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Method Article
Presentamos un protocolo para medir la respuesta a la droga y la radiación en tiempo real de las células metastásicas cerebrales del cáncer de mama en un modelo organotípico de corte cerebral. Los métodos proporcionan un ensayo cuantitativo para investigar los efectos terapéuticos de varios tratamientos en las metástasis cerebrales del cáncer de mama de manera ex vivo dentro de la interfaz del microambiente cerebral.
La metástasis cerebral es una consecuencia grave del cáncer de mama para las mujeres, ya que estos tumores son difíciles de tratar y se asocian con malos resultados clínicos. Los modelos preclínicos de ratón de crecimiento metastásico cerebral (BCBM) del cáncer de mama son útiles pero son costosos, y es difícil rastrear las células vivas y la invasión de células tumorales dentro del parénquima cerebral. Aquí se presenta un protocolo para cultivos de cortes cerebrales ex vivo de ratones xenoinjertados que contienen sublíneas clonales de búsqueda de cerebro de cáncer de mama inyectado intraranalmente. Las células marcadas con la luciferasa MDA-MB-231BR se inyectaron intracranealmente en los cerebros de ratones hembra Nu/Nu, y después de la formación del tumor, los cerebros se aislaron, cortaron y cultivaron ex vivo. Las rebanadas tumorales fueron fotografiadas para identificar células tumorales que expresan luciferasa y monitorear su proliferación e invasión en el parénquima cerebral durante un máximo de 10 días. Además, el protocolo describe el uso de la microscopía de lapso de tiempo para obtener imágenes del crecimiento y el comportamiento invasivo de las células tumorales después del tratamiento con radiación ionizante o quimioterapia. La respuesta de las células tumorales a los tratamientos se puede visualizar mediante microscopía de imágenes en vivo, midiendo la intensidad de la bioluminiscencia y realizando histología en la rebanada cerebral que contiene células BCBM. Por lo tanto, este modelo de corte ex vivo puede ser una plataforma útil para la prueba rápida de nuevos agentes terapéuticos solos o en combinación con radiación para identificar medicamentos personalizados para atacar el crecimiento metastásico cerebral de cáncer de mama de un paciente individual dentro del microambiente cerebral.
Las metástasis cerebrales del cáncer de mama (BCBM) se desarrollan cuando las células se diseminan del tumor primario de mama al cerebro. El cáncer de mama es la segunda causa más frecuente de metástasis cerebral después del cáncer de pulmón, con metástasis que ocurren en el 10-16% de las pacientes1. Desafortunadamente, las metástasis cerebrales siguen siendo incurables, ya que >80% de los pacientes mueren dentro de un año después de su diagnóstico de metástasis cerebral, y su calidad de vida se ve afectada debido a disfunciones neurológicas2. Existe una necesidad urgente de identificar opciones de tratamiento más efectivas. Los modelos de cultivo monocapa bidimensionales o tridimensionales son los métodos más utilizados en la prueba de agentes terapéuticos en el laboratorio. Sin embargo, no imitan el complejo microambiente BCBM, un importante impulsor del fenotipo y el crecimiento del tumor. Aunque estos modelos son útiles, no capturan las complejas interacciones tumor-estroma, los requerimientos metabólicos únicos y la heterogeneidad de los tumores3. Para recapitular más fielmente las interacciones tumor-estroma y la heterogeneidad del microambiente, nuestro grupo y otros han comenzado a generar cultivos organotípicos de metástasis cerebrales "slice" con células tumorales derivadas del paciente (primarias o metastásicas) o líneas celulares cancerosas 4,5,6. En comparación con los sistemas in vitro clásicos, este modelo ex vivo a corto plazo puede proporcionar condiciones más relevantes para el cribado de nuevas terapias antes de la evaluación preclínica en cohortes de animales grandes.
Los modelos ex vivo se han construido y utilizado con éxito principalmente para la identificación de tratamientos exitosos de varios tipos de cáncer. Requieren pocos días de evaluación y, además, se pueden adaptar a la detección de medicamentos específicos del paciente. Por ejemplo, los tejidos ex vivo de cáncer de vejiga y próstata humano han mostrado una respuesta antitumoral dependiente de la dosis de docetaxel y gemcitabina7. Se desarrollaron tejidos similares de carcinoma colorrectal ex vivo para detectar los fármacos quimioterapéuticos Oxaliplatino, Cetuximab y Pembrolizumab8. Esta aplicación ha sido ampliamente utilizada en cáncer de páncreas, considerando la interacción esencial entre el ambiente estromal y las características genotípicas y fenotípicas del adenocarcinoma ductal pancreático 9,10. Además, se han desarrollado modelos organotípicos para exámenes similares en tumores de cabeza, cuello, gástricos y de mama11,12.
Aquí, se está generando un modelo de corte cerebral ex vivo de células tumorales metastásicas cerebrales de cáncer de mama xenoinjertadas en su microambiente. A los ratones se les inyectó intracranealmente cáncer de mama cerebro metastásico cerebral trófico MDA-MB-231BR células13 en el lóbulo parietal de la corteza cerebral, un sitio común de metástasis TNBC 14,15 y se les permitió desarrollar tumores. Se generaron cortes cerebrales a partir de estos animales xenoinjertados y se mantuvieron ex vivo como cultivos organotípicos como se describe16,17. Este nuevo modelo ex vivo permite el análisis del crecimiento de las células BCBM dentro del parénquima cerebral y se puede utilizar para probar agentes terapéuticos y efectos de radiación en las células tumorales dentro del microambiente cerebral.
Este protocolo fue aprobado y sigue las pautas de cuidado animal por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) de la Facultad de Medicina de la Universidad de Drexel. En este estudio se utilizaron ratones hembra atímicos Nu/Nu (6-8 semanas de edad).
1. Inyección intracraneal de células tumorales
2. Generar cortes cerebrales
NOTA: Realice los pasos después del aislamiento cerebral en una campana de flujo laminar estéril. Por lo general, es posible generar 35-40 rebanadas individuales que contienen células tumorales (señal de luciferasa) a partir de un ratón inyectado con células MDA-MB-231BR (Figura 1C).
3. Imágenes IVIS de rebanadas
NOTA: Realice los pasos de adición de luciferasa e inhibidor en una campana de flujo laminar estéril.
4. Imágenes en vivo del crecimiento tumoral en cortes cerebrales ex vivo
NOTA: Suministre insertos con suficiente medio (1,5 ml) para durar la duración del experimento, ya que no es posible agregar medio adicional durante la toma de imágenes en vivo.
5. Ensayo MTS e inmunohistoquímica del tejido cerebral ex vivo
6. Irradiación del tumor en rodajas cerebrales ex vivo
Las células MDA-MB-231BR-GFP-Luciferasa se inyectaron intracranealmente en el hemisferio derecho de ratones Nu/Nu de 4-6 semanas de edad como se explicó anteriormente (Figura 1A) y se les permitió crecer durante 12-14 días, tiempo durante el cual el crecimiento del tumor fue monitoreado por imágenes de bioluminiscencia (Figura 1B). Inyectamos 100,000 células cancerosas intracranealmente según lo informado por otros grupos19, pero e...
Este estudio establece un nuevo método de cultivo cerebral ex vivo para tumores cerebrales de xenoinjerto explantados. Demostramos que las células BCBM MDA-MB-231BR inyectadas intracranealmente en el cerebro de ratones pueden sobrevivir y crecer en rodajas cerebrales ex vivo . El estudio también probó células de glioblastoma U87MG (GBM) inyectadas intracranealmente y también encontró que estas células cancerosas sobreviven y crecen en cortes cerebrales (datos no mostrados). Creemos que este mode...
Los autores no tienen conflictos financieros que declarar.
Queremos agradecer a Julia Farnan, Kayla Green y Tiziana DeAngelis por su asistencia técnica. Este trabajo fue apoyado en parte por el Pennsylvania Commonwealth Universal Research Enhancement Grant Program (MJR, JGJ), UO1CA244303 (MJR), R01CA227479 (NLS), R00CA207855 (EJH) y W.W. Smith Charitable Trusts (EjH).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 mL syringe, slip tip | BD | 309659 | |
30 G1/2 Needles | BD | 305106 | |
6-well plates | Genessee | 25-105 | |
Automated microscope and LUMAVIEW software | Etaluma | LS720 | |
B27 (GEM21) | Gemini Bio-Products | 400-160 | |
Beaker 50 mL | Fisher | 10-210-685 | |
Blunt sable paintbrush, Size #5/0 | Electron Microscopy Sciences | 66100-50 | |
Bone Wax | ModoMed | DYNJBW25 | |
Brain injection Syringe | Hamilton Company | 80430 | |
CaCl2 | Fisher Scientific | BP510-250 | |
Cleaved caspase 3 Antibody | Cell Signaling | 14220S | |
DAPI | Invitrogen | P36935 | |
D-Luciferin Potassium Salt | Perkin Elmer | 122799 | |
Double edge razor blade | VWR | 55411-060(95-0043) | |
Filter Paper (#1), quantitative circles, 4.25 cm | Fisher | 09-805a (1001-042) | |
Fine sable paintbrush #2/0 | Electron Microscopy Sciences | 66100-20 | |
Forceps | Fine Science Tools | 11251-20 | |
Gamma-H2AX antibody | Millipore | 05-636 | |
GFAP antibody | Thermo Fisher | 13-0300 | |
GFP antibody | Santa Cruz | SC-9996 | |
Glucose | Sigma Aldrich | G8270 | |
Glutamine (200 mM) | Corning cellgrow | 25-005-Cl | |
H&E and KI-67 | Jefferson Core Facility Pathology staining | ||
Hand Drill Set with Micro Mini Twist Drill Bits | Amazon | YCQ2851920086082DJ | |
HEPES, free acid | Fisher Scientific | BP299-1 | |
Just for mice Stereotaxic Frame | Harvard Apparatus (Holliston, MA, USA). | 72-6049, 72-6044 | |
KCl | Fisher Scientific | S271-10 | |
Large surgical scissors | Fine Science Tools | 14001-18 | |
MDA-MB-231BR cells | Kindly provided by Dr. Patricia Steeg | Ref 14 | |
MgCl2·6H2O | Fisher Scientific | M33-500 | |
Mice imaging device | Perkin Elmer | IVIS 200 system | |
Mice imaging software | Caliper Life Sciences (Waltham, MA, USA). | Living Image Software | |
Microplate Reader | Tecan Spark | ||
Mounting solution | Invitrogen | P36935 | |
MTS reagent | Promega CellTiter 96 Aqueous One Solution | (Cat:G3582) | |
N2 supplement | Life Technologies | 17502-048 | |
Neurobasal medium | Life Technologies | 21103049 | |
Nu/Nu athymic mice | Charles Rivers Labs (Wilmington, MA, USA) | ||
Paraformaldehyde | Affymetrix | 19943 | |
Pen/Strep | Life Technologies | 145140-122 | |
Polypropylene Suture | Medex supply | ETH-8556H | |
Povidone Iodine Swab sticks | DME Supply USA | Cat: 689286X | |
Scalpel blade #11 (pk of 100) | Fine Science Tools | 10011-00 | |
Scalpel handle #3 | Fine Science Tools | 10003-12 | |
Sodium Pyruvate | Sigma Aldrich | S8636 | |
Spatula/probe | Fine Science Tools | 10090-13 | |
SS Double edge uncoated razor blades (American safety razor co (95-0043)) | VWR | 55411-060 | |
Sucrose | Amresco | 57-50-1 | |
Surgical Scalpel | Exelint International | D29702 | |
Tissue Chopper | Brinkman | (McIlwain type) | |
Tissue culture inserts | Millipore | PICMORG50 or PICM03050 | |
X-ray machine | Precision 250 kVp |
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