Method Article
* These authors contributed equally
כאן, אנו מציגים פרוטוקול להזרקה תוך לבבית של תאי סרטן ערמונית אנושיים כדי ליצור מודל עכבר עם נגעים גרורות בעצמות.
כממאירות הגברית הנפוצה ביותר, סרטן הערמונית (PC) מדורג במקום השני בתמותה, בעיקר בשל שיעור גרורות בעצמות של 65%-75%. לכן, חיוני להבין את התהליך ואת המנגנונים הקשורים של גרורות עצם סרטן הערמונית לפיתוח טיפולים חדשים. לשם כך, מודל בעלי חיים של גרורות עצם הוא כלי חיוני. כאן, אנו מדווחים על הליכים מפורטים ליצירת מודל עכבר גרורות עצם באמצעות הזרקה תוך לבבית של תאי סרטן הערמונית. מערכת הדמיה ביולומינסנטית יכולה לקבוע אם תאי סרטן הערמונית הוזרקו במדויק ללב ולנטר גרורות של תאים סרטניים, שכן יש לה יתרונות גדולים במעקב אחר התפתחות נגעים גרורתיים. מודל זה משכפל את ההתפתחות הטבעית של תאי סרטן מופצים ליצירת מיקרו-גרורות בעצם ומחקה את התהליך הפתולוגי של גרורות בעצמות סרטן הערמונית. הוא מספק כלי יעיל לחקירה נוספת של המנגנונים המולקולריים ואת ההשפעות הטיפוליות in vivo של מחלה זו.
סרטן הערמונית הוא הסרטן השכיח ביותר בקרב גברים ב -112 מדינות ומדורג במקום השני בתמותה במדינות מדד התפתחות אנושי גבוה יותר 1,2. רוב מקרי המוות בחולי סרטן הערמונית נגרמים מגרורות, וכ-65%-75% מהמקרים יפתחו גרורות בעצמות 3,4. לכן, יש צורך דחוף במניעה וטיפול בגרורות עצם של סרטן הערמונית כדי לשפר את התוצאה הקלינית של חולי סרטן הערמונית. המודל החייתי של גרורות עצם הוא כלי חיוני לחקר התהליך הרב-שלבי והמנגנונים המולקולריים המעורבים בכל שלב של גרורות עצם של סרטן הערמונית, ובכך לזהות מטרות טיפוליות ולפתח טיפולים חדשניים5.
השיטות הנפוצות ביותר ליצירת מודלים ניסיוניים של בעלי חיים של גרורות בעצמות סרטן הערמונית כוללות את האורתוטופיה, תוך דיאפיזה (כגון תוך טיביאלית) והזרקה תוך לבבית של תאי סרטן הערמונית. מודל גרורות העצם עם הזרקה אורתוטופית נוצר על ידי הזרקה ישירה של תאי סרטן הערמונית לתוך הערמונית של עכבר 6,7. למודל ניסיוני זה של בעלי חיים יש מאפיינים קליניים דומים מאוד לגרורות בעצמות סרטן הערמונית. עם זאת, הגרורות מתרחשות בעיקר בבלוטת הלימפה בבית השחי ובריאה ולא בעצם 8,9. מודל ההזרקה התוך טיביאלית לסרטן הערמונית מזריק ישירות תאי סרטן ערמונית לעצם השוקה עם שיעור היווצרות גידול גבוה בעצם (טיביה)10,11; עם זאת, קליפת העצם וחלל מח העצם ניזוקים בקלות. בנוסף, שיטת ההזרקה הטיביאלית אינה יכולה לעורר את התהליך הפתולוגי של גרורות עצם סרטן הערמונית שבו התאים הסרטניים מאכלסים את העצם דרך מחזור הדם. כדי לחקור את מחזור הדם, אקסטרווסציה וסקולרית וגרורות מרוחקות עם שיעור גרורות עצם גבוה יותר של תאים סרטניים, פותחה טכניקת הזרקה תוך לבבית על ידי הזרקה ישירה של תאי סרטן הערמונית לחדר השמאלי של העכבר 8,12,13. זה הופך אותו למודל בעל ערך בבעלי חיים לחקר גרורות בעצמות8. בשיטת ההזרקה התוך-לבבית שיעור גרורות בעצמות עומד על כ-75%9,14, גבוה בהרבה משיטת ההזרקה האורתוטופית. לכן, הזרקה תוך לבבית היא שיטה אידיאלית ליצור מודל בעלי חיים עם גרורות עצם סרטן הערמונית.
עבודה זו נועדה לתאר את תהליך הקמת מודל העכבר של גרורות עצם סרטן הערמונית, המאפשר לקוראים לדמיין את הקמת המודל. העבודה הנוכחית מספקת תהליכים מפורטים, אמצעי זהירות ותמונות להמחשה ליצירת מודל xenograft גרורות עצם באמצעות הזרקה תוך לבבית של תאי סרטן ערמונית אנושיים בעכברים אתימיים. שיטה זו מספקת כלי יעיל לחקירה נוספת של המנגנונים המולקולריים וההשפעות הטיפוליות in vivo של גרורות בעצמות סרטן הערמונית.
עכברי BALB/c אתימיים זכרים בני שישה עד שמונה שבועות (n = 10) שוכנו בכלובי עכברים מאווררים בנפרד (5 עכברים / כלוב) בחדר בעלי חיים ספציפי ללא פתוגן (SPF) בתנאים של מחזור אור / חושך של 12 שעות, עם גישה חופשית להזנת SPF ומים סטריליים. עכברים הוזנו באופן אדפטיבי במשך שבוע לפני הניסויים. כל הניסויים בבעלי חיים אושרו על ידי הוועדה לרווחת בעלי חיים של אוניברסיטת שנגחאי לרפואה סינית מסורתית.
1. הכנת תאים
2. ניתוח להזרקה תוך לבבית של תאי סרטן הערמונית האנושית
הערה: המנגנון הכירורגי המשמש להזרקה תוך לבבית הוא מזרק 1 מ"ל (איור 1). לספק תמיכה תרמית לאורך כל ההליך עד להחלמה של בעל החיים מההרדמה.
3. חקירה פתולוגית
להדמיית ביולומינסנציה יתרונות עצומים במעקב אחר התפתחות הנגע הגרורתי במודל הזרקה תוך לבבי. זמן קצר לאחר הזרקת התאים הסרטניים (תוך 24 שעות), נעשה שימוש בדימות ביולומינסנציה כדי לדמיין את התאים הסרטניים נכנסים למחזור הדם הכללי (איור 3A). איתות ביולומינסנציה ברור בכל הגוף ייראה כאשר התאים הסרטניים מוזרקים למחזור הדם העורקי כראוי. נתונים מעכברים המראים אותות ביולומינסנציה רק באתר ההזרקה (לב) צריכים להיכלל באיסוף הנתונים הסופי. נגעים גרורתיים בגפיים האחוריות נצפו (איור 3B-D) שבועיים לאחר הזרקת התא. ככל שהתקדם הזמן, הנגעים הגרורתיים גדלו והופיעו באתרים אחרים, כולל עצם החזה, הצלעות והלסת התחתונה.
תמונות הרנטגן הראו הרס עצם המייצג נגעים גרורתיים בעצם (איור 4A). הרס עצם זוהה גם על ידי סריקת מיקרו-CT. סריקת מיקרו-CT בוצעה במצב תלת-ממדי באמצעות מיקרו-CT (μCT80) המשויך ל-3Dcalc, שחזור חרוט ויישום תוכנה להדמיית מודלים. שחזור של נתוני מפת הסיביות התקבל כדי לבנות את המודל התלת-ממדי. תמונת מיקרו-CT מייצגת של הרס העצם בשוקה הפרוקסימלית מוצגת באיור 4B. הנגעים הגרורתיים אושרו עוד יותר ברקמות משובצות פרפין על ידי צביעת H&E (איור 4C).
איור 1: מנגנון כירורגי. מזרק 1 מ"ל. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: הזרקה תוך-לבבית של תאי סרטן הערמונית . (A) הלוח מדגים את החריץ הצווארי, תהליך הקסיפואיד, כלוב הצלעות (השוליים התחתונים) וקו האמצע. אתר ההזרקה נמצא במרחק שווה מתהליך הקסיפואיד ומהחריץ הג'וגולרי. (B) סרט כירורגי משמש אופקית לאורך הבטן כדי למנוע תנועת עכבר במהלך ההזרקה. (C) מזרק טעון בתרחיף התא ובנוכחות בועת אוויר. בועת האוויר מסייעת לדמיין את פעימת הדם. (D) המחט מוחדרת אנכית דרך אתר ההזרקה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: אישור מודל ההזרקה התוך-לבבית באמצעות מערכת הדמיה ביולומינסנציה in vivo. (A) הדמיית ביולומינסנציה In vivo של עכבר אתימי זכר 24 שעות לאחר הזרקת לוציפראז המסומן בתאי PC-3 (1 × 10,6 תאים) לחדר הלב השמאלי. תאים סרטניים מוזרקים כראוי במחזור הדם המערכתי נראים על ידי אות bioluminescence שוחרר מכל הגוף. (ב-ד) תמונות ביולומינסנציה של עכבר מייצג המציג התפתחות גרורות מתקדמת. (B) תמונה המציגה תאים סרטניים של הערמונית שבועיים לאחר ההזרקה. (C) תמונה המציגה תאים סרטניים של הערמונית 3 שבועות לאחר ההזרקה. (D) תמונה המציגה תאים סרטניים של הערמונית 4 שבועות לאחר ההזרקה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: שיטות זיהוי שונות של גרורות עצם המושרות על-ידי תאי סרטן הערמונית. (א) תמונת רנטגן מייצגת; החץ האדום מראה הרס עצם בשוקה הפרוקסימלית. (B) תמונת מיקרו-CT מייצגת של השוקה. (C) תמונת H&E המראה גרורות בעצמות של תאי סרטן הערמונית. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
הזרקה תוך לבבית של תאי סרטן ערמונית אנושיים ליצירת גרורות בעצמות היא מודל עכבר אידיאלי לחקר הפונקציות והמנגנונים של גרורות עצם של סרטן הערמונית והערכת היעילות הטיפולית. מחקרים הראו כי נזק לעצם מתרחש ככל הנראה בשוקה הפרוקסימלית ובעצם הירך הדיסטלית17, אשר עשויה לנבוע מכלי הדם הגבוהים והפעילות המטבולית שלהם.
מכיוון שגרורות בעצמות הן נגע גרורתי שכיח בחולות סרטן השד, מודל גרורות העצם המיוצר על ידי הזרקה תוך לבבית של תאי סרטן השד נפוץ גם במחקרים על סרטן השד18,19. לכן, העבודה הנוכחית יכולה לסייע בפיתוח מודל גרורות עצם המיוצרות בהזרקת לב עם תאי סרטן השד והערמונית.
עבור היווצרות גידול עקבית, ישנם כמה שיקולים מרכזיים. יש להזריק תאים בהקדם האפשרי לאחר ניתוק מהתרבית. עכברים צריכים להיות מחולקים באופן אקראי לקבוצות ניסוי לאחר הזרקת תאים סרטניים. נפח ההזרקה צריך להיות עקבי ואותו אדם צריך להזריק תאים סרטניים לכל העכברים באותה טכניקה.
ההליך כולו מכיל מספר שלבים קריטיים. אם אתר ההזרקה ממוקם כראוי, דם פועם יש לראות במהלך ההזרקה. אובדן יציבות היד האוחזת במזרק ושינוי במיקום המחט תוך כדי קידום בוכנת המזרק הן בעיות פוטנציאליות. מזרק עם רכזת צבעונית בתוכו גורם לפעימת הדם להיראות בקלות. אם מופיעות בועות אוויר ברכזת המחט בעת החדרת המחט (דבר המעיד על החדרה שגויה לריאות), יש להסיר את המחט ולהחדיר אותה שוב לאחר ההעברה. אם אין דופק דם אדום במרכז המחט, אך האדם המזריק בטוח שאתר ההזרקה נכון, משוך מעט את בוכנת המזרק כדי לאמת את ההזרקה בחדר הלב. היעדר גרורות לאחר 2-3 שבועות של הזרקת תאים סרטניים מצביע על הזרקה שגויה. אשר את זרימת התאים הסרטניים בכל הגוף על ידי הדמיה bioluminescence בתוך 24 שעות לאחר הזרקה20. איתות ביולומינסנציה ניתן היה לראות בכל הגוף אם תאים סרטניים הוזרקו במדויק לחדר הלב. יתר על כן, קצב גרורתי, מיקום ומספר גידולים גרורתיים עשויים להיות שונים בקווי תאים שונים 8,21.
לאחר הניתוח יש לבדוק עכברים באופן קבוע. בשל הניתוח והחשיפה להרדמה, עכברים עלולים לחוות מצוקה משמעותית או אפילו למות. לכן, השבוע הראשון לאחר הניתוח הוא קריטי, ויש לעקוב בקפידה אחר העכברים. במהלך ניסוי גרורות בעצמות, יש לעקוב אחר עכברים מדי יום לשינויים ברמות הפעילות, בניידות ובהופעת קצ'קסיה (תסמונת פרנאופלסטית בעכברים המאופיינת בירידה במשקל, ניוון שרירים וחולשה, מראה מקושת ועייפות22,23). יש להרדים עכברים כאשר 10%-20% ממשקל גופם הולך לאיבוד; התקדמות הגידול פוגעת בניידות (לדוגמה, שבר עצם ארוך, הטיית ראש, שיתוק); או שנראה שהעכברים נמצאים במצוקה נשימתית24.
היתרון של מודל זה הוא שתאים סרטניים שזוהו בעצם "זרעו את הקרקע" 25, ובכך משכפלים את ההתקדמות הטבעית יותר של היווצרות מיקרו-גרורות של תאי הסרטן המופצים. למודל זה יש גם מספר מגבלות. זהו מודל סרטן xenograft באמצעות עכברים immunodeficient. מודל זה אינו מועיל לחקר האינטראקציה בין תאים סרטניים ותאי מערכת החיסון במיקרו-סביבה של גרורות בעצמות. ההערכה היא כי כ -30% מהעכברים ימותו במהלך הדוגמנות; לכן, תרגול ישפר מאוד את שיעור ההצלחה של פיתוח מודל. יתר על כן, נגע גרורות יכול להתרחש גם במוח, ריאות, וכליות; היווצרות גרורות מרובות מפריעה לחקר מנגנוני גרורות בעצמות 9,26,27,28. למרות ששיעור גרורות העצם גבוה בהרבה בהזרקה תוך לבבית מאשר בהזרקה אורתוטופית, טכניקת ההזרקה התוך-לבבית מראה שיעור גרורות בעצם של כ-75% ולא 100%9,14. היעילות הנמוכה יותר עשויה לנבוע מכך שתאי הסרטן המוזרקים לא הצליחו להיכנס למחזור הדם או מותו של העכבר המקבל במהלך זריקת לב עקב המחט המנקבת את הלב או הריאה.
למרות מגבלות אלה, מודל עכברי מבוסס זה של גרורות עצם של סרטן הערמונית הוכח ככלי מצוין לחקר הצלבת עצמות וסרטן והערכת טיפולים פוטנציאליים למניעת התקדמות הסרטן ולשיבוש מעגל הרס העצם הנגרם על ידי גרורות.
כל המחברים מצהירים כי אין אינטרסים כלכליים מתחרים.
עבודה זו נתמכת על ידי מענקים מתוכנית המו"פ הלאומית של סין (2018YFC1704300 ו- 2020YFE0201600), הקרן הלאומית למדעי הטבע (81973877 ו- 82174408), פרויקטי המחקר במסגרת התקציב של אוניברסיטת שנגחאי לרפואה סינית מסורתית (2021LK047), ומרכז החדשנות השיתופית בשנחאי של טרנספורמציה תעשייתית של הכנת TCM בבית החולים.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 mL syringes and needles | Shandong Weigao Group Medical Polymer Co., Ltd | 20200411 | The cells were injected into the ventricles of mice |
Anesthesia machine | Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd | R500IP | Equipment for anesthetizing mice |
Automatic cell counter | Shanghai Simo Biological Technology Co., Ltd | IC1000 | For counting cells |
BALB/c athymic mice | Shanghai SLAC Laboratory Animal Co, Ltd. | Male | 6-8 week old, male mice |
Bioluminescence imaging system | Shanghai Baitai Technology Co., Ltd | Vieworks | For tracking the tumor growth and pulmonary metastasis if the injected cells are labeled by luciferase |
Centrifuge tube (15 mL, 50 mL) | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 430790, Corning | |
EDTA solution | Wuhan Xavier Biotechnology Co., Ltd | G1105 | For decalcification of bone tissure |
F-12 medium | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 21700075, GIBCO | Cell culture medium |
Formalin solution | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | BL539A | For fixing the specimen of each mouse |
Isoflurane | Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd | VETEASY | For anesthesia |
Lipofectamine 2000 | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 11668027, Thermo fisher | Plasmid transfection reagent |
PC-3 cell line | Cell Bank of Chinese Academy of Sciences | TCHu 158 | Prostate cancer cell line |
Phosphate-buffered saline | Beyotime Biotechnology | ST447 | Wash the human osteosarcoma cells |
Trypsin (0.25%) | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | 25200056, Gibco | For detaching the cells |
Vector (pLV-luciferase) | Shanghai YueNian Biotechnology Co., Ltd | VL3613 | Plasmid for transfection |
X-ray imaging system | Brook (Beijing) Technology Co., Ltd | FX PRO | For obtaining x-ray images to detect tumor growth |
μCT80 | Shenzhen Fraun Technology Service Co., Ltd | Scanco Medical AG,Switzerland | For detection of bone destruction. The mico-CT is equipped with 3DCalc, cone reconstruction, and μCT Ray V3.4A model visualization software. |
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