Magnetische resonantie beeldvorming beoordeling van carcinogeen-geïnduceerde lymfkliertest blaas tumoren
Summary
Lymfkliertest blaas tumoren zijn geïnduceerd met de kankerverwekkende stof van N-butyl-N-(4-hydroxybutyl), nitrosamine (BBN). Blaas tumor generatie is heterogeen; Daarom is een nauwkeurige beoordeling van tumor last nodig voordat randomisatie aan experimentele behandeling. Hier presenteren we een snelle, betrouwbare MRI-protocol om de grootte van de tumor en stadium te beoordelen.
Abstract
Lymfkliertest blaas tumor modellen zijn van cruciaal belang voor de beoordeling van nieuwe therapeutische opties. Tumoren van de blaas geïnduceerde met de N-butyl-N-(4-hydroxybutyl) nitrosamine (BBN) kankerverwekkend zijn voordelige over cel regel-gebaseerde modellen omdat ze nauw de genomic profielen van menselijke tumoren repliceren, en, in tegenstelling tot cel modellen en xenografts, ze bieden een goede gelegenheid voor de studie van immuuntherapie. Echter de blaas tumor generatie is heterogeen; Daarom is een nauwkeurige beoordeling van tumor last nodig voordat randomisatie aan experimentele behandeling. Hier beschreven is een muismodel van BBN en protocol blaas kanker tumor last om te evalueren in vivo met behulp van een snelle en betrouwbare magnetische resonantie (MR) volgorde (ware FISP). Deze methode is eenvoudig en betrouwbaar omdat, in tegenstelling tot ultrasound, MIJNHEER is exploitant-onafhankelijk en het mogelijk maakt eenvoudig na overname van de beeldverwerking en beoordeling. Met behulp van axiale beelden van de blaas, analyse van regio’s van belang langs de wand van de blaas en de tumor toestaan voor de berekening van de blaas muur en tumor gebied. Deze meting correleert met ex vivo blaas gewicht (rs= 0.37, p = 0.009) en tumor stadium (p = 0.0003). Kortom, BBN genereert heterogeen tumoren die ideaal voor de evaluatie van immuuntherapie zijn en MRI kan snel en betrouwbaar beoordelen last van de tumor voorafgaand aan de randomisatie experimentele behandeling wapens op te pakken.
Introduction
Blaaskanker is de vijfde meest voorkomende kanker algemene, verantwoordelijk voor ongeveer 80.000 nieuwe gevallen en 16.000 sterfgevallen in de Verenigde Staten in 20171. Na ongeveer 30 jaar zonder aanzienlijke vooruitgang in de systemische behandeling van blaas kanker2, recente anti-PD-1 en anti-PD-L1 checkpoint remmer proeven hebben aangetoond dat spannend en soms duurzaam reacties bij patiënten met geavanceerde urothelial carcinoom3,4,5. Echter, slechts ongeveer 20% van de patiënten tonen een objectief antwoord op deze behandelingen, en verdere studies zijn nodig om uit te breiden van het effectieve gebruik van immunotherapie bij patiënten met blaaskanker.
Lymfkliertest blaas kanker modellen zijn essentiële instrumenten in preklinische evaluatie van nieuwe behandelingen6,7. Om te controleren voor de grootte van de tumor als randomizing muizen op verschillende behandelingen, moet tumor lasten worden beoordeeld en gecontroleerd tussen behandelgroepen. Eerdere studies hebben echografie of bioluminescentie gebruikt om te evalueren van de orthotopic cel regel-gebaseerd blaas kanker modellen8,9,10,11. Echter, beide technieken presenteren verschillende nadelen. Echografie metingen kunnen worden beïnvloed door de vaardigheden van de operator en gebrek aan driedimensionale functies en hoge ruimtelijke resolutie. Bioluminescentie methoden kunnen alleen voorzien in semi-kwantitatieve evaluatie van de tumorcellen en sta niet voor visualisatie van blaas anatomie en morfologie. Bioluminescentie kan bovendien alleen worden gebruikt met cel regel-gebaseerde modellen, die bioluminescente genen in haarloze muizen of muizen met witte jassen uitdrukken.
Magnetische resonantie beeldvorming (MRI), aan de andere kant, biedt unieke flexibiliteit in de verwerving van anatomische resolutieafbeeldingen, exposeert een breed scala van weefsel contrast waarmee nauwkeurige visualisatie en kwantitatieve beoordeling van tumor last zonder de noodzaak om het uiten van bioluminescente eigenschappen. MIJNHEER beelden zijn gemakkelijker kunnen worden gereproduceerd met de passende analyse pijpleidingen en gegarandeerd van 3D-visualisatie van de blaas. De grootste beperkingen van MRI zijn de lengte van de tijd die nodig is voor een onderzoek en bijbehorende hoge kosten die hoge throughput assays beperken. Verschillende studies hebben echter aangetoond dat MIJNHEER sequenties kunnen bieden kwalitatief hoogwaardige diagnostische afbeeldingen die gebruikt kunnen worden om effectief te detecteren en volgen van cel regel-gebaseerd blaas tumoren; Dus, ze mogen worden gebruikt voor hoge-doorvoer analyse9,12.
Hier beschrijven we een niet-invasieve heer gebaseerde methode betrouwbaar en efficiënt karakteriseren carcinogeen-geïnduceerde blaas tumoren in muizen. Om dit te bereiken, gebruiken we een snelle beeldbewerking met steady-state precessie heer techniek (ware FISP), dat korte scannen sessies garandeert terwijl nog het verstrekken van hoge kwaliteit en hoge ruimtelijke resolutie (~ 100 micron) voor de detectie en meting van de blaas tumoren13. Bovendien, om te bevestigen de juistheid van deze niet-invasieve test van de MRI, beschrijven we de correlatie tussen MRI-afgeleide parameters, evenals ex vivo blaas gewicht en pathologisch bevestigd tumor stadium.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nauwkeurige beeldvorming van tumor modellen is noodzakelijk voor de juiste pre euthanasie fasering en dierlijke randomisatie voorafgaand aan de inleiding van experimentele behandeling. Met behulp van de procedure die hier gepresenteerd, tonen wij methodologie om (1) het genereren van tumoren van de blaas met behulp van de BBN carcinogeen en (2) stratificeren blaas tumor last door middel van een heer MR. afkomstige gebied meting (BLAmuur) correlaten aanzienlijk met ex vivo blaas gewicht en wordt geasso…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
J. J. M. wordt gefinancierd door de Veterans Health Administration verdienste verlenen van BX0033692-01. J. J. M. wordt ook ondersteund door de John P. Hanson Foundation for Cancer Research aan de Robert H. Lurie uitgebreide kanker centrum van Noordwestelijke Universiteit. Wij danken het centrum voor translationeel Imaging voor de verlening van de MRI-acquisitie en verwerking. Financieringsbronnen had geen rol in het schrijven van het manuscript of de beslissing tot het indienen voor publicatie.
Materials
| C57BL/6 mice | The Jackson Laboratory | 664 | Mice |
| N-butyl-N-(4-hydroxybutyl)nitrosamine carcinogen (BBN) | TCI American | B0938 | Carcinogen |
| 0.9% normal saline | Hospira, Inc | NDC 0409-488-02 | |
| Isoflurane | Piramal HealthCare | 60307-120-25 | Anesthetic |
| 7Tesla ClinScan MRI | Bruker | NA | Dedicated Small Animal Imaging MRI |
| Syngo | Siemens | NA | MR Integrated Imaging Software |
| Model 1030 Monitoring & Gating System | Small Animal Instruments, Inc. (SAII) | NA | Small animal physiologic monitoring |
| Formalin, Neutral Buffered, 10% | Sigma | HT501128 | Fixative |
| Eosin Y | Fisher Scientific | NC1093844 | Histologic staining agent |
| Hematoxylin | Fisher Scientific | 23-245651 | Histologic staining agent |
| Jim7 | Xinapse Systems | NA | Medical image analysis software |
| GraphPad Prism v7.04 | Graphpad | NA | Graphing software |
| R v3.4.2 | The R Project for Statistical Computing | NA | Statistical software |
| R package pROC v1.10.0. | The R Project for Statistical Computing | NA | ROC analysis |
References
- Siegel, R. L., Miller, K. D., Jemal, A. Cancer Statistics, 2017. CA: A Cancer Journal for Clinicians. 67 (1), 7-30 (2017).
- Abdollah, F., et al. Incidence, survival and mortality rates of stage-specific bladder cancer in United States: a trend analysis. Cancer Epidemiology. 37 (3), 219-225 (2013).
- Rosenberg, J. E., et al. Atezolizumab in patients with locally advanced and metastatic urothelial carcinoma who have progressed following treatment with platinum-based chemotherapy: a single-arm, multicentre, phase 2 trial. The Lancet. 387 (10031), 1909-1920 (2016).
- Sharma, P., et al. Nivolumab monotherapy in recurrent metastatic urothelial carcinoma (CheckMate 032): a multicentre, open-label, two-stage, multi-arm, phase 1/2 trial. The Lancet Oncology. 17 (11), 1590-1598 (2016).
- Bellmunt, J., et al. Pembrolizumab as Second-Line Therapy for Advanced Urothelial Carcinoma. New England Journal of Medicine. 376 (11), 1015-1026 (2017).
- Chan, E., Patel, A., Heston, W., Larchian, W. Mouse orthotopic models for bladder cancer research. BJU International. 104 (9), 1286-1291 (2009).
- Zhang, N., Li, D., Shao, J., Wang, X. Animal models for bladder cancer: The model establishment and evaluation (Review). Oncology Letters. 9 (4), 1515-1519 (2015).
- Patel, A. R., et al. Transabdominal micro-ultrasound imaging of bladder cancer in a mouse model: a validation study. Urology. 75 (4), 799-804 (2010).
- Chin, J., Kadhim, S., Garcia, B., Kim, Y. S., Karlik, S. Magnetic resonance imaging for detecting and treatment monitoring of orthotopic murine bladder tumor implants. The Journal of Urology. 145 (6), 1297-1301 (1991).
- Jurczok, A., Fornara, P., Soling, A. Bioluminescence imaging to monitor bladder cancer cell adhesion in vivo: a new approach to optimize a syngeneic, orthotopic, murine bladder cancer model. BJU International. 101 (1), 120-124 (2008).
- Vandeveer, A. J., et al. Systemic Immunotherapy of Non-Muscle Invasive Mouse Bladder Cancer with Avelumab, an Anti-PD-L1 Immune Checkpoint Inhibitor. Cancer Immunology Research. 4 (5), 452-462 (2016).
- Kikuchi, E., et al. Detection and quantitative analysis of early stage orthotopic murine bladder tumor using in vivo magnetic resonance imaging. Journal of Urology. 170, 1375-1378 (2003).
- Chung, H. W., et al. T2-weighted fast MR imaging with true FISP versus HASTE: comparative efficacy in the evaluation of normal fetal brain maturation. American Journal of Roentgenology. 175 (5), 1375-1380 (2000).
- Miyamoto, H., et al. Promotion of bladder cancer development and progression by androgen receptor signals. Journal of the National Cancer Institute. 99 (7), 558-568 (2007).
- Bertram, J. S., Craig, A. W. Specific induction of bladder cancer in mice by butyl-(4-hydroxybutyl)-nitrosamine and the effects of hormonal modifications on the sex difference in response. European Journal of Cancer. 8 (6), 587-594 (1972).
- Nagao, M., et al. Mutagenicity of N-butyl-N-(4-hydroxybutyl)nitrosamine, a bladder carcinogen, and related compounds. Cancer Research. 37, 399-407 (1977).
- Hirose, M., Fukushima, S., Hananouchi, M., Shirai, T., Ogiso, T. Different susceptibilities of the urinary bladder epithelium of animal species to three nitroso compounds. Gan. Gann; The Japanese Journal of Cancer Research. 67 (2), 175-189 (1976).
- Shin, K., et al. Cellular origin of bladder neoplasia and tissue dynamics of its progression to invasive carcinoma. Nature Cell Biology. 16 (5), 469-478 (2014).
- Epstein, J. I. Chapter 17: Immunohistology of the Bladder, Kidney, and Testis. Diagnostic Immunohistochemistry. , 624-661 (2019).
- Cohen, S. M., Ohnishi, T., Clark, N. M., He, J., Arnold, L. L. Investigations of rodent urinary bladder carcinogens: collection, processing, and evaluation of urine and bladders. Toxicologic Pathology. 35 (3), 337-347 (2007).
- Wood, D. P. Tumors of the bladder. Campbell-Walsh Urology. 11 (92), 2184-2204 (2016).
- Zitvogel, L., Pitt, J. M., Daillere, R., Smyth, M. J., Kroemer, G. Mouse models in oncoimmunology. Nature Reviews Cancer. , (2016).
- Kaneko, S., Li, X. X chromosome protects against bladder cancer in females via a KDM6A-dependent epigenetic mechanism. Science Advances. 4 (6), eaar5598 (2018).
- Smilowitz, H. M., et al. Biodistribution of gold nanoparticles in BBN-induced muscle-invasive bladder cancer in mice. International Journal of Nanomedicine. 12, 7937-7946 (2017).
- Dai, Y. C., et al. The interaction of arsenic and N-butyl-N-(4-hydroxybutyl)nitrosamine on urothelial carcinogenesis in mice. PLoS One. 12 (10), e0186214 (2017).
- Williams, P. D., Lee, J. K., Theodorescu, D. Molecular Credentialing of Rodent Bladder Carcinogenesis Models. Neoplasia. 10 (8), (2008).
- Fantini, D., et al. A Carcinogen-induced mouse model recapitulates the molecular alterations of human muscle invasive bladder cancer. Oncogene. 37 (14), 1911-1925 (2018).
- . NCCN Guidelines in Clinical Oncology – Bladder Cancer 5.2018 Available from: https://www.nccn.org/professionals/physician_gls/pdf/bladder.pdf (2018)
- Costa, M. J., Delingette, H., Novellas, S., Ayache, N. Automatic segmentation of bladder and prostate using coupled 3-D deformable models. Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention. 10 (Pt 1), 252-260 (2007).
- Rosenkrantz, A. B., et al. Utility of quantitative MRI metrics for assessment of stage and grade of urothelial carcinoma of the bladder: preliminary results. American Journal of Roentgenology. 201 (6), 1254-1259 (2013).
