A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
* These authors contributed equally
גרורות במוח הן גורם לתחלואה קשה ולתמותה בחולי סרטן. רוב המודלים של עכברי גרורות במוח מסובכים על ידי גרורות מערכתיות מבלבלות ניתוח של תמותה ותוצאות התערבות טיפולית. מוצג כאן פרוטוקול להזרקת קרוטיד פנימית של תאים סרטניים המייצר גידולים תוך גולגולתיים עקביים עם גידולים סיסטמיים מינימליים.
גרורות במוח הן גורם לתחלואה קשה ולתמותה בחולי סרטן. היבטים קריטיים של מחלות גרורתיות, כגון המיקרו-סביבה העצבית המורכבת והאינטראקציה בין התאים הסטרומלים, אינם ניתנים לשכפול לחלוטין באמצעות מבחני מבחנה ; לפיכך, מודלים של בעלי חיים הם קריטיים לחקירה ולהבנה של ההשפעות של התערבות טיפולית. עם זאת, רוב שיטות ההשתרשות של גידולי מוח אינן מייצרות גרורות במוח באופן עקבי מבחינת מסגרת הזמן ועומס הגידול. מודלים של גרורות במוח שנוצרו על ידי הזרקה תוך-לבבית של תאים סרטניים עלולים לגרום לעומס גידול חוץ-גולגולתי לא מכוון ולהוביל לתחלואה ותמותה גרורתית. למרות שהזרקה תוך גולגולתית של תאים סרטניים יכולה להגביל את היווצרות הגידול החוץ-גולגולתי, יש לה מספר אזהרות, כגון התאים המוזרקים היוצרים לעתים קרובות מסת גידול יחידה באתר ההזרקה, מעורבות גבוהה של לפטומנינגיאל, ופגיעה בכלי הדם במוח במהלך חדירת המחטים. פרוטוקול זה מתאר מודל עכברי של גרורות במוח הנוצרות על ידי הזרקת עורק הצוואר הפנימי. שיטה זו מייצרת גידולים תוך גולגולתיים באופן עקבי ללא מעורבות של איברים אחרים, ומאפשרת הערכה של גורמים טיפוליים לגרורות במוח.
גרורות במוח הן ממאירות שכיחה הקשורה לפרוגנוזה גרועה מאוד 1,2. הטיפול הסטנדרטי בחולי גרורות במוח הוא רב-מודאלי, המורכב מנוירוכירורגיה, הקרנות מוח שלמות ו/או רדיוכירורגיה סטריאוטקטית, בהתאם למצב הבריאותי הכללי של החולים, נטל המחלה החוץ-גולגולתית ומספר ומיקום הגידולים במוח 3,4. חולים עם עד שלושה נגעים תוך גולגולתיים זכאים לכריתה כירורגית או רדיוכירורגיה סטריאוטקטית, בעוד שטיפול בהקרנות למוח שלם מומלץ לחולים עם נגעים מרובים כדי למנוע את הסיכון לזיהום הקשור לניתוח ובצקת5. עם זאת, הקרנות מוח שלמות יכולות לגרום נזק למבנים מוחיים רגישים, מה שתורם לאיכות חיים ירודה6.
טיפול סיסטמי הוא גישה אלטרנטיבית והגיונית לא פולשנית לטיפול בחולים עם נגעים מרובים7. עם זאת, זה פחות נחשב בשל הרעיון ארוך השנים כי טיפולים סיסטמיים יש יעילות ירודה כי משלוח פסיבי של תרופות ציטוטוקסיות דרך זרם הדם לא יכול להשיג רמות טיפוליות במוח ללא הסיכון של רעילות לא בטוחה8. פרדיגמה זו מתחילה להשתנות עם הטיפול המערכתי שאושר לאחרונה על ידי מנהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA) (tucatinib עם trastuzumab ו- capecitabine המצוין עבור גרורות גרורתיות HER2+ סרטן השד)9,10,11,12 והעדכון בהנחיות הטיפול כך שיכלול התייחסות לאפשרויות טיפול סיסטמיות לחולות גרורות במוח13,14.
בהקשר זה, התפתחויות בתחום הטיפול הממוקד המולקולרי, האימונותרפיה ומערכות אספקת תרופות חלופיות, כגון נשא ננו-תרופה ממוקד, יכולות להתגבר על האתגרים של טיפול בגרורות במוח15,16,17,18. בנוסף, גישות כימיות ומכניות לשיפור אספקת תרופות באמצעות חלחול של מחסום גידול המוח נחקרות גםהן 19,20. כדי לחקור ולמטב גישות כאלה כך שיתאימו למטרה, חיוני להשתמש במודלים פרה-קליניים שלא רק משקפים את הפיזיולוגיה המורכבת של גרורות במוח, אלא גם מאפשרים ניתוח אובייקטיבי של תגובת תרופות תוך גולגולתית.
באופן כללי, הגישות הנוכחיות למודל גרורות במוח in vivo כוללות הזרקה תוך-לבבית (חדר שמאלי), תוך-ורידי (בדרך כלל וריד זנב), תוך-גולגולתי או תוך-גולגולתי (עורק צוואר משותף) של תאים סרטניים בעכברים 21,22,23,24,25,26,27 . מלבד אסטרטגיות השתלת גידולים, מודלים של עכברים מהונדסים גנטית שבהם היווצרות הגידול מופעלת על ידי הסרת גנים מדכאי גידול או הפעלה של אונקוגנים שימושיים למידול גידולים. עם זאת, דווח כי רק כמה מודלים של עכברים מהונדסים גנטית מייצרים גידולים משניים ועוד פחות מכך מייצרים גרורות מוחיותבאופן אמין 28,29,30.
שיטות חריטה כגון הזרקה תוך לבבית (חדר שמאלי) והזרקה תוך ורידית (בדרך כלל וריד זנב) מחקות את ההפצה המערכתית של סרטן. מודלים אלה מייצרים בדרך כלל נגעים באיברים מרובים (למשל, מוח, ריאות, כבד, כליות, טחול) בהתאם למצע הנימי שלוכד את רוב תאי הגידול במהלך 'המעבר הראשון' שלהם במחזור הדם31. עם זאת, שיעורים לא עקביים של השתלת מוח ידרשו יותר בעלי חיים כדי להשיג את גודל המדגם עבור הכוח הסטטיסטי הרצוי. מספר תאי הגידול שבסופו של דבר מתבססים במוח באמצעות שיטות הזרקה תוך-לבביות ותוך-ורידיות אלה משתנה. לפיכך, נטל הגידול בגרורות במוח יכול להשתנות בין בעלי חיים וההבדל בהתקדמות יכול להפוך את הסטנדרטיזציה של ציר הזמן הניסויי ואת הפרשנות של התוצאות לאתגר. נטל הגידול החוץ-גולגולתי עלול להוביל לתמותה של גרורות שאינן מוחיות, מה שהופך מודלים אלה לבלתי מתאימים להערכת יעילות תוך גולגולתית. קווי תאים טרופיים במוח הוקמו באמצעות תהליכי ברירה של תאי שיח מלאכותיים כדי להפחית את ההתבססות החוץ-גולגולתית, אך שיעורי הקליטה לא היו עקביים, ותהליך הברירה הקלונלית יכול להפחית את ההטרוגניות שנמצאת בדרך כלל בגידולים אנושיים32.
שיטות השתלה ספציפיות למוח, כגון הזרקה תוך-גולגולתית ותוך-גולגולתית, מאפשרות מידול עקבי ויעיל יותר של גרורות במוח. בשיטה התוך גולגולתית33, תאים סרטניים מוזרקים בדרך כלל לקליפת המוח הקדמית, אשר מייצרת צמיחת גידול מהירה וניתנת לשחזור עם מעורבות מערכתית נמוכה. בעוד שההליך נסבל היטב עם תמותה נמוכה33, האזהרות הן שמדובר בגישה גסה יחסית המציגה במהירות בולוס (מקומי) של תאים במוח ואינה מדגימה פתוגנזה מוקדמת של גרורות במוח. המחט פוגעת בכלי הדם של רקמת המוח, מה שגורם לדלקת מקומית 5,34. מניסיון, קיימת נטייה להזרקת תאי הגידול לרפלוקס במהלך הסרת המחט, מה שמוביל למעורבות לפטומנינגיאלית. לחלופין, השיטה התוך-קרוטית מעבירה תאים לעורק הצוואר המשותף עם מיקרו-ווסקולטורה במוח כמצע הנימי הראשון שנתקלו בו, ומדגימה הישרדות במחזור הדם, בפזרנות ובקולוניזציה24. בהסכמה עםאחרים 25, הניסיון שלנו עם שיטה זו מצא כי היא יכולה לגרום לגידולים בפנים עקב העברה לא מכוונת של תאים סרטניים דרך עורק הצוואר החיצוני למיטות נימי ברקמות אלה (נתונים שלא פורסמו). ניתן למנוע גידולים בפנים על-ידי קשירת עורק הצוואר החיצוני לפני הזרקת עורק הצוואר הנפוץ (איור 1). בהמשך המאמר, שיטה זו מכונה 'הזרקת עורק הצוואר הפנימי'. מניסיון, שיטת ההזרקה של עורק הצוואר הפנימי מייצרת באופן עקבי גרורות במוח עם מעט מאוד אירועים סיסטמיים, והצליחה לייצר מודלים של גרורות במוח של סוגי סרטן ראשוניים שונים (למשל, מלנומה, סרטן השד והריאות) (איור 1). החסרונות הם שזה מאתגר מבחינה טכנית, גוזל זמן, פולשני, ודורש אופטימיזציה זהירה של מספרי תאים וציר זמן ניטור. לסיכום, הן שיטות ההזרקה התוך-גולגולתיות והן שיטות ההזרקה של עורקי הצוואר הפנימיים מייצרות מודלים של עכברים המתאימים להערכת ההשפעה הטיפולית על תועלת ההישרדות הקשורה לגידול במוח.
פרוטוקול זה מתאר את שיטת ההזרקה של עורק הצוואר הפנימי כדי לייצר מודל עכברי של גרורות במוח כמעט ללא מעורבות מערכתית ולכן מתאים להערכה פרה-קלינית של הפצת תרופות ויעילות של טיפולים ניסיוניים.
איור 1: ייצוג סכמטי של פרוטוקול הזרקת עורק הצוואר הפנימי עבור גרורות במוח. הזרקת עורק הצוואר הפנימי עם קשירת עורק הצוואר החיצוני יכולה לייצר באופן אמין מודל גרורות במוח מסוגי סרטן ראשוניים שונים. בפרוטוקול זה, שלוש ליגטורות ממוקמות על עורק הצוואר (מבואר כ- L1-L3 באיור). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
כל המחקרים נערכו במסגרת ההנחיות של ועדת האתיקה של בעלי חיים של אוניברסיטת קווינסלנד (UQCCR/186/19), והקוד האוסטרלי לטיפול ושימוש בבעלי חיים למטרות מדעיות.
1. הכנת תאים סרטניים להזרקה
הערה: במחקר זה נעשה שימוש בקו התאים של סרטן השד האנושי, BT-474 (BT474). BT474 תורבית במדיום גדילה מלא הכולל מדיום RPMI 1640 בתוספת 10% סרום בקר עוברי ו-1% אינסולין. התאים נשמרו באינקובטור בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס עם 5% פחמן דו חמצני באטמוספירת האוויר. לאמת את קו התא על ידי טנדם לווייני חוזר על בדיקה35, לאשר את הביטוי של חלבון הכתב (למשל, לוציפראז) אם בכלל, ולבדוק זיהום מיקופלסמה.
2. הכנת העכבר להליך
הערה: במחקר זה, בני 4-5 שבועות, נעשה שימוש בנקבות עכברי NOD scid. הציגו לעכברים מזון להתאוששות מתזונה רכה (למשל, ג'ל דיאטה, הידרוג'ל, צ'או עכבר מעוך) 3 ימים לפני ההליך כדי לעודד האכלה לאחר ההליך.
3. הזרקת קרוטיד פנימית
הערה: בניסוי זה נעשה שימוש בצינורית עירוי של 31 גרם ובהגדרת מזרקים המופעלת על ידי כף הרגל כדי להקל על הליך ההזרקה (איור משלים 1). הגדרה זו היא אופציונלית והמשתמש יכול להשתמש במזרק אינסולין 31 G ולדלג על שלבים 3.11 ו- 3.12. כדי להכין את צינורית העירוי, משכו והפרידו את חלק המחט מהחלק המתאים למזרק של מחט 31 גרם באמצעות שני זוגות מהדקי תפר. לאחר מכן, חבר את חלק המחט לקצה אחד של צינור עירוי עדין באורך של כ -10 ס"מ.
4. התאוששות לאחר ההזרקה
השוואת הזרקת עורק הצוואר הנפוצה עם או בלי קשירת עורק הצוואר החיצוני
כאשר תאים סרטניים הוזרקו דרך עורק הצוואר המשותף מבלי לקשור תחילה את עורק הצוואר החיצוני24, נמצאו גידולי פנים ב-77.8% מהעכברים המושתלים (n = 7/9 בעלי חיים). דוגמה לגידול בפנים מודגמת באיור מש...
גרורות במוח הן תהליך מורכב של תאים סרטניים המתפשטים מהאתר הראשוני שלהם למוח. קיימים מודלים שונים של בעלי חיים המשקפים שלבים מסוימים בתהליך רב-שלבי זה, וישנם שיקולים פיזיולוגיים ומעשיים לתכנון מחקרי גרורות פרה-קליניים41,42. רוב המחקרים שפורסמו החוקרים את השי?...
המחברים מצהירים על היעדר ניגוד עניינים. למממנים לא היה כל תפקיד בתכנון המחקר; באיסוף, ניתוח או פרשנות של נתונים; בכתיבת כתב היד, או בהחלטה לפרסם את המאמר.
מחקר זה מומן על ידי המועצה הלאומית האוסטרלית לבריאות ומחקר רפואי (NHMRC), מענק מספר APP1162560. ML מומנה על ידי מלגת מחקר לתואר שני של UQ. ברצוננו להודות לכל מי שסייע בגידול בעלי חיים ובהדמיה in vivo של בעלי החיים. אנו מודים לבית החולים המלכותי בריסביין ולנשים על תרומת אליקוטים של זירקוניום למחקר זה.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
100µm cell strainer | Corning | CLS431752 | |
30G Microlance needle | BD | 23748 | |
31G Ultra-Fine II insulin syringe | BD | 326103 | |
Angled forceps | Proscitech | T67A-SS | Fine pointed, angled without serrations, 18mm tip, length 128 mm |
Animal heat mat | |||
Antibiotic and antimycotic | ThermoFisher Scientific | 15240062 | |
Autoclave bags | |||
BT-474 (HTB-20) breast cancer cell line | ATCC | HTB-20 | |
Buprenorphine (TEMGESIC) | |||
Countess cell counter | ThermoFisher Scientific | C10227 | |
Diet-76A | ClearH2O | 72-07-5022 | |
Dissection microscope | |||
Ear puncher | |||
Electric clippers | |||
Fine angled forceps | Proscitech | DEF11063-07 | Angled 45°, Tip smooth, Tip width: 0.4 mm, Tip dimension: 0.4 x 0.3 mm, length 9cm |
Fine tubing for cannula, Tubing OD (in) 1/32, Tubing ID (in) 1/100in | Cole Parmer | EW-06419-00 | |
Foetal bovine serum | ThermoFisher Scientific | 26140079 | |
Hank's Balanced Salt Solution without calcium and magnesium | ThermoFisher Scientific | 14170120 | |
Hydrogel | ClearH2O | 70-01-5022 | |
Isoflurane | |||
Kimwipes Low lint disposable wipers | Kimberly Clark- Kimwipes | Z188964 | |
Mashed mouse chow | |||
Meloxicam (METACAM) | |||
Nose cone | Fashioned out of a microfuge tube | ||
PAA ocular lubricant (Carbomer 2mg/g) | Bausch and lomb | ||
Povidone-iodine solution | Betadine | 2505692 | |
PPE (glove, mask, gown, hairnet) | |||
Retractors | Kent Scientific | SURGI-5001 | |
RPMI 1640 Media | ThermoFisher Scientific | 11875093 | |
Silk suture 13mm 5-0, P3, 45cm | Ethicon | JJ-640G | |
Sterile normal saline | ThermoFisher Scientific | TM4469 | |
Sticky tape | |||
Surgical board | A chopping board wrapped with autoclavable bag. | ||
Surgical scissors | Proscitech | T104 | Tip Dimensions (LxD): 38x7mm, Length 115mm |
Suture forcep/ Curved Brophy forceps | Proscitech | T113C | Curved, Rounded narrow 2 mm tip, with serrations, length 165 mm |
Suture needle holder (Olsen Hegar needle holder) | Proscitech | TC1322-180 | length 190 mm, ratchet clamp |
Syringe driver with foot pedal/ UMP3 Ultra micro pump | World Precision Instruments | UMP3-3 | |
T75 tissue culture flask | ThermoFisher Scientific | 156499 | |
Thread | |||
Trigene II surface disinfectant | Ceva | ||
Trypan Blue and Cell Counting Chamber Slides | ThermoFisher Scientific | C10228 | |
TrypLE Express dissociating medium | ThermoFisher Scientific | 12605010 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved