Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Модели метастазирования в кости не развивают метастазы равномерно или со 100% частотой. Прямая внутрикостная инъекция опухолевых клеток может привести к эмболизации легкого. Мы представляем нашу методику моделирования первичных опухолей костей и метастазов в кости с использованием имплантации солидного опухолевого трансплантата в кость, что приводит к воспроизводимому приживлению и росту.
Первичные опухоли костей или метастазы в кости из солидных опухолей приводят к болезненным остеолитическим, остеобластическим или смешанным остеолитическим/остеобластическим поражениям. Эти поражения нарушают структуру кости, увеличивают риск патологических переломов и оставляют пациентов с ограниченными возможностями лечения. Первичные опухоли костей метастазируют в отдаленные органы, причем некоторые типы способны распространяться на другие участки скелета. Тем не менее, последние данные свидетельствуют о том, что при многих солидных опухолях раковые клетки, которые распространились на кости, могут быть основным источником клеток, которые в конечном итоге метастазируют в другие системы органов. Большинство сингенных или ксенотрансплантатных мышиных моделей первичных опухолей костей включают внутрикостную (ортотопическую) инъекцию суспензий опухолевых клеток. Некоторые животные модели скелетных метастазов из солидных опухолей также зависят от прямой инъекции в костную ткань, в то время как другие пытаются повторить дополнительные этапы костного метастатического каскада путем внутрисосудистого введения клеток или в орган первичной опухоли. Однако ни одна из этих моделей не развивает метастазы в кости надежно или со 100% заболеваемостью. Кроме того, было показано, что прямая внутрикостная инъекция опухолевых клеток связана с потенциальной эмболизацией опухоли легкого. Эти эмболические опухолевые клетки приживаются, но не повторяют метастатический каскад. Мы сообщили о мышиной модели остеосаркомы, в которой свежие или криоконсервированные фрагменты опухоли (состоящие из опухолевых клеток плюс стромы) имплантируются непосредственно в проксимальный отдел большеберцовой кости с использованием минимально инвазивной хирургической техники. У этих животных развилось воспроизводимое приживление, рост и, со временем, остеолиз и метастазирование в легкие. Этот метод обладает универсальностью для моделирования метастазов в костную ткань солидной опухоли и может легко использовать трансплантаты, состоящие из одного или нескольких типов клеток, генетически модифицированных клеток, ксенотрансплантатов, полученных от пациентов, и / или меченых клеток, которые можно отслеживать с помощью оптической или расширенной визуализации. Здесь мы демонстрируем эту технику, моделируя первичные опухоли костей и метастазы в кости с помощью имплантации солидного опухолевого трансплантата в кость.
Мышиные модели болезней человека и животных становятся все более популярными в биомедицинских исследованиях. Полезность использования мышей в этом контексте заключается в том, что их анатомия и физиология очень похожи на человеческие. Они имеют относительно короткий период беременности и время в послеродовой жизни для достижения зрелости и в значительной степени связаны с относительно низкой стоимостью и простотой жилья, хотя растущие затраты на развитие или покупку связаны с большей степенью генетической модификации, иммунодефицита и/или гуманизации1. Использование инбредных штаммов приводит к созданию в значительной степени однородной популяции животных до включения в исследование. Полное знание их генома предполагает высокую степень сходства с людьми. Ортологичные молекулярные мишени для многих болезненных процессов были идентифицированы в геноме мыши, и в настоящее время существует обширная библиотека специфических для мышей реагентов, которые легко доступны. Таким образом, они предоставляют возможность для относительно высокопроизводительного анализа более быстрым и менее дорогостоящим способом по сравнению с более крупными моделями животных1. Кроме того, с появлением стратегий генетического редактирования, которые допускают сверхэкспрессию или делецию определенных генов либо глобально, либо специфическим образом для типа клеток и/или конститутивно или индуцируемым образом, они представляют собой очень биологически полезную модельную систему для исследования болезней человека и животных2.
Рак — это одна из областей, в которой модели мышей имеют большую полезность. Генетические мышиные модели рака основаны на модуляции экспрессии либо онкогенов, либо генов-супрессоров опухолей, отдельно или в комбинации, чтобы клетки подвергались онкогенной трансформации. Также выполняется инъекция первичных или установленных линий опухолевых клеток мышам. Введение клеточных линий или тканей от людей или других видов животных, включая мышей, остается наиболее широко используемой моделью рака in vivo. Чаще всего выполняется использование клеток и тканей разнородных видов (ксенотрансплантатов) у мышей с ослабленным иммунитетом2. Однако использование опухолевых клеток или тканей аллотрансплантата, где и хозяин, и реципиент принадлежат к одному и тому же виду, позволяет взаимодействовать с интактной иммунной системой в сочетании с одним и тем же штаммом мыши-хозяина в сингенных системах3.
Первичные опухоли костей или метастазы в кости из солидных опухолей приводят к болезненным остеолитическим, остеобластическим или смешанным остеолитическим/остеобластическим поражениям 3,4. Эти опухоли нарушают структуру кости, увеличивая риск патологического перелома, и оставляют пациентов с ограниченными возможностями лечения. Первичные опухоли костей метастазируют в отдаленные органы, причем некоторые типы способны распространяться на другие участки скелета. У пациентов с раком молочной железы кость является наиболее распространенным местом первого метастазирования и наиболее частым первым местом проявления метастатического заболевания 5,6. Кроме того, диссеминированные опухолевые клетки (DTC) присутствуют в костном мозге до постановки диагноза и предсказывают развитие метастазов в других органах7. Поэтому считается, что раковые клетки, присутствующие в кости, являются источником клеток, которые в конечном итоге метастазируют в другие системы органов. Существует множество мышиных моделей метастазов солидной опухоли, которые развивают метастазы преимущественно в легких и лимфатических узлах, а в зависимости от типа опухоли и техники инъекции потенциально другие системы органов3. Тем не менее, мышиные модели метастазирования в кости отсутствуют, чтобы надежно, воспроизводимо производить специфические для сайта скелетные метастазы и развивать метастазы в кости до того, как мыши достигнут критериев раннего удаления из первичной опухолевой нагрузки или метастазирования в другие органы. Мы сообщили о модели первичной костной опухолевой остеосаркомы, которая основана на хирургической имплантации аллотрансплантата солидной опухоли в проксимальный отдел большеберцовой кости мышей8. Опухоли костей образовались у 100% мышей, а у 88% развились легочные метастазы. Эта частота метастазирования превышает то, что обычно сообщается клинически у людей (~ 20-50%), но представляет большой интерес, поскольку легкое является наиболее распространенным местом метастазирования остеосаркомы 9,10,11. Хотя эта модель выгодна при моделировании первичных опухолей костей, она также имеет большое значение для моделирования метастазов в кости из других остеотропных солидных опухолей, таких как опухоли молочной железы, легких, простаты, щитовидной железы, печени, почек и желудочно-кишечного тракта.
Обоснование разработки этой модели состояло в том, чтобы разработать альтернативу традиционной внутрикостной инъекции, обычно в проксимальный отдел большеберцовой или дистальной части бедренной кости, для моделирования первичных опухолей кости или метастазовв кости 12. Наша основная цель состояла в том, чтобы смягчить известное ограничение этого метода, т.е. эмболизацию опухоли легкого. Это приводит к приживлению этих эмболических опухолевых клеток и «искусственному метастазированию», которые не повторяют полный метастатический каскад из установленной первичной опухоли кости, которая метастазирует в легкие 8,13. Это также может быть ситуация, когда установленный костный метастаз распространяется на отдаленный участок. Кроме того, этот метод также был разработан для получения модели метастазирования в кости, которая обеспечила бы большую частоту приживления и роста опухолей в кости и в однородном месте по сравнению с ортотопическими или внутрисосудистыми инъекционными методами. Эта модель имеет явные преимущества по сравнению с этими описанными методами. Эта модель включает контролируемую, последовательную доставку опухолевых клеток в кость. Он также позволяет избежать искусственного метастазирования в легкие после эмболизации легочной артерии и устанавливает исходную однородную исследуемую популяцию. Существует преимущество сайт-специфических опухолей с этой моделью без риска раннего удаления критериев в результате первичных опухолей или метастазирования в другие органы. Наконец, эта модель очень полезна для модификации, включая использование ксенотрансплантатов, полученных от пациентов.
Представленная модель имеет сходство с прямой инъекцией клеточной суспензии в кость после хирургического доступа с последующей инъекцией через кору головного мозга или доставкой в полость костного мозга после создания небольшого дефекта в коре (с развертыванием или без развертывания медуллярной полости)8,14,15,16,17 . Однако имплантация опухолевого аллотрансплантата делает этот метод совершенно другим. Таким образом, целью данного доклада была демонстрация данной модели первичных опухолей костей и метастазирования в кости из солидных опухолей, которая преодолевает многие ограничения ранее описанных моделей. Исследовательские группы, имеющие опыт работы с клеточными культурами, мышиными моделями, анестезией и хирургией мышей, а также анатомией мышей, хорошо оснащены для воспроизведения нашей техники моделирования первичных опухолей костей или метастазов в кости у мышей.
Все описанные эксперименты на животных были одобрены институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания.
1. Подготовка клеточных линий
2. Животные
3. Подкожные опухоли
4. Хирургическая имплантация подкожных опухолевых фрагментов
5. Последовательная и конечная оценка
Положительный результат будет связан с приживлением опухоли и прогрессирующим ростом опухоли с течением времени. В зависимости от типа опухоли внутрикостный рост опухоли может быть связан с прогрессирующей хромотой задних конечностей, но многие опухоли не вызывают хромоты, несмотря ...
В этом отчете задокументирована наша модель создания первичных опухолей костей или метастазов в кости после интратибиальной имплантации опухолевого аллотрансплантата. Мы считаем, что в этом процессе есть несколько важных шагов. Безопасная плоскость анестетика должна быть установле?...
Доктор Хилдрет финансировался NIH под номером премии K01OD026527. Содержание является исключительной ответственностью авторов и не обязательно отражает официальную точку зрения NIH.
Авторы признают решающий вклад доктора Бет Чаффи, DVM, PhD, DACVP в развитие этой техники.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
#15 scalpel blade | Henry Schein Ltd. | 75614 | None |
6-well tissue culture plates | Thermo Fisher Scientific | 10578911 | Used for mincing tumor pieces. Can also be used for cell culture |
Abrams osteosarcoma cell line | Not applicable | Not applicable | None |
Anesthesia machine with isoflurane vaporiser and oxygen tank(s) | VetEquip | 901805 | None |
Animal weighing scale | Kent Scientific | SCL- 1015 | None |
BALB/c nude mouse (nu/nu) | Charles River Ltd. | NA | 6-8 weeks of age. Male or female mice |
Bone cement | Depuy Synthes | 160504 | Optional use instead of bone wax |
Bone wax | Ethicon | W31G | Optional |
Buprenorphine | Animalcare Ltd. | N/A | Buprecare 0.3 mg/ml Solution for Injection for Dogs and Cats |
Carbon dioxide euthanasia station | N/A | N/A | Should be provided within animal facility |
Cell culture incubator set at 37 °C and 5% carbon dioxide | Heraeus | Various | None |
Chlorhexidine surgical scrub | Vetoquinol | 411412 | None |
Cryovials (2 ml) | Thermo Scientific Nalgene | 5000-0020 | Optional if cryopreserving tumor fragments |
D-luciferin (Firefly), potassium salt | Perkin Elmer | 122799 | Optional if cell line of interest has a bioluminescent reporter gene |
Digital caliper | Mitutoyo | 500-181-30 | Can be manual |
Digital microradiography cabinet | Faxitron Bioptics, LLC | MX-20 | Optional to evaluate bone response to tumor growth |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma Aldrich | 1371171000 | Optional if cryopreserving tumor fragments |
Dulbecco’s modified Eagle’s medium | Thermo Fisher Scientific | 11965092 | None |
Ethanol (70%) | Sigma Aldrich | 2483 | None |
Fetal bovine serum | Thermo Fisher Scientific | 26140079 | None |
Forceps, Dumont | Fine Science Tools, Inc. | 11200-33 | None |
Freezer (– 80 °C) | Sanyo | MDF-794C | Optional if cryopreserving or snap freezing tumor fragments |
Hemocytometer | Thermo Fisher Scientific | 11704939 | Can also use automated cell counter, if available |
Hypodermic needles (27 gauge) | Henry Schein Ltd. | DIS55510 | May also use 25G (DIS55509) and 30G (Catalog DIS599) needles |
Ice | N/A | N/A | Ideally small pieces in a container for syringe and cell suspension storage |
Iris scissors | Fine Science Tools, Inc. | 14084-08 | None |
Isoflurane | Henry Schein Ltd. | 1182098 | None |
IVIS Lumina III bioluminescence/fluorescence imaging system | Perkin Elmer | CLS136334 | Optional if cell line of interest has bioluminescent or fluorescent reporter genes |
L-glutamine | Thermofisher scientifc | 25030081 | None |
Liquid nitrogen | British Oxygen Corporation | NA | Optional if cryopreserving or snap freezing tumor fragments |
Liquid nitrogen dewar, 5 litres | Thermo Fisher Scientific | TY509X1 | Optional if cryopreserving tumor fragments |
Matrigel® Matrix GFR, LDEV-Free, 5 ml | Corning Life Sciences | 356230 | Optional. Also available in 10 ml size (354230) |
Microcentrifuge | Thermo Fisher Scientific | 75002549 | Pellet cells at 1200 rpm for 5-6 minutes |
Mr. Frosty freezing containiner | Fisher Scientific | 10110051 | Optional if cryopreserving tumor fragments |
NAIR Hair remover lotion/oil | Thermo Fisher Scientific | NC0132811 | Can alternatively use an electric clipper with fine blade |
Penicillin/streptomycin | Sigma-Aldrich | P4333 | None |
Scalpel handle, #7 Short | Fine Science Tools, Inc. | 10007-12 | User preference as long as it accepts #15 scalpel blade |
Small animal heated pad | VetTech | HE006 | None |
Stereomicroscope | GT Vision Ltd. | H600BV1 | None |
Sterile phosphate-buffered saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific | 10010023 | Use for injections and also as part of the surgical scrub, alternating with chlorhexidine |
Tissue adhesive (sterile) | 3M Corporation | 84-1469SB | Can alternatively use non-absorbable skin suture (6-0 size) |
Trypan blue | Thermo Fisher Scientific | 5250061 | None |
Trypsin-EDTA | Thermo Fisher Scientific | 25300054 | Use 0.05%-0.25% |
Tuberculin syringe (1 ml with 0.1 ml gradations) | Becton Dickinson | 309659 | Slip tip preferred over Luer |
Vented tissue culture flasks, T-75 | Corning Life Sciences | CLS3290 | Can also use smaller or larger flasks, as needed |
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