Intra-kardial injeksjon av humane prostatakreftceller for å lage en benmetastase xenograft musemodell
Summary
Her presenterer vi en protokoll for intra-kardial injeksjon av humane prostatakreftceller for å generere en musemodell med benmetastaselesjoner.
Abstract
Som den vanligste mannlige maligniteten, rangerer prostatakreft (PC) andre i dødelighet, hovedsakelig på grunn av en 65% -75% benmetastaserate. Derfor er det viktig å forstå prosessen og relaterte mekanismer for benmetastase i prostatakreft for å utvikle nye terapier. For dette er en dyremodell av benmetastase et viktig verktøy. Her rapporterer vi detaljerte prosedyrer for å generere en musemodell for benmetastase via intrakardial injeksjon av prostatakreftceller. Et bioluminescensavbildningssystem kan avgjøre om prostatakreftceller har blitt nøyaktig injisert i hjertet og overvåke kreftcellemetastase, siden det har store fordeler ved overvåking av metastatisk lesjonsutvikling. Denne modellen replikerer den naturlige utviklingen av spredte kreftceller for å danne mikrometastaser i beinet og imiterer den patologiske prosessen med benmetastase for prostatakreft. Det gir et effektivt verktøy for videre utforskning av molekylære mekanismer og in vivo terapeutiske effekter av denne sykdommen.
Introduction
Prostatakreft er den hyppigste kreftformen hos menn i 112 land og rangerer andre for dødelighet i høyere menneskelige utviklingsindeksland 1,2. De fleste dødsfall hos prostatakreftpasienter er forårsaket av metastase, og ca 65% -75% av tilfellene vil utvikle benmetastase 3,4. Derfor er forebygging og behandling av benmetastaser i prostatakreft presserende nødvendig for å forbedre det kliniske resultatet av prostatakreftpasienter. Dyremodellen for benmetastase er et uunnværlig verktøy for å utforske flertrinnsprosessen og molekylære mekanismer involvert i hvert stadium av benmetastase i prostatakreft, og dermed identifisere terapeutiske mål og utvikle nye terapier5.
De vanligste metodene for å generere eksperimentelle dyremodeller av benmetastase for prostatakreft inkluderer ortotopisk, intradiafyse (som intra-tibial) og intra-kardial injeksjon av prostatakreftceller. Benmetastasemodellen med ortotopisk injeksjon genereres ved direkte injeksjon av prostatakreftceller i prostata en mus 6,7. Denne eksperimentelle dyremodellen har svært like kliniske egenskaper som prostatakreft benmetastase. Metastasen skjer imidlertid hovedsakelig i aksillær lymfeknute og lunge i stedet for i bein 8,9. Den intra-tibiale injeksjonsmodellen for prostatakreft injiserer prostatakreftceller direkte inn i tibia med en høy tumordannelseshastighet i beinet (tibia)10,11; Imidlertid er beinbarken og benmarghulen lett skadet. I tillegg kan tibialinjeksjonsmetoden ikke stimulere den patologiske prosessen med benmetastase for prostatakreft der kreftcellene koloniserer beinet gjennom sirkulasjon. For å undersøke sirkulasjon, vaskulær ekstravasasjon og fjernmetastase med høyere benmetastaserate av kreftceller, er det utviklet en intrakardial injeksjonsteknikk ved direkte injisering av prostatakreftceller i musens venstre ventrikkel 8,12,13. Dette gjør det til en verdifull dyremodell for forskning på benmetastase8. Den intrakardiale injeksjonsmetoden viser en benmetastaserate på ca. 75%9,14, mye høyere enn den ortotopiske injeksjonsmetoden. Derfor er intra-kardial injeksjon en ideell metode for å generere en dyremodell med benmetastase for prostatakreft.
Dette arbeidet tar sikte på å beskrive prosessen med å etablere en musemodell av benmetastaser for prostatakreft, slik at leserne kan visualisere modelletableringen. Det nåværende arbeidet gir detaljerte prosesser, forholdsregler og illustrerende bilder for å generere en benmetastase xenograftmodell via intra-kardial injeksjon av humane prostatakreftceller i atymiske mus. Denne metoden gir et effektivt verktøy for videre å utforske molekylære mekanismer og in vivo terapeutiske effekter av prostatakreft benmetastase.
Protocol
Representative Results
Discussion
Intra-kardial injeksjon av humane prostatakreftceller for å generere benmetastase er en ideell musemodell for å utforske funksjonene og mekanismene for prostatakreft benmetastase og evaluere terapeutisk effekt. Studier har vist at benskade mest sannsynlig forekommer i proksimale tibia og distale femur17, noe som kan skyldes deres høye vaskularisering og metabolske aktivitet.
Siden benmetastase er en hyppig observert metastatisk lesjon hos brystkreftpasienter, er benm…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet støttes av tilskudd fra National Key R &D Program of China (2018YFC1704300 og 2020YFE0201600), National Nature Science Foundation (81973877 og 82174408), forskningsprosjektene innenfor budsjettet til 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).
