Name: modeling primary bone tumors and bone metastasis with solid tumor graft implantation into bone
Uploaded: 2020-09-09T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Modeling Primary Bone Tumors and Bone Metastasis with Solid Tumor Graft Implantation into Bone at JoVE.com

Författarna erkänner det kritiska bidraget från Dr. Beth Chaffee, DVM, PhD, DACVP till utvecklingen av denna teknik.

Alla beskrivna djurförsök godkändes av den institutionella djurvårds- och användningskommittén vid University of Cambridge, Cambridge, Storbritannien.
1. Beredning av cellinjer
<ol><li>Odla cellinjer i enlighet med laboratoriets standardcellodlingsprotokoll för traditionell cellodling eller injektion i möss. Standardprotokoll som används här är tillväxt i Dulbeccos modifierade Eagles medium innehållande 10% fetalt bovint serum (FBS), L-glutamin och penicillin / streptomycin (ned...

<ol>
	<li>Bryda, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Mighty+Mouse:+the+impact+of+rodents+on+advances+in+biomedical+research.">The Mighty Mouse: the impact of rodents on advances in biomedical research.</a> Missouri Medicine. 110 (3), 207-211 (2013).</li><li>Vandamme, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+rodents+as+models+of+human+diseases.">Use of rodents as models of human diseases.</a> Journal of Pharmacy and Bioallied Sciences. 6 (1), 2-9 (2014).</li><li>Simmons, J. K., 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=Animal+Models+of+Bone+Metastasis.">Animal Models of Bone Metastasis.</a> Veterinary Pathology. 52 (5), 827-841 (2015).</li><li>Wolfe, T. D., 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+zoledronic+acid+and+amputation+on+bone+invasion+and+lung+metastasis+of+canine+osteosarcoma+in+nude+mice.">Effect of zoledronic acid and amputation on bone invasion and lung metastasis of canine osteosarcoma in nude mice.</a> Clinical and Experimental Metastasis. 28 (4), 377-389 (2011).</li><li>Wang, 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=The+Clinicopathological+features+and+survival+outcomes+of+patients+with+different+metastatic+sites+in+stage+IV+breast+cancer.">The Clinicopathological features and survival outcomes of patients with different metastatic sites in stage IV breast cancer.</a> BMC Cancer. 19 (1), 1091 (2019).</li><li>James, J. 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=metastases+from+breast+carcinoma:+histopathological+-+radiological+correlations+and+prognostic+features.">metastases from breast carcinoma: histopathological - radiological correlations and prognostic features.</a> British Journal of Cancer. 89 (4), 660-665 (2003).</li><li>Pantel, K., Brakenhoff, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dissecting+the+metastatic+cascade.">Dissecting the metastatic cascade.</a> Nature Reviews Cancer. 4 (6), 448-456 (2004).</li><li>Chaffee, B. K., Allen, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+clinically+relevant+mouse+model+of+canine+osteosarcoma+with+spontaneous+metastasis.">A clinically relevant mouse model of canine osteosarcoma with spontaneous metastasis.</a> In Vivo. 27 (5), 599-603 (2013).</li><li>Munajat, I., Zulmi, W., Norazman, M. Z., Wan Faisham, W. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tumour+volume+and+lung+metastasis+in+patients+with+osteosarcoma.">Tumour volume and lung metastasis in patients with osteosarcoma.</a> Journal of Orthopaedic Surgery (Hong Kong). 16 (2), 182-185 (2008).</li><li>Huang, X., 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=Risk+and+clinicopathological+features+of+osteosarcoma+metastasis+to+the+lung:+A+population-based+study.">Risk and clinicopathological features of osteosarcoma metastasis to the lung: A population-based study.</a> Journal of Bone Oncology. 16, 100230 (2019).</li><li>Li, W., Zhang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Survival+of+patients+with+primary+osteosarcoma+and+lung+metastases.">Survival of patients with primary osteosarcoma and lung metastases.</a> Journal of BUON. 23 (5), 1500-1504 (2018).</li><li>Campbell, J. P., Merkel, A. R., Masood-Campbell, S. K., Elefteriou, F., Sterling, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Models+of+bone+metastasis.">Models of bone metastasis.</a> Journal of Visualized Experiments. (67), e4260 (2012).</li><li>Maloney, 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=Intratibial+Injection+Causes+Direct+Pulmonary+Seeding+of+Osteosarcoma+Cells+and+Is+Not+a+Spontaneous+Model+of+Metastasis:+A+Mouse+Osteosarcoma+Model.">Intratibial Injection Causes Direct Pulmonary Seeding of Osteosarcoma Cells and Is Not a Spontaneous Model of Metastasis: A Mouse Osteosarcoma Model.</a> Clinical Orthopedics and Related Research. 476 (7), 1514-1522 (2018).</li><li>Dai, J., Hensel, J., Wang, N., Kruithof-de Julio, M., Shiozawa, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mouse+models+for+studying+prostate+cancer+bone+metastasis.">Mouse models for studying prostate cancer bone metastasis.</a> BoneKey Reports. 5, 777 (2016).</li><li>Marques da Costa, M. E., 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=Establishment+and+characterization+of+in+vivo+orthotopic+bioluminescent+xenograft+models+from+human+osteosarcoma+cell+lines+in+Swiss+nude+and+NSG+mice.">Establishment and characterization of in vivo orthotopic bioluminescent xenograft models from human osteosarcoma cell lines in Swiss nude and NSG mice.</a> Cancer Medicine. 7 (3), 665-676 (2018).</li><li>Raheem, O., 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=A+novel+patient-derived+intra-femoral+xenograft+model+of+bone+metastatic+prostate+cancer+that+recapitulates+mixed+osteolytic+and+osteoblastic+lesions.">A novel patient-derived intra-femoral xenograft model of bone metastatic prostate cancer that recapitulates mixed osteolytic and osteoblastic lesions.</a> Journal of Translational Medicine. 9, 185 (2011).</li><li>Sasaki, H., Iyer, S. V., Sasaki, K., Tawfik, O. W., Iwakuma, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+improved+intrafemoral+injection+with+minimized+leakage+as+an+orthotopic+mouse+model+of+osteosarcoma.">An improved intrafemoral injection with minimized leakage as an orthotopic mouse model of osteosarcoma.</a> Analytical Biochemistry. 486, 70-74 (2015).</li><li>Valastyan, S., Weinberg, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tumor+metastasis:+molecular+insights+and+evolving+paradigms.">Tumor metastasis: molecular insights and evolving paradigms.</a> Cell. 147 (2), 275-292 (2011).</li><li>Yu, 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=Intra-iliac+Artery+Injection+for+Efficient+and+Selective+Modeling+of+Microscopic+Bone+Metastasis.">Intra-iliac Artery Injection for Efficient and Selective Modeling of Microscopic Bone Metastasis.</a> Journal of Visualized Experiments. (115), e53982 (2016).</li><li>Kuchimaru, 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=A+reliable+murine+model+of+bone+metastasis+by+injecting+cancer+cells+through+caudal+arteries.">A reliable murine model of bone metastasis by injecting cancer cells through caudal arteries.</a> Nature Communications. 9 (1), 2981 (2018).</li><li>Haley, H. 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=Enhanced+Bone+Metastases+in+Skeletally+Immature+Mice.">Enhanced Bone Metastases in Skeletally Immature Mice.</a> Tomography. 4 (2), 84-93 (2018).</li><li>Lei, Z. G., Ren, X. H., Wang, S. S., Liang, X. H., Tang, Y. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immunocompromised+and+immunocompetent+mouse+models+for+head+and+neck+squamous+cell+carcinoma.">Immunocompromised and immunocompetent mouse models for head and neck squamous cell carcinoma.</a> Onco Targets and Therapy. 9, 545-555 (2016).</li><li>Lefley, D., 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=Development+of+clinically+relevant+in+vivo+metastasis+models+using+human+bone+discs+and+breast+cancer+patient-derived+xenografts.">Development of clinically relevant in vivo metastasis models using human bone discs and breast cancer patient-derived xenografts.</a> Breast Cancer Research. 21 (1), 130 (2019).</li><li>Tuveson, D., Clevers, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cancer+modeling+meets+human+organoid+technology.">Cancer modeling meets human organoid technology.</a> Science. 364 (6444), 952-955 (2019).</li></ol>

Denna rapport dokumenterar vår modell för att skapa primära bentumörer eller benmetastaser efter intratibial implantation av en tumörallograft. Vi anser att det finns flera kritiska steg i denna process. Ett säkert anestesiplan bör upprättas för både subkutan injektion av tumörcellsuspensionen och intratibiell placering av de resulterande tumörfragmenten. Det bör finnas steril förberedelse av operationsområdet för både avlägsnande av subkutan allograft och intratibiell placering av allograften. Tumöral...

Musmodeller av sjukdomar hos människor och djur blir allt populärare inom biomedicinsk forskning. Nyttan med att använda möss i detta sammanhang är att deras anatomi och fysiologi är mycket lik människor. De har en relativt kort graviditetsperiod och tid i postnatalt liv för att uppnå mognad och är till stor del förknippade med en relativt låg kostnad och enkel bostad, även om ökande kostnader för utveckling eller inköp är förknippade med högre grader av genetisk modifiering, immunbrist och / eller humanisering1. Användning av inavlade stammar resulterar i en i stort sett enhetlig djurpopulation före inkludering i studien. En fullständig kunskap om deras genom tyder på en hög grad av likhet med människor. Ortologa molekylära mål för många sjukdomsprocesser har identifierats i musgenomet och det finns nu ett omfattande bibliotek av musspecifika reagens som är lätta att få. Därför ger de möjlighet till analys med relativt hög genomströmning på ett snabbare och billigare sätt jämfört med större djurmodeller1. Dessutom, med tillkomsten av genetiska redigeringsstrategier som möjliggör överuttryck eller radering av vissa gener antingen globalt eller på ett celltypspecifikt sätt och / eller konstitutivt eller på ett inducerbart sätt, representerar de ett mycket biologiskt användbart modellsystem för undersökning av sjukdomar hos människor och djur2.
Cancer är ett område där musmodeller har stor nytta. Genetiska musmodeller av cancer är beroende av modulering av uttrycket av antingen onkogener eller tumörsuppressorgener, ensamma eller i kombination, för att celler ska genomgå onkogen transformation. Injektionen av primära eller etablerade tumörcellinjer i möss utförs också. Införandet av antingen cellinjer eller vävnader från människor eller andra djurarter, inklusive möss, är fortfarande den mest använda modellen för cancer in vivo. Användningen av celler och vävnader från olika arter (xenotransplantat) hos immunsupprimerade möss utförs oftast2. Användningen av transplantattumörceller eller vävnader där både värden och mottagaren är av samma art möjliggör emellertid interaktion med ett intakt immunsystem i kombination med samma värdmusstam i syngena system3.
Primära bentumörer eller benmetastaser från solida tumörer resulterar i smärtsamma osteolytiska, osteoblastiska eller blandade osteolytiska / osteoblastiska lesioner 3,4. Dessa tumörer äventyrar benstrukturen, ökar risken för patologisk fraktur och lämnar patienter med begränsade behandlingsalternativ. Primära bentumörer metastaserar till avlägsna organ, med vissa typer som kan sprida sig till andra skelettplatser. Hos bröstcancerpatienter är ben det vanligaste stället för första metastasering och det vanligaste första stället för presentation av metastaserad sjukdom 5,6. Dessutom finns disseminerade tumörceller (DTC) i benmärgen före diagnos av och förutsäger utvecklingen av metastaser i andra organ7. Därför tror man att cancerceller som finns i ben är källan till celler som i slutändan metastaserar till andra organsystem. Det finns många musmodeller av solida tumörmetastaser som utvecklar metastaser främst i lung- och lymfkörtlarna, och beroende på tumörtyp och injektionsteknik, potentiellt andra organsystem3. Det saknas dock musmodeller av benmetastaser som på ett tillförlitligt sätt reproducerbart producerar platsspecifika skelettmetastaser och utvecklar benmetastaser innan möss når tidiga borttagningskriterier från primär tumörbörda eller metastasering till andra organ. Vi har rapporterat en modell av den primära bentumören osteosarkom som bygger på kirurgisk implantation av ett fast tumörallograft i proximal tibia hos möss8. Bentumörer bildades hos 100% av mössen och 88% utvecklade lungmetastaser. Denna incidens av metastaser överstiger vad som vanligen rapporteras kliniskt hos människor (~20-50%), men är av stort intresse eftersom lungan är den vanligaste platsen för metastaser för osteosarkom 9,10,11. Även om denna modell är fördelaktig vid modellering av primära bentumörer, har den också stor nytta vid modellering av benmetastaser från andra osteotropa solida tumörer såsom bröst-, lung-, prostata-, sköldkörtel-, lever-, njur- och gastrointestinala tumörer.
Anledningen till utvecklingen av denna modell var att utveckla ett alternativ till den traditionella intraosseösa injektionen, vanligtvis i proximal tibia eller distalt lårben, för att modellera primära bentumörer eller benmetastaser12. Vårt primära mål var att lindra en känd begränsning av denna teknik, dvs tumörembolisering av lungan. Detta resulterar i engraftment av dessa emboliska tumörceller och "artefaktisk metastasering" som inte rekapitulerar den fullständiga metastatiska kaskaden från en etablerad primär bentumör som metastaserar till lungorna 8,13. Detta skulle också vara situationen när en etablerad benmetastas sprider sig till en avlägsen plats. Dessutom utvecklades denna teknik också för att producera en modell av benmetastaser som skulle säkerställa en större förekomst av engraftment och tillväxt av tumörer i ben och på en enhetlig plats jämfört med ortotopisk eller intravaskulär injektionsteknik. Denna modell har tydliga fördelar jämfört med dessa beskrivna tekniker. Denna modell innebär kontrollerad, konsekvent leverans av tumörceller i benet. Det undviker också artefaktisk lungmetastasering efter lungembolisering och etablerar en enhetlig studiepopulation vid baslinjen. Det finns fördelen med platsspecifika tumörer med denna modell utan risk för tidiga borttagningskriterier till följd av primära tumörer eller metastaser till andra organ. Slutligen har denna modell stor nytta för modifiering, inklusive användning av patient-härledda xenotransplantat.
Den presenterade modellen har likheter med direkt cellsuspension, injektion i ben, efter ett kirurgiskt tillvägagångssätt följt av antingen injektion genom cortex eller leverans i märghålan efter att ha gjort en liten defekt i cortex (med eller utan brotschning ut ur medulärhålan)8,14,15,16,17 . Implantationen av en tumörallograft gör emellertid denna teknik tydligt annorlunda. Syftet med denna rapport var därför att demonstrera denna modell av primära bentumörer och benmetastaser från solida tumörer, vilket övervinner många begränsningar av tidigare beskrivna modeller. Forskargrupper med erfarenhet av cellodling, musmodeller, musanestesi och kirurgi samt musanatomi är väl rustade för att reproducera vår teknik för att modellera primära bentumörer eller benmetastaser hos möss.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>#15 scalpel blade</td>
			<td>Henry Schein Ltd.</td>
			<td>75614</td>
			<td>None</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-well tissue culture plates</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>10578911</td>
			<td>Used for mincing tumor pieces. Can also be used for cell culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Abrams osteosarcoma cell line</td>
			<td>Not applicable</td>
			<td>Not applicable</td>
			<td>None</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anesthesia machine with isoflurane vaporiser and oxygen tank(s)</td>
			<td>VetEquip</td>
			<td>901805</td>
			<td>None</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Animal weighing scale</td>
			<td>Kent Scientific</td>
			<td>SCL- 1015</td>
			<td>None</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BALB/c nude mouse (nu/nu)</td>
			<td>Charles River Ltd.</td>
			<td>NA</td>
			<td>6-8 weeks of age. Male or female mice</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bone cement</td>
			<td>Depuy Synthes</td>
			<td>160504</td>
			<td>Optional use instead of bone wax</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bone wax</td>
			<td>Ethicon</td>
			<td>W31G</td>
			<td>Optional</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprenorphine</td>
			<td>Animalcare Ltd.</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Buprecare 0.3 mg/ml Solution for Injection for Dogs and Cats</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon dioxide euthanasia station</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Should be provided within animal facility</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell culture incubator set at 37 &#176;C and 5% carbon dioxide</td>
			<td>Heraeus</td>
			<td>Various</td>
			<td>None</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chlorhexidine surgical scrub</td>
			<td>Vetoquinol</td>
			<td>411412</td>
			<td>None</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cryovials (2 ml)</td>
			<td>Thermo Scientific Nalgene</td>
			<td>5000-0020</td>
			<td>Optional if cryopreserving tumor fragments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-luciferin (Firefly), potassium salt</td>
			<td>Perkin Elmer</td>
			<td>122799</td>
			<td>Optional if cell line of interest has a bioluminescent reporter gene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital caliper</td>
			<td>Mitutoyo</td>
			<td>500-181-30</td>
			<td>Can be manual</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital microradiography cabinet</td>
			<td>Faxitron Bioptics, LLC</td>
			<td>MX-20</td>
			<td>Optional to evaluate bone response to tumor growth</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl sulfoxide (DMSO)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>1371171000</td>
			<td>Optional if cryopreserving tumor fragments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#8217;s modified Eagle&#8217;s medium</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>11965092</td>
			<td>None</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol (70%)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>2483</td>
			<td>None</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>26140079</td>
			<td>None</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps, Dumont</td>
			<td>Fine Science Tools, Inc.</td>
			<td>11200-33</td>
			<td>None</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Freezer (&#8211; 80 &#176;C)</td>
			<td>Sanyo</td>
			<td>MDF-794C</td>
			<td>Optional if cryopreserving or snap freezing tumor fragments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemocytometer</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>11704939</td>
			<td>Can also use automated cell counter, if available</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hypodermic needles (27 gauge)</td>
			<td>Henry Schein Ltd.</td>
			<td>DIS55510</td>
			<td>May also use 25G (DIS55509) and 30G (Catalog DIS599) needles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ice</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Ideally small pieces in a container for syringe and cell suspension storage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iris scissors</td>
			<td>Fine Science Tools, Inc.</td>
			<td>14084-08</td>
			<td>None</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Henry Schein Ltd.</td>
			<td>1182098</td>
			<td>None</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IVIS Lumina III bioluminescence/fluorescence imaging system</td>
			<td>Perkin Elmer</td>
			<td>CLS136334</td>
			<td>Optional if cell line of interest has bioluminescent or fluorescent reporter genes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-glutamine</td>
			<td>Thermofisher scientifc</td>
			<td>25030081</td>
			<td>None</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liquid nitrogen</td>
			<td>British Oxygen Corporation</td>
			<td>NA</td>
			<td>Optional if cryopreserving or snap freezing tumor fragments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liquid nitrogen dewar, 5 litres</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>TY509X1</td>
			<td>Optional if cryopreserving tumor fragments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matrigel&#174; Matrix GFR, LDEV-Free, 5 ml</td>
			<td>Corning Life Sciences</td>
			<td>356230</td>
			<td>Optional. Also available in 10 ml size (354230)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>75002549</td>
			<td>Pellet cells at 1200 rpm for 5-6 minutes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mr. Frosty freezing containiner</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>10110051</td>
			<td>Optional if cryopreserving tumor fragments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NAIR Hair remover lotion/oil</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>NC0132811</td>
			<td>Can alternatively use an electric clipper with fine blade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin/streptomycin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P4333</td>
			<td>None</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel handle, #7 Short</td>
			<td>Fine Science Tools, Inc.</td>
			<td>10007-12</td>
			<td>User preference as long as it accepts #15 scalpel blade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small animal heated pad</td>
			<td>VetTech</td>
			<td>HE006</td>
			<td>None</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereomicroscope</td>
			<td>GT Vision Ltd.</td>
			<td>H600BV1</td>
			<td>None</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile phosphate-buffered saline (PBS)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>10010023</td>
			<td>Use for injections and also as part of the surgical scrub, alternating with chlorhexidine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue adhesive (sterile)</td>
			<td>3M Corporation</td>
			<td>84-1469SB</td>
			<td>Can alternatively use non-absorbable skin suture (6-0 size)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypan blue</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>5250061</td>
			<td>None</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin-EDTA</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>25300054</td>
			<td>Use 0.05%-0.25%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tuberculin syringe (1 ml with 0.1 ml gradations)</td>
			<td>Becton Dickinson</td>
			<td>309659</td>
			<td>Slip tip preferred over Luer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vented tissue culture flasks, T-75</td>
			<td>Corning Life Sciences</td>
			<td>CLS3290</td>
			<td>Can also use smaller or larger flasks, as needed</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

modeling primary bone tumors and bone metastasis with solid tumor graft implantation into bone

Primära bentumörer eller benmetastaser från solida tumörer resulterar i smärtsamma osteolytiska, osteoblastiska eller blandade osteolytiska / osteoblastiska lesioner. Dessa lesioner äventyrar benstrukturen, ökar risken för patologiska frakturer och lämnar patienter med begränsade behandlingsalternativ. Primära bentumörer metastaserar till avlägsna organ, med vissa typer som kan sprida sig till andra skelettplatser. Nya bevis tyder dock på att cancerceller som har spridit sig till ben med många solida tumörer kan vara den primära källan till celler som i slutändan metastaserar till andra organsystem. De flesta syngena eller xenograftmusmodeller av primära bentumörer involverar intraosseös (ortotopisk) injektion av tumörcellsuspensioner. Vissa djurmodeller av skelettmetastaser från solida tumörer beror också på direkt beninjektion, medan andra försöker rekapitulera ytterligare steg i benmetastaseringskaskaden genom att injicera celler intravaskulärt eller i organet i den primära tumören. Ingen av dessa modeller utvecklar emellertid benmetastaser på ett tillförlitligt sätt eller med en incidens på 100%. Dessutom har direkt intraossös injektion av tumörceller visat sig vara associerad med potentiell tumörembolisering av lungan. Dessa emboliska tumörceller transplanterar men rekapitulerar inte den metastatiska kaskaden. Vi rapporterade en musmodell av osteosarkom där färska eller kryokonserverade tumörfragment (bestående av tumörceller plus stroma) implanteras direkt i proximal tibia med hjälp av en minimalt invasiv kirurgisk teknik. Dessa djur utvecklade reproducerbar engraftment, tillväxt och över tiden osteolys och lungmetastaser. Denna teknik har mångsidigheten att användas för att modellera solid tumörbenmetastasering och kan lätt använda transplantat bestående av en eller flera celltyper, genetiskt modifierade celler, patienthärledda xenotransplantat och / eller märkta celler som kan spåras genom optisk eller avancerad bildbehandling. Här demonstrerar vi denna teknik, modellering av primära bentumörer och benmetastaser med hjälp av solid tumörtransplantatimplantation i ben.

Ett positivt resultat skulle vara förknippat med tumörgravering och progressiv tumörtillväxt över tiden. Beroende på tumörtyp kan intraosseös tumörtillväxt associeras med progressiv hälta i bakbenen, men många tumörer orsakar inte hälta trots tecken på åtföljande bensjukdom. Framgångsrik engraftment dokumenterades med avancerad avbildning, varigenom det skulle finnas progressiva radiografiska, μCT- eller μMRI-förändringar i den proximala skenbenet associerade med benfenotypen för cellinjen av intre...

Watch this Scientific Journal Video about Modeling Primary Bone Tumors and Bone Metastasis with Solid Tumor Graft Implantation into Bone at JoVE.com

Modeling Primary Bone Tumors and Bone Metastasis with Solid Tumor Graft Implantation into Bone

Benmetastasmodeller utvecklar inte metastaser enhetligt eller med 100% förekomst. Direkt intraosseös tumörcellsinjektion kan resultera i embolisering av lungan. Vi presenterar vår teknik modellering primära bentumörer och benmetastaser med hjälp av solid tumörtransplantatimplantation i ben, vilket leder till reproducerbar engraftment och tillväxt.

Modellering av primära bentumörer och benmetastaser med solid tumörtransplantatimplantation i ben

Primary bone tumors or bone metastasis from solid tumors result in painful osteolytic, osteoblastic, or mixed osteolytic/osteoblastic lesions. These ...

This study allows for flexibility in creating primary bone tumors or bone metastasis by placing solid tumor grafts into bone. This technique is a departure from injecting tumor cell suspensions in the bone. This method overcomes the limitation of tumor cell suspension injections lung emboli.Another advantage is creating a more uniform model when compared to spontaneous bone metastasis or after intravascular cell injection. Based on solid tumor graft implantation, possibilities exist beyond human or mouse models, but the use of patient-derived xenografts which can lead to therapies tailored to specific patients. The primary focus is for use at cancer research such as tumor microenvironment, metastasis, drug discovery, cancer genetics, and precision medicine.Visual demonstration is key to showing the key steps of creating the subcutaneous tumor, dissection and creation of the tumor graft, and surgical implantation into the tibia. For subcutaneous tumor induction, harvest the cell line of interest using an appropriate cell dissociation solution and resuspend the cells at a one to two times 10 to the fifth cells to 100 to 150 microliter sterile PBS concentration. Place the cells on ice.Clean the exposed skin with 70%ethanol, and load the cells into a Tuberculin syringe equipped with a 27 gauge needle. Then inject the cell subcutaneously into a region of disinfected skin that will not be impacted by the movement of the shoulder blades. Use a caliper to monitor the size of the subcutaneous tumor overlying the dorsal thorax or abdomen, and measure the animal's body weight weekly to ensure that the tumor does not ulcerate or that the mouse does not meet early removal criteria as established by the Institutional Animal Care and Use Committee.When the tumor reaches 15 millimeters in any dimension, use 70%ethanol to sterilize the skin and use a 15 scalpel to incise the skin overlying the tumor. Use sterile surgical scissors to dissect the tumor from the surrounding attached soft tissues sharply and place the tumor in one well of a six-well plate containing complete growth medium. Use the scalpel to mince the tumor into appropriately sized fragments and place the fragments into a new container of sterile complete growth medium at room temperature.For cryopreservation, pool multiple fragments in a single cryovial in complete growth medium supplemented with 20%fetal bovine serum and 10%dimethyl sulfoxide and use a commercial cryopreservation system at minus 80 degrees Celsius to gradually freeze the tissue before long-term storage in liquid nitrogen. To preserve tumor fragments for subsequent analysis but not future implantation, snap freeze the samples by liquid nitrogen immersion and store the frozen tumor fragments long term at minus 80 degrees Celsius. For subcutaneous tumor fragment implantation, first bring the tumor fragments suspension to room temperature.Next, confirm a lack of response to pedal reflex in an anesthetized recipient mouse and subcutaneously administer analgesia. To minimize the potential trauma to the skin, use depilating cream to remove the hair on the right knee joint and proximal tibia of the connected hindlimb. Scrub the exposed skin with 70%ethanol, followed by alternating chlorhexidine and saline scrubs.While flexing and extending the joint, visualize the proximal tibia as the region just distal to the knee joint and use a 15 scalpel blade to create a three to four millimeter incision at the level of the proximal tibia on the medial aspect of the limb through the skin and subcutaneous tissue to expose the medial cortex of the proximal tibia. To create a small hole in the medial cortex of the proximal tibia, use the tip of a 25 gauge needle to apply gentle pressure while rotating the tip approximately two millimeters distal to the knee joint and equidistant between the cranial and caudal tibial cortexes. When the hole has been created, use sterile forceps or a 27 to 30 gauge needle to insert a minimum of 0.5 cubed millimeter tumor fragments into the medullary cavity of the proximal tibia and use a 27 to 30 gauge needle to manipulate the tumor fragments into the medullary canal.After placing all the fragments, oppose the skin edges with the appropriate material and return the animal to its cage with monitoring until ambulatory. Then evaluate the tibial tumor growth noninvasively by weekly digital radiography, bioluminescence, or fluorescence imaging, and use calipers to measure the limb at the implantation site. Successful engraftment can be documented with advanced imaging.In this representative analysis, the cortical defect created for tumor graft implantation was visible in the proximal tibia one week after implantation. By week two, visible osteolysis and bone remodeling adjacent to the cortical defect could be observed. From weeks two to five, additional progressive bone destruction and the formation of new bone associated with tumor engraftment and growth occurred.Care should be taken while creating a small hole in the proximal tibia. Rely on rotating the tip with gentle to minimal pressure allowing the needle tip to do the work. Following this procedure, tumor graft placement in other bone sites, placement of organoids or tumor cells in the extracellular matrix into the bone defect or molecular and histologic analysis in addition to imaging can be performed.

Research

JoVE Journal

Cancer Research

Next Generation Sequencing for the Detection of Actionable Mutations in Solid and Liquid Tumors

Nästa generations sekvense för detektion av vilken talan Mutationer i fast och flytande tumörer

As our understanding of the driver mutations necessary for initiation and progression of cancers improves, we gain critical information on how specific ...

Intra-iliac Artery Injection for Efficient and Selective Modeling of Microscopic Bone Metastasis

Intra-iliaca Injection för effektiv och selektiv Modellering av Mikroskopisk skelettmetastaser

Intra-iliac artery (IIA) injection is an efficient approach to introduce metastatic lesions of various cancer cells in animals. Compared to the widely ...

Dual Effects of Melanoma Cell-derived Factors on Bone Marrow Adipocytes Differentiation

Dubbla effekter av melanom Cell-derived faktorer på benmärgen adipocyter differentiering

The crosstalk between bone marrow adipocytes and tumor cells may play a critical role in the process of bone metastasis. A variety of methods are ...

Multimodal Bioluminescent and Positronic-emission Tomography/Computational Tomography Imaging of Multiple Myeloma Bone Marrow Xenografts in NOG Mice

Multimodala självlysande och Positronic-emission Tomography/Computational tomografisk avbildning av multipelt myelom benmärgen xenograft i NOG möss

Multiple myeloma (MM) tumors engraft in the bone marrow (BM) and their survival and progression are dependent upon complex molecular and cellular ...

Measuring Bone Remodeling and Recreating the Tumor-Bone Microenvironment Using Calvaria Co-culture and Histomorphometry

Mätning av benremodeling och återskapa tumör-ben mikromiljö med Calvaria Co-kultur och Histomorphometry

Bone is a connective tissue constituted of osteoblasts, osteocytes, and osteoclasts and a mineralized extracellular matrix, which gives it its strength ...

Three-Dimensional Bone Extracellular Matrix Model for Osteosarcoma

Tredimensionella ben extracellulärmatrix modell för osteosarkom

Osteosarcoma (OS) is the most common and a highly aggressive primary bone tumor. It is characterized with anatomic and histologic variations along with ...

Micromanipulation of Circulating Tumor Cells for Downstream Molecular Analysis and Metastatic Potential Assessment

Micromanipulation av cirkulerande tumör celler för nedströms molekylär analys och metastatisk potentiell bedömning

Blood-borne metastasis accounts for&#160;most cancer-related deaths and involves circulating tumor cells (CTCs) that are successful in establishing new ...

Establishment and Analysis of Three-Dimensional (3D) Organoids Derived from Patient Prostate Cancer Bone Metastasis Specimens and their Xenografts

Establishment and Analysis of Three-Dimensional 3D Organoids Derived from Patient Prostate Cancer Bone Metastasis Specimens and their Xenografts

Etablering och analys av tredimensionella (3D) organoider som härrör från patienten prostatacancer Ben metastasering exemplar och deras Xenografts

Three-dimensional (3D) culture of organoids from tumor specimens of human patients and patient-derived xenograft (PDX) models of prostate cancer, referred ...

Machine Learning Algorithms for Early Detection of Bone Metastases in an Experimental Rat Model

Machine Learning Algoritmer för tidig upptäckt av Ben metastaser i en experimentell Rat Model

Machine learning (ML) algorithms permit the integration of different features into a model to perform classification or regression tasks with an accuracy ...

Intra-Cardiac Injection of Human Prostate Cancer Cells to Create a Bone Metastasis Xenograft Mouse Model

Intrakardiell injektion av humana prostatacancerceller för att skapa en Xenograft-musmodell med benmetastaser

As the most common male malignancy, prostate cancer (PC) ranks second in mortality, primarily due to a 65%-75% bone metastasis rate. Therefore, it is ...