Name: a mouse tumor model of surgical stress to explore the mechanisms of postoperative immunosuppression and evaluate novel perioperative immunotherapies
Uploaded: 2014-03-12T19:00:00
Duration: 13 min 37 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Mouse Tumor Model of Surgical Stress to Explore the Mechanisms of Postoperative Immunosuppression and Evaluate Novel Perioperative Immunotherapies at JoVE.c

Författarna vill du tacka Kim Yates, Eileen Franklin, och Rebecca Tjepkema (Animal Care och veterinärtjänster, University of Ottawa) för hjälp med djur operationer. Lee-Hwa Tai stöds av en Fonds de recherche santé Quebec gemenskap. Detta arbete stöddes av administrationsbidrag från den kanadensiska Cancerfonden Research Institute Innovation Grant, Ontario ministeriet för forskning och utveckling Tidig Forskare Award, och kanadensiska institutet för innovation - Leaders möjligheterna Grant till Rebecca Auer.

1. Att upprätthålla 4T1 tumörceller in vitro <ol><li> Kultur omodifierade 4T1 tumörceller i fullständigt DMEM (DMEM, 10% FBS, 1x penicillin / streptomycin) i 10 cm vävnadskulturplattor. Inkubera i 37 ° C, 5% CO 2 vävnadsodlingsinkubator. </li><li> Sträckkulturer 2-3 gånger / vecka. För att bibehålla optimal viabilitet celler bör inte överstiga 80% sammanflödet. Använd inte celler för upprättande av primära tumörer in vivo om kulturer har passe in vitro för&gt; 1 månad eftersom det minskar malignitet och metastatisk potential än tidigare passe celler. </li></ol> 2. Skörd 4T1 tumörceller för injektion <ol><li> Aspirera odlingsmedium från vävnadsodlingsplatta med användning av en Pasteur-pipett. </li><li> Tillsätt 10 ml 1x steril PBS innehållande 2 ml EDTA. Låt PBS-lösningen inkubera i plattan vid 37 ° C, 5% CO2 vävnadskultur-inkubator under 5-7 min. </li><li> Harvest PBS-lösning från plattan, rinsing plattan 2-3x med lösningen, överför till 15 ml koniska rör. </li><li> Centrifugera cellerna under fem minuter vid 500 x g vid 4 ° C i en bänkcentrifug. </li><li> Aspirera supernatanten och resuspendera cellpelleten i serumfritt DMEM. </li><li> Bestäm cellkoncentrationen med hjälp av en cellräknare. </li><li> Späd celler med serumfritt medium till 1x10 6 cells/500 pl (1x10 5 celler/50 pl (för injektion och placera celler på is. </li></ol> 3. Injektion Möss med 4T1 tumörceller Alla djurstudier utförda var i enlighet med institutionens riktlinjer vid Animal Care Veterinary Services vid universitetet i Ottawa rekommendationer för alla djur som får orthotopic injektioner eller tumörimplantat. <ol><li> Behandla möss subkutant med buprenorfin (0,05 mg / kg) 1 timme före operation för smärtlindring. </li><li> Inducera och upprätthålla mus under anestesi med användning av 2,5% isofluran under varaktigheten av injektion. Nyp trampdynan på musen för att upptäcka reflex svar. Om ingen upptäcks, är effektiva anestesinivåer uppnås. Steril ögon smörjmedel appliceras sedan för att förhindra hornhinnan torkning. </li><li> Ladda en 30 G ½ &quot;Ultrafina&quot; Spruta med exakt 50 l av celler fjädring. Säkerställ att alla luftbubblor avlägsnas från sprutan kolonn genom att knacka på sidan av sprutan för att lösgöra luftbubblor. </li><li> Placera musen (under narkos) ventrala sidan uppåt. </li><li> Rengör injektionsstället med en alkoholservett och införa nålen vågrätt och direkt in i den 4: e juverfett pad, långsamt dosera sprutan volymen. </li><li> Använd en bomullspinne för att rengöra eventuella läckage. </li><li> Låt möss att återhämta sig från anestesi. </li><li> Behåll Buprenorfin (0,05 mg / kg) för smärtlindring subkutant var 8 timmar under 2 dagar. </li></ol> 4. Administrera perioperativ Rening i 4T1 tumörbärande BALB / c-möss <ol><li> Vid 13 dagar efter tumörcellinjektion, mäta den primära tumören med hjälp av en yttre bygel. Mät den största longitudinella diameter (längd) och den största tvärgående diameter (bredd) med bromsoket. Den modifierade ellipsoid formel används för att beräkna tumörvolymen (Tumör volym = 1/2 (längd Ã-bredd 2) </li><li> Vid 13 dagar efter tumörcells injektion, bör den primära tumören mäter ca 1 cm 3. När denna tumör mätning uppnås, förbereda perioperativ behandlingsreagens. </li><li> Onkolytiskt virus är en innovativ terapeutisk som man kan administrera i den perioperativa perioden. Förbered onkolytiskt virus (1x10 9 PFU / 1 ml) i 1x steril PBS och placera på is före injektion. </li><li> Säker och plats musin rainer för intravenös injektion i svansvenen. </li><li> Värm försiktigt mus svans i varmt kranvatten för att visualisera laterala vener svans. </li><li> Ladda en 27 G ½ &quot;insulinspruta&quot; med exakt 100 l av oncolytic virusterapi. Se till att alla luftbubblor avlägsnas från sprutan kolonn. </li><li> Injicera mus med 1x10 8 PFU/100 il / mus för att en av de laterala venerna svans. Om nålen är korrekt införd i en lateral ven skall inget motstånd kännas när ett tryck på sprutan. </li></ol> 5. Total resektion av primärtumör och buken Vänster Nefrektomi <ol><li> Vid 14 dagar efter tumörcells injektion, initiera rutinmässig perioperativ vård efter University of Ottawa Djurvård och veterinärmyndigheten godkänt protokoll. Behandla möss subkutant med buprenorfin (0,05 mg / kg) 1 timme före operation för smärtlindring. Inducera och upprätthålla anestesi med användning av 2,5% isofluran under operationen. Under steriliserade förhållanden och med sterila kirurgiska instrument, är operationsområdet rakas och skrubbas. Djur administreras subkutant vätskor och ögon smörjmedel före operation. </li><li> Gör ett litet snitt (1-2 cm i längd) för att försiktigt och helt ta bort den primära 4T1 tumören från juverfett pad. </li><li> Stäng snittet med September 2-03 mm klammer. </li><li> Exponera buken genom att skära genom huden och subkutana vävnaden längs den ventrala mittlinjen av musen. </li><li> Gör ett snitt i linea alba (3-4 cm) för att komma åt musen bukhinnan. </li><li> Exponera den vänstra inre sidan av buken genom att flytta de överliggande tarmar åt sidan. Se till att tarmen hålls fuktig med en saltlösning indränkt steril gasbinda. </li><li> Med hjälp av en trubbig par kirurgisk pincett, ta tag i vänster njure försiktigt. </li><li> Med hjälp av en 3-0 vax belagt flätat silke sutur bunden i en slinga, underbinda hilum av vänster njure och fäst med 3 kirurgiska knutar. Ta bort den vänstra njuren med surgical saxar. </li><li> Inspektera sutur slips noga för att se till att adekvat hemostas har uppnåtts. </li><li> Stäng den subkutana vävnaden med en kontinuerlig slinga sutur med hjälp av 5-0 flätat absorberbara, då stapel hudlagret använder 9 mm klammer. Steg 5,2-5,10 bör kräva 10 min / djur. </li><li> Behåll Buprenorfin (0,05 mg / kg) för smärtlindring subkutant var 8 timmar under 2 dagar. </li></ol> 6. Euthanizing Möss och Bearbetning och kvantifiering av lungtumör Burden <ol><li> Vid 28 dagar efter 4T1 tumörinjektion, avliva möss enligt Animal Care och veterinärtjänster protokoll vid University of Ottawa. </li><li> Spraya ner musen med 70% etanol. </li><li> Gör inledande snitt med en sax strax under bröstkorgen. </li><li> Exponera bröstkorgen genom att skära genom huden och subkutana vävnaden längs den ventrala mittlinjen av brösthålan av musen. </li><li> Gör laterala snitt genom hud och vävnad på vardera sidan upp till neck av musen. </li><li> Dissekera ut lungorna genom att försiktigt ta tag i lungan medan klippningsverktyget bort bindväven över och under lungorna. </li><li> Blötläggningsmedlet utvinns lungor i kallt PBS för att avlägsna rester av blod, därefter i 10% formalin. </li><li> Fotografera varje lunga för tumörmetastaser bedömning. Väg lungor för tumörbörda kvantifiering. </li></ol>

<ol>
	<li>Tai, L. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preventing+postoperative+metastatic+disease+by+inhibiting+surgery-induced+dysfunction+in+natural+killer+cells.">Preventing postoperative metastatic disease by inhibiting surgery-induced dysfunction in natural killer cells.</a> Cancer Res. 73, 97-107 (2013).</li><li>Seth, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surgical+Stress+Promotes+the+Development+of+Cancer+Metastases+by+a+Coagulation-Dependent+Mechanism+Involving+Natural+Killer+Cells+in+a+Murine+Model.">Surgical Stress Promotes the Development of Cancer Metastases by a Coagulation-Dependent Mechanism Involving Natural Killer Cells in a Murine Model.</a> Ann. Surg. , (2012).</li><li>Shakhar, G., Ben-Eliyahu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+prophylactic+measures+against+postoperative+immunosuppression:+could+they+reduce+recurrence+rates+in+oncological+patients.">Potential prophylactic measures against postoperative immunosuppression: could they reduce recurrence rates in oncological patients.</a> Ann. Surg. Oncol. 10, 972-992 (2003).</li><li>Shiromizu, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+laparotomy+and+laparoscopy+on+the+establishment+of+lung+metastasis+in+a+murine+model.">Effect of laparotomy and laparoscopy on the establishment of lung metastasis in a murine model.</a> Surgery. 128, 799-805 (2000).</li><li>Tsuchiya, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+surgical+stress+promotes+tumor+metastasis.">Increased surgical stress promotes tumor metastasis.</a> Surgery. 133, 547-555 (2003).</li><li>Lanier, L. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NK+cell+recognition.">NK cell recognition.</a> Annu. Rev. Immunol. 23, 225-274 (2005).</li><li>Espi, A., Arenas, J., Garcia-Granero, E., Marti, E., Lledo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+of+curative+surgery+on+natural+killer+cell+activity+in+colorectal+cancer.">Relationship of curative surgery on natural killer cell activity in colorectal cancer.</a> Dis. Colon Rectum. 39, 429-434 (1996).</li><li>Pollock, R. E., Lotzova, E., Stanford, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+surgical+stress+impairment+of+human+perioperative+natural+killer+cell+cytotoxicity.">Mechanism of surgical stress impairment of human perioperative natural killer cell cytotoxicity.</a> Arch. Surg. 126, 338-342 (1991).</li><li>Pollock, R. E., Lotzova, E., Stanford, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surgical+stress+impairs+natural+killer+cell+programming+of+tumor+for+lysis+in+patients+with+sarcomas+and+other+solid+tumors.">Surgical stress impairs natural killer cell programming of tumor for lysis in patients with sarcomas and other solid tumors.</a> Cancer. 70, 2192-2202 (1992).</li><li>Ben-Eliyahu, S., Page, G. G., Yirmiya, R., Shakhar, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+that+stress+and+surgical+interventions+promote+tumor+development+by+suppressing+natural+killer+cell+activity.">Evidence that stress and surgical interventions promote tumor development by suppressing natural killer cell activity.</a> Int. J. Cancer. 80, 880-888 (1999).</li><li>Page, G. G., Blakely, W. P., Ben-Eliyahu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+that+postoperative+pain+is+a+mediator+of+the+tumor-promoting+effects+of+surgery+in+rats.">Evidence that postoperative pain is a mediator of the tumor-promoting effects of surgery in rats.</a> Pain. 90, 191-199 (2001).</li><li>Glasner, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+survival+rates+in+two+models+of+spontaneous+postoperative+metastasis+in+mice+by+combined+administration+of+a+beta-adrenergic+antagonist+and+a+cyclooxygenase-2+inhibitor.">Improving survival rates in two models of spontaneous postoperative metastasis in mice by combined administration of a beta-adrenergic antagonist and a cyclooxygenase-2 inhibitor.</a> J. Immunol. 184, 2449-2457 (2010).</li><li>Benish, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perioperative+use+of+beta-blockers+and+COX-2+inhibitors+may+improve+immune+competence+and+reduce+the+risk+of+tumor+metastasis.">Perioperative use of beta-blockers and COX-2 inhibitors may improve immune competence and reduce the risk of tumor metastasis.</a> Ann. Surg. Oncol. 15, 2042-2052 (2008).</li><li>Goldfarb, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+postoperative+immune+status+and+resistance+to+cancer+metastasis:+a+combined+perioperative+approach+of+immunostimulation+and+prevention+of+excessive+surgical+stress+responses.">Improving postoperative immune status and resistance to cancer metastasis: a combined perioperative approach of immunostimulation and prevention of excessive surgical stress responses.</a> Ann. Surg. 253, 798-810 (2011).</li><li>Tartter, P. I., Steinberg, B., Barron, D. M., Martinelli, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+prognostic+significance+of+natural+killer+cytotoxicity+in+patients+with+colorectal+cancer.">The prognostic significance of natural killer cytotoxicity in patients with colorectal cancer.</a> Arch. Surg. 122, 1264-1268 (1987).</li><li>Fujisawa, T., Yamaguchi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Autologous+tumor+killing+activity+as+a+prognostic+factor+in+primary+resected+nonsmall+cell+carcinoma+of+the+lung.">Autologous tumor killing activity as a prognostic factor in primary resected nonsmall cell carcinoma of the lung.</a> Cancer. 79, 474-481 (1997).</li><li>Guillot, B., Bessis, D., Dereure, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mucocutaneous+side+effects+of+antineoplastic+chemotherapy.">Mucocutaneous side effects of antineoplastic chemotherapy.</a> Expert Opin. Drug Saf. 3, 579-587 (2004).</li><li>Deehan, D. J., Heys, S. D., Ashby, J., Eremin, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interleukin-2+(IL-2)+augments+host+cellular+immune+reactivity+in+the+perioperative+period+in+patients+with+malignant+disease.">Interleukin-2 (IL-2) augments host cellular immune reactivity in the perioperative period in patients with malignant disease.</a> Eur. J. Surg. Oncol. 21, 16-22 (1995).</li><li>Houvenaeghel, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tolerance+and+feasibility+of+perioperative+treatment+with+interferon-alpha+2a+in+advanced+cancers.">Tolerance and feasibility of perioperative treatment with interferon-alpha 2a in advanced cancers.</a> Int. Surg. 82, 165-169 (1997).</li><li>Klatte, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perioperative+immunomodulation+with+interleukin-2+in+patients+with+renal+cell+carcinoma:+results+of+a+controlled+phase+II+trial.">Perioperative immunomodulation with interleukin-2 in patients with renal cell carcinoma: results of a controlled phase II trial.</a> Br. J. Cancer. 95, 1167-1173 (2006).</li><li>Oosterling, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perioperative+IFN-alpha+to+avoid+surgically+induced+immune+suppression+in+colorectal+cancer+patients.">Perioperative IFN-alpha to avoid surgically induced immune suppression in colorectal cancer patients.</a> Histol. Histopathol. 21, 753-760 (2006).</li><li>Tai, L. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perioperative+influenza+vaccination+reduces+post-operative+metastatic+disease+by+reversing+surgery-induced+dysfunction+in+natural+killer+cells.">Perioperative influenza vaccination reduces post-operative metastatic disease by reversing surgery-induced dysfunction in natural killer cells.</a> Clin Cancer Res. , (2013).</li></ol>

Författarna förklarar inga konkurrerande ekonomiska intressen.

Kirurgisk resektion är stöttepelaren i terapi för patienter med lokaliserade solida maligniteter. Även med total resektion, många patienter utvecklar ett metastatiskt återfall och dör slutligen av deras sjukdom. Den omedelbara postoperativa perioden ger en idealisk miljö för bildandet av cancermetastaser, moduleras, till stor del, av postoperativ NK cell förtryck. Trots detta är det fortfarande ett terapeutiskt fönster som till stor del ignoreras. Det finns för närvarande inga standard perioperativa cancerbehandlingar för att förebygga postoperativa metastaser. Den aktuella utmaningen är att identifiera säkra och lovande behandlingar som kommer att aktivera NK-celler i den perioperativa perioden därigenom förhindra etableringen av mikrometa sjukdom. Dessa behandlingar ska noggrant karaktäriseras för säkerhet och effekt i prekliniska djurmodeller och därefter översatt till tänkta kliniska prövningar. Den primära förhållandetNale utveckla en mus tumörmodell av kirurgisk stress är att undersöka mekanismerna för immunsuppression och metastasering efter operation och utvärdera innovativa immunterapier med potential för framtida användning i cancerpatienter som genomgår kirurgi för att ta bort den primära tumören. För att uppnå detta mål, var en 4T1 murin bröstcancer modell i kombination med kirurgisk stressen utvecklas. Medan 4T1 cellinje är en mus &quot;bröstcancer&quot;, är det skäl att använda denna cellinje reproducerbarhet spontana metastaser som gör det möjligt att utvärdera effekterna av kirurgisk stress hos en realistisk cancermodell. I detta sammanhang är mindre viktig än den metastatisk potential och tumörbiologi själva ursprunget till malignitet. Den andra viktiga komponenten i vår modell är att utveckla ett djur kirurgiskt ingrepp för att likna mänsklig cancerkirurgi. I detta djur kirurgiska stressmodell, är den primära 4T1 brösttumör skars ut efter att den når 1 cm 3. Eftersomcancer operationer hos människor innebär betydande immunsuppression, en öppen buk nefrektomi i &quot;kirurgiska spännings&quot; behandlingsgrupper är dessutom utförs. Som det kan jämföras med mer konventionella tumörresektion hos människor, är mycket jämförbar med många typer av kirurgiska behandlingar för solida maligniteter, inklusive operation för kolorektal cancer, äggstockscancer, njurcancer, bukspottkörtelcancer, lungcancer och matstrupen den invasiva arten av en fullständig vänster nefrektomi cancer. Dessutom vill vi hävda att de djupgående fysiologiska förändringar som sker perioperativt, på grund av laparotomi + nefrektomi, återger de överväldigande fysiologiska förändringar som sker efter invasiv kirurgi för de flesta solida maligniteter adekvat sätt. För att kontrollera för perioperativa faktorer som kan leda till överdriven kirurgisk stress och dödlighet, varaktigheten av anestesi och kirurgi och upprätthålla kroppstemperaturen under operationen är exakt definierade. Alla dessa parametrar är exakt utfört end definieras i vår operation protokollet för att spegla rutinmässig perioperativ vård hos patienter humana cancer. Tidpunkten för de perioperativa behandlingarna är ytterligare kritisk komponent till den perioperativa räddningsmodellen. 4T1 tumörbärande möss har tidigare behandlats med 3 kurer av influensavaccin: neoadjuvant (givet 5 dagar före operation), perioperativ (ges på samma dag för operation) och perioperativ + flerdos (med tanke på operationsdagen, följt av 2 ytterligare doser ges fem dagars mellanrum). Anmärkningsvärt, alla 3 lägen vaccinbehandling minskade signifikant lungmetastaser 22. Men influensavaccin som administreras perioperativt som engångsdos minskade metastaser mest effektivt. Tillsammans står dessa experiment betona vikten av den omedelbara perioperativa perioden som ett smalt terapeutiskt fönster för att ingripa i den metastatiska processen. Perioperativ användning av innovativa immunterapier såsom oncolytic virus och vaccin har enbart begränsats till vår forskargrupp. Vi visade för första gången att perioperativ tillförsel av nya onkolytiskt ORF och vacciniavirusen kan vända NK cell dämpning efter operation i djurmodeller 1. Ännu viktigare är att denna räddning av immunfunktion korrelerar med en minskning i den postoperativa bildningen av metastaser. I humanstudier hade postoperativa cancer kirurgi patienter minskade NK cell cytotoxicitet och perioperativ OV ökar markant NK-cellaktivitet i cancerpatienter 1. Med användning av kommersiellt tillgängliga profylaktiska vacciner visade vi att perioperativ influensavaccin administrering minskade signifikant tumörmetastaser och förbättrad NK-cell cytotoxicitet i prekliniska tumörmodeller. I humanstudier, influensavaccin förbättras avsevärt NK-cellaktivitet i friska mänskliga donatorer och cancer kirurgi patienter 22. Många metoder används för att minska cancer återfall, inklusive kemoterapi och strålning, men dessa behandlingar är vanligtvis administreras veckor till månader före (neoadjuvant) eller efter (adjuvant) kirurgi. Forskning inom detta område visar att den omedelbara postoperativa perioden är avgörande för att bestämma långsiktiga tumöråterfallsfrekvens. Därför kan kliniska interventioner i form av immunterapi under denna kritiska period har betydande långsiktiga fördelar. Våra studier med hjälp av en musmodell av spontana lungmetastaser och kirurgiska stressen ger en unik möjlighet att utforska nya terapier och bestämma deras potential att förhindra perioperativ immunsuppression i cancer kirurgi patienter och därmed även minska canceråterfallsfrekvens.

Kirurgi är en kritisk komponent i den botande cancerbehandling av solida tumörer, men trots total resektion, många patienter utvecklar en metastaserande återfall och slutligen dör av sin sjukdom. I allt högre grad den postoperativa perioden, som en följd av den fysiologiska stressrespons till kirurgi, inklusive blodkoagulation, frisättning av tillväxtfaktorer och immunsuppression, är erkänd som kritisk tid för utveckling av metastaser. Vår grupp 1,2 och andra 3-5 har visat att den omedelbara postoperativa perioden är en unikt känslig tid för bildandet av metastaser. En av de viktigaste mekanismer som ansvarar för de prometastatic effekterna av kirurgi är postoperativ dysfunktion Natur Killer (NK) celler 1-3. NK-celler är cytotoxiska lymfocyter i det medfödda immunförsvaret är involverad i kontrollen av tumörtillväxt och metastaser 6. NK-cell dysfunktion efter operation har dokumenterats in både mänskliga patienter 1,7-9 och djurmodeller 1,10,11. Postoperativ NK cell dämpning korrelerar med ökad metastaser i djurmodeller av spontana och implanterade metastaser 1,11-14, medan i humanstudier, är låg NK aktivitet under den perioperativa perioden i samband med en högre frekvens av cancer återfall och dödlighet 15,16. Trots detta finns det för närvarande inga cancerbehandlingar särskilt avser de prometastatic förändringar som sker direkt efter cancerkirurgi. Den perioperativa perioden representerar ett terapeutiskt fönster av möjligheter där för att ingripa i den metastatiska processen. Medan traditionella cancerbehandlingar, såsom cytostatika, anses för giftiga för att administreras till patienter som återhämtar sig från större operation 17, immunterapier är perfekta kandidater för perioperativ administration. Perioperativ användning av rekombinant IL-2 och IFN-i ^ har undersökts in tidig fas kliniska studier som visar på deras potential att förhindra postoperativa NK cell dämpning och förbättra progressionsfri överlevnad 18-21. Tyvärr har ytterligare utveckling hindrats av tolerabiliteten av denna ospecifika cytokinbehandling kombinerat med större operationer 17. Virus är också potenta ospecifika aktivatorer av NK-celler. Vår forskning har tidigare visat att preoperativ administration av replikerande virus, såsom nya anti-cancer oncolytic virus (OV) och icke-replikerande virusvacciner, såsom influensavaccin, kan hämma kirurgi-inducerad NK-cell dysfunktion och dämpa metastaserad sjukdom 1,22. Den kirurgiska modell som beskrivs i detta dokument har underlättat vår förståelse av de mekanismer som är involverade i spridning och tillväxt av tumörceller efter operation och tillät oss att utforska nya riktade terapier som kan administreras i den perioperativa perioden. För att åstadkomma detta mål, ett djurmodell av kirurgisk stress och spontan metastas tuss utvecklas. Modellen utnyttjar mus bröstkarcinom tumörer (BALB / c - 4T1) som har förmåga att spontant bilda metastaser från den primära bröstkörteln till flera avlägsna platser i synnerhet lungorna. På dag 0, är ​​bröstcancerceller implanteras i musen bröstfettkudden. På dag 14 post tumörimplantering görs en fullständig resektion av den primära brösttumör utföras på alla djur. En undergrupp av djur erhåller ytterligare kirurgisk stress i form av en buken nefrektomi. På dag 28, lungtumör knutor i kirurgiskt stressade och ingen operation kontroll möss jämfört isoleras och kvantifieras. I denna djurmodell av cancer och kirurgi, är effekterna av kirurgi på cancermetastaser studeras och effekten av perioperativ administration av innovativa immunterapier, inklusive replikering och icke-replikerande viralt baserade immunstimulerande medel testas för första gången.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="647">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Dulbecco&#39;s Modified Eagle Medium (DMEM)</td>
			<td style="width:111px;">Corning Cell-Gro</td>
			<td style="width:153px;">10-013-CV</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Inactivated Fetal Bovine Serum (FBS)</td>
			<td style="width:111px;">HyClone</td>
			<td style="width:153px;">SH30396.03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Penicillin/Streptomycin</td>
			<td style="width:111px;">Gibco</td>
			<td style="width:153px;">15070-063</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">1X sterile Phosphate Buffered Saline (PBS)</td>
			<td style="width:111px;">Corning cell gro</td>
			<td style="width:153px;">21-031-CV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Buprenorphine</td>
			<td style="width:111px;">Chiron, Guelph</td>
			<td style="width:153px;">RXN309968</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Isofluorane</td>
			<td style="width:111px;">Baxter Corp</td>
			<td>1001936040</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">1/2 ultra-fine syringe</td>
			<td style="width:111px;">Terumo</td>
			<td>30 Gauge, SS05M3009</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">9mm staples</td>
			<td style="width:111px;">Braintree</td>
			<td style="width:153px;">ACS BX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">5-0 braided absorbable suture</td>
			<td style="width:111px;">Covidien</td>
			<td style="width:153px;">UL-202</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">3-0 wax braided silk suture</td>
			<td style="width:111px;">Covidien</td>
			<td style="width:153px;">S-194</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Formalin</td>
			<td style="width:111px;">Fisher</td>
			<td style="width:153px;">SF100-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">4T1 tumor cells</td>
			<td style="width:111px;">ATCC</td>
			<td style="width:153px;">CRL-2539</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">BALB/c</td>
			<td style="width:111px;">Charles Rivers Labs</td>
			<td style="width:153px;">Strain Code:028</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a mouse tumor model of surgical stress to explore the mechanisms of postoperative immunosuppression and evaluate novel perioperative immunotherapies

Kirurgisk resektion är en viktig behandling för de flesta cancerpatienter, men kirurgi inducerar dysfunktion i immunsystemet och detta har kopplats till utvecklingen av metastatisk sjukdom i djurmodeller och hos cancerpatienter. Prekliniska arbete från vår grupp och andra har visat en djup suppression av medfödda immunförsvar, specifikt NK-celler i den postoperativa perioden och det spelar en viktig roll i den förbättrade utvecklingen av metastaser efter operation. Relativt få djurstudier och kliniska studier har fokuserat på att karakterisera och vända de skadliga effekterna av cancerkirurgi. Med hjälp av en rigorös djurmodell av spontant metastaserande tumörer och kirurgisk stress, var förbättringen av cancerkirurgi på utvecklingen av lungmetastaser påvisas. I denna modell är 4T1 bröstcancerceller implanterade i mus bröstfettkudden. På dag 14 post tumörimplantering, är en komplett resektion av den primära brösttumör performed hos alla djur. En undergrupp av djur erhåller ytterligare kirurgisk stress i form av en buken nefrektomi. Vid dag 28, är lung tumörnoduli kvantifieras. När immunterapi gavs omedelbart preoperativt, var en djup aktivering av immunceller som förhindrade utvecklingen av metastaser efter operation upptäcks. Medan 4T1 brösttumörkirurgi modell gör det möjligt att simulera effekterna av buken kirurgisk stress på tumörmetastaser, dess tillämplighet på andra tumörtyper måste testas. Den aktuella utmaningen är att identifiera säkra och lovande immunterapier i prekliniska modeller mus och att omsätta dem i livskraftiga perioperativa behandlingar som ges till cancer kirurgi patienter för att förhindra en upprepning av metastaserad sjukdom.

En reproducerbar musmodell av kirurgisk stress som leder till den dramatiska förbättringen av lungmetastaser har utvecklats. På dag 28 efter 4T1 tumörympning (och 14 dagar efter tumörresektion + / - buken nefrektomi), ades lungorna skördas och visualiseras för metastaser. Kirurgi ökar klart mängden lungmetastaser jämfört med obehandlade möss som visat av lung fotografier (Figur 1A), räkning av lungnoduler (Figur 1B), och lungvikt (figur 1C). Preoperativ administrering av repliker onkolytiska viruset och inaktiverat influensavaccin räddar signifikant prometastatic effekterna av cancerkirurgi (figurerna 1A-C). För att bestämma om NK-celler spelar en medierande roll för att förhindra metastaser efter vaccin behandling, NK-celler farmakologiskt utarmat med användning av anti-asialo-GM-1 i tumörmetastas modell. I avsaknad av NKceller, observerade vi ett upphävande av den terapeutiska effekten av perioperativa immunterapi (fig. 2A och 2B). Dessa data tyder på att tumörmetastaser bort i vår kirurgiska stressmodell huvudsakligen medieras via onkolytiskt virus och influensavaccin aktivering av NK-celler och efterföljande NK medierad tumörlys. För att ytterligare karakterisera NK cellfunktion efter perioperativ tillförsel av onkolytiskt virus och influensavaccin, var ex vivo NK celldöd bedömas. Kortfattat, poolas och sorteras DX5 + NK-celler isolerades från splenocyter av kirurgiskt stressade och kontrollmöss. De samodlades under 4 timmar med krom märkta YAC-1-målceller vid olika effektor till mål-förhållanden, följt av mätning av supernatanten kromfrisättning med en gammaräknare. En betydande kirurgi inducerad defekt i NK-cell cytotoxicitet tillsammans med en betydande återhämtning av NK dödande efter perioperativ tillförsel av onkolytiskt virus och influenza vaccin jämfört med enbart kirurgi (figur 2C och 2D) observerades. Sammantaget visar dessa resultat att perioperativ NK cell dämpning kan framgångsrikt behandlas och metastatisk sjukdom minskade med nya immunterapier. <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51253/51253fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51253/51253fig1.jpg" /> Figur 1. Novel anti-cancer oncolytic virus och influensavaccin som perioperativa terapi mot kirurgi-inducerad ökning av lungmetastaser. Bedömning av 4T1 lungtumörmetastaser på dag 28 av den angivna behandlingsgrupper genom att (A) fotografier av representativa lungor, (B) folkräknings av lungtumör knölar och (C) lungvikt. Data är representativa för tre liknande experiment med n = 5-10/group (*, p = 0,01; **, p &lt;0,0001;<html> ns, ej signifikant). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51253/51253fig1highres.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <img alt="Figur 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51253/51253fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51253/51253fig2.jpg" /> Figur 2. Kirurgisk stress ökar lungtumörmetastaser genom att försämra NK-celler. (A, B) Kvantifiering av lungtumörmetastaser i stressade kirurgiskt möss som behandlats med romanen perioperativ behandling. (C, D) Förmågan renat DX5 + NK-celler från kirurgiskt stressad och obehandlade kontroller för att döda tumörceller. Data visas som den genomsnittliga procent (+ / - SD) av kromfrisättning från tredubbla brunnar för den angivna E: T-förhållanden. Data är representativa för 3 liknande experiment där n = 4-5/group (*, p = 0,01, **, p &lt;0,005, ns, ej signifikant)./ Www.jove.com/files/ftp_upload/51253/51253fig2highres.jpg &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Watch this Scientific Journal Video about A Mouse Tumor Model of Surgical Stress to Explore the Mechanisms of Postoperative Immunosuppression and Evaluate Novel Perioperative Immunotherapies at JoVE.c

A Mouse Tumor Model of Surgical Stress to Explore the Mechanisms of Postoperative Immunosuppression and Evaluate Novel Perioperative Immunotherapies

En mus tumör-modell av kirurgisk stress används för att undersöka hur postoperativ immunsuppression främjar metastaserad sjukdom och för att utvärdera immunstimulerande perioperativa terapier.

En Mus tumör Modell av kirurgisk stress att utforska mekanismerna för Postoperativ Immunsuppression och Utvärdera Novel perioperativ immunterapi

Surgical resection is an essential treatment for most cancer patients, but surgery induces dysfunction in the immune system and this has been linked to ...

Research

JoVE Journal

Medicine

Method for Novel Anti-Cancer Drug Development using Tumor Explants of Surgical Specimens

Metod för Novel läkemedel mot cancer utveckling med hjälp av tumör explants av kirurgiska preparat


The current therapies for malignant glioma have only palliative effect. For therapeutic development, one hurdle is the discrepancy of efficacy determined ...

Normothermic Cardiac Arrest and Cardiopulmonary Resuscitation: A Mouse Model of Ischemia-Reperfusion Injury

Normothermic hjärtstopp och hjärt-lungräddning: en musmodell av ischemi-reperfusion skada

Acute Kidney Injury (AKI) is a common, highly lethal, complication of critical illness which has a high mortality1-4 and which is most 
frequently caused ...

Development of a Unilaterally-lesioned 6-OHDA Mouse Model of Parkinson's Disease

Utvecklingen av en ensidigt-lesionerad 6-OHDA-musmodell av Parkinsons sjukdom

The unilaterally lesioned 6-hyroxydopamine (6-OHDA)-lesioned rat model of Parkinson's disease (PD) has proved to be invaluable in advancing our ...

Use of Animal Model of Sepsis to Evaluate Novel Herbal Therapies

Användning av djurmodell för sepsis till utvärdera nya växtbaserade behandlingar

Sepsis refers to a systemic inflammatory response syndrome resulting from a microbial infection. It has been routinely simulated in animals by several ...

A Novel Surgical Approach for Intratracheal Administration of Bioactive Agents in a Fetal Mouse Model

A Novel kirurgisk metod för intratrakeal administrering av bioaktiva ämnen i fosterställning musmodell

Prenatal pulmonary delivery of cells, genes or pharmacologic agents could provide the basis for new therapeutic strategies for a variety of genetic and ...

A Novel High-resolution In vivo Imaging Technique to Study the Dynamic Response of Intracranial Structures to Tumor Growth and Therapeutics

A Novel High-resolution In vivo Imaging Technique to Study the Dynamic Response of Intracranial Structures to Tumor Growth and Therapeutics

A Novel Högupplöst<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging teknik för att studera dynamiska svaret för intrakraniell Structures till tumörtillväxt och Therapeutics

We have successfully integrated previously established Intracranial window (ICW) technology 1-4 with intravital 2-photon confocal microscopy to develop a ...

Initiation of Metastatic Breast Carcinoma by Targeting of the Ductal Epithelium with Adenovirus-Cre: A Novel Transgenic Mouse Model of Breast Cancer

Inledande av metastaserande Bröstkarcinom genom Inriktning av Ductal epitel med adenovirus-Cre: A Novel transgen musmodell av bröstcancer

Breast cancer is a heterogeneous disease involving complex cellular interactions between the developing tumor and immune system, eventually resulting in ...

Isolation and Propagation of Circulating Tumor Cells from a Mouse Cancer Model

Isolering och förökning av cirkulerande tumörceller från en mus Cancer

Cancer metastasis is the foremost cause of cancer-associated deaths. Recent studies have shown that circulating tumor cells (CTCs) are important in cancer ...

A Novel Murine Model of Arteriovenous Fistula Failure: The Surgical Procedure in Detail

A Novel Murina Modell av arteriovenös fistel Fel: det kirurgiska ingreppet i detalj

The arteriovenous fistula (AVF) still suffers from a high number of failures caused by insufficient remodeling and intimal hyperplasia from which the ...

Using In Vitro Live-cell Imaging to Explore Chemotherapeutics Delivered by Lipid-based Nanoparticles

Using In Vitro Live-cell Imaging to Explore Chemotherapeutics Delivered by Lipid-based Nanoparticles

Med In Vitro Live-cell Imaging att utforska kemoterapeutika levereras av Lipid-baserade nanopartiklar

Conventional imaging techniques can provide detailed information about cellular processes. However, this information is based on static images in an ...