Un modello di tumore di topo di stress chirurgico viene utilizzato per esplorare come postoperatorio soppressione immunitaria promuove la malattia metastatica e per valutare le terapie perioperatorie immunostimolante.
La resezione chirurgica è un trattamento essenziale per molti pazienti, ma la chirurgia induce disfunzione del sistema immunitario e questo è stato collegato allo sviluppo della malattia metastatica in modelli animali e in pazienti affetti da cancro. Lavoro preclinico dal nostro gruppo e altri ha dimostrato una profonda soppressione della funzione immunitaria innata, in particolare le cellule NK nel periodo postoperatorio e questo gioca un ruolo importante nella maggiore sviluppo delle metastasi dopo l'intervento. Relativamente pochi studi sugli animali e studi clinici si sono concentrati sulla caratterizzazione e invertire gli effetti negativi di chirurgia del cancro. Utilizzando un modello rigoroso di tumori spontaneamente metastatizzanti e stress chirurgico animale, il miglioramento della chirurgia del cancro sullo sviluppo delle metastasi polmonari è stata dimostrata. In questo modello, le cellule del cancro al seno 4T1 vengono impiantati nel topo cuscinetto adiposo mammario. Al 14 ° giorno dopo l'impianto del tumore, una resezione completa del tumore mammario primario è esibirannod in tutti gli animali. Un sottoinsieme di animali riceve stress chirurgico supplementare, sotto forma di una nefrectomia addominale. Al giorno 28, noduli tumorali del polmone sono quantificati. Quando immunoterapia stato dato immediatamente preoperatoria, è stata rilevata una profonda attivazione delle cellule immunitarie che ha impedito lo sviluppo di metastasi dopo chirurgia. Mentre il modello chirurgia del tumore al seno 4T1 permette la simulazione degli effetti di stress chirurgico addominale sulle metastasi tumorali, la sua applicabilità ad altri tipi di tumore deve essere testato. La sfida attuale è quella di identificare immunoterapie sicure e promettenti in modelli preclinici mouse e di tradurle in terapia perioperatoria vitali da dare ai pazienti di chirurgia del cancro per prevenire la recidiva della malattia metastatica.
La chirurgia è una componente fondamentale nel trattamento del cancro curativo dei tumori solidi, ma nonostante la resezione completa, molti pazienti sviluppano una recidiva metastatica e, infine, muoiono della loro malattia. Sempre più spesso, il periodo postoperatorio, a seguito della risposta allo stress fisiologico, chirurgia, compresa la coagulazione del sangue, il rilascio di fattori di crescita, e soppressione immunitaria, è riconosciuto come momento critico per lo sviluppo di metastasi. Il nostro gruppo 1,2 e altri 3-5 hanno dimostrato che postoperatorio è un momento unico suscettibile alla formazione di metastasi.
Uno dei meccanismi principali responsabili degli effetti prometastatic della chirurgia è la disfunzione postoperatoria dei Natural Killer (NK) 1-3. Cellule NK sono linfociti citotossici del sistema immune innato coinvolto nel controllo della crescita tumorale e metastasi 6. Disfunzione delle cellule NK dopo intervento chirurgico è stato documentato in sia pazienti umani 1,7-9 e modelli animali 1,10,11. Soppressione delle cellule NK postoperatoria correla con un aumento metastasi in modelli animali di spontanei e impiantati metastasi 1,11-14, mentre negli studi umani, bassa attività NK durante il periodo perioperatorio è associata ad un più alto tasso di ricorrenza del cancro e della mortalità 15,16.
Nonostante questo, attualmente non esistono terapie oncologiche affrontare specificamente le modifiche prometastatic che si verificano immediatamente dopo la chirurgia del cancro. Il periodo perioperatorio rappresenta una finestra di opportunità terapeutica in cui intervenire nel processo metastatico. Mentre terapie oncologiche tradizionali, come la chemioterapia citotossica, sono considerati troppo tossico per essere somministrato a pazienti sottoposti a interventi di chirurgia maggiore 17, terapie immunitarie sono candidati ideali per la somministrazione perioperatoria. Impiego perioperatorio dei ricombinante IL-2 e IFN-Î ³ sono stati esplorati in fase iniziale studi clinici che dimostrano il loro potenziale per impedire la soppressione post-operatorio delle cellule NK e migliorare la sopravvivenza libera da progressione 18-21. Purtroppo, l'ulteriore sviluppo è stato ostacolato da tollerabilità di questa terapia con citochine aspecifica combinata con interventi di chirurgia maggiore 17. I virus sono potenti attivatori non specifici delle cellule NK. La nostra ricerca ha già dimostrato che la somministrazione preoperatoria di virus replicanti, come il romanzo anti-cancro Oncolytic virus (OV), e nonreplicating vaccini virali, come vaccino contro l'influenza, può inibire la disfunzione delle cellule NK chirurgia indotta e attenuare la malattia metastatica 1,22.
Il modello chirurgico descritto in questo documento ha facilitato la nostra comprensione dei meccanismi coinvolti nella diffusione e la crescita delle cellule tumorali dopo l'intervento chirurgico e ci ha permesso di esplorare nuove terapie mirate che possono essere somministrati nel periodo perioperatorio. Per raggiungere questo obiettivo, un animalemodello di stress chirurgico e spontanea metastasi batuffolo sviluppato. Il modello fa uso di carcinoma del seno topo (BALB / c 4T1 -) che sono in grado di metastatizzare spontaneamente dalla ghiandola mammaria primario a più siti distanti in particolare i polmoni. Al giorno 0, le cellule di cancro al seno sono impiantati nel mouse pad grasso del seno. Al 14 ° giorno dopo l'impianto del tumore, una resezione completa del tumore mammario primario viene eseguita in tutti gli animali. Un sottoinsieme di animali riceve stress chirurgico supplementare, sotto forma di una nefrectomia addominale. Al giorno 28, noduli tumorali del polmone in chirurgicamente stressati e senza topi di controllo chirurgia confronto sono isolati e quantificati. In questo modello animale di cancro e chirurgia, gli effetti della chirurgia sulle metastasi tumorali sono allo studio e l'efficacia della somministrazione perioperatoria di immunoterapie innovative, tra cui la replica e nonreplicating immuno-stimolanti a base virale sono testati per la prima volta.
La resezione chirurgica è il cardine della terapia per i pazienti con tumori solidi localizzati. Anche con resezione completa, molti pazienti sviluppano una recidiva metastatica e, infine, muoiono della loro malattia. Postoperatorio fornisce un ambiente ideale per la formazione di metastasi tumorali, modulata, in gran parte, dalla soppressione postoperatoria cellule NK. Nonostante questo, rimane una finestra terapeutica che è largamente ignorato. Non ci sono terapie standard anti-cancro perioperatorie volti a prevenire le metastasi postoperatorie. La sfida attuale è quella di identificare terapie sicure e promettenti che si attiveranno le cellule NK nel periodo perioperatorio impedendo così la creazione di malattia micrometastatica. Queste terapie devono essere rigorosamente caratterizzati per la sicurezza e l'efficacia in modelli animali preclinici e poi tradotti in studi clinici studiati.
Il rapporto primarionale di sviluppare un modello di tumore murino di stress chirurgico è esplorare meccanismi di soppressione immunitaria e diffusione metastatica dopo intervento chirurgico e per valutare immunoterapie innovative con potenziale per un uso futuro nei pazienti oncologici sottoposti a chirurgia per rimuovere il tumore primario. Per raggiungere questo obiettivo, un modello murino 4T1 carcinoma mammario accoppiato con stress chirurgico è stato sviluppato. Mentre la linea cellulare 4T1 è un murino "carcinoma mammario", la ragione per usare questa linea cellulare è la riproducibilità delle metastasi spontanee che ci permette di valutare gli effetti dello stress chirurgico in un modello di cancro realistica. In questo contesto, la vera origine del tumore maligno è meno importante del potenziale metastatico e biologia del tumore. Il secondo componente fondamentale del nostro modello è lo sviluppo di una procedura chirurgica animale per assomigliare chirurgia del cancro umano. In questo modello animale stress chirurgico, il primario 4T1 tumore al seno viene asportato dopo che raggiungerà 1 cm3. Perchéambulatori del cancro in pazienti umani comportano una significativa soppressione immunitaria, una nefrectomia aperto l'addome in "stress chirurgico" gruppi di trattamento viene eseguito in aggiunta. Come si confronta con più resezione del tumore convenzionali negli esseri umani, la natura invasiva di una nefrectomia completamente a sinistra è molto paragonabile a numerosi tipi di trattamenti chirurgici per tumori solidi, compresa la chirurgia per cancro colorettale, cancro ovarico, tumore del rene, cancro del pancreas, del polmone e dell'esofago cancro. Inoltre, vorremmo sostenere che i profondi cambiamenti fisiologici che si verificano nel periodo perioperatorio, a causa di laparotomia + nefrectomia, riproduce in modo adeguato i cambiamenti fisiologici travolgente che si verificano in seguito a chirurgia invasiva per la maggior parte dei tumori solidi. Per controllare i fattori perioperatorie che potrebbero portare ad un eccessivo stress chirurgico e la mortalità, la durata dell'anestesia e della chirurgia e mantenere la temperatura corporea durante l'intervento chirurgico è definito con precisione. Tutti questi parametri vengono eseguiti con precisione und definito nel nostro protocollo chirurgico per rispecchiare l'assistenza perioperatoria di routine in pazienti con cancro umano.
La tempistica dei trattamenti perioperatoria è un componente fondamentale aggiuntivo per il modello soccorso perioperatorio. Topi portatori di tumore 4T1 sono stati precedentemente trattati con 3 regimi di vaccino antinfluenzale: neoadiuvante (dato 5 giorni prima dell'intervento), perioperatoria (data lo stesso giorno dell'intervento) e perioperatoria + multidose (dato il giorno dell'intervento, seguiti da 2 dosi aggiuntive dato 5 giorni di distanza). Sorprendentemente, tutte e 3 le modalità di trattamento vaccino sono diminuite significativamente metastasi polmonari 22. Tuttavia, vaccino antinfluenzale somministrato nel periodo perioperatorio in dose singola metastasi ridotte in modo più efficace. Collettivamente, questi esperimenti sottolineano l'importanza del periodo perioperatorio immediato come una stretta finestra terapeutica per intervenire nel processo metastatico.
Uso perioperatorio di immunoterapie innovative come oncolyvirus tic e vaccini sono stati esclusivamente limitati al nostro gruppo di ricerca. Abbiamo dimostrato per la prima volta che la somministrazione perioperatoria del romanzo ORF oncolytic e vaccinia virus in grado di invertire la soppressione delle cellule NK dopo intervento chirurgico in modelli animali 1. Ancora più importante, questo salvataggio della funzione immunitaria correla con una riduzione della formazione di metastasi postoperatorio. Negli studi sugli esseri umani, pazienti sottoposti a chirurgia del cancro postoperatorio avevano ridotto la citotossicità delle cellule NK e perioperatoria OV aumenta notevolmente l'attività delle cellule NK nei pazienti oncologici 1. Utilizzando disponibili in commercio vaccini profilattici, abbiamo dimostrato che la somministrazione di vaccino antinfluenzale perioperatoria ha ridotto significativamente le metastasi tumorali e migliorato citotossicità delle cellule NK in modelli tumorali preclinici. Negli studi sugli esseri umani, il vaccino influenzale migliorato significativamente l'attività delle cellule NK in donatori umani sani e pazienti della chirurgia del cancro 22.
Molti approcci sono utilizzati per ridurre cancer la ricorrenza, tra cui la chemioterapia e le radiazioni, ma queste terapie sono di solito somministrati settimane a mesi prima (neoadiuvante) o dopo (adiuvante) Chirurgia. La ricerca in questo campo mostra che il periodo post-operatorio immediato è fondamentale nel determinare a lungo termine i tassi di recidiva del tumore. Pertanto, interventi clinici in forma di immunoterapie durante questo periodo critico possono avere benefici sostanziali a lungo termine. I nostri studi utilizzando un modello murino di metastasi polmonari spontanea e stress chirurgico offrono un'opportunità unica di esplorare nuove terapie e determinare il loro potenziale per prevenire immunosoppressione perioperatoria in pazienti sottoposti a chirurgia del cancro e ridurre così anche il cancro tassi di recidiva.
The authors have nothing to disclose.
Gli autori desiderano ringraziare te Kim Yates, Eileen Franklin, e Rebecca Tjepkema (cura degli animali e servizi veterinari, Università di Ottawa) per l'assistenza con interventi chirurgici su animali. Lee-Hwa Tai è supportato da un Fonds de recherche santé Quebec Fellowship. Questo lavoro è stato sostenuto da contributi in conto esercizio della Canadian Cancer Society Research Institute innovazione Grant, Ontario Ministero della Ricerca e Sviluppo Ricercatore Primo Premio, e Canadian Foundation for Innovation – Leader Opportunity di Grant a Rebecca Auer.
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Corning Cell-Gro | 10-013-CV | |
Inactivated Fetal Bovine Serum (FBS) | HyClone | SH30396.03 | |
Penicillin/Streptomycin | Gibco | 15070-063 | |
1X sterile Phosphate Buffered Saline (PBS) | Corning cell gro | 21-031-CV | |
Buprenorphine | Chiron, Guelph | RXN309968 | |
Isofluorane | Baxter Corp | 1001936040 | |
1/2 ultra-fine syringe | Terumo | 30 Gauge, SS05M3009 | |
9mm staples | Braintree | ACS BX | |
5-0 braided absorbable suture | Covidien | UL-202 | |
3-0 wax braided silk suture | Covidien | S-194 | |
Formalin | Fisher | SF100-20 | |
4T1 tumor cells | ATCC | CRL-2539 | |
BALB/c | Charles Rivers Labs | Strain Code:028 |