Een muismodel van Syngeneic Pancreatic kanker te bestuderen van de gevolgen van onomkeerbaar Electroporation
Summary
Onomkeerbare electroporation (IRE) is een niet-thermische ablatie techniek die wordt gebruikt voor de behandeling van lokaal Geavanceerd alvleesklierkanker. Een relatief nieuwe techniek zijn, de effecten van IRE op de tumorgroei slecht begrepen. We hebben een syngeneic muismodel ontwikkeld dat vergemakkelijkt bestudeert de effecten van IRE op alvleesklierkanker.
Abstract
Alvleesklierkanker (PC), een ziekte die ongeveer 40.000 patiënten elk jaar in de VS doodt, heeft met succes verschillende therapeutische benaderingen, met inbegrip van de veelbelovende immunotherapeutische strategieën vermeden. Onomkeerbare electroporation (IRE) is een niet-thermische ablatie techniek die tumor celdood zonder vernietiging van aangrenzende collagene structuren induceert, waardoor de procedure die moet worden uitgevoerd in tumoren zeer dicht bij de bloedvaten. In tegenstelling tot thermische ablatie technieken, IRE leidt tot geleidelijke apoptotic celdood, samen met onmiddellijke ablatie geïnduceerde necrose, en is momenteel in klinische gebruik voor geselecteerde patiënten met lokaal gevorderde PC. Een ablative, de specifieke procedure van de niet-doelsoorten zoals IRE kan leiden tot een groot aantal reacties in de communicatie van de tumor. Een paar studies de effecten van IRE op tumorgroei in andersoortige tumor hebben aangepakt, maar geen hebben gericht op de PC. Wij hebben een syngeneic muismodel van PC waarin subcutaan (SQ) en orthotopic tumoren kunnen succesvol worden behandeld met IRE in een sterk gecontroleerde omgeving, vergemakkelijken van verschillende longitudinaal onderzoek post procedure ontwikkeld. Deze diermodel fungeert als een robuust systeem te bestuderen van de effecten van IRE en manieren ter verbetering van de klinische werkzaamheid van IRE.
Introduction
Alvleesklier ductaal adenocarcinoom (PC) naar verwachting de tweede belangrijke doodsoorzaak kanker in de VS rond 20201geworden. De overgrote meerderheid van de patiënten gediagnosticeerd met PC zal uiteindelijk sterven van verre gemetastaseerde ziekte2. De PC-communicatie is notoir immunosuppressieve en chemoresistant. Haar desmoplastic stroma bevat een schaarste van effector (anti-tumor) T-cellen en een prominentie van immunosuppressieve leukocyten, met inbegrip van tumor-geassocieerde macrofagen (TAMs), myeloïde afgeleide suppressor cellen (MDSCs) en regelgevende T cellen (Tregs)3 . Deze liggen ten grondslag aan de noodzaak te ontwikkelen van multimodale strategieën die deze van de communicatie gevolgen.
IRE is ontwikkeld als een niet-thermische methode van tumor ablatie. In tegenstelling tot thermische ablatie technieken, IRE veroorzaakt geen snelle coagulative necrose, maar in plaats daarvan leidt tot geleidelijke apoptotic cellen dood4. Vooral voor alvleesklier tumoren, IRE is niet kwetsbaar voor “heat sink” effecten en vlakbij bloedvaten5kan worden uitgevoerd. Deze technologie heeft 510(k) clearance van de FDA-6 en klinisch, momenteel voor geselecteerde patiënten met lokaal gevorderde of borderline resectable pancreatic kanker wordt gebruikt. Ongeveer in de grootste gepubliceerde reeks van IRE voor PC7was de mediane overleving van patiënten die een IRE dubbele de overleving van patiënten behandeld met moderne chemotherapie alleen zonder resectie8,9.
Verschillende studies hebben aangetoond dat thermische ablatie induceert een systemische immuunrespons bij andere typen van de tumor (herzien in Chu et al. 10). RadioFrequente ablatie (RFA) in dierlijke tumor modellen leidt tot een verhoogde T cel infiltreert11,12, waaronder een verhoging in geactiveerde natural killer (NK) cellen van hepatocellulaire kanker patiënten13, 14, en een afname van de immunosuppressieve Tregs in long kanker patiënten15. Een veel kleiner aantal studies hebben onderzocht immuun, microenvironmental, en schade reacties op IRE16. IRE is aangetoond dat het stimuleren van een systemische immuunrespons bij immunocompetent Muismodellen waarin de groei van secundaire (contralaterale) renaal cel allografts was verminderd of voorkomen door het IRE van een primaire tumor twee weken eerder17. Zij ook opgemerkt dat immunocompetent muizen minder spanning voor volledige regressie vereist dan deed immuungecompromitteerde muizen. Het heeft zijn veronderstelde dat IRE in betere antigeen presentatie in vergelijking met de coagulative necrose van thermische ablatie resulteren kan, maar dit is niet specifiek bestudeerd.
Hebben we een syngeneic muismodel van PC van de KPC-Luc 4580 cellijn (geschenk van J.J. Yeh aan de Universiteit van North Carolina), die was afgeleid van een tumor die ontwikkeld in een mannelijke LSL-KrasG12D / +; LSL-Trp53R172H / +; PDX1Cre / +; LSL-ROSA26 Luc / + muis, de lokale en systemische effecten van IRE18,19te bestuderen. Deze cellijn luciferase-uiten is immunogeen en ook tumorigene in immunocompetent C57BL/6 muizen wanneer geïnjecteerd SQ of orthotopically en betrouwbaar lever metastasen produceert wanneer geïnjecteerd in de milt. We hebben gebruikt een programmeerbare blokgolf-puls generator om te leveren 100-µs pulsen van elektriciteit op een spanning/afstand ratio van 1.500 V/cm met behulp van een twee-naald matrix sonde (gescheiden door 5 mm) of platina pincetten-trodes aan SQ of orthotopic tumors, respectievelijk, in muizen voor het model van de gevolgen van IRE in een klein dier.
Protocol
Representative Results
Discussion
In deze studie hebben we een immunocompetent muismodel aangetoond voor PC die kan worden gebruikt voor het bestuderen van de effecten van IRE op de tumorgroei. IRE wordt momenteel gebruikt als een niet-thermische ablatie techniek alleen in zeer geselecteerde lokaal gevorderde PC-patiënten die niet over de progressie van de verre ziekte na maanden van preoperatieve therapie beschikken. Het gebruik ervan is derhalve beperkt omdat de meeste patiënten met lokaal gevorderde PC ontwikkelen verre gemetastaseerde ziekte<sup cl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
RRW heeft steun gekregen voor dit werk een collaboratieve translationeel onderzoek verlenen, gefinancierd door de San Diego C3 Padres pedaal de oorzaak (#PTC2017).
Materials
| ECM 830 square wave electroporator | Harvard Apparatus | BTX # 45-0002 ( 58018-004 ) | |
| 2 needle array electrode | Harvard Apparatus | 45-0167 | |
| Safety foot switch | Harvard Apparatus | 45-0211 | |
| Platinum Tweezer-trode | Harvard Apparatus | 45-0486 | |
| DMEM-F12 media | ThermoFisher Scientific | 11320-033 | |
| Fetal Bovine Serum | ThermoFisher Scientific | 10437028 | |
| Trypsin | ThermoFisher Scientific | 25200056 | |
| Matrigel | Corning | 354230 | |
| Isoflurane | Sigma-Aldrich, Inc. | 792632 | |
| Lacrilube | Fisher Scientific | 19090646 | |
| Buprenorphine | Fisher Scientific | NC1292810 | |
| D-luciferrin | Perkin Elmer | 122799 | |
| IVIS Spectrum In Vivo Imaging System | Perkin Elmer | 124262 | |
| Mouse strain C57BL/6J | The Jackson Laboratory | 000664/Black 6 | |
| Cell line (KPC-Luc 4580) | J.J. Yeh Lab at University of North Carolina | ||
| BD Precisionglide syringe needles | Sigma-Aldrich, Inc. | Z192406 | |
| Alcohol Swab(70% isopropyl alcohol ) | BD | 326895 | |
| Digital calipers | ThermoFisher Scientific | 14-648-17 | |
| Disposable Scalpels, Sterile | VWR | 21909 | |
| Cotton Tipped Applicators | VWR | 89198 | |
| Suture Needle, 45 cm, Size 6-0 | Harvard Apparatus | 72-3308 | |
| Suture Needle, 45 cm, Size 4-0 | Harvard Apparatus | 72-3314 | |
| Povidone-iodine 10% | BD | 29900-404 | |
| Disposable Warming Pad | KENT SCIENTIFIC CORP. | TP-3E | |
| Mouse Hair Clipper | KENT SCIENTIFIC CORP. | CL8787 | |
| Surgical Drape | Harvard Apparatus | 59-7421 | |
| Phosphate-buffered Saline | ThermoFisher Scientific | 10010023 | |
References
- Rahib, L., et al. Projecting cancer incidence and deaths to 2030: the unexpected burden of thyroid, liver, and pancreas cancers in the United States. Cancer Res. 74 (11), 2913-2921 (2014).
- Howlader, N., et al. . SEER Cancer Statistic Review, 1975-2013. , (1975).
- Clark, C. E., et al. Dynamics of the immune reaction to pancreatic cancer from inception to invasion. Cancer Res. 67 (19), 9518-9527 (2007).
- Lee, E. W., Loh, C. T., Kee, S. T. Imaging guided percutaneous irreversible electroporation: ultrasound and immunohistological correlation. Technol Cancer Res Treat. 6 (4), 287-294 (2007).
- Charpentier, K. P. Irreversible electroporation for the ablation of liver tumors: are we there yet?. Arch Surg. 147 (11), 1053-1061 (2012).
- Narayanan, G. Irreversible Electroporation. Seminars in Interventional Radiology. 32 (4), 349-355 (2015).
- Martin, R. C. Treatment of 200 locally advanced (stage III) pancreatic adenocarcinoma patients with irreversible electroporation: safety and efficacy. Ann Surg. 262 (3), 486-494 (2015).
- Belfiore, M. P., et al. Percutaneous CT-guided irreversible electroporation followed by chemotherapy as a novel neoadjuvant protocol in locally advanced pancreatic cancer: Our preliminary experience. Int J Surg. 21 Suppl 1, S34-S39 (2015).
- Belfiore, G., et al. Concurrent chemotherapy alone versus irreversible electroporation followed by chemotherapy on survival in patients with locally advanced pancreatic cancer. Med Oncol. 34 (3), 38 (2017).
- Chu, K. F., Dupuy, D. E. Thermal ablation of tumours: biological mechanisms and advances in therapy. Nat Rev Cancer. 14 (3), 199-208 (2014).
- Wissniowski, T. T., et al. Activation of tumor-specific T lymphocytes by radio-frequency ablation of the VX2 hepatoma in rabbits. Cancer Res. 63 (19), 6496-6500 (2003).
- Eros de Bethlenfalva-Hora, C., et al. Radiofrequency ablation suppresses distant tumour growth in a novel rat model of multifocal hepatocellular carcinoma. Clin Sci (Lond). 126 (3), 243-252 (2014).
- Zerbini, A., et al. Radiofrequency thermal ablation for hepatocellular carcinoma stimulates autologous NK-cell response. Gastroenterology. 138 (5), 1931-1942 (2010).
- Ali, M. Y., et al. Activation of dendritic cells by local ablation of hepatocellular carcinoma. J Hepatol. 43 (5), 817-822 (2005).
- Fietta, A. M., et al. Systemic inflammatory response and downmodulation of peripheral CD25+Foxp3+ T-regulatory cells in patients undergoing radiofrequency thermal ablation for lung cancer. Hum Immunol. 70 (7), 477-486 (2009).
- Jiang, C., Davalos, R. V., Bischof, J. C. A review of basic to clinical studies of irreversible electroporation therapy. IEEE Trans Biomed Eng. 62 (1), 4-20 (2015).
- Neal, R. E., et al. Improved local and systemic anti-tumor efficacy for irreversible electroporation in immunocompetent versus immunodeficient mice. PLoS One. 8 (5), e64559 (2013).
- Hingorani, S. R., et al. Trp53R172H and KrasG12D cooperate to promote chromosomal instability and widely metastatic pancreatic ductal adenocarcinoma in mice. Cancer Cell. 7 (5), 469-483 (2005).
- Safran, M., et al. Mouse reporter strain for noninvasive bioluminescent imaging of cells that have undergone Cre-mediated recombination. Mol Imaging. 2 (4), 297-302 (2003).
- Martin, R. C., McFarland, K., Ellis, S., Velanovich, V. Irreversible electroporation in locally advanced pancreatic cancer: potential improved overall survival. Ann Surg Oncol. 20 Suppl 3, S443-S449 (2013).
- Neal, R. E., Garcia, P. A., Robertson, J. L., Davalos, R. V. Experimental Characterization and Numerical Modeling of Tissue Electrical Conductivity during Pulsed Electric Fields for Irreversible Electroporation Treatment Planning. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 59 (4), 1076-1085 (2012).
