Ved hjelp av Micro-computertomografi for vurdering av tumorutvikling og oppfølging av respons på behandlingen i en musemodell for lungekreft
Summary
We describe a method for the detection of tumor nodule development in the lungs of an adenocarcinoma mouse model using micro-computed tomography and its use for monitoring changes in nodule size over time and in response to treatment. The accuracy of the assessment was confirmed with end-point histological quantification.
Abstract
Lung cancer is the most lethal cancer in the world. Intensive research is ongoing worldwide to identify new therapies for lung cancer. Several mouse models of lung cancer are being used to study the mechanism of cancer development and to experiment with various therapeutic strategies. However, the absence of a real-time technique to identify the development of tumor nodules in mice lungs and to monitor the changes in their size in response to various experimental and therapeutic interventions hampers the ability to obtain an accurate description of the course of the disease and its timely response to treatments. In this study, a method using a micro-computed tomography (CT) scanner for the detection of the development of lung tumors in a mouse model of lung adenocarcinoma is described. Next, we show that monthly follow-up with micro-CT can identify dynamic changes in the lung tumor, such as the appearance of additional nodules, increase in the size of previously detected nodules, and decrease in the size or complete resolution of nodules in response to treatment. Finally, the accuracy of this real-time assessment method was confirmed with end-point histological quantification. This technique paves the way for planning and conducting more complex experiments on lung cancer animal models, and it enables us to better understand the mechanisms of carcinogenesis and the effects of different treatment modalities while saving time and resources.
Introduction
Lungekreft er den ledende årsak til død kreft rundt om i verden 1. Forskning på forebygging, tidlig oppdagelse og behandling av lungekreft pågår i mange forskningssentre over hele verden 2,3. Det er utviklet flere dyremodeller for lungekreft, og de har vist seg nyttige for å studere mekanismene for lunge karsinogenese og celle opprinnelse, i påvisning av tilstedeværelse av kreft stamceller, og i å undersøke forskjellige nye terapeutiske strategier 4. Tidligere modeller avhengig av kreftfremkallende-indusert startfasen i følsomme stammer av mus 5. Utviklingen av knockout og transgene musemodeller som lungekreft oppstår som et resultat av spesifikt manipuleres genetisk lesjonene betydelig forbedret evne til å kontrollere tumorfremkallelse og etterligner flere aspekter av human lungekreft 4. Imidlertid er en hovedutfordring i bruken av lungekreft dyremodeller er fraværet av en sanntids-metode for ånøyaktig identifisere og overvåke utbruddet og utvikling av svulster i mus lungene og for å dokumentere eventuelle senere endringer i sine størrelser, slik som deres fortsatt vekst eller reduksjon i respons til behandlinger. Dette har tvunget forskere til å ty til flere tid, krefter og ressurskrevende teknikker for å identifisere svulster og å evaluere sine eksperimentelle resultater. Tilstedeværelsen av iboende inter-mus variasjon som respons på tumorfremkallelse krever bruk av et stort antall dyr i hver forsøksgruppe for å redusere data variabilitet. Manglende evne til å vurdere tumorvekst eller respons på behandlingen i sanntid har tvunget forskere å blindt avlive mus ved flere tidspunkter i lengre eksperimentelle protokoller for å garantere at de vil samle de riktige data, noe som resulterer i sløsing med ressurser fra prøvene oppsamlet ved tidspunkter som er enten for tidlig eller for sent.
I den foreliggende undersøkelse, en fremgangsmåte utnytte en liten-dyr mikro-computed tomografi (mikro-CT) skanner for å oppdage og følge opp lungesvulster i introduseres levende mus. Vi brukte vår nylig beskrevet Sftpc-rtTA- og Tre-Fgf9-res-EGFP dobbel-transgen (DT) mus som raskt utvikle lunge adenokarsinom etter induksjon med doksycyklin 6,7. Anvendelse av mikro-CT gjør oss i stand til (blant annet) inkluderer mus med avvikende lunge abnormiteter før induksjon, bekrefte utvikling av tumorknuter i lungen etter induksjon, og observere endringer i tumorknuter i respons til eksperimentelle behandlinger. Endepunktet avliving av mus og histologiske undersøkelser, bekreftet nøyaktigheten av sanntidsvurdering foretatt med mikro-CT. Vi tror at denne teknikken vil bane vei for å gjennomføre bedre planlagt eksperimenter med lungekreft dyremodeller samtidig som de sparer verdifulle ressurser, forkorte observasjon tid og øke nøyaktigheten og forståelsen av resultater.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mikro-CT-basert metode beskrevet her for sanntids identifisering av lunge misdannelser og overvåking av utviklingen av tumorknuter og respons på behandlingen i lungekreftdyremodeller vil gjøre forskerne som gjennomfører lungekreftrelaterte eksperimenter for å planlegge mer nøyaktig og effektiv eksperimenter samtidig som du sparer tid og ressurser. Vi har tidligere brukt MR for samme formål 6. Klarhet i skanningen, og terskelen for påvisning av lunge knuter med MR var dårligere enn de med mikro-CT-ska…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av en Grant-in-Aid fra JSP KAKENHI for AEH (Grant Number 25461196) og TB (Grant tall 23390218 og 15H04833) og National Institutes of Health stipend HL111190 (DMO). Forfatterne ønsker å takke Miyuki Yamamoto for sin innsats i å hjelpe med dyr genotyping og utarbeidelse av histologiske snitt. Vi er takknemlige for forskningssamarbeid Resources, School of Medicine, Keio-universitetet for teknisk support og reagenser.
Materials
| micro-X-ray–computed tomography | Rigaku | R_mCT2 | |
| NanoZoomer RS Digital Pathology System | Hamamatsu | RS C10730 | |
| NDP.view2 Viewing software | Hamamatsu | U12388-01 | http://www.hamamatsu.com/jp/en/U12388-01.html |
| Isoflurane Vaporizer – Funnel-Fill | VETEQUIP | 911103 | |
| Induction chamber, 2 Liter W9.5×D23×H9.5 | VETEQUIP | 941444 | |
| Isoflurane | Mylan | ES2303-01 | |
| AZD 4547 | LC Labratories | A-1088 | |
| Pentobarbital | Kyoritsu | SOM02-YA1312 | |
| G24 cannula | Terumo | SP-FS2419 | |
| Paraformaldehyde | Wako | 163-20145 | |
| Microtome | Leica | RM2265 | |
| Doxycycline | SLC Japan/PMI Nutrition International | 5TP7 | |
| ImageJ software | National Institute of health | http://imagej.nih.gov/ij/ | |
| Puralube vet ointment (Occular lubricant) | Dechra | NDC 17033-211-38 |
References
- Ferlay, J., et al. Cancer incidence and mortality worldwide: sources, methods and major patterns in GLOBOCAN 2012. Int. J. Cancer. 136, 359-386 (2015).
- Mak, I. W., Evaniew, N., Ghert, M. Lost in translation: animal models and clinical trials in cancer treatment. Am. J. Transl. Res. 15, 114-118 (2014).
- Chen, Z., Fillmore, C. M., Hammerman, P. S., Kim, C. F., Wong, K. K. Non-small-cell lung cancers: a heterogeneous set of diseases. Nat. Rev. Cancer. 14, 535-546 (2014).
- Kwon, M. C., Berns, A. Mouse models for lung cancer. Mol. Oncol. 7, 165-177 (2013).
- Malkinson, A. M. The genetic basis of susceptibility to lung tumors in mice. Toxicology. 54, 241-271 (1989).
- Yin, Y., Betsuyaku, T., Garbow, J. R., Miao, J., Govindan, R., Ornitz, D. M. Rapid induction of lung adenocarcinoma by fibroblast growth factor 9 signaling through FGF receptor 3. Cancer Res. 73, 5730-5741 (2013).
- Arai, D., et al. Characterization of the cell of origin and propagation potential of the fibroblast growth factor 9-induced mouse model of lung adenocarcinoma. J. Pathol. 235, 593-605 (2015).
- Curtis, S. J., et al. Primary tumor genotype is an important determinant in identification of lung cancer propagating cells. Cell Stem Cell. 7, 127-133 (2010).
- Lau, A. N., et al. Tumor-propagating cells and Yap/Taz activity contribute to lung tumor progression and metastasis. EMBO J. 33, 468-481 (2014).
- Santos, A. M., Jung, J., Aziz, N., Kissil, J. L., Puré, E. Targeting fibroblast activation protein inhibits tumor stromagenesis and growth in mice. J Clin Invest. 119, 3613-3625 (2009).
- Zinn, K. R., et al. Noninvasive Bioluminescence Imaging in Small Animals. ILAR J. 49, 103-115 (2008).
- Yao, R., Lecomte, R., Crawford, E. S. Small-Animal PET: What Is It, and Why Do We Need It. J Nucl Med Technol. 40, 157-165 (2012).
- Haruyama, N., Cho, A., Kulkarni, A. B. Overview: Engineering transgenic constructs and mice. Curr Protoc Cell Biol. , (2009).
