Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Моделирование метастазов внутричерепного мозга осложняется неспособностью контролировать размер опухоли и реагировать на лечение точными и своевременными методами. Представленная методология пар внутричерепной опухоли инъекций с магнитно-резонансной томографии анализа, который в сочетании, культивирует точные и последовательные инъекции, расширенный мониторинг животных, и точные измерения объема опухоли.
Метастатическое распространение рака является печальным следствием прогрессирования заболевания, агрессивных подтипов рака и/или поздней диагностики. Метастазы мозга особенно разрушительны, трудны в лечении и дают плохой прогноз. Хотя точная частота метастазов мозга в Соединенных Штатах по-прежнему трудно оценить, она, вероятно, возрастет, как экстракраниальной терапии продолжают становиться более эффективными в лечении рака. Таким образом, необходимо выявить и разработать новые терапевтические подходы для лечения метастазов на этом участке. С этой целью внутричерепная инъекция раковых клеток стала устоявшимся методом моделирования метастазов в мозг. Ранее неспособность непосредственно измерить рост опухоли была техническим препятствием для этой модели; однако повышение доступности и качества методов визуализации мелких животных, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ), значительно улучшает способность контролировать рост опухоли с течением времени и делать выводы об изменениях в головном мозге в течение экспериментального периода. При этом демонстрируется внутричерепная инъекция опухолевых клеток муриновых молочных клеток в иммунокомпетентных мышей с последующим МРТ. Представленный подход к инъекциям использует изофлюрановую анестезию и стереотаксическую установку с цифровым управлением, автоматизированной дрелью и инъекцией иглы для повышения точности и уменьшения технической ошибки. МРТ измеряется с течением времени с помощью 9,4 Тесла инструмент в Университете штата Огайо Джеймс Всеобъемлющий онкологический центр малых животных Imaging Общий ресурс. Измерения объема опухоли демонстрируются в каждой точке времени с помощью ImageJ. В целом, этот подход к внутричерепным инъекциям позволяет проводить точные инъекции, изо дня в день мониторинг и точные измерения объема опухоли, которые в совокупности значительно повышают полезность этой модельной системы для проверки новых гипотез о драйверах метастазов в мозг.
Метастазы мозга в 10 раз чаще, чем взрослые первичные опухолицентральной нервной системы 1, и были зарегистрированы почти в каждом твердом типе опухоли с раком легких, раком молочной железы и меланомой, проявляют самуювысокую заболеваемость 2. Независимо от первичного участка опухоли, развитие метастазов мозга приводит к плохому прогнозу, часто связанному с когнитивным снижением, постоянными головными болями, судорогами, поведенческимии/или изменениями личности 1,,3,,4,,5. Что касается рака молочной железы, то было много достижений в области профилактики и лечения этого заболевания. Тем не менее, 30% женщин с диагнозом рака молочной железы будет продолжать развиваться метастазы, и тех, с болезнью IV стадии, примерно 7% (SEER 2010-2013) имеют метастазымозга 6,7. Текущие варианты лечения метастазов мозга включают хирургическую ресекцию, стереотаксическую радиохирургию и/или лучевую терапию всего мозга. Тем не менее, даже с этой агрессивной терапии, средняя выживаемость для этих пациентов короткий 8-11месяцев 7,8,9. Эти мрачные статистические данные решительно поддерживают необходимость выявления и осуществления новых эффективных терапевтических стратегий. Таким образом, как и все виды рака, которые метастазируют в мозг, важно правильно моделировать рак молочной железы связанных метастазов мозга (BCBM) в лаборатории, чтобы обеспечить значительные достижения в этой области.
На сегодняшний день исследователи использовали различные методологии для изучения механизмов метастазирования в мозг, каждый с различными преимуществами иограничениями 10,11. Экспериментальные методы метастазирования, такие как хвостовая вена и внутрикардовая инъекция, распространяют опухолевые клетки по всему телу и могут привести к огромному бремени опухоли в других метастатических участках в зависимости от вводимых клеток. Эти результаты затем путают, если конкретно изучение метастазов в мозг. Метод инъекций внутрикаротидной артерии является выгодным, поскольку он конкретно нацелен на мозг посева опухолевых клеток, но ограничен, как это может быть технически трудно выполнить. Ортопедическая первичная ресекция опухоли часто считается наиболее клинически релевантной моделью метастазов, поскольку она резюмирует весь метастатический каскад. Тем не менее, этот подход включает в себя длительные периоды ожидания спонтанных метастазов происходит с резко более низкими темпами метастазирования мозга по сравнению с другими метастатическими сайтами, такими как лимфатический узел, легкие и печень. Часто, животные должны быть удалены из исследований из-за бремени опухоли в этих других метастатических местах до развития метастазов мозга. Другие методы, связанные с линиями клеток мозга, эффективны при метастазах в мозг; однако, эти модели ограничены в том, что они принимают время, чтобы развиваться и часто теряют свой тропизм с распространением. Учитывая эти ограничения, исследователи регулярно использовали внутричерепный метод инъекции для моделирования метастазов рака в мозг11,,12,,13,,14 с различными методологиями15,16,17,18,19. Признается, что этот подход также имеет ограничения, самое главное в том, что он не позволяет для исследования ранних метастатических шагов, включая интравазию из первичной опухоли, проникновение через геммозефалический барьер, и создание в головном мозге. Тем не менее, это позволяет исследователям проверить (1) какие опухолевые факторы являются посредником роста в головном мозге (например, генетические манипуляции онкогенного фактора в опухолевых клетках), (2) как изменения в метастатической микросреду изменить рост рака на этом сайте (например, сравнение между трансгенными мышами с измененными стромальными компонентами) и (3) эффективность новых терапевтических стратегий по росту установленных поражений.
Учитывая потенциальную полезность внутричерепной модели инъекций, абсолютно необходимо уменьшить техническую ошибку во время инъекций и точно контролировать рост опухоли с течением времени. Описанный в настоящем случае метод включает в себя непрерывную дозасывую анестезию газа и прямую имплантацию опухолевых клеток в паренхиму мозга с помощью стереотаксического сверла и инъекционного стенда. Администрирование газовой анестезии позволяет тонко настроить глубину и длину анестезии, а также обеспечить быстрое и плавное восстановление. Цифровая автоматизированная система сверла и впрыска игл повышает точность инъекций и уменьшает техническую ошибку, часто понесенную методами бурения и свободного впрыска. Использование магнитно-резонансной томографии (МРТ) еще больше повышает точность мониторинга роста опухоли, объема опухоли, реакции тканей, некроза опухоли и реакции на лечение. МРТ является визуализация модальности выбора для мягкихтканей 20,21. Этот метод визуализации не использует ионизирующее излучение и предпочтительнее компьютерной томографии (КТ), особенно для нескольких сеансов визуализации в ходе исследования. МРТ имеет гораздо больший спектр доступных мягких тканей контраста, то КТ или ультразвуковой визуализации (USG) и представляет анатомию более подробно. Он более чувствителен и специфичен для аномалий в самом мозге. МРТ может быть выполнена в любой плоскости изображения без физического перемещения предмета, как это имеет место в 2D USG или 2D оптической визуализации. Важно отметить, что череп не затухает сигнал МРТ, как и в других условиях визуализации. МРТ позволяет проводить оценку структур, которые могут быть скрыты артефактами из костей в КТ или USG. Дополнительным преимуществом является то, что Есть много контрастных агентов, доступных для МРТ, что повышает предел обнаружения поражения, с относительно низкой токсичностью или побочными эффектами. Важно отметить, что МРТ позволяет осуществлять мониторинг в режиме реального времени в отличие от гистологической оценки во время некропсии, которая ограничена в расшифровке объема опухоли. Другие методы визуализации, такие как биолюминесцентные изображения, действительно эффективны для раннего выявления опухолей и мониторинга с течением времени; однако, этот метод требует генетических манипуляций (например, люцифераза/ GFP пометки) клеточных линий и не позволяет объемных измерений. МРТ является еще более выгодным, поскольку он отражает мониторинг пациента и вниз по течению объемный анализ изображений MR, как известно, сильно коррелирует с гистологическим размером опухоли принекропсии 22. Серийный мониторинг с МРТ-скринингом также увеличивает клинический мониторинг неврологических нарушений, если они возникают.
В целом, представленный метод стереотаксической внутричерепной инъекции опухоли с последующим серийным МРТ позволяет нам производить надежные, предсказуемые и измеримые результаты для изучения механизмов метастазирования мозга при раке.
Все методы, описанные в настоящем, были одобрены Институциональным комитетом по уходу за животными и использованию (IACUC) в Университете штата Огайо (П.И. Джина Сайзмор; Протокол #2007A0120). Все грызуны хирургии выживания IACUC политики следуют, в том числе использование стерильных методов, принадлежностей, инструментов, а также удаления меха и стерильной подготовки разреза сайта.
1. Внутричерепная инъекция раковых клеток молочной железы
ПРИМЕЧАНИЕ: Метод, описанный в настоящем используется DB7 мурин молочной опухолевой клеточной линии, полученных из первичной опухоли MMTV-PyMT 23. Предыдущие исследования установили внутричерепную инъекцию клеток DB7 в качестве модели BCBM с гистологией, которая имитирует болезнь человека12. Важно отметить, что иммунно-компетентных FVB / N мышей используются для этой модели, как DB7 клетки были получены из этого штамма мыши. Поскольку это модель рака молочной железы, взрослые самки мышей используются для этих исследований.
2. Магнитно-резонансная томография
3. Измерения томтрической опухоли
Рисунок 3 обзоры объема опухоли количественной оценки для одной мыши в двух точках времени (день 7 и день 10) после инъекции мурин молочных опухолевых клеток. Для этого эксперимента было введено 50 000 клеток DB7, и мозг животного был оценен МРТ. Для каждого сканирования было з?...
Использование внутричерепной инъекции с последующим серийным мониторингом с МРТ обеспечивает уникальную способность визуализировать рост опухоли с точностью объема опухоли с течением времени. Применение цифрового анализа изображений позволяет работать с интерпретацией поражений ...
Авторы не имеют каких-либо раскрытий.
Представительные данные финансировались через Национальный институт рака (K22CA218472 до G.M.S.). Внутричерепные инъекции выполняются в Университете штата Огайо Всеобъемлющего онкологического центра Целевой Валидации Общий ресурс (директор - д-р Рина Shakya) и МРТ завершается в Университете штата Огайо Всеобъемлющий онкологический центр Малых животных Imaging Общий ресурс (директор - д-р Кимерди Пауэлл). Оба общих ресурсов финансируются через OSUCCC, OSUCCC онкологический центр Поддержка Грант от Национального института рака (P30 CA016058), партнерские отношения с колледжами и департаментами Университета штата Огайо, а также созданы системы возврата заряда.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Surgical Materials | |||
Betadine | Purdue Products | 19-027132 | Povidone-iodine, 7.5% |
Bone Wax | Surgical Specialities | 903 | Sterile and malleable beeswax and isopropyl palmitate |
Buponorphine SR-Lab | ZooPharm | N/A | Long acting injectable analgesic 5 mL (0.5 mg/mL) polymetric formulation |
Cotton tip applicators | Puritan | 25-806 10WC | Sterile long stemmed cotton tip applicators |
Eye Ointment | Puralube | 17033-211-38 | Lubricating petrolatum and mineral oil based ophthalmic ointment |
Handwarmers | Hothands | HH2 | Air-activated heat packs |
Ibuprofen | Up & Up | 094-01-0245 | 100mg per 5mL in liquid suspension |
Isoflurane | Henry Schein INC | 1182097 | Liquid anesthetic for use in anesthetic vaporizer |
Scalpels | Integra Miltex | 4-410 | #10 disposable scalpel blade |
Skin Glue | Vetbond | 1469SB | Skin safe wounds adhesive |
Sterile Dressing | TIDI Products | 25-517 | Individually packed sterile drapes |
Suture | Covidien | SP5686G | 45cm swedged 5-0 monofilament polypropylene suture |
Stereotaxic Unit | |||
High Speed Drill (Foredom) | Kopf | Model 1474 | Max of 38,000 RPM |
Mouse Gas Anesthesia Head Holder | Kopf | Model 923-B | Mouth bar with teeth hole and nosecone |
Non-Rupture Ear Bars | Kopf | Model 922 | Ear bars suitable for mouse applications |
Stereotaxic Instrument | Kopf | Model 940 | Base plate, frame and linear scale assembly with digital readout monitor |
Injector | |||
Injector Needle and syringe | Hamilton | 80366 | 26 gauge needle, 51 mm needle length and 10 μL volume syringe |
Legato 130A automated Syringe Pump | KD Scientific | P/N: 788130 | Programmable touch screen base with automated injector |
Anesthesia Machine | |||
SomnoSuite Low-Flow Digital Vaporizer | Kent Scientific | SS-01 | Digital anesthesia machine |
SomnoSuite Starter Kit for mice | Kent Scientific | SOMNO-MSEKIT | Includes induction chamber, 2x anesthesia syringes, 18" tubing, plastic nosecone, 2x waste aneshesia gas canisters |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены