Method Article
Tiermodelle werden häufig genutzt, um Krebs Metastasen in Knochen zu untersuchen. In diesem Protokoll werden wir zwei gängige Methoden der Tumorinokulation für Knochenmetastasen Studien beschreiben und beschreiben Sie kurz einige Analysen genutzt werden, um zu überwachen und zu quantifizieren diese Modelle.
Knochenmetastasen sind ein gemeinsames Auftreten in mehreren Malignitäten, einschließlich Brust-, Prostata-und Lungenkrebs. Einmal im Knochen festgestellt, sind Tumoren verantwortlich für erhebliche Morbidität und Mortalität 1. Somit besteht ein erheblicher Bedarf, um die molekularen Mechanismen, die die Einrichtung, Wachstums und der Aktivität von Tumoren in Knochen zu verstehen. Mehrere in-vivo-Modellen wurden eingerichtet, um diese Ereignisse zu studieren und jeder hat spezifische Vorteile und Einschränkungen. Das am häufigsten verwendete Modell nutzt intrakardialen Inokulation von Tumorzellen direkt in den arteriellen Blutversorgung athymischen (nackten) BalbC Mäusen. Dieses Verfahren kann auf viele verschiedene Tumortypen (unter anderem PC-3 Prostatakarzinom, Lungenkarzinom, und Maus Brustfettpolster Tumoren) aufgebracht werden, jedoch in diesem Manuskript wir uns auf die Brustkrebsmodell konzentrieren, MDA-MB-231. In diesem Modell nutzen wir eine hoch Knochen selektive Klon, ursprünglich in Dr. Mundy Gruppe in San Antonio 2 abgeleitet, dass hwie seit GFP-Expression transfiziert worden und durch unsere Gruppe 3 erneut geklont. Dieser Klon ist ein Knochen metastasierenden Variante mit einer hohen Rate von osteotropism und sehr kleine Metastasen in Lunge, Leber oder Nebennieren. Während intrakardiale Injektionen werden am häufigsten für Studien von Knochenmetastasen 2, in bestimmten Fällen verwendet intratibial 4 oder Brustfettpolster Injektionen sind besser geeignet. Intrakardiale Injektionen durchgeführt werden typischerweise bei der Verwendung von humanen Tumorzellen mit dem Ziel der Überwachung der späteren Stufen der Metastasenbildung, insbesondere die Fähigkeit der Krebszellen im Knochen zu verhaften, überleben, proliferieren und etablieren Tumoren, die in Krebs-induzierten Knochenerkrankung entwickeln. Intratibial Injektionen werden durchgeführt, wenn die sich auf die Beziehung von Krebszellen und Knochen nach ein Tumor an Knochen, die in etwa korreliert mit etablierten Knochenmetastasen metastasiert. Keines dieser Modelle rekapituliert frühen Schritte in der metastatischen Prozess vor Embolien und Eintragvon Tumorzellen in den Kreislauf. Wenn die Überwachung primäre Tumorwachstum oder Metastasen von primären Standort zu Knochen, dann Brustfettpolster Impfungen sind in der Regel bevorzugten, aber nur sehr wenige Tumorzelllinien konsequent den Knochen metastasieren vom primären Standort mit 4T1 Knochen bevorzugte Klone, eine Maus-Mamma- Karzinom, die Ausnahme 5,6.
Dieses Manuskript Details Impfung Verfahren und Highlights wichtige Schritte in post Inokulation Analysen. Insbesondere umfasst es Zellkultur, Tumorzellinokulation Verfahren zur intrakardialen und intratibial Impfungen sowie kurze Informationen über wöchentliche Überwachung durch Röntgen, Fluoreszenz und histomorphometrische Analysen.
Ein. Zelle Wartung
2. Cell Preparation
3. Intrakardiale Impfung
4. Intratibial
5. Imaging Zeit Course
6. Maus Sacrifice
7. Ex-vivo-Analyse
8. Repräsentative Ergebnisse
Nach intrakardialen oder intratibial Inokulation der Tumorzellen (Abbildung 1) Mäuse werden wöchentlich überwacht durch Radiographie und Fluoreszenz (oder Lumineszenz). Läsionen in der Regel zu werden, indem x-ray deutlich zwischen Woche 2 und 3, während sie sichtbar sein kann durch Fluoreszenz und Lumineszenz bereits in Woche 2, je nach Modell (Abbildung 2). Die Läsionen sind als dunkle Löcher in den Knochen, und immer deutlicher mit der Zeit (Abb. 3). Läsionen wurden quantifiziert mit Metamorph Analyse von Röntgenaufnahmen und Fluoreszenz quantifiziert wurde mit Maestro (CRi) Imaging-und Analysesoftware. Als Läsionen zu wachsen beginnen, Mäuse werden häufig Kachexie. Sacrifice ist erforderlich, wenn die Mäuse zwischen 10-20% ihres ursprünglichen Körpergewichts verloren haben. Der Zustand der Mäuse können rasch ändern und zu überwachen mehrere Male während des Tages werden. Zwischen 3-4 Wochen Mäusen begann eine oder beide Hinterbeine ziehen und die gesamte Studie wurde geopfert. Die Bilder wurden vor der Tötung genommen. Nach der Anästhesie Überdosierung wurde Blut gesammelt, um Marker des Knochenstoffwechsels oder andere Faktoren zu messen. Nach Genickbruch wurde die Haut von der Maus und Knochen herausgeschnitten entkleidet und gereinigt ex-vivo-Bildgebung (Abb. 3), die Visualisierung von Tumorherde ermöglichen wird mindestens 7 Tage früher als in vivo Bildgebung. Sobald Bildgebung abgeschlossen Knochen wurden in etikettierten Kassetten gegeben und in Formalin Fixierung und weitere histologische Verarbeitung oder μCT Analyse. Histomorphometrie wurde an den Proben durchgeführt, um die Tumorbelastung und BV / TV geben nach μCT auf einer Tibia durchgeführt wurde, um die Menge des Knochenabbaus (Abbildung 4) zu quantifizieren.
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Abbildung 1. Die richtige Platzierung der Injektion. Ventral radiologischen Ansicht (A) der erwachsenen Maus Thorax zeigt die richtige Platzierung der Nadel im 4. Interkostalraum und in der linken Herzkammer zur intrakardialen Impfung. Anatomischen Landmarken sind mit horizontalen gestrichelten Linien auf dem Brustbein (dargestellt in weiß). Auf der Maus Haut das Brustbeinkerbe und Xyphoid Prozess als Landmarken dienen, und die Nadel leicht des Brustbeins links eingefügt. Ventralen röntgenologischen Ansicht (B) des Schenkels erwachsenen Maus zeigt richtige Platzierung der Nadel in der proximalen Tibia, ausgerichtet zwischen den Kondylen. Aus einer seitlichen Perspektive die Spitze der Nadel hinter der Tuberositas und tief auf die Epiphysenfuge platziert. Ideale Lage für die Injektion von weißen Kreis angezeigt.
Abbildung 2. Zeitlicher Verlauf von Knochenmetastasen Modelle. Progression von ca.ncer induzierten Knochenerkrankung mit Röntgenstrahlen und GFP + gezeigten Fluoreszenzbilder der Tumoren in vivo aus intratibial Injektionen (A) und intrakardiale Injektionen (B).
Abbildung 3. Zeitverlauf der intrakardialen MDA-MB-231-Modell Obere Reihe:. Ex vivo-Bild zeigt GFP-Fluoreszenz am Tag 0, 14, 21, und 28 nach intrakardiale Injektion von MDA-MB-231. Beachten Sie, dass Tumorherde am Tag 14 nur in ex vivo sind nach Weichgewebe entfernen. Untere Reihe: Ex vivo Röntgenbildern der gleichen Femora Veranschaulichung osteolytische Knochenläsionen. Beachten Sie, dass Knochenabbau normalerweise nicht sichtbar, bis 3 Wochen nach herzchirurgischen Injektion.
Abbildung 4. Quantifizierung der Knochen metastasiertem Progression. GFP + Tumor visualisiert Maestro Bildgebung ex vivo tibiae eines nicht-tumortragenden Maus (A) und einer Maus 4 Wochen nach intrakardiale Injektion eines GFP exprimierenden MDA-MB-231-Subklon (B). Tumorherde korrelieren mit Bereichen Knochenabbau wie durch Faxitron (D) gezeigt, im Vergleich einen Knochen ohne Tumor (C). Knochen strukturellen und mineralischen Daten aus MicroCT Messungen als 3D-Bilder eines gesunden Knochens (E) und einer tumortragenden Knochen (F), wo Bereichen Knochenabbau werden als nichtig Bereich angezeigt gerendert. Weitere Knochen-und Tumor Detail in entsprechenden H & E gefärbten histologischen Schnitten (G & H) gesehen.
Studium der Tumor-induzierten Knochenerkrankungen verlassen sich auf mehreren Tiermodellen von denen die beiden am häufigsten verwendeten sind intrakardialen und intratibial Impfungen. In vielen Fällen intrakardialen ist die beste Option für die Untersuchung Metastasen in Knochen, aber es gibt nicht die volle metastatischen Prozess, und daher Brustfettpolster oder andere orthotopen Injektionen sollten idealerweise auf dieses Ziel verwendet werden. Tumorzellen nicht leicht metastasieren vom primären Standort in den meisten Studien mit menschlichen Zellen, und wenn ja, sie in erster Linie auf die Lunge metastasieren. Einige Stämme der 4T1 Zellen den Knochen 5,6 metastasieren, aber die Verletzungen sind kleiner, schwer zu quantifizieren, und die Zellen sind murine als Mensch. Zusätzlich kann GFP-Expression eine Immunantwort in immunkompetenten Modellen, bei denen 4T1 Klone, die häufig verwendet werden, können erschweren langfristige Metastasierung Studien 12. Andere Modelle von Tumor-induzierten Knochenerkrankungen, wie Myelom, nutzen Schwanzvene injxionen 13. Allerdings wird dieser Ansatz nicht für feste Tumormetastasen Studium arbeiten, wie es will überwältigend Saatgut die Tumoren in der Lunge, was die Mäuse von Lungenkrankheiten vor der Entwicklung von Knochenmetastasen sterben. Intratibial Injektionen werden im allgemeinen weniger günstig als die anderen Verfahren angesehen, da sie nicht stellen ein Modell von Metastasen, sondern die Progression der Knochenmetastasen etabliert und können Entzündungen an der Injektionsstelle verursachen. Dennoch ist dieses Verfahren nützlich, um anfängliche metastasierendem Schritte und Etablierung von den direkten Auswirkungen auf die im Endstadium Krebs-induzierten Knochenerkrankungen zu trennen. Ferner ist in dem Fall von vielen Prostatatumor Modellen ist es der einzige Ansatz, für eine konsistente Tumorwachstum in Knochen 4 ermöglicht.
Die Auswahl von Techniken für die Überwachung Knochenerkrankung ist als kritisch und spezifisch für die Studie der Route der Inokulation. In unserer Gruppe nutzen wir viele verschiedene Techniken je nach Studie, tEr häufigsten davon sind x-ray-, Fluoreszenz-und Histologie. Während viele Gruppen an Luciferase Bildgebung haben transitioned haben wir gefunden, dass wir weniger Knochenmetastasen mit den Luciferase-transfizierten Zellen und dass wir bessere anatomische Detail mit Fluoreszenz-Bildgebung und einfacher Colokalisierung mit Röntgenstrahlen erhalten. Darüber hinaus hat direkten Vergleich zwischen Modalitäten nicht zu einem signifikanten Vorteil Luciferase Bildgebung zur Früherkennung in den Knochen. Allerdings wird jede Gruppe der Durchführung dieser Experimente müssen die Nützlichkeit von jedem Ansatz für ihre Studien zu evaluieren.
Zusätzlich, wenn auch in vielen anderen Modellen verwendet werden, sind die detaillierten ex vivo Analyse-Techniken spezifisch für Knochen. Wir gemeinsam zu analysieren, Knochenschwund durch μCT. Während ähnlich Studien zur Analyse normaler Knochen durchgeführt wird, wird die Analyse von Tumor-tragenden Knochen durch den häufigen Verlust oder Zerstörung der Wachstumsfuge als Marker kompliziert. Histologische Analysen werden auch etwas in der Tumor-nuanciertTragenden Knochen um Protokolle für Nicht-Tumor-tragenden Knochen und Weichgewebe entwickelt verglichen. In diesem Protokoll haben wir die Beschreibung der ex vivo-Analysen begrenzt, um den Fokus auf die am häufigsten von unserer Gruppe Verwendete aufrechtzuerhalten. Wie bei in vivo-Analysen, wird jede Gruppe braucht, um festzustellen, welche Ansätze am besten für ihre Studie.
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Die Autoren bedanken sich folgende Finanzierungsquellen: P01CA040035 (FE / JAS) und VA Career Development Award (JAS).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name des Reagenzes | Firma | Katalog-Nummer | |
MDA-MB-231 Brustkrebszellen | Ursprünglich ATCC-Intern kloniert und ausgewählt | ||
DMEM | GIBCO | 11885 | |
PBS | Mediatech Inc | 21-040-CV | |
FBS | Atlas Biological | F-0050a | |
Trypsin | GIBCO | 15400 | |
Faxitron | Faxitron | ||
Maestro | CRi | ||
μCT-Scanner | Scanco | ||
Nacktmausmodell | Harlan | Fox nu - / - | |
Insulinspritzen (300 ul, 28,5 g) | Becton Dickinson | 309300 | |
IVIS | Caliper | ||
Bestrahlten Rodent Diet | Teklad | 2920x |
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