Summary

In vivo billeddannelse og Kvantitation af værten Angiogen respons i Zebrafish tumor Xenografts

Published: August 14, 2019
doi:

Summary

Formålet med denne metode er at generere en in vivo model af tumor angiogenese ved xenografting pattedyrs tumorceller i en zebra embryo, der har fluorescently-mærkede blodkar. Ved billeddannelse af xenograft og tilhørende beholdere kan der opnås en kvantitativ måling af angiogen respons.

Abstract

Tumor angiogenese er et centralt mål for anti-cancer terapi og denne metode er blevet udviklet til at give en ny model til at studere denne proces in vivo. En zebra xenograft er skabt ved at implantering pattedyr tumorceller i perivitelline rum af to dage-post-befrugtning Zebra embryoner, efterfulgt af måling af omfanget af den angiogene respons observeret ved et eksperimentelt endepunkt op til to dage efter implantation. Den vigtigste fordel ved denne metode er evnen til præcist at kvantificere Zebra Host angiogenetisk respons på transplantatet. Dette muliggør detaljeret undersøgelse af de molekylære mekanismer samt værten vs tumor bidrag til angiogen respons. De xenografede embryoner kan underkastes en bred vifte af behandlinger, såsom inkubation med potentielle anti-angiogenesis narkotika, for at undersøge strategier til at hæmme tumor angiogenese. Den angiogene respons kan også være levende-imaged for at undersøge mere dynamiske cellulære processer. Den relativt krævende eksperimentelle teknik, billige vedligeholdelsesomkostninger for Zebra og kort eksperimentel tidslinje gør denne model specielt nyttig til udvikling af strategier til at manipulere tumor angiogenese.

Introduction

Angiogenesis er en af de klassiske kendetegn for kræft og repræsenterer et mål for anti-cancer terapi1,2. For at studere denne proces, xenograft modeller af kræft er blevet skabt ved at implantering pattedyr tumorceller i dyr som mus3. En zebra xenograft model er også blevet udviklet, som involverer implantation af tumorceller i 2 dage efter befrugtning (dpi) Zebra som resulterer i hurtig vækst af Zebra blodkarrene ind i xenograft4.

Denne protokol beskriver en in vivo Zebra embryo tumor xenograft-model, hvor den angiogene respons kan nøjagtigt kvantiteres på tværs af hele xenograft. Denne metode gør det muligt for investigator at undersøge, in vivo, de molekylære mekanismer, der understøtter tumor angiogen respons. Den genetiske tracerbarhed af Zebra tillader værten bidrag, der skal afhøres, mens udvælgelsen af forskellige tumorcellelinjer tillader tumor bidrag til angiogenese også undersøges5,6,7. Da Zebra larver er gennemtrængelige for små molekyler, kan der desuden anvendes specifikke pathway-hæmmere, eller lægemiddelbiblioteker kan screenes for at identificere nye hæmmere af tumor angiogenese8,9,10, 11.

Zebra embryo xenograft-modellen præsenterer unikke fordele sammenlignet med andre pattedyr-xenograft-modeller. Zebrafish xenografter er billigere og lettere at udføre, et stort antal dyr kan undersøges og levende celle billeddannelse tillader detaljeret undersøgelse af celle adfærd4. I modsætning til andre in vivo-modeller, som kræver op til flere uger for at observere signifikant fartøjs vækst, kan angiogenese i Zebra xenografter observeres inden for 24 timer efter implantation3,4. Men manglen på et adaptivt immunsystem i embryonale zebrafish, mens det er gavnligt at vedligeholde xenograft, betyder, at det adaptive immunrespons og dets bidrag til tumor angiogenese ikke kan undersøges. Desuden manglen på tumor stromale celler, den manglende evne til at ortotopisk implantat tumoren og forskellen i vedligeholdelses temperatur mellem Zebra og pattedyrceller er potentielle svagheder ved denne metode. Ikke desto mindre, den modtagelighed af denne model for levende billeddannelse og evnen til præcist at kvantificere den angiogene respons gør det enestående gavnligt for at studere de cellulære processer, der regulerer tumor angiogenese in vivo.

Protocol

1. klargøring af Mikroinjektionnåle Tænd en mikropipette aftrækker og sæt følgende parametre (kalibreret til mikropipetten aftrækker model opført i tabel over materialer): varme, 680; Træk, 75; Hastighed, 40; Tid, 55; Tryk: 530. Fastgør et borosilicatglas kapillær i mikropipette aftrækkeren, og træk kapillar for at lave to nåle. Gentag for så mange nåle som ønsket. 2. cellekultur til implantation Bem?…

Representative Results

Ved billeddannelse af et individuelt xenograft ved 6, 24 og 48 HPI kan det angiogene respons ved forskellige tidspunkter beregnes som vist i figur 1a-C. Den største angiogen respons er observeret mellem 24-48 h post implantation, med de maksimale niveauer af transplantatet vaskularisering set omkring 2 dpi (figur 1a-C). En time-lapse film af en typisk angiogen respons på en B16-F1 xenograft fra…

Discussion

Det første kritiske trin i protokollen er implantation af tumorceller. Det er vigtigt, at cellerne injiceres på et sted, der gør det muligt for xenograft at implantatet med succes i embryonet uden at gøre embryonet edematous. En injektion, der er for forreste kan tillade cellerne at bevæge sig mod hjertet, blokerer blodbanen og fører til ødem, mens en injektion, der er for posterior vil resultere i en dårligt implanteret xenograft. En forreste injektion er bedst undgås ved at indsætte nålen gennem blommesække…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi takker hr. alhad mahagaonkar for forvaltningen af University of Auckland Zebra facilitet og biomedicinsk billed forskning enhed, School of Medical Sciences, University of Auckland, for assistance i time-lapse confokal mikroskopi. Dette arbejde blev støttet af et sundheds Forskningsråd i New Zealands projekt bevilling (14/105), et kongeligt selskab i New Zealands Marsden fund-projekt bevilling (UOA1602) og et projekttilskud fra Auckland Medical Research Foundation (1116012) tildelt J.W.A.

Materials

Air cylinder BOC 011G Xenotransplantation
B16-F1 cells ATCC Cell culture
BD Matrigel LDEV-free (extracellular matrix mixture) Corning 356235 Xenotransplantation
Borosillicate glass capillaries Warner Instruments G100T-4 OD=1.00 mm, ID=0.78 mm, Length =10 cm Cell injection
Cell culture dish -35 mm diameter Thermofisher NZ NUN153066 Fish husbandry
Cell culture dish -100 mm diameter Sigma-Aldrich CLS430167-500EA Fish husbandry
Cell culture flask 75 cm2 In Vitro Technologies COR430641 Cell culture
CellTracker Green Invitrogen C2925 Cell labelling, Stock concentration (10 mM in DMSO), working concentration (0.2 μM in serum-free media)
Dimethyl sulfoxide Sigma-Aldrich D8418 Drug treatment, Cell labelling
E3 Media (60x in 2 L of water) 34.8 g NaCl

1.6 g KCl

5.8 g CaCl2·2H2O

9.78 g MgCl2·6H2O adjust to pH 7.2 with NaOH
In house [1] Fish husbandry
Ethyl-3-aminobenzoate methanesulfonate (Tricaine) Sigma-Aldrich E10521 Xenotransplantation, Imaging
Filter tip 1000 μL VWR 732-1491 Used during multiple steps
Filter tip 200 μL VWR 732-1489 Used during multiple steps
Filter tip 10 μL VWR 732-1487 Used during multiple steps
Fluorescence microscope Leica MZ16FA Preparation of embryos
FBS (NZ origin) Thermofisher Scientific 10091148 Cell culture
Gloves Any commercial brand Used during multiple steps
Haemocytometer cell counting chamber Improved Neubauer HawksleyVet AC1000 Xenotransplantation
Heraeus Multifuge X3R Centrifuge Thermofisher Scientific 75004500 Cell culture, Cell labelling
Hoechst 33342 Thermofisher Scientific 62249 Cell labelling, Stock concentration (1 mg/ml in DMSO), working concentration (6 μg/ml in serum-free media)
Low Melting Point, UltraPure Agarose Thermofisher Scientific 16520050 Imaging
Methycellulose Sigma-Aldrich 9004 67 5 Xenotransplantation
Methylene blue sigma-Aldrich M9140 Fish husbandry
Microloader 0.5-20 μL pipette tip for loading microcapillaries Eppendorf 5242956003 Xenotransplantation
Micropipettes Any commercial brand Used during multiple steps
Micropipette puller P 87 Sutter Instruments Xenotransplantation
Microscope cage incubator Okolab Time-lapse imaging
Microwave Any commercial brand Imaging
Mineral oil Sigma-Aldrich M3516 Xenotransplantation
Minimal Essential Media (MEM) – alpha Thermofisher Scientfic 12561056 Cell Culture
MPPI-2 Pressure Injector Applied Scientific Instrumentation Xenotransplantation
Narishige micromanipulator Narishige Group Xenotransplantation
Nikon D Eclipse C1 Confocal Microscope Nikon Imaging
N-Phenylthiourea (PTU) Sigma-Aldrich P7629 Fish husbandry
PBS Gibco 10010023 Cell culture
Penicillin Streptomycin Life Technologies 15140122 Cell culture
S1 pipet filler Thermoscientific 9501 Cell culture
Serological stripette 10 mL Corning 4488 Cell culture
Serological stripette 25 mL Corning 4489 Cell culture
Serological stripette 5 mL Corning 4485 Cell culture
Serological stripette 2 mL Corning 4486 Cell culture
Terumo Needle 22 gauge Amtech SH 182 Fish husbandry
Tissue culture incubator Thermofisher Scientfic HeraCell 150i Cell culture
Tivozanib (AV951) AVEO Pharmaceuticals Drug treatment
Transfer pipette 3 mL Mediray RL200C Fish husbandry
Trypsin/EDTA (0.25% ) Life Technologies T4049 Cell culture
Tweezers Fine Science Tools 11295-10 Fish husbandry
Volocity Software (v6.3) Improvision/Perkin Elmer Image analysis

References

  1. Hanahan, D., Weinberg, R. A. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell. 144 (5), 646-674 (2011).
  2. Huang, D., et al. Sunitinib acts primarily on tumor endothelium rather than tumor cells to inhibit the growth of renal cell carcinoma. Cancer Research. 70 (3), 1053-1062 (2010).
  3. Ribatti, D. . Tumor Angiogenesis Assays. , (2016).
  4. Nicoli, S., Ribatti, D., Cotelli, F., Presta, M. Mammalian tumor xenografts induce neovascularization in zebrafish embryos. Cancer Research. 67 (7), 2927-2931 (2007).
  5. He, S., et al. Neutrophil-mediated experimental metastasis is enhanced by VEGFR inhibition in a zebrafish xenograft model. Journal of Pathology. 227 (4), 431-445 (2012).
  6. Ablain, J., Durand, E. M., Yang, S., Zhou, Y., Zon, L. I. A CRISPR/Cas9 vector system for tissue-specific gene disruption in zebrafish. Developmental Cell. 32 (6), 756-764 (2015).
  7. Astin, J. W., et al. Vegfd can compensate for loss of Vegfc in zebrafish facial lymphatic sprouting. Development. 141 (13), 2680-2690 (2014).
  8. Yang, J. H., Hu, J., Wan, L., Chen, L. J. Barbigerone inhibits tumor angiogenesis, growth and metastasis in melanoma. Asian Pacific Journal of Cancer Prevention. 15 (1), 167-174 (2014).
  9. Zhang, S., et al. SKLB1002, a novel potent inhibitor of VEGF receptor 2 signaling, inhibits angiogenesis and tumor growth in vivo. Clinical Cancer Research. 17 (13), 4439-4450 (2011).
  10. Muthukumarasamy, K. M., et al. Identification of noreremophilane-based inhibitors of angiogenesis using zebrafish assays. Organic & Biomolecular Chemistry. 14 (5), 1569-1578 (2016).
  11. Britto, D. D., et al. Macrophages enhance Vegfa-driven angiogenesis in an embryonic zebrafish tumor xenograft model. Disease Models & Mechanisms. 11 (12), (2018).
  12. Nicoli, S., Presta, M. The zebrafish/tumor xenograft angiogenesis assay. Nature Protocols. 2 (11), 2918-2923 (2007).
  13. Huang, H., Zhang, B., Hartenstein, P. A., Chen, J. N., Lin, S. NXT2 is required for embryonic heart development in zebrafish. BMC Developmental Biology. 5, 7 (2005).
  14. Lawson, N. D., Weinstein, B. M. In vivo imaging of embryonic vascular development using transgenic zebrafish. Developmental Biology. 248 (2), 307-318 (2002).
  15. Rosen, J. N., Sweeney, M. F., Mably, J. D. Microinjection of zebrafish embryos to analyze gene function. Journal of Visualized Experiments. (25), (2009).
  16. Nusslein-Volhard, C., Dahm, R. . Zebrafish: A Practical Approach. , (2002).
  17. Benard, E. L., et al. Infection of zebrafish embryos with intracellular bacterial pathogens. Journal of Visualized Experiments. (61), (2012).
  18. Fior, R., et al. Single-cell functional and chemosensitive profiling of combinatorial colorectal therapy in zebrafish xenografts. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (39), E8234-E8243 (2017).
  19. Eng, T. C. Y., Astin, J. W. Characterization of Zebrafish Facial Lymphatics. Methods in Molecular Biology. 1846, 71-83 (2018).
  20. Zhao, C., et al. A novel xenograft model in zebrafish for high-resolution investigating dynamics of neovascularization in tumors. PloS One. 6 (7), e21768 (2011).
  21. Nakamura, K., et al. KRN951, a highly potent inhibitor of vascular endothelial growth factor receptor tyrosine kinases, has antitumor activities and affects functional vascular properties. Cancer Research. 66 (18), 9134-9142 (2006).
  22. Okuda, K. S., et al. A zebrafish model of inflammatory lymphangiogenesis. Biology Open. 4 (10), 1270-1280 (2015).
  23. Steinberg, F., Konerding, M. A., Streffer, C. The vascular architecture of human xenotransplanted tumors: histological, morphometrical, and ultrastructural studies. Journal of Cancer Research and Clinical Oncology. 116 (5), 517-524 (1990).
  24. Vermeulen, P. B., et al. Microvessel quantification in primary colorectal carcinoma: an immunohistochemical study. British Journal of Cancer. 71 (2), 340-343 (1995).
  25. Heilmann, S., et al. A Quantitative System for Studying Metastasis Using Transparent Zebrafish. Cancer Research. 75 (20), 4272-4282 (2015).
  26. Okuda, K. S., Lee, H. M., Velaithan, V., Ng, M. F., Patel, V. Utilizing Zebrafish to Identify Anti-(Lymph)Angiogenic Compounds for Cancer Treatment: Promise and Future Challenges. Microcirculation. 23 (6), 389-405 (2016).
  27. Zhao, C., et al. Endothelial Cords Promote Tumor Initial Growth prior to Vascular Function through a Paracrine Mechanism. Scientific Reports. 6, 19404 (2016).
  28. Goel, S., Wong, A. H., Jain, R. K. Vascular normalization as a therapeutic strategy for malignant and nonmalignant disease. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. 2 (3), a006486 (2012).
  29. Schmitt, C. E., Holland, M. B., Jin, S. W. Visualizing vascular networks in zebrafish: an introduction to microangiography. Methods in Molecular Biology. , 59-67 (2012).
check_url/59849?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Britto, D. D., Hall, C. J., Astin, J. W. In Vivo Imaging and Quantitation of the Host Angiogenic Response in Zebrafish Tumor Xenografts. J. Vis. Exp. (150), e59849, doi:10.3791/59849 (2019).

View Video