Biyoparlaklık Görüntüleme kullanarak Tümör Büyüme ve Terapi yanıt sonraki Analizi ile İntrakranial Beyin Tümörü Xenografts kurulması

Özet

Lusiferaz modifiye insan beyin tümörü xenografts atimik farelerde tümör büyümesi ve biyoparlaklık görüntüleme kullanarak tedaviye yanıt daha sonraki izleme ile intrakranyal kurulmuş olabilir. Sağkalım analizi ile birlikte, biyoparlaklık izleme, beyin tümörlerinin tedavisi için düşünülen tedavilerin klinik öncesi test için önemli bir araştırma aracı.

Özet

Nöro-onkoloji araştırma, insan beyin tümörü hücreleri kullanarak Nakli modelleri, uzun yıllar boyunca önemli bir işlevi hizmet etmiş. Geçmişte, insan tümör xenograft kurulması için en sık kullanılan prosedür kültür şişeler hücreleri toplanması, toplanan hücreler, immün sistemi baskılanmış farelerde subkütan enjeksiyon yoluyla takip oluşuyordu. Bu yaklaşım hala birçok laboratuvarlarında sık kullanılması görüyor, oysa, beyin tümörleri örneği, tümör hücresi enjeksiyonu uygun nöroanatomik yapılar gerektirir, kadavradan xenograft kurulması yönünde vurgu son on yılda önemli bir kayma, olmuştur. Intrakranial xenograft kurulması kaliperler kullanımı, ortotopik beyin tümörü xenograft modellere doğru vurgu kayması ile doğrudan ölçüm ile tümör büyümesi gibi izlemenize olanak attığından ana hayvanlarda tümör yükü değerlendirmek için non-invaziv görüntüleme kullanımı ihtiyacını doğurmuştur. Mevcut görüntüleme yöntemleri, biyoparlaklık izleme, genellikle en iyi kombinasyonu duyarlılık, yararlılık ve maliyet teklif olarak kabul edilir. Burada, ortotopik beyin tümörü kurulması için, deneysel tedaviler test ederken, tümör büyümesi ve tedaviye yanıtın izlenmesi için prosedürler gösterecektir.

Protokol

1. Tümör Hücre hazırlanması.

Tümörler atimik farelerde subkütan büyümeleri olarak, ya da hücre kültürü yayılır gelen, insan beyin tümörü xenografts için hücreleri ya kaynaklı olabilir. Her iki hücre kaynaklarından yararlanma hücre implantasyonu için bir yöntem gösteri ile birlikte, aşağıda tartışılmıştır.

Intrakranial bölmesi transferi için subkutan tümörler hücreleri hazırlamak için, doku, başlangıçta, bir hücre ^toplam süspansiyon 1 oluşturmak için tekrarlayan pipetleme bir neşter ve sonra mekanik kesintiye kıyılmış nerede eksize kanadını tümörler, kültür yemekler konur. Hücre agrega süspansiyon sonra intrakraniyal enjeksiyon için uygun tek bir hücre süspansiyonu üretmek için filtre 70 mcM naylon örgü geçirilir. Hücre süspansiyonu, 10 dakika boyunca 1000 4 dak ° C, ve nihai bir çalışma konsantrasyonu (aşağıya bakın) elde etmek için uygun bir serum ücretsiz medya hacmi hücre pelletini resuspending önce aspire süpernatant santrifüj edilir. Intrakranial implantasyonu için kurulan hücre hatları hazırlamak için, hücreler, sonra ² Yukarıda belirtildiği gibi hücreler santrifüj ve resuspending neurosphere süspansiyon kültürleri toplayarak trypsinizing mono tabakaları tarafından hasat, veya. Enjekte edilen hücrelerin sayısı nöroanatomik yere enjeksiyon değişken bağımlı. Beyin sapı enjeksiyonları ^3, 5 x 10 ⁴ hücreler olarak en az 0.5 mcL enjekte ise supratentoryal enjeksiyonları için rutin serum ücretsiz medya (DMEM) 3 mcL 3-5 x 10 ⁵ hücre enjekte. Önerilenden daha geniş hacimli enjekte çıkan ekzofitik (Şekil 1) ziyade, intrakranial tümör büyümesini, iğne yolu ile tümör hücresi reflü neden olabilir. Intrakranial enjeksiyon için örnek çekmek sonra, kalan hücre süspansiyonu bir enjeksiyon serisinin üyeleri arasında intrakranial tümör kurulması tamamlarken uygun konsantrasyonu elde etmek için sık sık karıştırılır içeriği ile buz yerleştirilir olmalıdır.

2. Tümör Hücre İmplantasyonu

Not aşağıda açıklanan tüm prosedürleri California San Francisco Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Kurulu tarafından gözden geçirilmiş ve onaylanmıştır var.

1. Cerrahi alanda,% 2 klorheksidin çözüm olarak, bir dezenfektan ile tüm yüzeylerde püskürtme tarafından hazırlanmış olmalıdır. Dezenfektan kullandıktan sonra, aşağıdaki malzemeleri, cerrahi alanda yer almalıdır:
   • Fare vücut ısısını korumak için ısıtma yastığı
   • % 2 klorheksidin içeren% 3 hidrojen peroksit içeren tek ve bir, iki küçük Petri kutularına
   • Steril gazlı bez ve pamuklu
   • Steril tek kullanımlık neşter
   • Otoklavlı cerrahi zımba
2. Enjekte anestezi için anestezi kullanılmalıdır; tipik bir ketamin ksilizin karışımı.
3. Bir fare uyuşturulduktan sonra, kafa derisi, klorheksidin çözüm batırılmış bir parça steril gazlı bez ile birkaç kez sürüntü hazırlanır. Göz merhemi işlem sırasında yeterli nemi korumak için uygulanmalıdır. Steril bir neşter kullanarak, uzun, yaklaşık 1cm parieto-oksipital kemik üzerinde sagital kesi tamamlamak. Maruz kafatası yüzeyi daha sonra% 3 hidrojen peroksit çözeltisi ile ıslatılmış pamuklu bir bez kullanılarak temizlenebilir. Bregma (video) Bu noktada anlaşılması gerekir.
4. Tümör hücrelerinin enjeksiyon için koordinatları tümör kurulması için istenen siteye göre değişir. Aşağıda, biz, birçok beyin tümörlü hastalarda tümör geliştirme deneyimi nöroanatomik yerde intraserebral tümör ^{kurulması için} 2 kullanın prosedür temsil eder. Beyin tümörü araştırma ilgi diğer yerlerde pons, beyin sapı ^tümörleri 3 anatomik modelleme için, meningeal tümörlerin ^yerini 4 modelleme için subdural enjeksiyonları içerir . Tümör hücresi enjeksiyonu önce, böylece tümör hücrelerinin (video) enjeksiyon için bir açılış yaratarak bregma ve koronal sütür 1 mm ön sağ 2 mm kafatası ponksiyon steril 25 gauge keskin iğne kullanın. Bu prosedür, fare ve sıçan (22 sıçanlar için iğne) her ikisi için de iyi çalışır.
5. Önce şırıngaya hücreleri çizim, parmağınızla dokunarak hücre süspansiyonu içeriğini karıştırın. Hava kabarcıklarını önlemek için dikkatli olmak, istenilen miktarda hücre süspansiyonu ile şırınga yükleyin. Şırınga dış ekstrakraniyal tümör kurulması ve büyüme (Şekil 1A) önlemeye yardımcı olacak herhangi bir yandaşı bir hücre, serbest dışını silmek için bir alkollü bez ile temizlenmesi gerekir. Uygun enjeksiyon derinliği elde olduğundan emin olmak için, P20 pipetteman ucu sivri ucundan 3mm kesmek için bir neşter kullanın. Şırınga ucu Bu bölümde üzerinde monte edilebilir ve enjeksiyon derinliğini sınırlamak için hareket edecek ve ayrıca sağlayacaktır tişırınga iğnesi p kafatasının alt 3mm. Kafatası dik şırınga yerleştirin ve önceden oluşturulmuş bir delik ve yavaş yavaş hücre süspansiyonu (3μL süspansiyon 1 dakikalık süre içinde enjekte edilmelidir) enjekte. Şırınga yerleştirilmesi uygun olmayan bir açı hücreleri ve sonraki spinal yayılması (Şekil 1B: Sağ) intraventriküler enjeksiyon sonucu enjeksiyon tamamladıktan sonra, bir dakika için iğne bırakın, sonra yavaş yavaş çekilmeye (video): Bu adımları azaltmaya yardımcı olacaktır tümör hücre reflü.
6. Intrakranial tümör hücre implantasyonu ⁵ yardımsız ya da serbest bir yaklaşım bir alternatif olarak, genellikle, daha tutarlı bir enjeksiyon konuma teşvik küçük bir hayvan stereotaktik çerçeve (şematik bakış panel F) kullanımı, ancak önemli miktarda pahasına işlem süresi. Serbest el yaklaşım kullanarak, deneyimlerimiz, küçük bir hayvan stereotaktik çerçeve ile maksimum enjeksiyon hızı yaklaşık 15 fareler / saat iken, iki cerrahi personel, fare / saat kadar 60 enjekte edebilir. Usul elverişsizlik farelerin büyük seri enjekte önemli bir husus olup, tümör hücreleri enjekte edilecek, buz üzerinde olduğu zaman azaltmaya yardımcı olur.
7. Kuru steril bir pamuklu çubukla kullanarak% 3 hidrojen peroksit ve kuru kafatası temizleyin. Deliğine steril kemik mum uygulayın. Forseps kullanarak, yakın kafatası ve elyaf üzerinde birlikte kafa derisi çizin. Optimum iyileşme için, kafa derisi kafa derisi birbirine karşı her iki tarafında alt karşı dermis (alt) ile zımbalanmış olmalıdır. Klorheksidin çözüm, daha sonra post-operatif ağrı subkutan enjeksiyon yoluyla uygulanan ve buprenorfin zımbalanmış kafa derisi kullanılarak temizlenebilir olmalıdır.
8. Onlar ayakta olur ve normal aktiviteye korumak kadar ameliyat sonrası tüm fareler izleyin. Genelde, iyileşme süresi yaklaşık 30 dakika.

3. Tümör Büyüme Biyoparlaklık İzleme

1. Arka plan. Biyoparlaklık görüntüleme (BLI) luciferase oksidasyon bazlı [(-) -2 - d-(60-hidroksi-20-benzothiazolyl) thiazone-4-karboksilik asit oksijen ve adenozin trifosfat (ATP) varlığı. Bu reaksiyon çıkan emisyonu ile ışık fotonları kimyasal enerjiye dönüştüren bir enzim lucifeares, tarafından katalize edilmektedir. İnsan hücreleri luciferase substrat varlığında yayan ışık yeteneğine sadece lusiferaz ifade hücreleri ile (aşağıya bakın) lusiferaz ifade değiştirilebilir. Tümör büyümesi ve in vivo tedaviye yanıt çok hassas izlenmesine olanak lusiferaz modifiye tümör hücrelerinin lüminesans emisyonları tespit etmek için çok olumlu bir sinyal-gürültü oranı olduğu gibi luciferase ile tedavi barındıran hayvanlardan elde edilen minimal arka plan lüminesans, yoktur. Ayrıca, lusiferaz ve substrat, luciferase memeli hücreleri için toksik olmayan, ve ilgili değiştirilmemiş hücrelere lusiferaz akrabası ifade hücreleri arasındaki işlevsel farklılıklar gözlemledik. Luciferase kolayca böylece lusiferaz değiştirilmiş hücreler içeren her bölmesi görüntüleme sağlayan, hücre zarları ve sonra kan-beyin bariyerini intraperitoneal (ip) ya da intravenöz (iv) enjeksiyonu farelerde geçer. Lusiferaz değiştirilmiş hücreler yayılan ışık ve spektrum foton emisyon seviyesi, küçük bir araştırma, fare ve sıçan gibi hayvanlar, dokulara nüfuz için yeterli ve düşük ışık harici görüntüleme kameraları ile tespit edilebilir. Biyoparlaklık görüntüleme noninvaziv doğa, tümör büyümesi ve bireysel hayvan konularda tedaviye yanıt tekrarlanan izlenmesine olanak sağlar.
2. İmplante hücre kaynakları stably ateşböceği lusiferaz ifade için modifiye edilmelidir. Bu tür hücre kaynakları satın, ya da luciferase kurucu ifade etmek için inşa edilmiştir lentivirüs kullanarak bireysel laboratuvarlarda üretilebilir. Önemle art arda bireysel hayvan denekler için, tümör yükü değişikliklerin doğru göstergesi sağlamak için kantitatif lüminesans görüntüleme için gerekli olan in vivo, lusiferaz istikrarlı hücresel ifade sağlamak için, yerine plazmid daha lusiferaz kodlama lentivirüs, değiştirilmiş hücreler kullanmanızı öneririz Bir denemenin ders sırasında görüntülenmiş.
3. BLI izleme. Biz tümör hücresi enjeksiyonu takiben bir hafta başlayan, kantitatif biyoparlaklık görüntüleme (qBLI) 1x-2x haftalık yapmanızı öneririz. Bizim qBLI IVIS Lumina görüntüleme istasyonu (Kaliper Yaşam Bilimleri) kullanılarak yapılan ve sonuçları benzer veri IVIS Lumina, 150 IVIS, veya IVIS 200 görüntüleme istasyonu kullanılarak elde edilir. Görüntüleme için hazırlık, fareler, enjeksiyondan sonra 12 dakika görüntülü farelerde intraperitoneal enjeksiyon yoluyla Ketamin / Xylazine ve yönetilen luciferase (D-luciferase potasyum tuzu, 150 mg / kg, kaliper Yaşam Bilimleri) ile eş zamanlı anestezi. Luciferase, farmakokinetiği göstermektedir ki idari arasındaki süreluciferase belirlenmesi ve hücre lüminesans tration maksimum lüminesans emisyon ve algılama büyük hassasiyet elde etmek için, luciferase 10-15 dakika enjeksiyon arasında olmalıdır. 10-15 dakikalık bir zaman aralığı içinde, seçilen zaman uzunluğu görüntülü olan hayvanlar arasında sabit olarak muhafaza edilmelidir. BLI okuma luciferase ve elde enjeksiyonu arasındaki zaman uzunluğu tutarlılığı korumak için son derece önemlidir. Sinyal intrakranial alanı kapsayan ilgi Bölgeler Yaşam Görüntü yazılım (Şekil 2) kullanılarak tanımlanan ve toplam photons/s/sr/cm2 (cm kare başına steradian ortalama saniyede fotonlar) (video) kaydedilir.
4. Veri analizi. Bireysel hayvanlarda tümör büyümesi ve tedaviye yanıt izlenir Oysa, biz çok tümör yanıtı ile ilgili sonuçların istatistiksel kesinlik artırmak için en az 8 tedavi grupları tavsiye ya da tedaviye, bunların eksikliği. Lüminesans okumaları ^6,7 okuma karşılık gelen maksimum tedavi öncesi lüminesans, terapötik rejiminin tamamlanmasından sonra sunulması qBLI sonuçları ile ilgili olarak, her bir fare s lüminesans bölünmesiyle normalize değerleri dönüştürülür sırasında elde edilen ve . Sağkalım analizi için Kaplan-Meier tahmincisi ⁸ kullanılır ve sağkalım eğrileri oluşturulur ve medyan sağkalım değerleri belirlendi. Sağkalım eğrileri arasındaki farklar log-rank testi ⁹ kullanılarak karşılaştırıldı.
5. Işlenmiş ve işlenmemiş tümör sonraki analiz için beyin Alma. Hayvan ötenazi üzerine farenin beyin hızlı (video) eksize ve ya tümör morfolojisi ve immünohistokimya sonraki analiz için formalin yerleştirilir ya da örnek dondurma OCT monte edilmelidir olmalıdır.

4. Temsilcisi Sonuçlar

Şekil 3A gösterilen örnekte, ardışık ortalama luminescence değerleri ilerleyen tümör büyümesini kadar intrakranial tümör hücresi enjeksiyonu alan fareler, intrakranial lüminesans monitörize edildi ve hangi zaman tedavisi 34 gün (gri ok başında başlatılan erlotinib 150 mg günlük uygulanan gerekli ötenazi kadar / kg). Her fare için Lüminesans değerleri, her bir fare için son tedavi öncesi görüntüleme değerine normalize sonraki lüminesans okumaları ile tedaviye başlanmadan anda 1 normalleştirilmiş bir değer olarak ayarlanır. Bir örnek olarak, lüminesans 6.0 'artmıştı 34 günde 2.0 x 10 ⁷ fotonlar / sn, son bir tedavi öncesi lüminesans okuma ile bir fare gün 38 x 10 ⁷ fotonlar / sn, bir günde 38 normalize lüminesans değeri olurdu 3.0. Normalize biyoparlaklık ve kontrol ve tedavi grupları için ilgili standart hata ortalaması her görüntüleme zaman noktası için çizilir. Bu örnekte, ortalama normalize lüminesans önemli bir fark (gün 38) tedavi başlandıktan sonraki ilk görüntüleme zaman noktada, daha sonraki zaman noktalarında daha fazla artış göstererek ortalama grup lüminesans farkı ile açıktır. Çoğu durumda, tedavisi, qBLI tarafından belirtildiği gibi, anti-tümör aktivitesi örneğinde olduğu gibi burada (Şekil 3B) karşılık gelen bir hayatta kalma anlamlı bir fark (yani, p <0.05) ile birlikte. Paneller 3C ve 3D gösterisi bitişik hematoksilen & eozin ve fare beyin anti-EGFR boyanan kesitler kesit için formalin ve sonraki parafine gömme rezeke beyin yerleştirilmesini takiben, ötenazi zamanı elde etti.

Şekil 1 intrakranial enjeksiyon hataları işaretleri. A) ekzofitik (ekstrakraniyal) tümör büyümesi (kırmızı daire), çok büyük bir enjeksiyon hacmi, şırıngaya takılı kalan hücre süspansiyonu neden olabilir, ya da tümör hücreleri enjekte sonra çok hızlı bir şekilde şırınga çekilmesi. B) ventriküller içine tümör hücreleri enjekte, tümör hücrelerinin düzgün enjekte aksine, enjeksiyon yerinde (sol fare) lokalize kalır sinyal spinal tümör yayılması (sağ fare) neden olabilir.

Tedaviye yanıt deneyi Şekil 2. Isı harita görüntüsü temsili kontrol fareler için biyoparlaklık yoğunluğu temsilleri (solda) ve tedavi grupları (sağda). The Living Image yazılımı, ilgi alanları tanımlamak için (kırmızı daireler), ya da araç operatörleri ilgi bölgelerde elle tanımlayabilirsiniz. Görüntüleri için bu rakam inşaat gibi kullanmak için, biz de cihazı kullanan operatör, hayvan konular arasındaki biyoparlaklık farkı ölçüde görsel temsilini sağlamak için, aynı biyoparlaklık ısı haritası aralığı (rakam üst kısmı) kullanılarak ısı haritası görüntüleri gösterir öneririz.

Şekil 3 Biyoparlaklık, yaşam kalitesi ve terapötik yanıt belirgin olduğu bir deney tümör dokusu analizi. A) standart hata ile kontrol ve tedavi grubundaki fareler için ortalama biyoparlaklık okumaları, Arsa, her görüntü noktası için belirtilen. B) aynı fareler için Survival arsa; p-değeri, log-rank ^testi 7 kullanımı yoluyla belirlenir . C) fare beyin tümörü olan H & E lekeli bölümü. D) EGFR lekeli bölümü. Tümör baskılayıcı protein PTEN için negatif boyanma gösteren panel E sırasıyla paneller C ve D, E ve F) belirtilen alanların büyütmelerde.

Tartışmalar

Ortotopik (intrakranial) beyin tümörü xenograft kurulmasını, terapötik yanıt için test modelleme CNS kanseri ^için 10 uygun bir mikroçevresinin sağlar . Modelleme Bu tür ek deneysel bir ajan, hastalarda klinik deneme değerlendirme için gelişmiş gerekip gerekmediğini belirlemek için kritik öneme sahip olan beyin ve beyin tümörü, tedavi ile ilgili bilgi sağlar. Kaliperler tarafından gibi, intrakranial xenograft tümör miktarını doğrudan ölçülebilir değil çünkü, intrakranial tümör büyümesi ve tedaviye yanıt boyuna izleme deneyimi gösteren biyoparlaklık görüntüleme ile birincil hedefi deneyler için en pratik yaklaşım olarak, non-invaziv görüntüleme gerektirir tedaviye tümör yanıtı ölçüde değerlendirmektedir. Biyoparlaklık görüntüleme sonuçları hayvan konu sağkalım analizi ile birlikte, iki veri setleri, deneysel tedavi etkinliğini değerlendiren için güçlü ve güvenilir bir yaklaşım sağlamak.

Son olarak, intrakranyal beyin tümörü xenografts morfolojik ve moleküler tedavi etkilerini değerlendirmek için ötenazi hayvan konular hasat derece önemli olduğunu ve bunun için bir sonraki analiz için rezeke beyin korunması, ötenazi anda tüm beyin rezeksiyonu tercih.

Yukarıdaki beyin tümörü araştırma özel sunum yapılmıştır Oysa, kavramları kesinlikle kemirgenlerde ortotopik modelleme için uygun olan diğer insan kanserlerin generalizeable vardır.

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Disposable Scapels	Feather Safety Razor Co, Ltd.	2975	No.21
Heating Pad	Dunlap	HP950
Gauze	Fisher Scientific	22028563
Cotton Swabs	Fisher Scientific	23-400-100
2% Chlorhexidine	Fisher Scientific	NC9756995
3% Hydrogen Peroxide	Fisher Scientific	H312P-4
25g Needle	BD Biosciences	305122
10ul Hamilton Sharp Microsyringe	Hamilton Co	20734
Skin Stapler and Staples	Stoelting Co.	59020
Stereotaxic Frame	Stoelting Co.	51725
Living Image Software	Caliper Life Sciences
D-luciferin	Gold Biotechnology	LUCK-1G	Potassium Salt
Xenogen Lumina	Caliper Life Sciences