En syngena pankreascancer musmodell att studera effekterna av irreversibel elektroporation
Summary
Irreversibel elektroporation (IRE) är en icke-termisk ablationsteknik används för behandling av lokalt avancerad pankreascancer. Att vara en relativt ny teknik, är effekterna av IRE på tumörtillväxt dåligt känd. Vi har utvecklat en syngena musmodell som underlättar studera effekterna av IRE på pankreascancer.
Abstract
Pankreascancer (PC), en sjukdom som dödar cirka 40 000 patienter varje år i USA, har framgångsrikt undvikit flera behandlingsmetoder inklusive de lovande immunoterapeutisk strategierna. Irreversibel elektroporation (IRE) är en icke-termisk ablationsteknik som inducerar tumörcelldöd utan förstörelse av intilliggande kollagena strukturer, vilket gör att förfarandet som skall utföras i tumörer mycket nära blodkärl. Till skillnad från termiska ablation tekniker, IRE resulterar i gradvis apoptotisk celldöd, tillsammans med omedelbara ablation inducerad nekros, och är för närvarande i klinisk användning för utvalda patienter med lokalt avancerad PC. En ablativ, icke-målorganismer särskilt förfarande som IRE kan inducera en myriad av svaren i den tumör mikromiljö. Ett fåtal studier har tagit upp effekterna av IRE på tumörtillväxt i andra tumörtyper, men ingen har fokuserat på PC. Vi har utvecklat en syngena musmodell av PC där subkutan (SQ) och ortotop tumörer kan behandlas framgångsrikt med IRE i en mycket kontrollerad miljö, underlätta olika longitudinella studier efter proceduren. Denna djurmodell fungerar som ett robust system för att studera effekterna av IRE och sätt att förbättra den kliniska effekten av IRE.
Introduction
Pankreas duktal adenokarcinom (PC) väntas bli den näst vanligaste orsaken till dödsfall i cancer i USA runt 20201. Majoriteten av patienter som diagnostiserats med PC kommer att så småningom dö från avlägsna metastaserande sjukdom2. Den PC närmiljön är notoriskt immunsuppressiva och chemoresistant. Dess Desmoplastiskt stroma innehåller en brist på effektor (anti-tumör) T-celler och en framträdande av immunsuppressiva leukocyter, inklusive tumör-associerad makrofager (TAMs), myeloisk härledda suppressor celler (MDSCs) och regulatoriska T-celler (Tregs)3 . Dessa ligger bakom behovet av att utveckla multimodala strategier för att motverkar dessa effekter av mikromiljö.
IRE har utvecklats som en icke-termisk metod av tumör ablation. Till skillnad från termiska ablation tekniker, IRE orsaka inte snabba coagulative nekros men istället resulterar i gradvis apoptotiska cell död4. Huvudsakligen för Pankreastumör, IRE är inte sårbara ”kylfläns” effekter och kan utföras intill blodkärlen5. Denna teknik har 510(k) clearance från FDA6 och för närvarande används kliniskt, för utvalda patienter med lokalt avancerad eller borderline resektabel pankreascancer. I den största publicera serien av IRE för PC7var medianvärdet för överlevnad för patienter som genomgår IRE ungefär dubbel överlevnaden hos patienter som behandlats med moderna kemoterapi ensam utan resektion8,9.
Flera studier har visat att termisk ablation inducerar en systemisk immunsvar i andra tumörtyper (recenserade i Chu o.a. 10). radiofrekvent ablation (RFA) i djurens tumör modeller leder till ökad T cell infiltrerar11,12, inklusive en ökning i aktiverade naturliga mördarceller (NK) i Hepatocellulär cancer patienter13, 14, och en minskning av immunsuppressiva Tregs i lung cancer patienter15. Ett mycket mindre antal studier har undersökt immun, microenvironmental, och skada Svaren till IRE16. IRE har visat sig stimulera en systemisk immunsvar i immunkompetenta musmodeller där tillväxten av sekundära (kontralateral) renal cell organtransplantationer var minskas eller förhindras genom IRE av en primär tumör två veckor tidigare17. De påpekade också att immunkompetenta möss krävs mindre spänning för fullständig regression än gjorde immunsupprimerade möss. Det har varit hypotesen att IRE kan resultera i förbättrad antigen-presentation jämfört med den coagulative nekrosen av termiska ablation, men detta har inte specifikt studerats.
Vi har utvecklat en syngena musmodell av PC från KPC-Luc 4580 cell linje (gåva från J.J. Yeh vid University of North Carolina), som härrör från en tumör som utvecklats i en manlig LSL-KrasG12D / +; LSL-Trp53R172H / +; PDX1Cre / +; LSL-ROSA26 Luc / + mus, att studera lokala och systemiska effekter av IRE18,19. Detta luciferas-uttryckande cellinje är immunogena och också tumörframkallande hos immunkompetenta C57BL/6 möss när injiceras SQ eller orthotopically och pålitligt producerar levermetastaser när injiceras i mjälten. Vi har använt en programmerbar fyrkantsvåg pulsgenerator för att leverera 100-µs pulser av el i en spänning eller distans förhållande av 1 500 V/cm med en två-nål array sonden (avgränsade med 5 mm) eller platinum tweezer-derna till SQ eller ortotop tumörer, respektive i möss att modellera effekterna av IRE i ett litet djur.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denna studie har vi visat en immunkompetenta musmodell för PC som kan användas för att studera effekterna av IRE tumör tillväxt. För närvarande, används IRE som en icke-termisk ablationsteknik endast i utvalda lokalt avancerad PC patienter som inte har avlägsna sjukdomsprogression efter månader av preoperativ terapi. Dess användning har därför begränsats eftersom de flesta patienter med lokalt avancerad PC utveckla avlägsen metastaserande sjukdom20. Denna modell kommer att tjäna …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
RRW har fått stöd för detta arbete från Collaborative translationell forskningsbidrag finansieras av San Diego C3 Padres pedalen den orsaken (#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).
