Portale ader injectie van colorectale kanker (CRC) organoïden genereert stroma-rijke levermetastase. Dit muismodel van CRC-levermetastase vertegenwoordigt een nuttig hulpmiddel om tumor-stroma-interacties te bestuderen en nieuwe stroma-gerichte therapieën te ontwikkelen, zoals adeno-geassocieerde virus-gemedieerde gentherapieën.
Levermetastase van colorectale kanker (CRC) is een belangrijke oorzaak van kankergerelateerde sterfte. Kanker-geassocieerde fibroblasten (CAFs), een belangrijk onderdeel van de tumormicro-omgeving, spelen een cruciale rol bij gemetastaseerde CRC-progressie en voorspellen een slechte prognose van de patiënt. Er is echter een gebrek aan bevredigende muismodellen om de kruisverwijzing tussen gemetastaseerde kankercellen en CAFs te bestuderen. Hier presenteren we een methode om te onderzoeken hoe levermetastaseprogressie wordt gereguleerd door de metastatische niche en mogelijk kan worden beperkt door stroma-gerichte therapie. Poortaderinjectie van CRC-organoïden genereerde een desmoplastische reactie, die de fibroblastrijke histologie van menselijke CRC-levermetastasen getrouw samenvatte. Dit model was weefselspecifiek met een hogere tumorbelasting in de lever in vergelijking met een intra-miltinjectiemodel, waardoor overlevingsanalyses van muizen werden vereenvoudigd. Door luciferase-tot expressie brengende tumororganoïden te injecteren, kon de tumorgroeikinetiek worden gevolgd door in vivo beeldvorming. Bovendien biedt dit preklinische model een nuttig platform om de werkzaamheid van therapeutica gericht op het tumormes te beoordelen. We beschrijven methoden om te onderzoeken of adeno-geassocieerde virus-gemedieerde levering van een tumorremmend stromaal gen aan hepatocyten de tumormicro-omgeving zou kunnen hermodelleren en de overleving van muizen zou kunnen verbeteren. Deze aanpak maakt de ontwikkeling en beoordeling van nieuwe therapeutische strategieën mogelijk om levermetastase van CRC te remmen.
Colorectale kanker (CRC) is wereldwijd een belangrijke oorzaak van kankersterfte1. Meer dan de helft van de CRC-patiënten ontwikkelt levermetastase die optreedt via de poortaderverspreiding1. Momenteel zijn er geen effectieve therapieën die geavanceerde levermetastasen kunnen genezen en de meeste patiënten bezwijken aan gemetastaseerde ziekte.
De gemetastaseerde niche of tumormicro-omgeving speelt een sleutelrol bij de engraftment en groei van gedissemineerde CRC-cellen2. Kankergeassocieerde fibroblasten (CAFs), een prominent onderdeel van de tumormicro-omgeving, bevorderen of beperken de progressie van kanker door groeifactoren af te scheiden, de extracellulaire matrix (ECM) te hermodelleren en immuunlandschappen en angiogenese te moduleren 3,4,5. CAFs verlenen ook resistentie tegen chemotherapieën en immunotherapieën3. Bovendien reguleren CAFs de initiatie en progressie van CRC-levermetastase en voorspellen ze de prognose bij patiënten met CRC 3,6,7,8. CAF-gerelateerde factoren kunnen dus worden gebruikt voor de ontwikkeling van therapeutische strategieën om CRC-levermetastasen te remmen. Het gebrek aan bevredigende muismodellen om het gemetastaseerde tumorstroma te bestuderen, is echter een groot obstakel geweest voor het ontwikkelen van stroma-gerichte therapieën.
Momenteel omvatten diermodellen om CRC-levermetastasen te bestuderen primaire CRC-modellen die spontaan levermetastase en kankerceltransplantatiemodellen in de lever ontwikkelen. Primaire CRC-muismodellen, zoals genetisch gemanipuleerde muismodellen en coloninjectie van kankercellen, tonen zelden metastase aan de lever 9,10,11,12. Bovendien, zelfs als een levermetastase wordt waargenomen, vertonen deze modellen een lange latentie van de primaire tumorinductie tot metastase en sterven ze mogelijk aan primaire tumorlast12. Om efficiënt CRC-levermetastasen te genereren, worden gekweekte CRC-cellen in de lever getransplanteerd met behulp van drie injectiebenaderingen: intra-miltinjectie, directe intra-parenchymale injectie in de lever en poortaderinjectie. Intra-splenisch geïnjecteerde kankercellen verspreidden zich in de miltader, de poortader en uiteindelijk naar de lever13,14. De intra-miltinjectie levert echter een lagere tumoropnameratio op in vergelijking met andere transplantatiemodellen15,16. Met intra-miltinjectie wordt chirurgische verwijdering van de milt uitgevoerd om kankergroei in de milt te voorkomen, wat mogelijk de rijping van immuuncellen in gevaar kan brengen17. Bovendien kan intra-miltinjectie ook leiden tot onbedoelde tumorgroei in de milt en buikholte18, wat levermetastaseanalyses bemoeilijkt. Directe intra-parenchymale injectie in de lever induceert efficiënt levermetastase 16,19,20. Niettemin vat deze benadering een biologische stap van levermetastase die van nature voorkomt via verspreiding van poortaders niet volledig samen. Met behulp van directe injectie in de lever, het binnendringen van kankercellen in een niet-portale, maar systemische circulatie kan ook resulteren in meerdere grote longmetastasen16. Hoewel een meerderheid van de patiënten met CRC-levermetastase meerdere tumorknobbels in de leververtoont 21, genereert directe injectie in een specifieke leverkwab een enkele tumormassa19,20. Portale aderinjectie of mesenteriale aderinjectie, hoewel technisch uitdagend, maakt efficiënte afgifte van tumorcellen in de lever mogelijk op een manier die de groeipatronen bij patiëntenvan 17 samenvat. Deze strategie kan de mogelijkheid van secundaire metastasen minimaliseren en maakt een snelle groei van kankercellen in de lever mogelijk, waardoor de overlevingsanalyses van muizen worden vereenvoudigd.
Historisch gezien werden colorectale kankercellijnen zoals muis MC-38, humaan HT-29 en SW-620 gebruikt om muismodellen van levermetastase te genereren22,23. Deze colorectale kankercellijnen induceren echter geen desmoplastische stromale reactie. Een laag stromaal gehalte in de tumoren maakt het moeilijk om de biologische rollen van kanker-geassocieerde fibroblasten te onderzoeken. Recente ontwikkelingen in CRC-organoïden en hun transplantatie hebben nuttige platforms geboden om de vitale rollen van het stroma in de progressie van kanker te beoordelen24. Levertransplantatie van CRC-organoïden genereert een fibroblastrijke tumormicro-omgeving en heeft nieuwe inzichten opgeleverd in stromaal onderzoek 6,25. Momenteel is portale of mesenteriale aderinjectie van organoïden een gouden standaardbenadering geworden om CRC-levermetastase te genereren 6,25,26,27,28. Niettemin, voor zover wij weten, hebben geen eerdere artikelen gedetailleerde methoden beschreven voor de poortaderinjectie van colorectale tumoroïden. Hier presenteren we een methodologie voor het gebruik van portale aderininjectie van CRC-organoïden om nieuwe adeno-geassocieerde virus (AAV) -gemedieerde stroma-gerichte therapie te ontwikkelen.
Hepatocyten zijn een belangrijk bestanddeel van de gemetastaseerde tumormicro-omgeving in de lever en spelen een cruciale rol bij de progressie van gemetastaseerde kanker29. Geïnspireerd door het succes van AAV-gentherapiebenaderingen om eiwitexpressie in hepatocyten te induceren bij niet-neoplastische patiënten30,31, onderzochten we een vergelijkbare aanpak, maar gericht op het wijzigen van de micro-omgeving van de levertumor in CRC25. Als zodanig beschrijven we hierin ook de staartaderinjectie van AAV8 om expressie van anti-tumorogene eiwitten te induceren om de micro-omgeving van de levertumor te wijzigen. Het AAV8-serotype, aangeduid door de keuze van virale capsid-eiwit tijdens de virusproductie, leidt tot een hoge transductie-efficiëntie, met name van hepatocyten (d.w.z. gerichte genexpressie in de micro-omgeving van de levertumor)32. We hebben eerder aangetoond dat Islr (immunoglobuline superfamilie met leucine-rijke herhaling) een CAF-specifiek gen is dat botmorfogenetisch eiwit (BMP) signalering induceert, CRC tumoroïde groei vermindert en Lgr5 + intestinale stamceldifferentiatiebevordert 25. We testten of AAV8-gemedieerde overexpressie van het kankerbeperkende stromale gen, Islr, in hepatocyten de progressie van levermetastase kon verzwakken door portale aderininjectie van CRC-tumoroïden uit te voeren in met AAV8-Islr behandelde muizen.
In dit artikel beschrijven we eerst de staartaderinjectieprocedure van levertropeskeer AAV. Vervolgens beschrijven we een methode voor tumoroïde celvoorbereiding en poortaderinjectie in de met AAV behandelde muizen. Ten slotte presenteren we benaderingen om de progressie van gemetastaseerde tumoren te volgen om de werkzaamheid van stroma-gerichte therapieën te beoordelen.
In deze studie hebben we aangetoond dat poortaderinjectie van CRC-organoïden van muizen reproduceerbaar fibroblastrijke levermetastasen genereert die histologische kenmerken van menselijke CRC-levermetastasen nabootsen. Bovendien, in combinatie met stroma-gerichte therapieën zoals AAV8-gemedieerde gentherapie, dient dit preklinische model als een nuttig hulpmiddel om therapeutische effecten op de overleving van muizen en tumorgroei te beoordelen.
Er zijn in ieder geval twee cruciale stappen …
The authors have nothing to disclose.
Deze studie werd ondersteund door subsidies van de National Health and Medical Research Council (APP1156391 aan D.L.W., S.L.W.) (APP1081852 naar D.L.W., APP1140236 naar S.L.W., APP1099283 naar D.L.W.,); Cancer Council SA Beat Cancer Project namens zijn donoren en de staatsregering van Zuid-Australië via het ministerie van Volksgezondheid (MCF0418 tot S.L.W., D.L.W.); een grant-in-aid voor wetenschappelijk onderzoek (B) (20H03467 aan M.T.) in opdracht van het Ministerie van Onderwijs, Cultuur, Sport, Wetenschap en Technologie van Japan; AMED-CREST (Japan Agency for Medical Research and Development, Core Research for Evolutional Science and Technology (19gm0810007h0104 en 19gm1210008s0101 to A.E.); het Project for Cancer Research and Therapeutic Evolution (P-CREATE) van AMED (19cm0106332h0002 tot A.E.); Japan Society for the Promotion of Science Overseas Challenge Program for Young Researchers (to H.K.), Takeda Science Foundation Fellowship (to H.K.), Greaton International Ph.D. Scholarship (to H.K.), Lions Medical Research Foundation Scholarship (to K.G.).
We bedanken Dr. Leszek Lisowski van Vector and Genome Engineering Facility (VGEF), Children’s Medical Research Institute (CMRI) (NSW, AUSTRALIË) voor het produceren van recombinante AAV-vectoren.
10% Formalin | Sigma | HT501128 | |
15 mL centrifuge tube | Corning | 430791 | |
33-gauge needle | TSK | LDS-33013 | For portal vein injection |
4-0 vicryl suture | ETHICON | J494G | |
40-µm cell strainer | Corning | 431750 | |
5 mL Syringe | BD | 302130 | Used to apply saline to the intestine after portal vein injection |
50 mL centrifuge tube | Corning | 430829 | |
50 mL syringe | TERUMO | SS*50LE | Luer lock syringe for perfusion fixation |
70% Isopropyl alcohol wipe | Briemar | 5730 | |
Anaesthesia machine | Darvall | 9356 | |
αSMA antibody | DAKO | M0851 | Clone 1A4. 1/500 dilution for immunohistochemistry |
Buprenorphine | TROY | N/A | ilium Temvet Injection, 300 µg/ml Buprenorphine |
Cotton buds | Johnson & Johnson | N/A | Johnson's pure cotton bud applicators. Need to be autoclaved before use. |
D-luciferin | Biosynth | L-8220 | |
Electric shaver | Sold by multiple suppliers | ||
Forceps | Sold by multiple suppliers | ||
Hamilton syringe | HAMILTON | 81020 | For portal vein injection |
Heat box (animal warming chamber) | Datesand | MK3 | |
Heat lamp | Sold by multiple suppliers | ||
Hemostatic sponge | Pfizer | 09-0891-04-015 | Gelfoam absorbable gelatin sponge, USP, 12-7 mm |
India ink | Talens | 44727000 | |
Injection syringe and needle | BD | 326769 | For tail vein injection |
Islr probe (RNAscope) | ACD | 450041 | |
Isoflurane | Henry Schein | 988-3244 | |
IVIS Spectrum In Vivo Imaging System | Perkin Elmer | 124262 | |
Living Image Software | Perkin Elmer | 128113 | |
Matrigel | Corning | 356231 | |
MRI fibrosis tool | N/A | N/A | https://github.com/MontpellierRessourcesImagerie/imagej_macros_and_scripts/wiki/MRI_Fibrosis_Tool |
Phosphate-buffered saline (PBS) | Sigma | D8537 | |
RNAscope kit | ACD | 322300 | |
Rodent restrainer | Sold by multiple suppliers | ||
Rosa26-Cas9 mouse | The Jackson Laboratory | 024858 | |
Saline | Pfizer | PHA19042010 | |
Scissors | Sold by multiple suppliers | ||
Skin staplers | Able Scientific | AS59028 | 9 mm wound clips |
Stapler applicator | Able Scientific | AS59026 | 9 mm wound clip applicator |
Stapler remover | Able Scientific | AS59037 | Wound clip remover |
Surgical drape | Multigate | 29-220 | |
Surgical gauze | Sentry Medical | GS001 | |
Topical anesthesia cream | EMLA | N/A | EMLA 5% cream, 25 mg/g lignocaine and 25 mg/g prilocaine |
TrypLE Express | Gibco | 12605028 | Recombinant cell-dissociation enzyme mix |
Y-27632 | Tocris | 1254 |