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.
סרטן הערמונית הוא הגורם השני הנפוץ ביותר של מקרי מוות מסרטן (9%) בקרב גברים בארצות הברית, לצד סרטן הריאות הסמפונות (28%) 1. על פי נתונים אחרונים, ההערכה היא כי 220, 800 אבחנה חדשה מקרי סרטן ערמונית ו -27, 540 מקרים מוות יתרחשו בשנת 2015 1. שיעור ההישרדות היחסי לחמש השנים של סרטן הערמונית בשלב מוקדם הוא> 99% ואילו זה של מחלה גרורתית מתקדם רק 28% 1. אחד אתגרים גדולים לטיפול במחלה גרורתית מתקדמת הוא חוסר הבנה של מנגנונים מולקולריים שבבסיס הנטייה של מחלה זו כדי לשלוח גרורות לאיברים אחרים, במיוחד עד העצם, שהוא אתר תכוף לסרטן הערמונית. לפיכך, קיים צורך ברור ללמוד את האיפור המולקולרי של גידולי הערמונית הללו על מנת לפתח משטר טיפולי יעיל נגד התקדמות 2,3 מחלה גרורתית מתקדמת.
ערמונית גידולי תערוכה גדולהההטרוגניות הביולוגית h ללא מסלול מוגדר היטב להתקדמות. גרורות מתרחשות לעתים קרובות ללא הוריה לפני הפולשנות גידול 4. ההטרוגניות קליניים זו מיוחס המגוון המולקולרי של סרטן הערמונית. הבנת האיפור המולקולרי של גידולים הקטלניים אלה היא המפתח לעצב אסטרטגיות אבחון וטיפול טובים יותר למחלה זו. כתוצאה מכך, מחקר סרטן הערמונית כרגע מתמקד על הבנה ומניעת גרורות.
במודלים של עכברים פרה-קליניים in vivo מציעים מגוון רחב של אפשרויות להבין את המנגנונים המולקולריים של התקדמות סרטן ערמונית מחלה גרורתית מתקדמת. בנוסף, מודלים אלו חשובים ערכות פרה-קליניות של אסטרטגיות טיפוליות חדשות נגד מחלה זו. המודלים החיים הנפוצים ביותר כוללים מודלי עכבר מהונדסים, הזרקה לוריד זנב, השתלת פן-לב מודלי עכבר orthotopic אדם. מחקרים מהונדסים הם הזמן consuming וקורלציה של התפתחות סרטן הערמונית בעכברים עם לזו של בני האדם הראו השתנות 11. במודלים של עכברים ספונטניים גרורתי, תאים מוזרקים ישירות לתוך מחזור הדם ואף על פי, יש להם זמן אספקה מהיר, הם לא יכולים לשמש כדי לחקור גידול הראשוני או את השלבים הראשוניים במפל גרורתי 5. מודלים xenograft Orthotopic יש הגבלה של פיתוח גרורות בעצמות, האתר המשותף של גרורות סרטן הערמונית. עם זאת, במודל עכבר xenograft אדם orthotopic סרטן הערמונית הוא גם מאופיין בשימוש נרחב כדי ללמוד את האירועים המולקולריים של התפתחות גידולים ראשונית, צולב לדבר בין גידול microenvironment איבר, בשלב ראשוני של המחלה הגרורתית ושימוש של תרופות ניסיוניות להתערבות טיפולית 6 , 7,8-11.
הפרוטוקולים עבור כל הנהלים הקשורים לבעלי חיים חייב להיות נבדקה ואושרה על ידי ועדת טיפול בבעלי חיים מוסדיים השתמש (IACUC). בצע את ההליכים אישרה באופן רשמי לטיפול ולשימוש בחיות מעבדה. הזרקה תוך-הערמונית דורשת ניתוח פתוח-בטני ובעלי חיים צריכים להיות כל הזמן בסביבה חופשית לפתוגן עם חדר ניתוח המיועד שבו טכניקות ספטית כירורגית נאותה משמשים במהלך ההליך כולו.
1. הכנת תאים להשתלה
הערה: בהתבסס על צורך במחקר, כל סוג של סרטן ערמונית קו סלולארי יכול לשמש. שורות תאים בתרבית בהתאם להוראות של הספק.
2. הכנת השטח כירורגי
3. השרשה של תאים סרטניים
.4 ניטור של בעלי חיים
5. לא פולשני ביו-הדמיה של בעלי חיים
בעקבות השתלת orthotopic של תאי PC3M-לוק-C6 לתוך אונת הערמונית האחורית, עכברים הם צלמו שבועיים באמצעות מערכת הדמית פליטת אור חי לפקח על קולוניזציה של תאים והתפתחות גידול במהלך הניסוי (איור 5 א '- ב'). כימות של אות bioluminescent ציינה כי PC3M-לוק-C6 תאים יישבו את אונות הערמונית בהצלחה. פליטת אור מוגבר מעידה על צמיחת גידול ראשוני וגברה במהלך הניסוי (איור 5). בהתבסס על יעדי המחקר, עכברים יכולים להיות במעקב שבועי הלא פולשני ידי רדיוגרפיה, קרינה או הדמית הארה לפקח צמיחת גידול וכל גרורות מרוחקות. פרמטרים נוספים שניתן להשיג עם מודל זה הם: שינויים במשקל הגוף וצריכת מזון במהלך הניסוי; ההשפעה של טיפול תרופתי על גודל הגידול ומשקל; קְבִיעַת כָּמוּתשל גודל ומשקל גידול על סיום הניסוי; הפקת DNA / RNA / חלבון כדי לקבוע שינויים מולקולריים המתרחשים בתוך הגידול הראשוני לאחר תום הניסוי.
איור 1:. חתך קו אמצע בטן להשתלת תוך ערמונית של תאים סרטניים חתך קו אמצע בטן הוא כ 1-2 סנטימטר. שלפוחית השתן היא ישירות תחת החתך. לחיצה עדינה משני צידי החתך עוזרת כדי לבלוט שלפוחית השתן. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 2: סידור שלפוחית הזרע מחפשtra-ערמונית השתלה של תאים סרטניים. שלפוחית הזרע הן איברים לבנים דמוי צק והממוקמים סמוך ישירות אל שלפוחית השתן. שלפוחית הזרע הם exteriorized עם צמר גפן וסידר ימינה ושמאלה עם שלפוחית השתן במרכז. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3:. Dorsum של ערמונית בנקודת הכניסה, בעדינות להטות בחזרה שלפוחית הזרע כלפי נדן הפין כך ששתי אונות הערמונית מגבות גלויות לעין. השתמש צמר גפן רטוב כדי למנוע נזק לרקמות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 4:.. Intra-ערמונית השתלה של תאים סרטניים תאים סרטניים מוזרקים לתוך האונה הגבי של ערמונית אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 5:. ב הדמית פליטת אור vivo של מודל השתלת תוך ערמונית (א) בשינה vivo תמונות פליטת אור של עכברים במשך זמן הניסוי לאחר שכותרתו בלוציפראז תאי PC3M-לוק-C6 הושתלו לתוך אונת הערמונית הגבי של עכברים בעירום. (ב) כימות של אות פליטת האור מראה כי תאי PC3M-לוק-C6 בהצלחה יישבו את בלוטת הערמונית עם ועלייהאד צמיחת גידולים orthotopic במהלך הניסוי. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
כתב יד זה מתאר הליך מפורט להקמת מודל עכבר xenograft אדם orthotopic סרטן הערמונית. מודל זה הוקם על ידי השתלה ישירה של קו תאים אנושיים סרטן הערמונית PC3M-לוק-C6 לתוך אונות הערמונית הגבי של עכברים immunocompromised. גידולים הורשו לפתח במהלך הניסוי. צמיחת הגידול היה פיקוח שבועי על ידי מערכת הדמיה פליטת אור פולשני במהלך הניסוי.
הגורם החשוב ביותר בקביעת מודלי גידול xenograft הוא להשיג עקביות לאורך ההשתלה של תאים סרטניים. כדי להשיג תוצאות מובהקות סטטיסטית, כל קבוצת הניסוי אמור להכיל עכברים 5-10 וריאציה גודל הגידול לא יעלה יותר מ -10% של גודל הגידול הממוצע. כדי להשיג מטרה זו, כמה צעדים קריטיים בתוך הפרוטוקול חשובים, כגון: א) ביצוע ניתוח באזור שמקדם asepsis במהלך ניתוח; ii) תאים צריכים להיות transplanteד בהקדם האפשרי לאחר ניתוק מתרבות; iii) נפח הזרקה צריך להיות בקנה אחד; iv) הרמה זהירה של איברים פנימיים בתוך ומחוץ חלל גוף במהלך ההשתלה של תאים; v) כל בעלי החיים צריכים להיות מוזרקים תוך שימוש באותה הטכניקה ועל ידי חוקר אחד; vi) חיים צריכים להיות אקראיים לקבוצות ניסוי לאחר השתלת תאים סרטניים.
חלק מהבעיות שעלולות להתרחש הם: i) גידול אינו מתפתח בכלל או גושים סרטניים להתפתח החלל לפדר או גוף; ii) גודל גידול אחיד הוא ציין בין אותה קבוצת הניסוי; iii) ייתכנו תמותת ניתוח הקשורות גבוהה. בעיות אלה ניתן להתגבר על ידי נקיטת צעדים פשוטים כגון: i) בדיקת תרבית תאים עבור כל זיהום עם mycoplasma וכו '; ii) מניעת דליפה של השעיה תאים סרטניים לתוך לפדר ואת חלל הבטן במהלך ההזרקה; iii) להסעיר את ההשעיה תא לפני כל טעינה מזרק; iv) מינון הרדמה תקין צריך להיות folרפידות געו וחימום צריכות לשמש כדי לשמור על טמפרטורת גוף במהלך ההליך.
מגוון רחב של נתונים ניתן לאסוף ניצול מודל זה תלוי מטרת מחקר מסוימת כוללים משקל עכבר, צריכת מזון, גודל גידול במשקל, שינויים גנטיים ומולקולריים של התאים הסרטניים אשר תורמים את צמיחת גידול וכן גרורות צומת הלימפה אזורית 10 , 16. הופמן וקבוצתו פתחו את הטכניקה של השתלת orthotopic כירורגית (SOI) יש שימוש נרחב בטכניקה זו כדי להשתיל שברים-שלמת היסטולוגית של סוגים עיקריים של סרטן בבני אדם כוללים ערמונית, שלפוחית שתן וסרטן הכליה המכרסמת 17. יש מודלי orthotopic אלה יתרון על פני דגמי העכבר המהונדסים או תת עורית כפי שהם מייצגים את הסרטן הקליני במדויק 18,19. מודלים אלה שימשו גם השתלת גידולים נלקח ישירות מן החולים לאיבר המתאים של רכבו immunodeficientnts. מודלי Orthotopic גם מתאימים גם לבחון את ההשפעות של טיפול תרופתי על גרורות צומת צמיחת גידול והלימפה 10. כמו כן הם יעילים לבדיקת ההשפעות של ביטוי גנים שינה vivo לשעבר, והקביעה והשפעתו על היארעות גידול כמו גם צמיחת תוך ערמונית וגרור 20. עם זאת, מגבלה של מודל סרטן ערמונית orthotopic היא שאף דגמים כאלה דווחו להוביל גרורות ספונטניות עד העצם אשר הוא האתר השכיח ביותר עבור גרורות סרטן הערמונית 12.
כישלון להשיג גרורות בעצמות יכול להיות בגלל עכברים מתים חסימה בדרכי שתן לפני כל עצם גרורות יכולות לפתח, או בגלל במייקרו-הסביבה של העכבר לא מצליח לשחזר את המיקרו-הסביבה האנושית, ובכך שלא הצליח לפתח את העצם גרור 12. עם זאת, מודל זה עושה לשחזר את האירועים הראשונים במפל גרורתי לפני תסחיף וכניסה של תאים סרטנייםלמחזור הדם ולכן הוא כלי רב ערך כדי ללמוד הגידול הראשוני, התהליך מוקדם של טרנספורמציה גרורתי ועל הערכות פרה-קליניות של אסטרטגיות טיפוליות חדשות 10,12.
החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.
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 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved