Implementering af minimalt invasiv hjernetumorresektion hos gnavere til vævsopsamling med høj levedygtighed
Summary
Den nuværende protokol beskriver en standardiseret resektion af hjernetumorer hos gnavere gennem en minimalt invasiv tilgang med et integreret vævsbevaringssystem. Denne teknik har konsekvenser for nøjagtigt at afspejle standarden for pleje i gnavere og andre dyremodeller.
Abstract
Den nuværende protokol beskriver et standardiseret paradigme for resektion af gnaverhjernetumorer og vævsbevarelse. I klinisk praksis er maksimal tumorresektion standardbehandling for de fleste hjernetumorer. Imidlertid inkluderer de fleste aktuelt tilgængelige prækliniske hjernetumormodeller enten ikke resektion eller bruger kirurgiske resektionsmodeller, der er tidskrævende og fører til betydelig postoperativ sygelighed, dødelighed eller eksperimentel variabilitet. Derudover kan udførelse af resektion hos gnavere være skræmmende af flere grunde, herunder mangel på klinisk sammenlignelige kirurgiske værktøjer eller protokoller og fraværet af en etableret platform for standardiseret vævsindsamling. Denne protokol fremhæver brugen af en multifunktionel, ikke-ablativ resektionsanordning og et integreret vævsopbevaringssystem tilpasset den kliniske version af enheden. Den anordning, der anvendes i denne undersøgelse, kombinerer justerbar sugning og et cylindrisk blad ved åbningen for præcist at sondere, skære og suge væv. Den minimalt invasive resektionsanordning udfører sine funktioner via det samme burrhul, der anvendes til den indledende tumorimplantation. Denne tilgang minimerer ændringer i regional anatomi under biopsi- eller resektionsoperationer og reducerer risikoen for betydeligt blodtab. Disse faktorer reducerede signifikant den operative tid (<2 min/dyr), forbedrede postoperativ dyreoverlevelse, lavere variabilitet i eksperimentelle grupper og resulterer i høj levedygtighed af resekterede væv og celler til fremtidige analyser. Denne proces lettes af en vingehastighed på ~1.400 cyklusser/min., hvilket gør det muligt at høste væv i et sterilt lukket system, der kan fyldes med en fysiologisk løsning efter eget valg. I betragtning af den nye betydning af at studere og nøjagtigt modellere virkningen af kirurgi, bevarelse og streng sammenlignende analyse af regionaliserede tumorresektionsprøver og intra-hulrumsleverede terapier, vil denne unikke protokol udvide mulighederne for at udforske ubesvarede spørgsmål om perioperativ styring og terapeutisk opdagelse for hjernetumorpatienter.
Introduction
Glioblastom (GBM) er den mest almindelige og aggressive primære hjernetumor hos voksne. På trods af nylige fremskridt inden for neurokirurgi, målrettet lægemiddeludvikling og strålebehandling er den 5-årige overlevelsesrate for GBM-patienter mindre end 5%, en statistik, der ikke er signifikant forbedret i over tre årtier1. Derfor er der behov for mere effektive behandlingsstrategier.
For at udvikle nye terapier bliver det mere og mere tydeligt, at undersøgelsesprotokoller skal (1) udnytte oversættelige prækliniske modeller, der nøjagtigt rekapitulerer tumorheterogeniteten og mikromiljøet, (2) afspejler det standard terapeutiske regime, der anvendes til patienter med GBM, som i øjeblikket inkluderer kirurgi, strålebehandling og kemoterapi, og (3) tegner sig for forskellen mellem resekteret kerne og restprodukt, invasivt tumorvæv 2,3,4,5. Imidlertid implementerer de fleste af de aktuelt tilgængelige prækliniske hjernetumormodeller enten ikke kirurgisk resektion eller bruger kirurgiske resektionsmodeller, der er relativt tidskrævende, hvilket fører til en betydelig mængde blodtab eller manglende standardisering. Desuden kan udførelse af resektion af gnaverhjernetumorer være udfordrende på grund af mangel på klinisk sammenlignelige kirurgiske værktøjer eller protokoller og fraværet af en etableret platform6 til systematisk vævsindsamling (tabel 1).
Den nuværende protokol har til formål at beskrive et standardiseret paradigme for resektion af gnaverhjernetumorer og vævsbevarelse ved hjælp af et multifunktionelt ikke-ablativt minimalt invasivt resektionssystem (MIRS) og et integreret vævsbevaringssystem (TPS) (figur 1). Det forventes, at denne unikke teknik vil give en standardiseret platform, der kan bruges i forskellige undersøgelser i præklinisk forskning til GBM og andre typer hjernetumormodeller. Forskere, der undersøger terapeutiske eller diagnostiske modaliteter for hjernetumorer, kan implementere denne protokol for at opnå en standardiseret resektion i deres studier.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tumorresektion er en hjørnesten i neurokirurgiske onkologiske behandlingsplaner for både lavkvalitets og højkvalitets hjernetumorer. Cytoreduktion og debulking af tumoren korrelerer med forbedret neurologisk funktion og samlet overlevelse hos patienter med hjernetumorer 1,2,5,6. Selvom protokoller til kirurgisk resektion tidligere er beskrevet i gnavermodeller, har disse protokoller lidt af …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Materials
| 1 mL syringes | BD | 309628 | |
| 15 mL conical tubes | Corning | 430052 | |
| 200 proof ethanol | PharmCo | 111000200 | |
| 5 mL pipettes | CoStar | 4487 | |
| 70 micron filter | Fisher | 08-771-2 | |
| Accutase | Millipore Sigma | SIG-SCR005 | |
| Anased (Xylazine injection, 100 mg/mL) | Covetrus | 33198 | |
| Anesthesia System | Patterson Scientific | 78935903 | |
| Anesthesic Gas Waste Container | Patterson Scientific | 78909457 | |
| Bench protector underpad | Covidien | 10328 | |
| C57Bl/6, 6-8 week old mice | Charles River Laboratories | Strain Code 027 | |
| ChroMini Pro | Moser | Type 1591-Q | |
| Collagenase-Dispase | Roche | #10269638001 | |
| Countess II Automated Cell Counter | Thermo Fisher | ||
| Countess II FL Hemacytometer | Thermo Fisher | A25750 | |
| Debris Removal Solution | Miltenyi Biotech | #130-109-398 | |
| D-Luciferin | Goldbio | LUCK-1G | |
| DMEM F12 media | Corning | 10-090-CV | |
| DMEM media | Corning | 10-013-CV | |
| DNAse I | Sigma Aldrich | #10104159001 | |
| Eppendorf tubes | Posi-Click | 1149K01 | |
| Euthanasia solution | Henry Schein | 71073 | |
| FBS | Millipore Sigma | F4135 | |
| Fetal Bovine Serum | Thermo Fisher | 10437-028 | |
| Formalin | Invitrogen | INV-28906 | |
| Gauze | Henry Schein | 101-4336 | |
| hEGF | PeproTech EC | 100-15 | |
| Heparin | Sigma | H-3149 | |
| hFGF-b | PeproTech EC | 1001-18B | |
| Induction Chamber | Patterson Scientific | 78933388 | |
| Isoflurane | Covetrus | 11695-6777-2 | |
| Isoflurane Vaporizer | Patterson Scientific | 78916954 | |
| Ketamine | Covetrus | 11695-0703-1 | |
| Kopf Stereotactic frame | Kopf Instruments | 5001 | |
| Lightfield Microscope | BioTek | Cytation 5 | |
| Microinjection Unit | Kopf | 5001 | |
| Micromotor drill | Foredom | F210418 | |
| MRI system | Bruker | 7T Biospec Avance III MRI Scanner | |
| NICO Myriad System | NICO Corporation | ||
| Ophthalmic ointment | Puralube vet ointment | ||
| Papain | Sigma Aldrich | #P4762 | |
| PBS | Invitrogen | #14190250 | |
| PenStrep | Millipore Sigma | N1638 | |
| Percoll solution | Sigma Aldrich | #P4937 | |
| Pipette controller | Falcon | A07260 | |
| Povidone-iodine solution | Aplicare | 52380-1905-08 | |
| Progesterone | Sigma | P-8783 | |
| Putrescine | Sigma | P-5780 | |
| RPMI Media | Invitrogen | INV-72400120 | |
| Scalpel blade | Covetrus | 7319 | |
| Scalpel handle | Fine Science Tools | 91003-12 | |
| Skin marker | Time Out | D538,851 | |
| Staple remover | MikRon | ACR9MM | |
| Stapler | MikRon | ACA9MM | |
| Staples | Clay Adams | 427631 | |
| Stereotactic Frame | Kopf Instruments | 5000 | |
| Sucrose | Sigma Aldrich | S9378 | |
| Suture, vicryl 4-0 | Ethicon | J494H | |
| T-75 culture flask | Sarstedt | 83-3911-002 | |
| TheraPEAKTM ACK Lysing Buffer (1x) | Lonza | BP10-548E | |
| Trypsin-EDTA | Corning | MDT-25-053-CI |
References
- Mineo, J. F., et al. Prognosis factors of survival time in patients with glioblastoma multiforme: a multivariate analysis of 340 patients. Acta Neurochirurgica. 149 (3), 245-252 (2007).
- Miyai, M., et al. Current trends in mouse models of glioblastoma. Journal of Neuro-Oncology. 135 (3), 423-432 (2017).
- Raj, D., Agrawal, P., Gaitsch, H., Wicks, E., Tyler, B. Pharmacological strategies for improving the prognosis of glioblastoma. Expert Opinion on Pharmacotherapy. 22 (15), 2019-2031 (2021).
- Alomari, S., et al. Drug repurposing for Glioblastoma and current advances in drug delivery-a comprehensive review of the literature. Biomolecules. 11 (12), 1870 (2021).
- Serra, R., et al. Combined intracranial Acriflavine, temozolomide and radiation extends survival in a rat glioma model. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics : Official Journal of Arbeitsgemeinschaft fur Pharmazeutische Verfahrenstechnik eV. 170, 179-186 (2022).
- Tang, B., Foss, K., Lichtor, T., Phillips, H., Roy, E. Resection of orthotopic murine brain glioma. Neuroimmunology and Neuroinflammation. 8 (1), 64-69 (2021).
- Ozawa, T., James, C. D. Establishing intracranial brain tumor xenografts with subsequent analysis of tumor growth and response to therapy using bioluminescence imaging. Journal of Visualized Experiments. (41), e1986 (2010).
- Poussard, A., et al. In vivo imaging systems (IVIS) detection of a neuro-invasive encephalitic virus. Journal of Visualized Experiments. (70), e4429 (2012).
- Lachin, J. M. Nonparametric statistical analysis. JAMA. 323 (20), 2080-2081 (2020).
- Louis, K. S., Siegel, A. C. Cell viability analysis using trypan blue: manual and automated methods. Methods in Molecular Biology. 740, 7-12 (2011).
- Spina, R., Voss, D. M., Asnaghi, L., Sloan, A., Bar, E. E. Flow cytometry-based drug screening system for the identification of small molecules that promote cellular differentiation of Glioblastoma stem cells. Journal of Visualized Experiments. (131), e56176 (2018).
- Rodgers, G., et al. Virtual histology of an entire mouse brain from formalin fixation to paraffin embedding. Part 2: Volumetric strain fields and local contrast changes. Journal of Neuroscience Methods. 365, 109385 (2022).
- Connolly, N. P., et al. Elevated fibroblast growth factor-inducible 14 expression transforms proneural-like gliomas into more aggressive and lethal brain cancer. GLIA. 69 (9), 2199-2214 (2021).
- Stall, B., et al. Comparison of T2 and FLAIR imaging for target delineation in high grade gliomas. Radiation Oncology. 5, 5 (2010).
- Das, A., et al. Establishing a standardized method for the effective intraoperative collection and biological preservation of brain tumor tissue samples using a novel tissue preservation system: a pilot study. World Neurosurgery. , (2022).
- Zusman, E., et al. Tissues harvested using an automated surgical approach confirm molecular heterogeneity of Glioblastoma and enhance specimen’s translational research value. Frontiers in Oncology. 9, (2019).
- McLaughlin, N., et al. Side-cutting aspiration device for endoscopic and microscopic tumor removal. Journal of Neurological Surgery Part B. 73 (1), 11-20 (2012).
