Använda Micro-datortomografi för bedömning av tumörutveckling och uppföljning av behandlingssvar i en musmodell av lungcancer
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
Lungcancer är den vanligaste orsaken till dödsfall i cancer i hela världen 1. Forskning om förebyggande, tidig upptäckt och behandling av lungcancer pågår i många forskningscentra över hela världen 2,3. Flera djurmodeller för lungcancer har utvecklats, och de har visat sig vara användbara för att studera mekanismerna för lung cancer och cellursprungs fastställa förekomsten av cancerstamceller, och för att undersöka olika nya terapeutiska strategier 4. Tidigare modeller förlitat sig på cancerframkallande-inducerad tumör initiering i känsliga stammar av möss 5. Utvecklingen av knockout och transgena musmodeller där lungcancer uppstår som en följd av specifikt manipulerade genetiska skador har avsevärt förbättrat vår förmåga att kontrollera tumörinduktion och härma flera aspekter av humana lungcancer 4. Men det är en stor utmaning i att använda lungcancer djurmodeller avsaknad av en realtids metod för attnoggrant identifiera och övervaka uppkomsten och utvecklingen av tumörer i mus lungorna och dokumentera eventuella senare förändring i deras storlek, såsom deras fortsatta tillväxt eller minskning som svar på behandlingar. Detta har tvingat forskare att tillgripa flera tid, ansträngning och resurskrävande metoder för att identifiera tumörerna och att utvärdera sina experimentella resultat. Närvaron av inneboende inter-mus variation som svar på tumörinduktion kräver användning av ett stort antal djur i varje experimentgrupp för att minska data variabilitet. Oförmågan att bedöma tumörtillväxt eller svar på behandling i realtid har tvingat forskare att blint avliva möss vid flera tidpunkter i långa experimentella protokoll för att garantera att de kommer att samla in rätt data, vilket resulterar i slöseri med resurser från proverna uppsamlades vid tidpunkterna som antingen är för tidigt eller för sent.
I föreliggande studie, till ett förfarande utnyttja en liten-djur mikro-computed tomografi (mikro-CT) scanner för att upptäcka och följa upp lungtumörer i levande möss införs. Vi använde vår nyligen beskrivits Sftpc-rtTA och Tre-FGF9-IRES-EGFP dubbeltransgena (DT) möss som snabbt utveckla lungadenokarcinom efter induktion med doxycyklin 6,7. Användningen av mikro-CT kan vi (bland annat) utesluter möss med avvikande lung avvikelser före induktion, bekräfta utvecklingen av tumörnoduli i lungan efter induktion, och observera förändringar i tumörnoduli som svar på experimentella behandlingar. Slutpunkt dödshjälp av möss och histologiska bedömningen bekräftade riktigheten i realtid bedömning som gjorts med mikro-CT. Vi tror att denna teknik kommer att bana väg för att utföra bättre planerade experiment med användning av lungcancer djurmodeller och samtidigt spara värdefulla resurser, förkorta observationstiden och öka noggrannheten och förståelsen av resultaten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mikro CT-baserad metod som beskrivs här för realtidsidentifiering av lung avvikelser och övervakning av utvecklingen av tumörnoduli och behandlingssvar i lungcancer djurmodeller gör det möjligt för forskare som bedriver lungcancerrelaterade experiment för att planera mer noggranna och effektiva experiment och samtidigt spara tid och resurser. Vi har tidigare använt MRI för samma ändamål 6. Tydligheten i skanningen och tröskeln för detektion av lung noduli med MRI var sämre än med mikro datorto…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av en Grant-i-Stöd från JSPS KAKENHI för AEH (licensnummer 25.461.196) och TB (Grant nummer 23.390.218 och 15H04833) och National Institutes of Health bidrag HL111190 (DMO). Författarna vill tacka för Miyuki Yamamoto för sina insatser i att hjälpa till med djur genotypning och framställning av histologiska sektioner. Vi är tacksamma för forskningssamverkan Resources, School of Medicine, Keio University för teknisk support och reagens.
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).
