Name of Material/Equipment Company Catalog # Comments/Description
NAPCO NapFlow 1200 Class II A/B3 Biosafety Microbiological Safety Cabinet (cell culture hood) NAPCO Model used not currently available May use any brand
Thermo Fisher Scientific Precision Heated Water Bath Fisher Scientific Model used not currently available  May use any brand
Reichert Bright-line Hemacytometer Sigma-Aldrich Z359629 May use any brand
Typhoon Trio BioAnalyzer  GE Healthcare Life Sciences Model used not currently available  May use any fluorescence plate reader
Tecan Safire2 Multi-detection Microplate Reader Tecan Model used not currently available  May use any fluorescence plate reader
Allegra 6R benchtop centrifuge Beckman Coulter 366816 May use any brand
Table Top Anaesthesia machine VetEquip Model used not currently available  May use any brand, must be portable
Wahl Peanut Mini Clippers Wahl May use any brand of small clippers
Insulin syringes 29 G x 1/2', 0.3 mL BD 329464 May use any brand. Insulin syringes are recommended as they make injections easier through the rat’s tough skin. 
Cotton swabs MedPro 018-425 May use any brand
Sharp-Pointed Dissecting Scissors Fisher Scientific 8940 May use any brand
Dissecting Tissue Forceps Fisher Scientific 13-812-41 May use any brand

References

  1. Cervantes-Garcia, D., Ortiz-Lopez, R., Mayek-Perez, N., Rojas-Martinez, A. Oncolytic virotherapy. Ann Hepatol. 7 (1), 34-45 (2008).
  2. Vaha-Koskela, M. J., Heikkila, J. E., Hinkkanen, A. E. Oncolytic viruses in cancer therapy. Cancer Lett. 254 (2), 178-216 (2007).
  3. Abril, C., et al. Both viral and host factors contribute to neurovirulence of bovine herpesviruses 1 and 5 in interferon receptor-deficient mice. J Virol. 78 (7), 3644-3653 (2004).
  4. Nakamichi, K., Matsumoto, Y., Otsuka, H. Defective infection of bovine herpesvirus 1 in non-permissive murine cells. J Vet Med Sci. 63 (10), 1139-1142 (2001).
  5. Boukhvalova, M. S., Blanco, J. C. The cotton rat sigmodon hispidus model of respiratory syncytial virus infection. Curr Top Microbiol Immunol. 372, 347-358 (2013).
  6. Papp, Z., Babiuk, L. A., Baca-Estrada, M. E. Induction of immunity in the respiratory tract and protection from bovine herpesvirus type 1 infection by different routes of immunization with recombinant adenovirus. Viral Immunol. 11 (2), 79-91 (1998).
  7. Hughes, T. C. R., Lilley, C. E., Ponce, R., Kaufman, H. L. Critical analysis of an oncolytic herpesvirus encoding granulocyte-macrophage colony stimulating factor for the treatment of malignant melanoma. Journal of Oncolytic Virotherapy. 3, 11-20 (2014).
  8. Jones, C., Chowdhury, S. A review of the biology of bovine herpesvirus type 1 (BHV-1), its role as a cofactor in the bovine respiratory disease complex and development of improved vaccines. Anim Health Res Rev. 8 (2), 187-205 (2007).
  9. Jones, C., Chowdhury, S. Bovine herpesvirus type 1 (BHV-1) is an important cofactor in the bovine respiratory disease complex. Vet Clin North Am Food Anim Pract. 26 (2), 303-321 (2010).
  10. Hushur, O., Takashima, Y., Matsumoto, Y., Otsuka, H. Restriction of bovine herpesvirus 1 (BHV-1) growth in non-permissive cells beyond the expression of immediate early genes. J Vet Med Sci. 66 (4), 453-455 (2004).
  11. Cuddington, B. P., Dyer, A. L., Workenhe, S. T., Mossman, K. L. Oncolytic bovine herpesvirus type 1 infects and kills breast tumor cells and breast cancer-initiating cells irrespective of tumor subtype. Cancer Gene Ther. 20 (5), 282-289 (2013).
  12. Cuddington, B. P., Mossman, K. L. Permissiveness of Human Cancer Cells to Oncolytic Bovine Herpesvirus 1 Is Mediated in Part by KRAS Activity. J Virol. 88 (12), 6885-6895 (2014).
  13. Small, E. J., et al. A phase I trial of intravenous CG7870, a replication-selective, prostate-specific antigen-targeted oncolytic adenovirus, for the treatment of hormone-refractory, metastatic prostate cancer. Mol Ther. 14 (1), 107-117 (2006).
  14. Freytag, S. O., et al. Phase I study of replication-competent adenovirus-mediated double suicide gene therapy for the treatment of locally recurrent prostate cancer. Cancer Res. 62 (17), 4968-4976 (2002).
  15. Benjamin, R., Helman, L., Meyers, P., Reaman, G. A phase I/II dose escalation and activity study of intravenous injections of OCaP1 for subjects with refractory osteosarcoma metastatic to lung. Hum Gene Ther. 12 (12), 1591-1593 (2001).
  16. Prince, G. A. The Cotton Rat in Biomedical Research. Animal Welfare Information Center Newsletter. 5 (2), 3-5 (1994).
  17. Tsai, J. C., Garlinghouse, G., McDonnell, P. J., Trousdale, M. D. An experimental animal model of adenovirus-induced ocular disease. The cotton rat. Arch Ophthalmol. 110 (8), 1167-1170 (1992).
  18. Ginsberg, H. S., et al. A mouse model for investigating the molecular pathogenesis of adenovirus pneumonia. Proc Natl Acad Sci U S A. 88 (5), 1651-1655 (1991).
  19. Russell, S. J., Peng, K. W., Bell, J. C. Oncolytic virotherapy. Nat Biotechnol. 30 (7), 658-670 (2012).
  20. Mossman, K. L., Saffran, H. A., Smiley, J. R. Herpes simplex virus ICP0 mutants are hypersensitive to interferon. J Virol. 74 (4), 2052-2056 (2000).
  21. Mossman, K. L., Smiley, J. R. Herpes simplex virus ICP0 and ICP34.5 counteract distinct interferon-induced barriers to virus replication. J Virol. 76 (4), 1995-1998 (2002).
  22. Hummel, J. L., Safroneeva, E., Mossman, K. L. The role of ICP0-Null HSV-1 and interferon signaling defects in the effective treatment of breast adenocarcinoma. Mol Ther. 12 (6), 1101-1110 (2005).
  23. Papp, Z., Middleton, D. M., Mittal, S. K., Babiuk, L. A., Baca-Estrada, M. E. Mucosal immunization with recombinant adenoviruses: induction of immunity and protection of cotton rats against respiratory bovine herpesvirus type 1 infection. J Gen Virol. 78 (11), 2933-2943 (1997).
  24. Papp, Z., Babiuk, L. A., Baca-Estrada, M. E. The effect of pre-existing adenovirus-specific immunity on immune responses induced by recombinant adenovirus expressing glycoprotein D of bovine herpesvirus type 1. Vaccine. 17 (7-8), 933-943 (1999).
  25. Mittal, S. K., et al. Induction of systemic and mucosal immune responses in cotton rats immunized with human adenovirus type 5 recombinants expressing the full and truncated forms of bovine herpesvirus type 1 glycoprotein gD. Virology. 222 (2), 299-309 (1996).
  26. Steel, J. C., et al. Syngeneic Cotton Rat Cancer Model for Replicating Adenoviral Vectors. Molecular Therapy. 13 (1), 123 (2006).
  27. Toth, K., et al. Cotton rat tumor model for the evaluation of oncolytic adenoviruses. Hum Gene Ther. 16 (1), 139-146 (2005).
  28. Toth, K., Spencer, J. F., Wold, W. S. Immunocompetent, semi-permissive cotton rat tumor model for the evaluation of oncolytic adenoviruses. Methods Mol Med. 130, 157-168 (2007).
  29. Steel, J. C., et al. Immunocompetent syngeneic cotton rat tumor models for the assessment of replication-competent oncolytic adenovirus. Virology. 369 (1), 131-142 (2007).
  30. Workenhe, S. T., et al. Immunogenic HSV-mediated oncolysis shapes the antitumor immune response and contributes to therapeutic efficacy. Mol Ther. 22 (1), 123-131 (2014).
  31. Sobol, P. T., et al. Adaptive antiviral immunity is a determinant of the therapeutic success of oncolytic virotherapy. Mol Ther. 19 (2), 335-344 (2011).
  32. Prince, G. A. The Cotton Rat in Biomedical Research. Animal Welfare Information Center Newsletter. 5 (2), (1994).
check_url/52232?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Cuddington, B., Verschoor, M., Mossman, K. Handling of the Cotton Rat in Studies for the Pre-clinical Evaluation of Oncolytic Viruses. J. Vis. Exp. (93), e52232, doi:10.3791/52232 (2014).

View Video