Name: image-guided resection of glioblastoma and intracranial implantation of therapeutic stem cell-seeded scaffolds
Uploaded: 2018-07-16T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Image-Guided Resection of Glioblastoma and Intracranial Implantation of Therapeutic Stem Cell-seeded Scaffolds at JoVE.com

Die Autoren erkennen redaktionelle Beiträge von Dr. Kathryn Pietrosimone. PLA-Gerüste wurden von Dr. Elizabeth Loboa Lab an der North Carolina State University hergestellt. Diese Arbeit wurde von der UNC Lineberger Comprehensive Cancer Center der University Cancer Research Fund und die UNC-translationale und Clinical Sciences Institute (KL2TR001109, UL1TR001111) unterstützt.

Alle hier beschriebene Methoden wurden von den institutionellen Animal Care und Nutzung Committee (IACUC) der University of North Carolina in Chapel Hill genehmigt.
Hinweis: Dieser Vorgang wird durchgeführt an Mäusen mit einem offenen Kraniotomie, das Gehirn verlassen als eine modifizierte Version des Protokolls durch Mostany und Tür-Cailliau19 , wobei das Knochengewebe, das chirurgisch entfernt wird verworfen, zugänglich für Einrichtung und eventuelle Resektion vo...

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	<li>Adamson, C., 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=Glioblastoma+multiforme:+a+review+of+where+we+have+been+and+where+we+are+going.">Glioblastoma multiforme: a review of where we have been and where we are going.</a> Expert opinion on investigational drugs. 18 (8), 1061-1083 (2009).</li><li>Asthagiri, A. R., Pouratian, N., Sherman, J., Ahmed, G., Shaffrey, M. 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Vis. Exp. (12), e680 (2008).</li><li>Ozawa, T., James, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Establishing+Intracranial+Brain+Tumor+Xenografts+With+Subsequent+Analysis+of+Tumor+Growth+and+Response+to+Therapy+using+Bioluminescence+Imaging.">Establishing Intracranial Brain Tumor Xenografts With Subsequent Analysis of Tumor Growth and Response to Therapy using Bioluminescence Imaging.</a> J. Vis. Exp. (41), e1986 (2010).</li></ol>

Chirurgie kann in der Regel innerhalb von 30 min per Mausklick, abgeschlossen werden, angesichts der Tatsache, dass die folgenden Punkte berücksichtigt werden, maximale Präzision und zeitraubende Fallstricke zu vermeiden. Zunächst sicherstellen Sie, dass die Maus in der stereotaktischen Instrument vor Beginn des Verfahrens richtig positioniert ist. Unerwünschte Kopfbewegungen schränkt chirurgischer Genauigkeit der Kraniotomie, Lage des Tumors Implantation und Grad der Tumor-Resektion. Entfernen Sie vor der Resektion...

Glioblastom (GBM) ist der häufigste primäre Hirntumoren bei Erwachsenen mit einem düsteren mediane Überlebenszeit von nur 12-15 Monaten1,2,3,4,5. Überleben ist nicht deutlich verbessert, seit 2005 als der aktuelle klinischen Standard maximale chirurgische Resektion, gefolgt von Bestrahlung und damit einhergehende und adjuvanten Temozolomid Chemotherapie war6,7angenommen. Während dieser Behandlung Patienten mit eine vorübergehende Linderung der Symptome bietet, führt Standard der Behandlung immer Rezidiv da angriffskrebs Brennpunkte Resektion zu entziehen und aus systemische Therapien durch die Blut - Hirn-Schranke (BBB) geschützt sind. Strategien, die invasiven Tumor Herde Ziel unter Umgehung der BBB werden dringend benötigt, um gegen diese aggressiven und schwächenden Krankheit Fuß fassen.
Humane mesenchymaler Stammzellen (MSCs) vielversprechend als Medikament auslieferfahrzeuge für GBM aufgrund ihrer nativen Tumor Tropismus8,9. MSCs besitzen Rezeptoren für und Wandern in Richtung lösliche Faktoren, die Tumoren, einschließlich Stromazellen Zelle abgeleitet Faktor 1α absondern (SDF-1α), Matrix-Metalloproteinase-1 (MMP-1) und Monocyte lockstoffgradient Protein-1 (MCP-1) u.a.10, 11 , 12 , 13. engineering MSCs zum Ausdruck bringen und sezernieren Zytostatika ermöglicht es ihnen, als Tumor-Homing Medikament Lieferfahrzeuge nutzbar gemacht werden. Veränderter MSCs Annäherung an invasiven Tumor Herde und therapeutischer Proteine liefern. Dieser Ansatz hat Machbarkeit in einer Vielzahl von präklinischen GBM Modelle9,14gezeigt. Die überwiegende Mehrheit dieser Modelle beinhalten jedoch keine chirurgische Resektion trotz die klinische Relevanz dieser Komponente. Neue Studien mit neuen Modellen der Resektion ergab, dass chirurgische Tumor Entfernung reduziert die Persistenz von Stammzellen, die direkt in die chirurgische Hohlraum15injiziert werden. Verlust der Rentabilität führte zu verminderten Wirksamkeit, wahrscheinlich wegen der Abnahme der Dosis und Dauer der Droge geliefert, die invasiven Tumor Herde.
Zur Steigerung von Stammzellen Lebensfähigkeit und Drug-Delivery können MSCs auf Gerüsten vor der Implantation ausgesät werden. In diesem Protokoll, biokompatibel und resorbierbaren Electrospun Nanofibrous Poly(lactic acid) (PLA) dient als Gerüst für die MSCs. PLA beugt und passt sich der Form des Hohlraums Resektion bei Implantat, das therapeutische Reichweite maximiert und minimiert die Entfernung MSCs reisen muss, um Tumorzellen zu erreichen. MSCs bleiben auf dem Schafott während der Implantation und migrieren Sie anschließend aus dem Gerüst gegen Tumorzellen nach Implantation16,17. MSCs und die zytotoxische Medikamente, die sie dann tragen sammeln sich im Tumor Brennpunkte. Lieferung von zytotoxischen Droge zum Tumor erfordert MSC Lebensfähigkeit und Beharrlichkeit, die durch Implantation auf Gerüsten unterstützt werden.
In diesem Verfahren Lentivirale Vektoren werden verwendet, um stabile Expression von Leuchtstofflampen (in-vitro- tracking) und Biolumineszenz (in Vivo tracking) induzieren Marker in der Krebs- und Stammzellforschung Linien. Die menschliche GBM Linie U87 ist mit mCherry und Firefly Luciferase (U87 mCh-Fl) und die nichttherapeutische MSCs mit GFP und Renilla-Luciferase (MSC GFP-Rluc) infiziert. Die therapeutische Variante des MSCs express TNF-bezogene Apoptose induzierenden Liganden (MSC-TRAIL). TRAIL, ein konstitutiv sezerniert Protein bindet an in der Nähe todesrezeptoren auf Krebs Zellen und Caspase-vermittelten Apoptose18initiiert.
Hier bieten wir ein Protokoll für präklinische bildgestützten GBM chirurgische Resektion und Implantation von MSC ausgesät Gerüste. In Kürze erhalten nackte Mäusen eine Kraniotomie, drei Tage später folgte Stereotaktische orthotopen Injektion von U87 mCh-Fl, den Primärtumor zu etablieren. Die eingepflanzt Tumor wächst für einen Zeitraum von etwa einer Woche. PLA-Gerüste sind mit MSCs 48 h vor der Resektion Operation ausgesät. Der Tumor ist dann unter fluoreszierenden Anleitung reseziert, und das MSC geladen Gerüst ist in den Hohlraum der Resektion implantiert. Tumor-Belastung und Maus überleben werden dann postoperativ mit Biolumineszenz imaging (BLI) verfolgt. Ein Zeitplan für diese Verfahren nachfolgend (Abbildung 1).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57452/57452fig1.jpg"> Abbildung 1: Timeline Verfahren. Mäuse erhalten zunächst ein kranialen Fenster (Tag 0). Nach einer Erholungszeit von drei Tagen, Tumoren sind implantiert (Tag3) und für ca. eine Woche wachsen. Gerüste sind mit MSCs (Tag 8) zwei Tage vor der Tumor-Resektion und Implantation-Verfahren (Tag 10) ausgesät. Tumorprogression und therapeutische Wirksamkeit werden per Post-Operative imaging danach (Tag 10 +) bewertet. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57452/57452fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Just for mouse stereotaxic instrument</td>
			<td>Stoelting</td>
			<td>51730</td>
			<td>Maintains steady head positioning during surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescence dissecting stereomicroscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td>M165 FC&#160;</td>
			<td>Allows real-time imaging of tumor during resection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motorized integrated stereotaxic injector (ISI) system</td>
			<td>Stoelting</td>
			<td>53315</td>
			<td>Allows precise tumor cell injection volume and rate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vetbond tissue adhesive</td>
			<td>3M</td>
			<td>1469</td>
			<td>Sugical glue to close skin wound</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Artificial tears</td>
			<td>Akorn</td>
			<td>664268</td>
			<td>Prevents eyes from drying during surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Webcol alcohol preps</td>
			<td>Covidien</td>
			<td>6818</td>
			<td>Sterilize incision site</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Betadine surgical scrub</td>
			<td>Purdue Fredick Company</td>
			<td>6761815117</td>
			<td>Sterilize incision site</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton-tipped applicators</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>23-400-115</td>
			<td>Surgery tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E-vac aspirating system</td>
			<td>Argos</td>
			<td>EV310</td>
			<td>Vacuum pump used to resect tumor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fibrinogen and thrombin extracted from as-received TISSEEL</td>
			<td>Baxter</td>
			<td></td>
			<td>To temporarily secure the scaffold in the resection cavity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IVIS Kinetic in vivo optical imaging system</td>
			<td>Caliper Life Science</td>
			<td></td>
			<td>Bioluminescent Imager</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-Luciferin potassium salt</td>
			<td>PerkinElmer</td>
			<td>122799</td>
			<td>In vivo imaging agent</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

image-guided resection of glioblastoma and intracranial implantation of therapeutic stem cell-seeded scaffolds

Glioblastom (GBM), der am weitesten verbreitete und aggressive primäre Hirntumoren, trägt eine Lebenserwartung von 12-15 Monate. Die geringe Lebenserwartung ist zum Teil auf die Unfähigkeit der aktuellen Behandlung, bestehend aus chirurgische Resektion gefolgt von Bestrahlung und Chemotherapie, invasiven Tumor Herde zu beseitigen. Behandlung von diese Herde kann mit Tumoricidal humaner mesenchymaler Stammzellen (MSCs) verbessert werden. MSCs potente Tumor Tropismus aufweisen und können zu express therapeutischer Proteine, die Tumorzellen zu töten konstruiert werden. Fortschritte in der präklinischen Modellen zeigen, dass chirurgische Resektion induziert vorzeitigen Verlust der MSC und therapeutische Wirksamkeit reduziert. Wirksamkeit der MSC Behandlung kann durch Aussaat MSCs auf einem Gerüst von biologisch abbaubaren Poly(lactic acid) (PLA) verbessert werden. MSC-Lieferung in der chirurgischen Resektion Hohlraum auf einem PLA-Gerüst stellt Zelle Aufbewahrung, Persistenz und Tumor töten. Um die Auswirkungen der MSC ausgesät PLA Implantation auf GBM zu studieren, braucht man ein genaues Präklinisches Modell. Hier bieten wir eine präklinische chirurgische Protokoll für bildgestützte Tumor-Resektion der GBM in immundefiziente Mäuse gefolgt von MSC ausgesät Gerüst Implantation. MSCs sind so konstruiert, mit Lentivirale Konstrukte konstitutiv auszudrücken und sezernieren therapeutische TNF-bezogene Apoptose induzierenden Liganden (TRAIL) sowie grün fluoreszierendes Protein (GFP), fluoreszierenden Tracking ermöglichen. Ebenso sind die Tumorzellen U87 express mCherry und Firefly Luciferase, Bereitstellung von dual fluoreszierenden/leuchtenden tracking entwickelt. Während derzeit verwendet für die Untersuchung von Stammzellen vermittelte Lieferung von Therapeutika, konnte dieses Protokoll geändert werden, untersuchen die Auswirkungen der chirurgischen Resektion zu anderen GBM-Interventionen.

U87 Tumorzellen wurden entwickelt, um ausdrückliche mCherry und Firefly Luciferase (U87 mCh-Fl) vor der Injektion und zur bildgestützten Resektion und Biolumineszenz tracking (Abbildung 2A-C). Stammzellen wurden ebenso entwickelt mit diagnostischen GFP-Rluc (MSC-GFP) oder GLP-THERAPIEVERSUCH (MSC-TRAIL) und ausgesät auf die PLA-Gerüste, Befestigung und Verbreitung (Abb. 2D-F) zu bestätigen.<...

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Image-Guided Resection of Glioblastoma and Intracranial Implantation of Therapeutic Stem Cell-seeded Scaffolds

Bildgestützte Resektion der Glioblastom und intrakraniellen Implantation von therapeutischen Stammzellen entkernt Gerüste

Tumor-Suche nach therapeutischen mesenchymaler Stammzellen (MSCs) vielversprechend zur Behandlung von invasiven Glioblastom. Optimale Transplantation umfasst Lieferung von MSCs in den Tumor Resektion Hohlraum auf Gerüsten. Hierbei sind präklinische Techniken, MSC Behandlung des Glioblastoms zu studieren vorgesehen, einschließlich: bildgebende Tumor Resektion; Implantation von MSC ausgesät Gerüste; und postoperative Therapie verfolgen.

Glioblastoma (GBM), the most common and aggressive primary brain cancer, carries a life expectancy of 12-15 months. The short life expectancy is due in ...

Research

JoVE Journal

Medicine

Intracranial Implantation with Subsequent 3D In Vivo Bioluminescent Imaging of Murine Gliomas

Intracranial Implantation with Subsequent 3D In Vivo Bioluminescent Imaging of Murine Gliomas

Intrakranielle Implantation mit anschließender 3D In Vivo Bioluminescent Imaging von Murine Gliome

The mouse glioma 261 (GL261) is recognized as an in vivo model system that recapitulates many of the features of human glioblastoma multiforme (GBM). The ...

Forschung

Medizin

Stereotactic Intracranial Implantation and In vivo Bioluminescent Imaging of Tumor Xenografts in a Mouse Model System of Glioblastoma Multiforme

Stereotactic Intracranial Implantation and In vivo Bioluminescent Imaging of Tumor Xenografts in a Mouse Model System of Glioblastoma Multiforme

Stereotaktische Intrakranielle Implantation und<em&gt; In vivo</em&gt; Bioluminescent Imaging der Tumorxenotransplantaten in einem Maus-Modell-System des Glioblastoma multiforme

Glioblastoma multiforme (GBM) is a high-grade primary brain cancer with a median survival of only 14.6 months in humans despite standard tri-modality ...

Treatment of Osteochondral Defects in the Rabbit's Knee Joint by Implantation of Allogeneic Mesenchymal Stem Cells in Fibrin Clots

Behandlung von osteochondralen Defekten in des Kaninchens Kniegelenk durch Implantation von allogenen mesenchymalen Stammzellen in Fibringerinnseln

The treatment of osteochondral articular defects has been challenging physicians for many years. The better understanding of interactions of articular ...

Image-guided Convection-enhanced Delivery into Agarose Gel Models of the Brain

Bildgestützte Konvektion-enhanced Lieferung in Agarose-Gel-Modelle des Gehirns

Convection-enhanced delivery (CED) has been proposed as a treatment option for a wide range of neurological diseases. Neuroinfusion catheter CED allows ...

Creating Anatomically Accurate and Reproducible Intracranial Xenografts of Human Brain Tumors

Erstellen Anatomisch genaue und reproduzierbare intrakranielle Xenografts der Menschen Hirntumoren

Orthotopic tumor models are currently the best way to study the characteristics of a tumor type, with and without intervention, in the context of a live ...

High Throughput Characterization of Adult Stem Cells Engineered for Delivery of Therapeutic Factors for Neuroprotective Strategies

Hochdurchsatz-Charakterisierung von adulten Stammzellen für die Zuführung von therapeutischen Faktoren für neuroprotektive Strategien Engineered

Mesenchymal stem cells (MSCs) derived from bone marrow are a powerful cellular resource and have been used in numerous studies as potential candidates to ...

Bioluminescence Imaging of an Immunocompetent Animal Model for Glioblastoma

Biolumineszenz-Bildgebung von einem immunkompetenten Tiermodell für Glioblastoma

In contrast to commonly reported human glioma xenograft animal models, GL261 murine glioma xenografts recapitulate nearly all relevant clinical and ...

Intranasal Delivery of Therapeutic Stem Cells to Glioblastoma in a Mouse Model

Intranasale Abgabe von therapeutischen Stammzellen an Glioblastom in einem Mausmodell

The intrinsic tropism towards brain malignancies renders stem cells as promising carriers of therapeutic agents against malignant tumors. The delivery of ...

Predicting Treatment Response to Image-Guided Therapies Using Machine Learning: An Example for Trans-Arterial Treatment of Hepatocellular Carcinoma

Vorhersage der Behandlungserfolg für bildgestützte Therapien mit maschinellem lernen: ein Beispiel für eine Trans-arterielle Behandlung des hepatozellulären Karzinoms

Intra-arterial therapies are the standard of care for patients with hepatocellular carcinoma who cannot undergo surgical resection. The objective of this ...

Transaxillary First Rib Resection for Treatment of the Thoracic Outlet Syndrome

Transaxilläre erste Rippenresektion zur Behandlung des Thoracic-Outlet-Syndroms

Thoracic outlet syndrome (TOS) is a common disorder that causes a significant loss of productivity. The transaxillary first rib resection (TFRR) protocol ...