Un modèle de tumeur de souris de stress chirurgical est utilisé pour explorer comment l'immunosuppression postopératoire favorise la maladie métastatique et pour évaluer les thérapies périopératoires immunostimulantes.
La résection chirurgicale est un traitement essentiel pour la plupart des patients atteints de cancer, mais la chirurgie induit un dysfonctionnement dans le système immunitaire, ce qui a été liée au développement d'une maladie métastatique dans des modèles animaux et chez les patients cancéreux. Travail préclinique de notre groupe et d'autres ont démontré une suppression profonde de la fonction immunitaire innée, en particulier les cellules NK dans la période postopératoire et ce joue un rôle majeur dans le développement accru de métastases après la chirurgie. Relativement peu d'études sur les animaux et des essais cliniques ont porté sur la caractérisation et inverser les effets néfastes de la chirurgie du cancer. En utilisant un modèle animal rigoureuse des tumeurs métastasiques spontanément et le stress chirurgical, la mise en valeur de la chirurgie du cancer sur le développement des métastases pulmonaires a été démontrée. Dans ce modèle, des cellules de cancer du sein 4T1 sont implantées dans la souris coussinet adipeux mammaire. Au jour implantation de la tumeur 14 de poste, une résection complète de la tumeur mammaire primaire est performed chez tous les animaux. Un sous-groupe d'animaux reçoit le stress chirurgical supplémentaire sous la forme d'une néphrectomie abdominale. Au jour 28, nodules tumoraux du poumon sont quantifiés. Lorsque l'immunothérapie a été donnée immédiatement avant l'opération, une activation profonde des cellules immunitaires qui a empêché le développement de métastases après la chirurgie a été détectée. Bien que le modèle de la chirurgie de la tumeur du sein 4T1 permet la simulation des effets du stress chirurgical abdominal sur les métastases tumorales, son applicabilité à d'autres types de tumeur doit être testé. Le défi actuel est d'identifier les immunothérapies sûres et prometteuses dans des modèles précliniques de souris et de les traduire en thérapies périopératoires viables à être administré à des patients de chirurgie du cancer de prévenir la réapparition de la maladie métastatique.
La chirurgie est une composante essentielle dans le traitement curatif du cancer de tumeurs solides, mais en dépit de résection complète, de nombreux patients développent une récidive métastatique et finalement mourir de leur maladie. De plus en plus, de la période post-opératoire, à la suite de la réponse à un stress physiologique pour la chirurgie, notamment la coagulation du sang, la libération de facteurs de croissance, et la suppression immunitaire, est reconnu comme temps critique pour le développement des métastases. Notre 1,2 de groupe et d'autres 5.3 ont montré que la période post-opératoire immédiate est un moment unique sensible à la formation de métastases.
L'un des principaux mécanismes responsables des effets prometastatic de la chirurgie est la dysfonction postopératoire de Natural Killer (NK) 1-3. Les cellules NK sont des lymphocytes cytotoxiques du système immunitaire inné impliquée dans le contrôle de la croissance tumorale et les métastases 6. Dysfonctionnement des cellules NK après la chirurgie a été documenté in deux patients humains 1,7-9 et des modèles animaux 1,10,11. La suppression des cellules NK postopératoire est corrélée avec une augmentation des métastases dans les modèles animaux de métastases spontanées et implantés 1,11-14, tandis que dans des études humaines, activité NK bas pendant la période péri-opératoire est associée à un taux de récidive du cancer et de la mortalité 15,16 ultérieure.
Malgré cela, il n'existe actuellement aucun traitement de cancer portant spécifiquement sur les changements qui se produisent prometastatic immédiatement après la chirurgie du cancer. La période périopératoire représente une fenêtre d'opportunité thérapeutique dans lequel d'intervenir dans le processus métastatique. Alors que les traitements du cancer traditionnels, tels que la chimiothérapie cytotoxique, sont considérés comme trop toxiques pour être administré à des patients qui se remettent d'une chirurgie majeure 17, thérapies immunitaires sont des candidats idéaux pour l'administration périopératoire. Utilisation périopératoire de l'IL-2 et IFN-Î ³ recombinant ont été explorées in première phase des essais cliniques démontrant leur capacité à empêcher la suppression postopératoire des cellules NK et améliorer la survie sans progression 18-21. Malheureusement, le développement a été entravé par la tolérance de ce traitement par une cytokine non spécifique associée à une intervention chirurgicale majeure 17. Les virus sont également des activateurs non spécifiques puissants des cellules NK. Notre recherche a déjà démontré que l'administration préopératoire de virus se répliquant, comme roman anti-cancer virus oncolytiques (OV), et nonreplicating vaccins viraux, tels que le vaccin de la grippe, peut inhiber NK dysfonctionnement cellulaire induite par la chirurgie et atténuer la maladie métastatique 1,22.
Le modèle chirurgical décrit dans le présent document a facilité notre compréhension des mécanismes impliqués dans la propagation et la croissance des cellules tumorales après la chirurgie et nous a permis d'explorer de nouvelles thérapies ciblées qui peuvent être administrés dans la période périopératoire. Pour atteindre cet objectif, un animalmodèle de stress chirurgical et la métastase spontanée wad développé. Le modèle utilise des tumeurs de carcinome mammaire de la souris (BALB / c 4T1) – qui sont capables de former des métastases spontanément à partir de la glande mammaire primaire de plusieurs sites distants, en particulier les poumons. Au jour 0, des cellules de cancer du sein sont implantés dans le coussinet adipeux mammaire de la souris. Au jour 14 après implantation de la tumeur, une résection complète de la tumeur mammaire primaire est réalisée dans tous les animaux. Un sous-groupe d'animaux reçoit le stress chirurgical supplémentaire sous la forme d'une néphrectomie abdominale. Au jour 28, les nodules de tumeur pulmonaire dans chirurgicalement souligné et aucune souris témoins par rapport à la chirurgie sont isolés et quantifiés. Dans ce modèle animal de cancer et de la chirurgie, les effets de la chirurgie sur les métastases cancéreuses sont à l'étude et l'efficacité de l'administration péri-opératoire des immunothérapies innovantes, y compris la replication et nonreplicating immuns stimulants à base de façon virale sont testés pour la première fois.
La résection chirurgicale est la pierre angulaire du traitement pour les patients atteints de tumeurs solides localisées. Même avec une résection complète, de nombreux patients développent une récidive métastatique et finissent par mourir de leur maladie. La période post-opératoire immédiate fournit un environnement idéal pour la formation de métastases cancéreuses, modulé, en grande partie, par la suppression postopératoire des cellules NK. Malgré cela, il reste une fenêtre thérapeutique qui est largement ignorée. Il n'existe actuellement aucun traitement anti-cancéreux périopératoires standards visant à prévenir les métastases postopératoires. Le défi actuel est d'identifier des thérapies sûres et prometteuses qui activent les cellules NK dans la période périopératoire empêchant ainsi l'établissement de la maladie micrométastatique. Ces thérapies doivent être caractérisés de façon rigoureuse pour la sécurité et l'efficacité dans des modèles animaux précliniques et ensuite traduits en essais cliniques soigneusement conçu.
Le rapport principalnale de développement d'un modèle de tumeur de souris de stress chirurgical est d'explorer les mécanismes de l'immunosuppression et la dissémination métastatique après chirurgie et d'évaluer les immunothérapies innovantes à fort potentiel pour une utilisation future chez les patients cancéreux qui subissent une chirurgie pour enlever la tumeur primaire. Pour atteindre cet objectif, un modèle murin 4T1 de carcinome mammaire couplé avec le stress chirurgical a été développé. Alors que la lignée cellulaire 4T1 est une souris "carcinome mammaire", la raison d'utiliser cette lignée cellulaire est la reproductibilité des métastases spontanées qui nous permet d'évaluer les effets du stress chirurgical dans un modèle de cancer réaliste. Dans ce contexte, l'origine réelle de la tumeur maligne est moins important que la biologie potentiel et tumeur métastatique. Le second composant essentiel de notre modèle est la mise au point d'une procédure chirurgicale animale pour ressembler étroitement la chirurgie du cancer humain. Dans cet animal chirurgicale modèle de stress, le primaire 4T1 tumeur du sein est excisé après avoir atteint 1 cm 3. Parce quechirurgies du cancer chez des patients humains impliquent la suppression immunitaire significative, une néphrectomie à ventre ouvert dans les groupes de traitement de «stress chirurgical» est en outre effectué. Comme il compare avec plus d'une résection tumorale classique chez les humains, le caractère invasif d'une néphrectomie totale gauche est très comparable à de nombreux types de traitements chirurgicaux pour les tumeurs solides, y compris une intervention chirurgicale pour un cancer colorectal, le cancer de l'ovaire, le cancer du rein, le cancer du pancréas, du poumon et de l'œsophage cancer. En outre, nous dirions que les changements physiologiques profonds qui se produisent en période périopératoire, en raison de la laparotomie + néphrectomie, reproduit adéquatement les changements physiologiques qui se produisent écrasante après la chirurgie invasive pour la plupart des tumeurs solides. Pour contrôler les facteurs périopératoires qui pourraient conduire à un excès de stress chirurgical et la mortalité, la durée de l'anesthésie et de la chirurgie et de maintenir la température du corps au cours de la chirurgie est précisément définie. Tous ces paramètres sont exécutés précisément uned définie dans notre protocole de chirurgie pour refléter les soins périopératoires routine chez les patients cancéreux humains.
Le calendrier des traitements périopératoires est un élément essentiel supplémentaire pour le modèle de sauvetage périopératoire. Souris porteuses 4T1 tumorales ont été précédemment traités avec 3 régimes de vaccin contre la grippe: néoadjuvante (donné 5 jours avant la chirurgie), périopératoire (donnée le même jour de la chirurgie) et périopératoire + multidose (donné le jour de la chirurgie, suivis par 2 doses supplémentaires donnés cinq jours d'intervalle). Remarquablement, les 3 modes de traitement de vaccin ont diminué de manière significative des métastases pulmonaires 22. Toutefois, le vaccin antigrippal administré en péri-opératoire en une seule dose métastases réduites plus efficacement. Collectivement, ces expériences mettent en évidence l'importance de la période péri-opératoire immédiat comme une fenêtre thérapeutique étroite à intervenir dans le processus métastatique.
Utilisation périopératoire d'immunothérapies innovantes telles que oncolyvirus tic et vaccins a été exclusivement limitée à notre groupe de recherche. Nous avons démontré pour la première fois que l'administration périopératoire de virus oncolytique roman de l'ORF et la vaccine peut inverser la suppression de cellules NK après la chirurgie dans des modèles animaux 1. Plus important encore, ce sauvetage de la fonction immunitaire est en corrélation avec une réduction de la formation de métastases post-opératoires. Dans les études humaines, les patients de chirurgie du cancer postopératoires avaient réduit cytotoxicité des cellules NK et périopératoire OV augmente nettement l'activité des cellules NK chez les patients cancéreux 1. Utilisation de vaccins prophylactiques disponibles dans le commerce, nous avons démontré que la grippe périopératoire administration du vaccin a réduit de façon significative les métastases tumorales et amélioré la cytotoxicité des cellules NK dans des modèles de tumeur précliniques. Dans les études humaines, le vaccin antigrippal amélioré de manière significative l'activité des cellules NK chez des donneurs humains en bonne santé et les patients de chirurgie du cancer 22.
Plusieurs approches sont utilisées pour réduire cancer récidive, y compris la chimiothérapie et la radiation, mais ces traitements sont habituellement administré semaines à quelques mois avant (néoadjuvante) ou après (adjuvant) chirurgie. La recherche dans ce domaine montre que la période post-opératoire immédiate est essentielle pour déterminer le taux de récidive de la tumeur à long terme. Par conséquent, les interventions cliniques sous la forme d'immunothérapies au cours de cette période critique peut avoir des avantages considérables à long terme. Nos études utilisant un modèle murin de métastases pulmonaires spontanées et stress chirurgical offrent une occasion unique d'explorer de nouvelles thérapies et de déterminer leur potentiel de prévenir l'immunosuppression périopératoire chez les patients de chirurgie du cancer et ainsi réduire également le taux de récidive du cancer.
The authors have nothing to disclose.
Les auteurs souhaitent te remercier Kim Yates, Eileen Franklin, et Rebecca Tjepkema (soins vétérinaires et de services, Université d'Ottawa) de l'aide pour les chirurgies d'animaux. Lee-Hwa Tai est soutenu par un Fonds de recherche du Québec Fellowship santé. Ce travail a été financé par des subventions de fonctionnement de l'Innovation Grant Institut de recherche de la Société canadienne du cancer, Ministère de la Recherche et du Développement Bourse de nouveaux chercheurs de l'Ontario et de la Fondation canadienne pour l'innovation – Subvention d'appui du chef de 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 |