Method Article
Prostate cancer is the second most common cause of cancer-related deaths in the United States. An orthotopic cancer model provides a useful approach to understand the biology of prostate cancer and to evaluate the efficacy of therapeutic regimens. This protocol describes detailed steps necessary to establish an orthotopic prostate cancer mouse model.
To study the multifaceted biology of prostate cancer, pre-clinical in vivo models offer a range of options to uncover critical biological information about this disease. The human orthotopic prostate cancer xenograft mouse model provides a useful alternative approach for understanding the specific interactions between genetically and molecularly altered tumor cells, their organ microenvironment, and for evaluation of efficacy of therapeutic regimens. This is a well characterized model designed to study the molecular events of primary tumor development and it recapitulates the early events in the metastatic cascade prior to embolism and entry of tumor cells into the circulation. Thus it allows elucidation of molecular mechanisms underlying the initial phase of metastatic disease. In addition, this model can annotate drug targets of clinical relevance and is a valuable tool to study prostate cancer progression. In this manuscript we describe a detailed procedure to establish a human orthotopic prostate cancer xenograft mouse model.
Prostatakrebs ist die zweithäufigste Todesursache bei Krebserkrankungen (9%) bei den Männern in den Vereinigten Staaten, neben Krebs der Lunge und Bronchien (28%) 1. Nach jüngsten Daten, es wird geschätzt , dass 220, 800 neu Prostatakrebs diagnostizierten Fälle und 27 540 Todesfälle im Jahr 2015 1. Das fünfjährige Überlebensrate von Prostatakrebs im Frühstadium auftreten wird , ist> 99% , während die von fortgeschrittenen metastasierten Erkrankung ist nur 28% 1. Eine große Herausforderung für die Behandlung von fortgeschrittenen metastasierten Erkrankung ist der Mangel an Verständnis der molekularen Mechanismen, die die Neigung dieser Krankheit zugrunde liegen auf andere Organe metastasieren, vor allem auf den Knochen, die eine häufige Website für Prostatakrebs ist. Daher gibt es eine klare Notwendigkeit , die molekulare Make - up dieser Prostatatumoren zu untersuchen , um wirksame therapeutische Behandlungen gegen Progression zu fortgeschrittenen metastasierten Erkrankung 2,3 zu entwickeln.
Prostata-Tumoren zeigen high biologische Heterogenität ohne einen gut definierten Weg zur Progression. Metastasen treten häufig ohne vorherige Angabe des Tumorinvasivität 4. Diese klinische Heterogenität wird auf die molekulare Vielfalt von Prostatakrebs zurückzuführen. die molekulare Make-up dieser tödlichen Tumoren zu verstehen ist der Schlüssel zu entwerfen bessere diagnostische und therapeutische Strategien für diese Krankheit. Folglich wird der Prostatakrebsforschung derzeit auf dem Verstehen und zur Verhinderung der Metastasierung.
Präklinische in vivo Mausmodellen bieten eine Vielzahl von Optionen , um die molekularen Mechanismen der Progression von Prostatakrebs zu fortgeschrittenen metastasierten Erkrankung zu verstehen. Darüber hinaus sind diese Modelle wichtig für die präklinische Auswertungen neuer therapeutischer Strategien gegen diese Krankheit. Die am häufigsten verwendeten Tiermodelle umfassen transgene Mausmodelle, Schwanzvenen-Injektion, intra-Herz-Implantation und die menschliche orthotoper Mausmodellen. Transgene Studien Zeit consuming und Korrelation der Entwicklung von Prostatakrebs bei Mäusen mit dem des Menschen haben 11 Variabilität gezeigt. Bei spontanen metastatischen Maus - Modellen werden die Zellen direkt in den Kreislauf injiziert und obwohl sie eine schnelle Durchlaufzeit haben, können sie nicht den Primärtumor oder die ersten Schritte in der metastatischen Kaskade 5 zu studieren verwendet werden. Orthotopische Xenotransplantatmodellen haben die Einschränkung Knochen Metastasen zu entwickeln, die gemeinsame Website von Prostatakrebs Metastasen. Nichtsdestoweniger ist der menschliche orthotope Prostatakrebs - Xenotransplantat - Mausmodell gut charakterisiert und häufig die molekularen Ereignisse des Primärtumorentwicklung, Übersprechen zwischen Tumor und Organ - Mikroumgebung, initiale Phase der Metastasierung und die Verwendung von experimentellen Arzneimitteln für die therapeutische Intervention 6 bis Studie verwendet , 7,8-11.
Protokolle für alle Verfahren mit Tieren müssen überprüft und von einem Institutional Animal Care und Use Committee (IACUC) genehmigt werden. Folgen Sie offiziell genehmigten Verfahren für die Pflege und Verwendung von Labortieren. Intra-Prostata-Injektion erfordert offene Bauchchirurgie und Tiere sollten in einer keimfreien Umgebung mit einem bestimmten Operationssaal, wo die richtige chirurgische aseptischer Techniken während des gesamten Verfahrens verwendet werden, gehalten werden.
1. Herstellung von Zellen für die Implantierung
Hinweis: Basierend auf der Forschung Notwendigkeit, jede Prostatakrebs-Zelllinie verwendet werden kann. Zellinien kultiviert werden gemäß den Anweisungen des Lieferanten.
2. Vorbereitung des OP-Bereich
3. Die Implantation von Tumorzellen
4. Überwachung von Tieren
5. Nicht-invasive Bio-Imaging von Tieren
Folgende orthotope Implantation PC3M-Luc-C6 - Zellen in die posterior prostatic Lappens wurden die Mäuse wöchentlich abgebildet durch ein lebendes Tier Biolumineszenz - Bildgebungssystem mit der Kolonisierung von Zellen und Tumorwachstum im Verlauf des Experiments (5A - B) zu überwachen. Die Quantifizierung des Biolumineszenz-Signal angezeigt, dass PC3M-Luc-C6-Zellen erfolgreich die Prostatalappen besiedelt. Erhöhte Biolumineszenz ist indikativ für erhöhte Primärtumorwachstum über den Verlauf des Experiments (5B). Basierend auf dem Forschungsziel können Mäuse wöchentlich nicht-invasiv durch Röntgen, Fluoreszenz oder Lumineszenz-Bildgebung überwacht werden, um das Tumorwachstum und jedem entfernten metastatischen Läsionen überwachen. Andere Parameter, die mit diesem Modell erreicht werden können, sind: Veränderungen des Körpergewichts und der Nahrungsaufnahme über den Verlauf des Experiments; Wirkung der medikamentösen Behandlung auf die Tumorgröße und Gewicht; Quantifizierungder Tumorgröße und das Gewicht bei der Beendigung des Experiments; Extraktion von DNA / RNA / Protein-molekularen Veränderungen zu bestimmen, innerhalb des primären Tumors nach der Beendigung des Experiments auftreten.
Abb . 1: Bauchmittelschnitt für die intra Prostatahyperplasie Implantation von Tumorzellen Bauchmittelschnitt beträgt ca. 1-2 cm lang. Harnblase ist direkt unter dem Schnitt. Sanft auf beiden Seiten des Einschnitts drücken hilft , die Harnblase vorzustehen. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 2: Anordnung der Samenbläschen intra-prostatische Implantation von Tumorzellen. Seminal - Vesikel sind weiße sackartige Organe und direkt angrenzend an der Blase liegt. Seminal Vesikel werden mit Wattestäbchen exteriorisiert und angeordnet links und rechts mit der Blase in der Mitte. Bitte hier klicken um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 3:. Dorsum Prostata An der Stelle der Insertion, kippen sanft die Samenbläschen in Richtung der Penishülle zurück , so dass die beiden dorsalen Prostatalappen deutlich sichtbar sind. Verwenden Sie nassen Wattestäbchen zu Gewebeschäden zu vermeiden. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abb . 4:. Intra-Prostata - Implantation von Tumorzellen Tumorzellen in den dorsalen Lappen der Prostata injiziert werden Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abb . 5: In - vivo - Biolumineszenz - Bildgebung von intra-prostatischen Implantation Modell (A) In - vivo - Biolumineszenz Bilder von Mäusen über die experimentelle Zeitverlauf nach Luciferase markierten PC3M-Luc-C6 - Zellen wurden in den dorsalen Prostatalappen von Nacktmäusen implantiert. (B) Quantifizierung des Biolumineszenz - Signal zeigt , dass PC3M-Luc-C6 - Zellen erfolgreich die Prostata mit zuneh kolonisiertorthotope Tumorwachstum im Laufe des Experiments ed. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Dieses Manuskript beschreibt ein detailliertes Verfahren für eine menschliche orthotoper Prostatakrebs-Xenotransplantat-Mausmodell zu etablieren. Dieses Modell wurde durch direkte Implantation der humanen Prostatakrebs-Zelllinie in den dorsalen Prostatalappen immunsupprimierten Mäusen PC3M-Luc-C6 gegründet. Tumoren durften über den Verlauf des Experiments zu entwickeln. Das Tumorwachstum wurde während des Versuchs wöchentlich durch eine nicht-invasive Biolumineszenz-Bildgebungssystem überwacht.
Der wichtigste Faktor bei der Festlegung Modellen Xenograft Tumor ist Konsistenz der Implantation von Tumorzellen zu erreichen. Zu erhalten, um statistisch signifikante Ergebnisse sollte jede Versuchsgruppe enthalten 5-10 Mäusen und Tumorgrößenvariation sollte nicht mehr als 10% des durchschnittlichen Tumorgröße überschreiten. Um dieses Ziel zu erreichen, einige wichtige Schritte innerhalb des Protokolls wichtig sind, wie zum Beispiel: i) die Durchführung der Operation in Bereich, der Asepsis während der Operation fördert; ii) Zellen sollte umtopfstd so bald wie möglich nach der Ablösung von Kultur; iii) Injektionsvolumen sollte konsistent sein; iv) vorsichtig Anheben der inneren Organe in die und aus der Körperhöhle während der Implantation von Zellen; v) alle Tiere sollten mit der gleichen Technik und von einem Prüfer injiziert werden; vi) sollten die Tiere in Versuchsgruppen nach der Tumorzellimplantation randomisiert werden.
Einige Probleme, die auftreten können, sind: i) Tumor entwickelt sich nicht oder Tumorknoten entwickeln im Gekröse oder Körperhöhle; ii) uneben Tumorgröße wird unter den gleichen Versuchsgruppe beobachtet; iii) es kann eine hohe Chirurgie-Mortalität sein. Diese Probleme können durch einfache Maßnahmen überwunden werden wie zum Beispiel: i) die Prüfung der Zellkultur für jede Kontamination mit Mykoplasmen usw.; ii) Verhindern einer Leckage der Tumorzellsuspension in das Mesenterium und die Bauchhöhle während des Einspritzens; iii) Rühren der Zellsuspension vor jeder Spritze Belastung; iv) geeignete Anästhesie Dosierung sollte fol seinlaubt und Heizkissen sollte verwendet werden, die Körpertemperatur während des Verfahrens aufrecht zu erhalten.
Eine Vielzahl von Daten kann unter Verwendung dieses Modells auf einem bestimmten Forschungsziel einschließlich Mausgewicht, Nahrungsaufnahme, Tumorgröße und Gewicht, genetischen und molekularen Veränderungen in den Tumorzellen abhängig gesammelt werden, sowie regionale Lymphknotenmetastasen 10 zum Tumorwachstum beitragen , 16. Hoffman und seine Gruppe entwickelte die Technik der chirurgischen orthotope Implantation (SOI) und haben ausgiebig verwendet diese Technik 17 histologisch intakten Fragmente von wichtigen Arten von menschlichen Krebserkrankungen einschließlich Prostata-, Blasen- und Nierenkrebs in den Nagern zu verpflanzen. Diese orthotoper Modelle haben Vorteile gegenüber den transgenen oder subkutane Mausmodellen , wie sie genau den klinischen Krebs 18,19 darstellen. Diese Modelle wurden auch die Tumoren direkt von den Patienten in das entsprechende Organ des immundefizienten rode genommen zu verpflanzennts. Orthotopische Modelle sind auch gut geeignet , 10 , um die Auswirkungen der medikamentösen Behandlung auf das Tumorwachstum und Lymphknotenmetastasen zu untersuchen. Sie sind auch nützlich für die Untersuchung der Wirkungen der veränderten Genexpression ex vivo, und zum Bestimmen ihrer Wirkung auf Tumorinzidenz sowie intra-prostatischen Wachstum und Metastasierung 20. Allerdings ist eine Beschränkung von orthotoper Prostatakrebs Modell , dass keine derartigen Modelle berichtet wurden spontane Metastasen in den Knochen zu führen , die die häufigste Stelle für Prostatakrebs Metastasierung 12 ist.
Failure Knochenmetastasen zu erreichen , kann aufgrund Mäuse sein Sterben von Harnwegsobstruktionen vor jeder Knochen kann Metastasen entwickeln, oder weil die Mikroumgebung der Maus , um den menschlichen Mikroumgebung zu rekapitulieren versagt, so dass in Ermangelung Knochen zu entwickeln Metastasen 12. Dennoch hat dieses Modell die frühen Ereignisse in der metastatischen Kaskade vor Embolie und Eindringen von Tumorzellen rekapitulierendie Zirkulation in und daher ist ein wertvolles Werkzeug , um den Primärtumor, frühe Prozess des metastasierten Transformation und für die präklinische Auswertungen neuer therapeutischer Strategien 10,12 zu studieren.
Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen haben.
We thank Dr. Roger Erickson for his support and assistance with the preparation of the manuscript. This work was supported by the National Cancer Institute at the National Institutes of Health through grant numbers RO1CA160079, RO1CA138642, UO1CA184966 and VA funded program project number 1P1 BX001604.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
PC3 prostate cancer cell line | ATCC | CRL-1435 | |
Minimum Essential Medium (MEM) | GIBCO,Life Technology | 11095-080 | |
PBS | GIBCO,Life Technology | 10010-023 | |
FBS | GIBCO,Life Technology | 10437-028 | |
Zeocin | Invitrogen,Life Technology | R250-01 | |
Trypsin | GIBCO,Life Technology | 25300-54 | |
IVIS | Xenogen-Caliper | ||
Insulin Syringes (300 µl, 28.5 g) | Becton Dickinson | 309300 | |
Mice | Charles River Laboratories, Inc | ||
Alcohol Swabs | MEDEquip Depot | 326895 BD | |
PVP Iodine Prep Pad | MEDEquip Depot | C12400PDI | |
Surgical CatGut Chromic Suture | Demetech | CC224017F0P | |
Matrigel | Corning | 354248 |
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