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In dieser Arbeit beschreiben wir ein präklinisches orthotopes Mausmodell für GBM, das durch intrakranielle Injektion von Zellen aus gentechnisch veränderten Mausmodelltumoren etabliert wurde. Dieses Modell zeigt die Krankheitsmerkmale des humanen GBM. Für translationale Studien wird der Hirntumor der Maus mittels In-vivo-MRT und Histopathologie verfolgt.
Gentechnisch veränderte Mausmodelle (GEM) für humanes Glioblastoma multiforme (GBM) sind entscheidend für das Verständnis der Entstehung und des Fortschreitens von Hirntumoren. Im Gegensatz zu Xenograft-Tumoren entstehen Tumore bei GEMs in der nativen Mikroumgebung einer immunkompetenten Maus. Der Einsatz von GBM-GEMs in präklinischen Behandlungsstudien ist jedoch aufgrund der langen Tumorlatenzen, der Heterogenität der Neoplasienhäufigkeit und des Zeitpunkts der Tumorentwicklung im fortgeschrittenen Grad eine Herausforderung. Mäuse, die durch intrakranielle orthotope Injektion induziert wurden, sind für präklinische Studien besser handhabbar und behalten Merkmale der GEM-Tumore bei. Wir generierten ein orthotopes Hirntumormodell, das aus einem GEM-Modell mit Rb-, Kras- und p53-Aberrationen (TRP) abgeleitet wurde und GBM-Tumore entwickelt, die lineare Nekroseherde durch neoplastische Zellen und eine dichte Vaskularisation analog zu humanem GBM aufweisen. Zellen, die von GEM-GBM-Tumoren abgeleitet sind, werden intrakraniell in Wildtyp-Empfängermäuse injiziert und reproduzieren Tumore des Typs IV, wodurch die lange Tumorlatenzzeit in GEM-Mäusen umgangen wird und die Erstellung großer und reproduzierbarer Kohorten für präklinische Studien ermöglicht wird. Die hochproliferativen, invasiven und vaskulären Merkmale des TRP-GEM-Modells für GBM werden in den orthotopen Tumoren rekapituliert, und histopathologische Marker spiegeln humane GBM-Subgruppen wider. Das Tumorwachstum wird durch serielle MRT-Scans überwacht. Aufgrund des invasiven Charakters der intrakraniellen Tumoren in immunkompetenten Modellen ist eine sorgfältige Einhaltung des hier beschriebenen Injektionsverfahrens unerlässlich, um ein extrakranielles Tumorwachstum zu verhindern.
Das Glioblastom (GBM; Gliom Grad IV) ist der häufigste und bösartigste Hirntumor, und die derzeitigen Therapien sind unwirksam, was zu einer medianen Überlebenszeit von 15 Monaten führt1. Zuverlässige und genaue präklinische Modelle, die die komplexen Signalwege darstellen, die am Wachstum und der Pathogenese von Hirntumoren beteiligt sind, sind unerlässlich, um den Fortschritt bei der Bewertung neuer Therapieschemata für GBM zu beschleunigen. Mausmodelle, in denen humane Hirntumorzelllinien subkutan in immungeschwächte Mäuse implantiert werden, spiegeln weder die native Immunumgebung von Hirntumoren wider, noch können sie verwendet werden, um die Fähigkeit von Therapeutika zu bewerten, die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden2. Idealerweise sollten präklinische Mausmodelle auch die humane GBM-Histopathologie genau reproduzieren, einschließlich der hohen Invasivität in das umgebende Parenchym3. Obwohl gentechnisch veränderte Mausmodelle (GEM) Tumore im Kontext eines intakten Immunsystems entwickeln, sind oft komplizierte Zuchtschemata erforderlich, und Tumore können sich langsam und uneinheitlich entwickeln4. GEM-abgeleitete Allotransplantatmodelle eignen sich besser für präklinische therapeutische Studien, bei denen große Kohorten von tumortragenden Mäusen in kürzerer Zeit benötigt werden.
In einem früheren Bericht haben wir ein orthotopes GBM-Mausmodell beschrieben, das direkt von GEM-Tumoren abgeleitet wurde. Die Tumorgenese im GEM wird durch genetische Ereignisse in Zellpopulationen (hauptsächlich Astrozyten) initiiert, die das gliale fibrilläre saure Protein (GFAP) exprimieren und zu einer Progression zu GBM führen. Diese TRP-GEMs beherbergen ein TgGZT121-Transgen (T), das T121 nach Exposition gegenüber der GFAP-getriebenen Cre-Rekombinase exprimiert. Die Expression des T121-Proteins führt zu einer Unterdrückung der Aktivität des Rb-Proteins (Rb1, p107 und p103). Die Co-Expression eines GFAP-getriebenen Cre-Transgens (GFAP-CreERT2) zielt auf die Expression adulter Astrozyten nach Induktion mit Tamoxifen ab. TRP-Mäuse beherbergen auch eine Cre-abhängige Mutante Kras (KrasG12D; R)-Allel, das die Aktivierung des Rezeptor-Tyrosinkinase-Signalwegs darstellt, und sind heterozygot für den Verlust von Pten(P)5,6. Gleichzeitige Genaberrationen in den Netzwerken Rezeptor-Tyrosinkinase (RTK), PI3K und RB sind an 74% der GBM-Pathogenese beteiligt7. Daher werden die primären Signalwege, die im humanen GBM verändert sind, durch die manipulierten Mutationen in TRP-Mäusen, insbesondere GBM-Tumoren, repräsentiert, in denen gemeinsame nachgeschaltete Ziele von RTKs aktiviert werden5.
Das von GEM abgeleitete syngene orthotope Modell wurde als ein Modell validiert, das Merkmale menschlicher Hirntumore, einschließlich der Invasivität und des Vorhandenseins von Subtyp-Biomarkern, rekapituliert, um als Plattform für die Evaluierung von Krebstherapeutika zu dienen, die auf abweichende Signalwege bei GBM abzielen. Die Zellen wurden aus Tumoren kultiviert, die aus TRP-Gehirnen entnommen und mit stereotaktischen Geräten zur intrakraniellen Injektion in den Kortex wieder in das Gehirn von Mäusen implantiert wurden, die mit dem Stamm verglichen wurden. Dieses präklinische orthotope Mausmodell entwickelte GBM-Tumoren, die hochzellig, invasiv, pleomorph mit einer hohen Mitoserate waren und lineare Nekroseherde durch neoplastische Zellen und eine dichte Vaskularisation aufwiesen, wie sie für humanes GBM beobachtet wurden. Das Tumorvolumen und -wachstum wurde mittels in vivo Magnetresonanztomographie (MRT) gemessen.
In diesem Bericht beschreiben wir am Beispiel von TRP-Tumoren die optimale Technik für die intrakranielle Injektion von primären GBM-Zellen oder Zelllinien in das Wildtyp-Mäusegehirn. Das gleiche Protokoll könnte für immungeschwächte Mäuse und andere GBM-Zelllinien angepasst werden. Es werden wichtige Tipps gegeben, um häufige Fallstricke wie suboptimale Zellpräparation oder Zellleckage an der Injektionsstelle zu vermeiden und die stereotaktische Ausrüstung richtig einzusetzen, um die Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit des Modells zu gewährleisten. Zu translationalen Zwecken validieren wir das Modell durch MRT-Detektion des Hirntumorwachstums bei lebenden Tieren, histologische Charakterisierung und präsentieren ein Beispiel für die Behandlung in tumortragenden Mäusen.
Das hier beschriebene Studienprotokoll wurde vom NCI des Frederick Animal Care and Use Committee genehmigt. NCI-Frederick ist von AAALAC International akkreditiert und befolgt die Richtlinien des öffentlichen Gesundheitsdienstes für die Pflege und Verwendung von Labortieren. Die Tierpflege erfolgte in Übereinstimmung mit den Verfahren, die im "Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren" (National Research Council, 2011; The National Academies Press, Washington D.C.).
1. Vorbereitung der Zellen für die Injektion
HINWEIS: Die für dieses Modell verwendeten Hirntumor-Primärzellen (MBRs) der Maus wurden ursprünglich aus Tamoxifen-induzierten TRP-GEM-Mäusen isoliert, wie in El Meskini et al.5 beschrieben. Details zur Zellpräparation finden Sie in dieser Referenz.
2. Mäusestamm
3. Einrichten des Operationsbereichs
HINWEIS: Alle chirurgischen Schritte werden mit aseptischer Technik in einer sauberen, desinfizierten Umgebung durchgeführt. Peelings und persönliche Schutzausrüstung, einschließlich einer Maske, sollten vom Chirurgen getragen werden. Chirurgische Instrumente müssen vor der Verwendung hitzesterilisiert werden.
4. Vorbereitung der Maus auf die Operation
5. Zellinjektion
6. Entfernen der Nadel und Wundverschluss
Mäuse, denen Hirntumorzellen injiziert wurden, sollten täglich auf Anzeichen von Tumorwachstum wie Krampfanfälle, Ataxie oder Gewichtsverlust überwacht werden. Das Wachstum von Hirntumoren kann auch durch MRT-Untersuchungen in regelmäßigen Abständen überwacht werden. Wöchentliche MRT-Scans ermöglichen die Visualisierung der zunehmenden Tumorlast im Gehirn und der Tumorvolumenmessungen (Abbildung 1C). Insbesondere TRP-Tumoren weisen ein aggressives Wachstum auf, und 3D-Tumorvolumina...
Präklinische Modelle sind essentiell für die Evaluierung neuer therapeutischer Zielstrukturen und neuartiger Behandlungsstrategien bei GBM. Gentechnisch veränderte Mausmodelle für GBM haben den Vorteil, dass Tumore an der autochthonen Stelle auftreten, aber oft mit einer langen Latenz und einem unvorhersehbaren Tumorwachstum13. Die Tumore des GEM-Modells weisen eine Latenz von 4-5 Monaten auf, und das ideale Zeitfenster für Bildgebung, Rekrutierung und Behandlung ist zwischen den einzelnen M?...
Die Autoren erklären keine Interessenkonflikte.
Wir danken Herrn Alan E. Kulaga für die hervorragende technische Unterstützung und Frau Michelle L. Gumprecht für die Verfeinerung der Operationstechniken. Wir danken Dr. Philip L. Martin für die Analyse der Pathologie und Frau Lilia Ileva und Dr. Joseph Kalen vom Frederick National Laboratory Small Animal Imaging Program für MRT-Scans.
Dieses Projekt wurde ganz oder teilweise mit Bundesmitteln des National Cancer Institute, National Institutes of Health, unter der Vertragsnummer HHSN261201500003I finanziert. Der Inhalt dieser Veröffentlichung spiegelt nicht unbedingt die Ansichten oder Richtlinien des Ministeriums für Gesundheit und Soziale Dienste wider, noch impliziert die Erwähnung von Handelsnamen, kommerziellen Produkten oder Organisationen eine Billigung durch die US-Regierung.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
5% methylcellulose in 1X PBS, autoclaved | Millipore Sigma | M7027 | |
1mL Tuberculin Syringe, slip tip | BD | 309659 | |
6" Cotton Tipped Applicators | Puritan | S-18991 | |
Adjustable stage platform | David Kopf Instruments | Model 901 | |
Aerosol Barrier Tips | Fisher Scientific | 02-707-33 | |
Alcohol Prep Pads Sterile, Large - 2.5 x 3 Inch | PDI | C69900 | |
B6D2 mouse strain (C57Bl/6J x DBA/2J) | Jackson Laboratory | Jax #10006 | |
Bone Wax | Surgical Specialties | 901 | |
Bupivacaine 0.25% | Henry Schein | 6023287 | |
BuprenorphineSR | ZooPharm | n/a | |
Clear Vinyl Tubing 1/8ID X 3/16OD | UDP | T10004001 | |
CVS Lubricant Eye Ointment | CVS Pharmacy | 247881 | |
Disposable Scalpels, #10 blade | Scalpel Miltex | 16-63810 | |
Gas anesthesia machine with oxygen hook-up and anesthesia box | Somni Scientific | n/a | Investigator may use facility standard equipment |
Gas anesthesia platform for mice | David Kopf Instruments | Model 923-B | |
GraphPad Prism | Graphpad | Prism 9 version 9.4.1 | |
Hamilton 30 g needle, ½ “, small hub, point pst 3 | Hamilton | Special Order | |
Hamilton precision microliter syringe, 1701 RN, no needle 10 µL | Hamilton | 7653-01 | |
Hot bead sterilizer with beads | Fine Science Tools | 18000-45 | |
Invitrogen Countess 3 Automated Cell Counter | Fisher Scientific | AMQAX2000 | |
IsoFlurane | Piramal Critical Care | 29404 | |
Isopropyl Alcohol Prep Pads | PDI | C69900 | |
ITK_SNAP (Version 36.X, 2011-present) | Penn Image Computing and Science Laboratory (PICSL) at the University of Pennsylvania, and the Scientific Computing and Imaging Institute (SCI) at the University of Utah | ||
KOPF Small Animal Stereotaxic Instrument with digital readout console | David Kopf Instruments | Model 940 | |
Masterflex Fitting, PVDF, Straight, Hose Barb Reducer, 1/4" ID x 1/8" ID | Masterflex | HV-30616-16 | |
Mouse Heating Plate | David Kopf Instruments | PH HP-4M | |
Mouse Rectal Probe | David Kopf Instruments | PH RET-3-ISO | |
Nalgene Super Versi-Dry Surface Protectors | ThermoFisher Scientific | 74000-00 | |
P20 pipette | Gilson | F123600 | |
Povidone Iodine Surgical Scrub | Dynarex | 1415 | |
Reflex 9 mm Wound Clip Applicator | Fine Science Tools | 12031-09 | |
Reflex 9 mm Wound Clip Remover | Fine Science Tools | 12033-00 | |
Reflex 9 mm Wound Clips | Fine Science Tools | 12032-09 | |
Semken forceps, curved | Fine Science Tools | 11009-13 | |
Temperature Controller | David Kopf Instruments | PH TCAT-2LV | |
Trypsin-EDTA (0.25%) | ThermoFisher Scientific | 25200056 | |
Tuberculin Syringe with 25g needle, slip tip | BD | 309626 | |
UltraMicroPump 3 with Micro2T Controller | World Precision Instruments | Model UMP3T |
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