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Method Article
门静脉注射结直肠癌 (CRC) 类器官可产生富含基质的肝转移。这种CRC肝转移的小鼠模型代表了研究肿瘤 - 基质相互作用和开发新型基质导向疗法(如腺相关病毒介导的基因疗法)的有用工具。
结直肠癌(CRC)的肝转移是癌症相关死亡的主要原因。癌症相关成纤维细胞(CAFs)是肿瘤微环境的主要组成部分,在转移性CRC进展中起着至关重要的作用,并预测患者预后不良。然而,缺乏令人满意的小鼠模型来研究转移性癌细胞和CAFs之间的串扰。在这里,我们提出了一种方法来研究肝转移进展如何受到转移位的调节,并且可能通过基质定向治疗来抑制。门静脉注射CRC类器官产生促肾上腺皮质反应,忠实地概括了人CRC肝转移的富含成纤维细胞的组织学。与脾内注射模型相比,该模型是组织特异性的,肝脏中的肿瘤负荷更高,简化了小鼠生存分析。通过注射表达荧光素酶的肿瘤类器官,可以通过 体内 成像监测肿瘤生长动力学。此外,这种临床前模型为评估靶向肿瘤间充质的治疗效果提供了一个有用的平台。我们描述了检查腺相关病毒介导的肿瘤抑制基质基因递送到肝细胞的方法是否可以重塑肿瘤微环境并提高小鼠存活率。这种方法能够开发和评估新的治疗策略,以抑制CRC的肝转移。
结直肠癌(CRC)是全球癌症死亡的主要原因1.超过一半的CRC患者发生肝转移,通过门静脉播散1发生。目前,尚无有效的治疗方法可以治愈晚期肝转移,大多数患者死于转移性疾病。
转移性生态位或肿瘤微环境在播散性CRC细胞的移植和生长中起关键作用2。癌症相关成纤维细胞(CAFs)是肿瘤微环境的重要成分,通过分泌生长因子,重塑细胞外基质(ECM)以及调节免疫景观和血管生成来促进或抑制癌症进展3,4,5。CAFs还赋予化疗和免疫疗法耐药性3。此外,CAF 调节结直肠癌肝转移的开始和进展,并预测结直肠癌3、6、7、8 患者的预后。因此,CAF相关因子可用于开发抑制CRC肝转移的治疗策略。然而,缺乏令人满意的小鼠模型来研究转移性肿瘤基质一直是开发基质靶向疗法的主要障碍。
目前,研究CRC肝转移的动物模型包括自发发生肝转移的原发性CRC模型和癌细胞移植到肝脏的模型。原代CRC小鼠模型,如基因工程小鼠模型和癌细胞结肠注射,很少显示向肝脏转移9,10,11,12。此外,即使观察到肝转移,这些模型也显示出从原发性肿瘤诱导到转移的长潜伏期,并且可能死于原发性肿瘤负担12。为了有效地产生CRC肝转移,使用三种注射方法将培养的CRC细胞移植到肝脏中:脾内注射,直接在实质内注射到肝脏和门静脉注射。脾内注射癌细胞扩散到脾静脉,门静脉,并最终扩散到肝脏13,14。然而,与其他移植模型相比,脾内注射产生的肿瘤摄取率较低15,16。通过脾内注射,进行脾脏手术切除以避免脾脏中的癌症生长,这可能潜在地损害免疫细胞成熟17。此外,脾内注射也会导致脾脏和腹腔18中意外的肿瘤生长,使肝转移分析复杂化。直接在实质内注射到肝脏中有效诱导肝转移16,19,20。然而,这种方法并不能完全概括通过门静脉播散自然发生的肝转移的生物学步骤。使用直接注射到肝脏,癌细胞进入非门户,但体循环也可导致多个大的肺转移16。虽然大多数CRC肝转移患者在肝脏中显示多个肿瘤结节21,但直接注射到特定的肝叶中会产生单个肿瘤肿块19,20。门静脉注射或肠系膜静脉注射虽然在技术上具有挑战性,但允许肿瘤细胞以一种概括患者生长模式的方式有效地将肿瘤细胞递送到肝脏中17.该策略可以最大限度地减少继发部位转移的可能性,并使肝脏中癌细胞的快速生长,简化小鼠存活分析。
从历史上看,使用小鼠MC-38,人HT-29和SW-620等结直肠癌细胞系来生成肝脏转移的小鼠模型22,23。然而,这些结直肠癌细胞系不会诱导促成膜基质反应。肿瘤中的低基质含量使得难以研究癌症相关成纤维细胞的生物学作用。CRC类器官及其移植的最新进展为评估基质在癌症进展中的重要作用提供了有用的平台24。CRC类器官的肝移植产生富含成纤维细胞的肿瘤微环境,并为基质研究提供了新的见解6,25。目前,门静脉或肠系膜静脉注射类器官已成为产生CRC肝转移的金标准方法6,25,26,27,28。尽管如此,据我们所知,以前的论文都没有描述结肠直肠类肿瘤门静脉注射的详细方法。在这里,我们提出了一种使用CRC类器官的门静脉注射来开发新型腺相关病毒(AAV)介导的基质导向疗法的方法。
肝细胞是肝脏转移性肿瘤微环境的重要组成部分,在转移性癌症进展中起关键作用29。受AAV基因治疗方法在非肿瘤患者30,31中诱导肝细胞中蛋白质表达的成功启发,我们研究了类似的方法,但旨在改变CRC25中的肝肿瘤微环境。因此,我们还在本文中描述了尾静脉注射AAV8以诱导抗肿瘤蛋白的表达以修饰肝脏肿瘤的微环境。AAV8血清型,通过在病毒产生过程中选择病毒衣壳蛋白来指定,导致肝细胞特异性的高转导效率(即,肝肿瘤微环境中的靶向基因表达)32。我们之前已经证明Islr(含有富含亮氨酸的免疫球蛋白超家族重复序列)是一种CAF特异性基因,可诱导骨形态发生蛋白(BMP)信号传导,减少CRC类瘤生长,并促进LGR5 +肠道干细胞分化25。我们测试了AAV8介导的肝细胞中抑制癌基质基因Islr的过表达是否可以通过在AAV8-Islr处理的小鼠中进行CRC类肿瘤的门静脉注射来减弱肝转移进展。
在本文中,我们首先描述了肝热带AAV的尾静脉注射程序。然后,我们描述了一种用于拟肿瘤细胞制备和门静脉注射到AAV处理的小鼠中的方法。最后,我们提出了监测转移性肿瘤进展的方法,以评估基质靶向治疗的疗效。
本文中的所有动物程序均由南澳大利亚州健康和医学研究所动物伦理委员会(批准号,SAM322)审查和批准。
1. 尾静脉注射腺相关病毒
注:腺相关病毒(AAV)应根据生物安全1级指南作为生物危害处理。请参阅已发布的 AAV 制备、纯化和滴定方案33。肝细胞 - 热带AAV,AAV834,编码巨细胞病毒(CMV)启动子Islr 基因,用于本研究25。为了诱导 AAV 介导的过表达,AAV 给药可能需要优化,具体取决于启动子活性、基因和小鼠体重。
2. 结直肠癌类器官的细胞制备
注意:用于本实验的CRC类器官仅含有上皮细胞。CRC类器官的培养和产生先前已经描述过25,35。简而言之,使用隐窝分离缓冲液(冰冷PBS中5mM EDTA(乙二胺四乙酸酯))从Rosa26-Cas9小鼠的结肠中分离正常结肠上皮细胞,然后嵌入基底膜基质培养基中,并在参考35中描述的类器官生长培养基中培养。然后,通过使用慢病毒表达方案过表达靶向Apc和Trp53的单导RNA,将Apc和Trp53突变引入结肠上皮细胞。手工挑选单个类器官克隆25个。将pcΔ / Δ和Trp53Δ / Δ结肠癌类器官(AP类肿瘤)注射为5.0 x 105单细胞,在100μLPBS中用10μM Y-27632进入每只小鼠的门静脉,具有如下所述的类器官培养和单细胞制备。
3. 门静脉注射CRC类器官
注意:所有手术器械和手术纱布必须在手术前进行高压灭菌或灭菌。该协议是从以前的协议17修改而来的。在该实验25中,使用步骤1中用AAV-mRuby2或AAV-Islr处理的Rosa26-Cas9小鼠进行门静脉注射。
4. 通过 体内 生物发光成像评估肿瘤生长动力学
注意:如果使用表达萤火虫的类肿瘤进行注射,则可以通过 体内 成像每周监测转移性肿瘤进展,如38,39所述。癌细胞表达的荧光素酶可以引发针对癌细胞的免疫反应并限制肿瘤生长40。因此,在使用表达荧光素酶的肿瘤细胞分析小鼠模型中的免疫表型和癌症进展时需要谨慎。
5. 存活分析和组织收集
为了在肝细胞中诱导AAV介导的肿瘤抑制基质基因Islr4,25,43,44的过表达,我们静脉注射编码AAV8的Islr。将AAV8-Islr的1.0×10 11病毒基因组(vg)或作为对照,AAV8-mRuby2注射到成年小鼠尾静脉中(图1A)。尾静脉注射两周后,收获肝脏以验证Islr
在这项研究中,我们已经表明,门静脉注射小鼠CRC类器官可重复地产生富含成纤维细胞的肝脏转移,其类似于人CRC肝转移的组织学特征。此外,当与基质靶向治疗(如AAV8介导的基因治疗)结合使用时,该临床前模型可作为评估对小鼠生存和肿瘤生长的治疗效果的有用工具。
协议中至少有两个关键步骤。首先,重要的是通过完全胰蛋白酶消化类器官并使用网状过滤器去除细胞?...
作者声明没有利益冲突。
这项研究得到了国家卫生和医学研究委员会(APP1156391至D.L.W.,S.L.W.)的资助。(APP1081852 到 D.L.W., APP1140236 到 S.L.W., APP1099283 到 D.L.W.,);癌症委员会SA击败癌症项目代表其捐助者和南澳大利亚州政府通过卫生部(MCF0418至S.L.W.,D.L.W.);a 由日本文部科学省委托的科学研究补助金(B)(20H03467给M.T.);AMED-CREST(日本医学研究开发厅,进化科学技术核心研究(19gm0810007h0104和19gm1210008s0101至A.E.);癌症研究与治疗进化项目(P-CREATE)从AMED(19cm0106332h0002到A.E.);日本科学促进会海外青年研究人员挑战计划(香港),武田科学财团奖学金(香港),大通国际博士奖学金(香港),狮子会医学研究基金会奖学金(K.G.)。
我们感谢儿童医学研究所(CMRI)(澳大利亚新南威尔士州)矢量和基因组工程设施(VGEF)的Leszek Lisowski博士生产重组AAV载体。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
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 |
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