Intra-hjerteinjektion af humane prostatacancerceller for at skabe en knoglemetastase xenograft musemodel
Summary
Her præsenterer vi en protokol til intra-hjerteinjektion af humane prostatacancerceller for at generere en musemodel med knoglemetastaselæsioner.
Abstract
Som den mest almindelige mandlige malignitet ligger prostatakræft (PC) på andenpladsen i dødelighed, primært på grund af en 65% -75% knoglemetastaserate. Derfor er det vigtigt at forstå processen og relaterede mekanismer for prostatakræft knoglemetastase til udvikling af nye behandlinger. Til dette er en dyremodel af knoglemetastase et vigtigt værktøj. Her rapporterer vi detaljerede procedurer for at generere en knoglemetastase musemodel via intra-hjerteinjektion af prostatacancerceller. Et bioluminescensbilleddannelsessystem kan afgøre, om prostatacancerceller er blevet injiceret nøjagtigt i hjertet og overvåge kræftcellemetastaser, da det har store fordele ved overvågning af metastatisk læsionsudvikling. Denne model replikerer den naturlige udvikling af disseminerede kræftceller til dannelse af mikrometastaser i knoglen og efterligner den patologiske proces af prostatacancerknoglemetastaser. Det giver et effektivt værktøj til yderligere udforskning af de molekylære mekanismer og in vivo terapeutiske virkninger af denne sygdom.
Introduction
Prostatakræft er den hyppigste kræftform hos mænd i 112 lande og rangerer anden for dødelighed i landemed højere menneskelige udviklingsindeks 1,2. De fleste dødsfald hos prostatacancerpatienter skyldes metastaser, og ca. 65%-75% af tilfældene vil udvikle knoglemetastase 3,4. Derfor er forebyggelse og behandling af prostatacancerknoglemetastaser presserende nødvendige for at forbedre det kliniske resultat af prostatacancerpatienter. Dyremodellen for knoglemetastase er et uundværligt redskab til at udforske flertrinsprocessen og molekylære mekanismer, der er involveret i hvert trin i prostatacancerknoglemetastaser, og dermed identificere terapeutiske mål og udvikle nye behandlinger5.
De mest almindelige metoder til at generere eksperimentelle dyremodeller af prostatacancer knoglemetastase omfatter ortotopisk, intra-diafyse (såsom intra-tibial) og intra-hjerteinjektion af prostatacancerceller. Knoglemetastasemodellen med ortopisk injektion genereres ved direkte injektion af prostatacancerceller i prostata på en mus 6,7. Denne eksperimentelle dyremodel har meget lignende kliniske egenskaber som prostatacancer knoglemetastase. Imidlertid sker metastasen hovedsageligt i den aksillære lymfeknude og lungen snarere end i knoglen 8,9. Den intra-tibiale injektionsmodel for prostatacancer injicerer direkte prostatacancerceller i skinnebenet med en høj tumordannelseshastighed i knoglen (skinnebenet)10,11; Imidlertid er knoglebarken og knoglemarvshulen let beskadiget. Derudover kan tibialinjektionsmetoden ikke stimulere den patologiske proces af prostatacancerknoglemetastase, hvor kræftcellerne koloniserer knoglen gennem cirkulation. For at undersøge cirkulationen, vaskulær ekstravasation og fjern metastase med en højere knoglemetastasehastighed for kræftceller er der udviklet en intra-kardial injektionsteknik ved direkte at injicere prostatacancerceller i venstre ventrikelaf musen 8,12,13. Dette gør det til en værdifuld dyremodel til knoglemetastaseforskning8. Den intrakardiale injektionsmetode viser en knoglemetastasehastighed på ca. 75%9,14, meget højere end den ortopiske injektionsmetode. Derfor er intra-hjerteinjektionen en ideel metode til at generere en dyremodel med prostatacancerknoglemetastase.
Dette arbejde har til formål at beskrive processen med at etablere en musemodel af prostatacancerknoglemetastaser, så læserne kan visualisere modeletableringen. Det nuværende arbejde giver detaljerede processer, forholdsregler og illustrative billeder til at generere en knoglemetastase xenograftmodel via intra-hjerteinjektion af humane prostatacancerceller i athymiske mus. Denne metode giver et effektivt værktøj til yderligere udforskning af de molekylære mekanismer og in vivo terapeutiske virkninger af prostatacancer knoglemetastaser.
Protocol
Representative Results
Discussion
Intra-hjerteinjektion af humane prostatacancerceller for at generere knoglemetastase er en ideel musemodel til at udforske funktionerne og mekanismerne i prostatacancerknoglemetastase og evaluere den terapeutiske effekt. Undersøgelser har vist, at knogleskader sandsynligvis forekommer i den proksimale skinneben og den distale lårben17, hvilket kan skyldes deres høje vaskularisering og metaboliske aktivitet.
Da knoglemetastase er en hyppigt observeret metastatisk læs…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde understøttes af tilskud fra National Key R&D Program of China (2018YFC1704300 og 2020YFE0201600), National Nature Science Foundation (81973877 og 82174408), forskningsprojekterne inden for budgettet for Shanghai University of Traditional Chinese Medicine (2021LK047) og Shanghai Collaborative Innovation Center of Industrial Transformation of Hospital TCM Preparation.
Materials
| 1 mL syringes and needles | Shandong Weigao Group Medical Polymer Co., Ltd | 20200411 | The cells were injected into the ventricles of mice |
| Anesthesia machine | Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd | R500IP | Equipment for anesthetizing mice |
| Automatic cell counter | Shanghai Simo Biological Technology Co., Ltd | IC1000 | For counting cells |
| BALB/c athymic mice | Shanghai SLAC Laboratory Animal Co, Ltd. | Male | 6-8 week old, male mice |
| Bioluminescence imaging system | Shanghai Baitai Technology Co., Ltd | Vieworks | For tracking the tumor growth and pulmonary metastasis if the injected cells are labeled by luciferase |
| Centrifuge tube (15 mL, 50 mL) | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 430790, Corning | |
| EDTA solution | Wuhan Xavier Biotechnology Co., Ltd | G1105 | For decalcification of bone tissure |
| F-12 medium | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 21700075, GIBCO | Cell culture medium |
| Formalin solution | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | BL539A | For fixing the specimen of each mouse |
| Isoflurane | Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd | VETEASY | For anesthesia |
| Lipofectamine 2000 | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 11668027, Thermo fisher | Plasmid transfection reagent |
| PC-3 cell line | Cell Bank of Chinese Academy of Sciences | TCHu 158 | Prostate cancer cell line |
| Phosphate-buffered saline | Beyotime Biotechnology | ST447 | Wash the human osteosarcoma cells |
| Trypsin (0.25%) | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 25200056, Gibco | For detaching the cells |
| Vector (pLV-luciferase) | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | VL3613 | Plasmid for transfection |
| X-ray imaging system | Brook (Beijing) Technology Co., Ltd | FX PRO | For obtaining x-ray images to detect tumor growth |
| μCT80 | Shenzhen Fraun Technology Service Co., Ltd | Scanco Medical AG,Switzerland | For detection of bone destruction. The mico-CT is equipped with 3DCalc, cone reconstruction, and μCT Ray V3.4A model visualization software. |
References
- Siegel, R. L., Miller, K. D., Fuchs, H. E., Jemal, A. Cancer Cancerstatistics, 2021. CA: A Cancer Journal for Clinicians. 71 (1), 7-33 (2021).
- Sung, H., et al. Global cancer statistics 2020: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA: A Cancer Journal for Clinicians. 71 (3), 209-249 (2021).
- Coleman, R. E. Skeletal complications of malignancy. Cancer. 80, 1588-1594 (1997).
- Macedo, F., et al. Bone metastases: An overview. Oncology Reviews. 11 (1), 321 (2017).
- Rea, D., et al. Mouse models in prostate cancer translational research: From xenograft to PDX. BioMed Research International. 2016, 9750795 (2016).
- Zhang, Y., et al. Real-time GFP intravital imaging of the differences in cellular and angiogenic behavior of subcutaneous and orthotopic nude-mouse models of human PC-3 prostate cancer. Journal of Cellular Biochemistry. 117 (11), 2546-2551 (2016).
- Stephenson, R. A., et al. Metastatic model for human prostate cancer using orthotopic implantation in nude mice. Journal of the National Cancer Institute. 84 (12), 951-957 (1992).
- Simmons, J. K., et al. Animal models of bone metastasis. Veterinary Pathology. 52 (5), 827-841 (2015).
- Jenkins, D. E., Hornig, Y. S., Oei, Y., Dusich, J., Purchio, T. Bioluminescent human breast cancer cell lines that permit rapid and sensitive in vivo detection of mammary tumors and multiple metastases in immune deficient mice. Breast Cancer Research: BCR. 7 (4), 444-454 (2005).
- Corey, E., et al. Establishment and characterization of osseous prostate cancer models: intra-tibial injection of human prostate cancer cells. The Prostate. 52 (1), 20-33 (2002).
- Andersen, C., Bagi, C. M., Adams, S. W. Intra-tibial injection of human prostate cancer cell line CWR22 elicits osteoblastic response in immunodeficient rats. Journal of Musculoskeletal & Neuronal Interactions. 3 (2), 148-155 (2003).
- Sudhan, D. R., Pampo, C., Rice, L., Siemann, D. W. Cathepsin L inactivation leads to multimodal inhibition of prostate cancer cell dissemination in a preclinical bone metastasis model. International Journal of Cancer. 138 (11), 2665-2677 (2016).
- Jinnah, A. H., Zacks, B. C., Gwam, C. U., Kerr, B. A. Emerging and established models of bone metastasis. Cancers. 10 (6), 176 (2018).
- Simmons, J. K., et al. Canine prostate cancer cell line (Probasco) produces osteoblastic metastases in vivo. The Prostate. 74 (13), 1251-1265 (2014).
- Lamar, J. M., et al. SRC tyrosine kinase activates the YAP/TAZ axis and thereby drives tumor growth and metastasis. The Journal of Biological Chemistry. 294 (7), 2302-2317 (2019).
- Chang, J., et al. Matrine inhibits prostate cancer via activation of the unfolded protein response/endoplasmic reticulum stress signaling and reversal of epithelial to mesenchymal transition. Molecular Medicine Reports. 18 (1), 945-957 (2018).
- Arguello, F., Baggs, R. B., Frantz, C. N. A murine model of experimental metastasis to bone and bone marrow. Cancer Research. 48 (23), 6876-6881 (1988).
- Brylka, L., et al. Spine Metastases in immunocompromised mice after intracardiac injection of MDA-MB-231-SCP2 breast cancer cells. Cancers. 14 (3), 556 (2022).
- Rahman, M. M., Veigas, J. M., Williams, P. J., Fernandes, G. DHA is a more potent inhibitor of breast cancer metastasis to bone and related osteolysis than EPA. Breast Cancer Research and Treatment. 141 (3), 341-352 (2013).
- Park, S. I., Kim, S. J., McCauley, L. K., Gallick, G. E. Pre-clinical mouse models of human prostate cancer and their utility in drug discovery. Current Protocols in Pharmacology. , (2010).
- Wright, L. E., et al. Murine models of breast cancer bone metastasis. BoneKEy Reports. 5, 804 (2016).
- Fearon, K. C., Glass, D. J., Guttridge, D. C. Cancer cachexia: mediators, signaling, and metabolic pathways. Cell Metabolism. 16 (2), 153-166 (2012).
- Waning, D. L., et al. Excess TGF-β mediates muscle weakness associated with bone metastases in mice. Nature Medicine. 21 (11), 1262-1271 (2015).
- Talbot, S. R., et al. Defining body-weight reduction as a humane endpoint: a critical appraisal. Laboratory Animals. 54 (1), 99-110 (2020).
- Paget, S. The distribution of secondary growths in cancer of the breast. Cancer Metastasis Reviews. 8 (2), 98-101 (1989).
- Yin, J. J., et al. TGF-beta signaling blockade inhibits PTHrP secretion by breast cancer cells and bone metastases development. The Journal of Clinical Investigation. 103 (2), 197-206 (1999).
- Schneider, A., et al. turnover mediates preferential localization of prostate cancer in the skeleton. Endocrinology. 146 (4), 1727-1736 (2005).
- Padalecki, S. S., et al. Chromosome 18 suppresses prostate cancer metastases. Urologic Oncology. 21 (5), 366-373 (2003).
