建立颅内脑肿瘤异种移植肿瘤的生长和对治疗的反应与后续利用生物发光成像分析

摘要

可以建立荧光素酶修饰人脑肿瘤异种移植，颅内无胸腺小鼠，随后的监测肿瘤的生长和治疗用生物发光成像。在与生存分析相结合，生物发光监测是一个重要的研究工具疗法被认为是治疗脑肿瘤的临床前测试。

摘要

使用人脑肿瘤细胞的移植模型，有担任多年在神经肿瘤学研究的重要功能。在过去，最常用的程序，包括为人类肿瘤异种移植建立的细胞培养瓶中收集，收集细胞免疫功能低下小鼠皮下注射。鉴于这种做法仍然认为在许多实验室的频繁使用，出现了一个强调在过去十年中的重大转变，对原位移植瘤的建立，其中，在脑肿瘤的实例，需要到相应的神经解剖结构的肿瘤细胞注射。由于颅内移植瘤的建立，消除了监控能力通过直接测量肿瘤的生长，如使用卡钳，原位脑肿瘤异种移植模型中的重点转向转变，有必要利用的非侵入性的成像的评估宿主动物的肿瘤负担。目前可用的成像方法，被普遍认为是生物发光监测提供了灵敏度，权宜之计，和成本的最佳组合。在这里，我们将展示原位脑肿瘤的建立，为监测肿瘤的生长和实验疗法对治疗的反应时测试的程序。

研究方案

1。肿瘤细胞的制备。

源自人类大脑肿瘤异种移植的细胞可以从肿瘤在裸鼠皮下生长，或从细胞培养繁殖。在下面讨论这两种细胞来源的利用，随着细胞移植的方法示范。

为了准备皮下肿瘤细胞转移到颅内车厢，切除侧翼肿瘤置于培养皿中，组织最初是用手术刀，然后重复吹打创建一个细胞总^悬浮 1机械打乱剁碎。细胞总悬浮液，然后通过一个70μm的尼龙网过滤，生产单细胞悬液，适合颅内注射。细胞悬液，离心1000转10分钟，在4 ° C，并resuspending适当体积的无血清培养基中的细胞沉淀，获得了最后的工作浓度（见下文）前吸气上清。对于准备建立的细胞系颅内植入，细胞的收获trypsinizing单层，或通过收集神经球悬浮培养，然后离心和resuspending ^以上2所示的细胞。注射细胞的数量是注射神经解剖学位置上的变量的依赖。幕注射，我们经常注入3μL无血清培养基（DMEM）3-5 × ^{10 5}细胞，而脑干^注射 3，如5 × ¹⁰ 4细胞数在0.5μL注入。注射比建议大量可导致肿瘤细胞通过针道返流，由此exophytic（图1），而不是颅内肿瘤的生长。撤销颅内注射样品后，剩余的细胞悬液，应放在冰，混合，经常保持适当的浓度，同时完成注塑系列成员之间的颅内肿瘤建立的内容。

2。肿瘤细胞移植

请注意，下面描述的所有程序已经审查和批准的机构使用动物，并在加州大学旧金山分校护理委员会。

1. 手术区应做好所有的表面，如2％洗必泰溶液，用消毒剂喷洒。使用消毒剂后，应放在以下耗材在手术区：
   • 加热垫，以保持鼠标体温
   • 两个小培养皿;一个含有3％的双氧水，和一个含有2％洗必泰
   • 无菌纱布和棉签
   • 无菌一次性手术刀
   • 蒸压手术吻合器
2. 麻醉应采用注射麻醉剂，通常是氯胺酮，甲苯噻嗪的混合物。
3. 一旦鼠标被麻醉，头皮是准备用一块无菌纱布蘸洗必泰溶液擦拭几次。眼药膏应在手术过程中保持充足的水分。使用无菌手术刀，完成了parieto枕骨一个矢状切口，约1厘米长。暴露颅骨表面，然后用棉签在3％的双氧水溶液浸泡清洗。前囟门应在这一点上明显（见视频）。
4. 肿瘤细胞注射的坐标会有所不同，根据肿瘤的建立所需的站点。下面我们使用脑肿瘤建立在神经解剖学位置，在许多脑肿瘤患者的经验肿瘤的发生发展的过程。在脑肿瘤研究感兴趣的其他地点包括脑桥，脑干^肿瘤 3解剖模型，并硬膜下注射建模脑膜肿瘤的位置。肿瘤细胞注射前，用无菌的25计利针穿刺的头骨在2 mm至前囟门，冠状缝前1毫米的权利，从而创造一个注射肿瘤细胞（见视频）开放。此过程可以很好地用于小鼠和大鼠的老鼠（22号针头）。
5. 进入注射器吸取细胞之前，用手指轻敲混合细胞悬液的内容。与所需数量的细胞悬液装入注射器，小心，以避免产生气泡。注射器外，然后用酒精棉球清洗擦拭外观无任何贴壁细胞，这将有助于防止颅外肿瘤的建立和成长（图1A）。为了确保适当的注射深度取得，使用手术刀切割3mm的关闭了P20的pipetteman提示指出。本节针尖可以装在注射器，将采取措施限制注射深度，此外，并会确保该TI注射器针头P是从3mm的头骨底部。注射器垂直放置的头骨，并在以前创建的孔，慢慢注入细胞悬液（超过1分钟的时间内注入一个3μL应暂停）。注射器插入一个不恰当的角度，可能会导致在完成注射后的细胞和随后脊髓传播（图1B：右）脑室注射，针留在一分钟的地方，然后慢慢退出（见视频）：这些步骤将有助于减少肿瘤细胞的回流。
6. 作为替代求告无门或手绘的方法颅内肿瘤细胞^植入 5，可以使用小动物脑立体定向仪（面板的示意图F）的，一般促进更一致的注射位置，但在大量的费用程序的时间。在我们的经验，两个手术人员可以注入多达60只小鼠/小时，在使用自由的做法，而用小动物脑立体定向仪的最大注射率约为15只/小时。程序权宜之计，是一个重要的考虑因素时，小鼠注射大系列，并有助于减少肿瘤细胞，被注入，在冰上剩余的时间。
7. 3％双氧水和使用无菌干棉签干燥清洁的头骨。应用无菌骨蜡孔。使用镊子，共同绘制头皮以上的头骨和主食关闭。为了达到最佳的愈合，头皮应装订，每一方对对方的头皮的真皮层（对底面底面）。装订头皮应清理干净，用洗必泰溶液，然后通过手术后的疼痛缓解皮下注射管理和丁丙诺啡。
8. 手术后，直到他们成为园内，并保留正常活动监视所有小鼠。通常情况下，恢复时间约为30分钟。

3。生物发光监测肿瘤生长

1. 背景。生物发光成像（劳保局）是基于荧光素的氧化[D -（ - ）-2 - （60 - 羟基- 20 -苯并噻唑） - 噻酮-4 - 羧酸的氧气和三磷酸腺苷（ATP）的存在。这是催化反应的酶的荧光素酶，转换成化学能，由此产生的排放光的光子。人体细胞表达荧光素酶与荧光素酶表达的细胞能够发光的荧光素底物的存在（见下文），可以修改。是从动物的最小的背景发光的主机荧光素治疗，例如，有一个非常有利的信号噪声比检测荧光素酶修饰的肿瘤细胞发光的排放量，使高度敏感的肿瘤的生长和体内治疗监测的。此外，荧光素酶及其底物，荧光素，已被证明非哺乳动物细胞的毒性，和我们所观察到相应的未修改的细胞表达荧光素酶相对的细胞之间功能上没有区别。荧光素很容易穿过细胞膜和后腹腔内的血 - 脑屏障（IP）或静脉（IV）注射液在小鼠体内，从而使每一个车厢，其中包含荧光素酶基因细胞成像。光子发射和荧光素酶基因细胞所发出的光频谱的水平是足够的穿透组织的研究小动物，如小鼠和大鼠，，并与低光成像摄像机可以检测外部。生物发光成像的非侵入性的性质，允许反复监测个别受试动物治疗肿瘤的生长和响应。
2. 萤火虫荧光素酶的表达，植入的细胞来源应该是稳定的修改。可以购买这种细胞来源，或个人利用已构建荧光素酶的组成型表达的慢病毒实验室。我们强烈建议使用的荧光素酶编码的慢病毒，而不是质粒，修饰细胞，以确保稳定的荧光素酶的细胞在体内的表达，这是必要的定量发光成像在肿瘤负荷提供准确地反映动物个体的课题，反复的变化在实验过程成像。
3. 劳保局监测。我们建议进行定量生物发光成像（qBLI）1X - 2X每周，肿瘤细胞注射后的一个星期开始。我们qBLI进行使用IVIS Lumina的成像站（卡尺生命科学版），和我们的研究结果表明，类似的数据是在使用IVIS Lumina的，IVIS 150，或IVIS 200成像站。在准备用于成像，老鼠同时通过腹腔注射麻醉与氯胺酮/甲苯​​噻嗪和管理的荧光素（D -荧光素盐，钾150毫克/公斤，卡尺生命科学），成像在注射后12分钟的小鼠。在荧光素的药代动力学表明，adminis之间的时间细胞发光的荧光素和决心tration应在10-15分钟之间的荧光素注射后，以获得最大的发光排放和最大的检测灵敏度。 10-15分钟的时间间隔内选定的时间长度应保持常数正在成像动物之间。这是非常重要的是保持在注射荧光素和获得BLI读数之间的时间长度的一致性。包括颅内信号区域利益的定义区域使用的生活图像软件（图2），总photons/s/sr/cm2（每平方厘米每秒每球面度的光子）的记录（见视频）。
4. 数据分析。个别动物进行监测，而肿瘤的生长和治疗的反应，我们强烈建议增加肿瘤反应的统计结论的确定性至少有8个治疗组，或缺乏，治疗。方面介绍qBLI结果，发光读数转换为标准化值除以每个鼠标小号发光，期间获得的治疗方案完成后，其相应的最大^预处理读6,7发光。生存分析，采用Kaplan - Meier估计⁸使用，并从中产生生存曲线，中位生存期值确定。使用log - rank检验比较生存曲线之间的差异。
5. 随后的分析处理和未经处理的肿瘤脑检索。动物安乐死后，应迅速切除鼠脑（见视频），并在福尔马林放在肿瘤的形态学和免疫组织化学的后续分析，或应安装在华侨城标本冻结。

4。代表性的成果

如图3a所示的例子中，接受颅内肿瘤细胞注射的小鼠进行了监测颅内发光，直到连续平均发光值表示进步的肿瘤生长，此时治疗开始（第34天开始的灰色箭头：厄洛替尼每日150毫克管理直到要求安乐死/公斤）。每个鼠标的发光值设置为1的归一化值，在开始治疗时，每个鼠标以后归其最终的预处理成像价值发光读数。作为一个例子，鼠标与治疗前的2.0 × 10 ⁷光子/秒34天，其发光已上升至6.0最后的发光读数× 10 ⁷光子/天38秒，每天38归发光值3.0。平均正常化生物发光和相应的控制和治疗组的标准误差为每个成像时间点绘制。在这个例子中，均归发光的显着性差异明显，在第一成像时间点后开始治疗（38天），平均组在随后的时间点进一步提高发光的区别。在大多数情况下，抗肿瘤治疗，qBLI表示，活动是伴随着相应的生存显着性差异（即P <0.05），是这里的情况（图3B）。面板3C和3D显示相邻的苏木精和曙红和鼠脑的抗EGFR染色切片获得的“安乐死”时，福尔马林和随后的石蜡包埋后切片手术切除脑安置。

图1。颅内注射错误的迹象。一）Exophytic（颅外）肿瘤的生长（红色圆圈），可以造成太大的注射量，剩余的细胞悬液注射器，或从注射器注射肿瘤细胞后，撤回太快。二）注入脑室肿瘤细胞，可导致脊柱肿瘤的传播（鼠标右），相反，正确注射的肿瘤细胞，为保持局部注射部位（鼠标左）信号。

图2（右）代表从控制老鼠的生物发光强度交涉热图图像（左）和治疗组治疗的反应实验。生活图像软件可以设置定义感兴趣区域（红色圆圈），或仪器操作员可以手动定义感兴趣区域。对于使用如施工图这些图像，我们建议，仪器操作员显示热图的图像，使用相同的生物发光的热图范围（图上半部分），提供的可视化表示的生物发光受试动物之间的差异程度。

图3。生物发光，生存和肿瘤组织分析，从实验中，治疗反应是显而易见的。剧情的控制和治疗组小鼠的平均生物发光读数与标准错误，的），表示每个成像点。 B）相同的小鼠的生存情节; P -值确定通过使用log - rank ^检验 7 。 C）H＆E染色部分的鼠脑肿瘤。四）EGFR染色部分。 E和F）表示地区倍率板彗星和D，分别与面板显示肿瘤抑制蛋白PTEN的负染发送。

讨论

原位（颅内）脑肿瘤异种移植的建立提供了一个适当的微环境建模中枢神经系统癌症治疗反应^测试 10 。这种类型的造型，另外还提供关于治疗获得脑和脑肿瘤，这是非常重要的，以确定是否应提前在患者的临床试验评价实验代理的信息。由于颅内移植瘤的金额不能直接测量，如卡尺，纵向监测的颅内肿瘤的生长和对治疗的反应要求与我们的经验表明生物发光成像的非侵入性的成像，最实用的方法进行实验，其主要目标是评估肿瘤对治疗的反应程度。当生物发光成像的结果与动物受生存分析相结合，这两个数据集提供了一个强大和可靠的实验疗效评估的方法。

最后，这是极为重要的颅内脑肿瘤异种移植，安乐死受试动物的收获，以评估治疗的形态学和分子的影响，为此，我们希望在实施安乐死时全脑切除术，切除大脑保存以供后续分析，。

鉴于前面的介绍已经取得了具体的脑瘤研究，概念肯定generalizeable适合在啮齿类动物中的原位模型​​的其他人类癌症。

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Disposable Scapels	Feather Safety Razor Co, Ltd.	2975	No.21
Heating Pad	Dunlap	HP950
Gauze	Fisher Scientific	22028563
Cotton Swabs	Fisher Scientific	23-400-100
2% Chlorhexidine	Fisher Scientific	NC9756995
3% Hydrogen Peroxide	Fisher Scientific	H312P-4
25g Needle	BD Biosciences	305122
10ul Hamilton Sharp Microsyringe	Hamilton Co	20734
Skin Stapler and Staples	Stoelting Co.	59020
Stereotaxic Frame	Stoelting Co.	51725
Living Image Software	Caliper Life Sciences
D-luciferin	Gold Biotechnology	LUCK-1G	Potassium Salt
Xenogen Lumina	Caliper Life Sciences