概要

用于治疗性水凝胶研究的胶质母细胞瘤复发术后切除模型

Published: February 24, 2023
doi:

概要

本协议使用显微镜建立了胶质母细胞瘤(GBM)复发切除后模型,以研究体内可注射生物反应性 水凝胶的治疗效果。

Abstract

肿瘤复发是指示胶质母细胞瘤 (GBM) 预后不良的重要因素。许多研究正试图确定有效的治疗策略,以防止手术后GBM复发。能够维持局部释放药物的生物反应性治疗水凝胶经常用于手术后GBM的局部治疗。然而,由于缺乏合适的GBM复发术后模型,研究受到限制。在这里,开发了一种GBM复发切除后模型并将其应用于治疗性水凝胶研究。该模型基于原位颅内GBM模型构建,该模型在GBM研究中得到广泛应用。对原位颅内GBM模型小鼠进行次全切除以模拟临床治疗。残留肿瘤用于指示肿瘤生长的大小。该模型易于构建,可以更好地模拟GBM手术切除的情况,并且可以应用于GBM切除后复发局部治疗的各种研究。因此,GBM切除后复发模型为切除后复发的有效局部治疗研究提供了独特的GBM复发模型。

Introduction

胶质母细胞瘤(GBM)是所有中枢神经系统癌症中最常见的恶性肿瘤1,2。手术是GBM患者的一线治疗,放化疗是术后的主要辅助治疗。然而,大多数接受各种治疗的GBM患者通常在3-6个月内发生肿瘤复发3,4,5因此,迫切需要制定更有效的治疗策略来预防GBM复发。

最近关于GBM的研究主要集中在原发性肿瘤而不是复发性肿瘤6。然而,临床上最常需要解决的问题是如何抑制GBM术后的复发。因此,关于GBM术后复发的研究需要更多关注。生物反应性治疗性水凝胶是手术后肿瘤复发研究中最常用的载体7,8。然而,由于中枢神经系统的特殊结构,很难开发出合适的GBM复发术后模型9,这对于GBM复发的研究至关重要。

本研究基于原发性GBM研究中使用的原位颅内GBM模型,产生了改进的GBM复发术后模型。在该模型中,大多数肿瘤通过显微镜手术切除,并通过 体内 生物发光成像和苏木精和伊红(H&E)染色检测残留肿瘤。该模型模拟脑肿瘤患者的切除状态,可用于GBM复发的各种研究。

Protocol

所有动物实验均由南京医科大学机构评审委员会和动物伦理委员会(IACUC-1904004)批准和监督。年龄为6-8周龄的C57BL / 6J雌性小鼠用于本研究。这些动物是从商业来源获得的(见 材料表)。 1. 动物制备 称量小鼠,并用腹膜内注射50mg / kg戊巴比妥钠麻醉它们(见材料表)。给予美洛昔康(5mg / kg;腹膜内)用于围手术期镇痛。将小鼠饲养在笼子中,在12小时/ 12小时光照/黑暗循环,环境温度为24°C,相对湿度为50%。注意:对于本研究,小鼠的初始重量约为22g。 使用实验动物剃须刀去除小鼠头部的毛发,并将头部和四肢固定在立体定位装置上(见 材料表)。注意:使用前对所有设备进行消毒。 用至少三轮交替的洗必泰或聚维酮碘磨砂膏消毒小鼠头部,然后用酒精消毒,并用无菌手术布覆盖小鼠。在双眼上涂抹眼药膏以防止干燥。 用眼科剪刀沿右额头顶部的中线切开小鼠的头皮约1厘米。注意:在切口之前,通过没有踏板反射来确认麻醉的手术平面。 调整立体定位装置,以确保人字形接缝和前囟门点位于同一水平面。 2. 原位颅内GBM模型的构建 使用蘸有龙胆紫2 的棉签将点标记到前囟门正面 1 毫米,在前囟门右侧 1.8 毫米,从前囟门向下标记 3 毫米(见 材料表)。 使用直径为1毫米的迷你颅骨钻(见 材料表)钻孔该点,以产生直径约1毫米,深度为1毫米的孔径。 用无菌棉签清除渗出的脑脊液。 用微量注射器吸出 5 μL 肿瘤细胞悬液(GL261-Luci,5 × 10 5 个细胞悬浮在5 μL PBS 中)。注意:GL261-Luci是从商业来源获得的(见 材料表)。 将微量注射器的针尖垂直对准颅骨钻孔,插入直到针尖进入颅面3毫米,然后返回针头0.5毫米7。 打开微量注射器,以1μL / min的速度注射。 注射后将针头保留10分钟。 慢慢取出微量注射器,并用无菌干棉球按压注射点。 用不可吸收的手术缝合线缝合头皮(10-0,见 材料表),然后再次对切口进行消毒。 监测动物的健康状况,并将其保持在温暖的条件下。 鼠标唤醒后,将鼠标移回外壳笼。 用 体内 生物发光成像系统(参见 材料表)对小鼠进行成像,以在荷瘤后第10天检测移植的肿瘤。注意:加载在GBM细胞GL261中的荧光素酶用于生物发光成像。用1.5%异氟醚麻醉小鼠,氧流速为0.6L / min。通过缺乏踏板反射确认麻醉深度后,腹膜内注射荧光素钾(10mg / mL,参见 材料表),11秒后,进行 体内 生物发光成像。当荧光值达到~5×105时,该过程成功。注意:在成像前麻醉动物。通过提供汽化异氟醚的鼻锥维持麻醉。 选择成功携带肿瘤的小鼠构建GBM复发术后模型。 3. GBM切除后复发模型的构建 当原位颅内GBM模型小鼠中的肿瘤大小变为~6.5×105时,选择小鼠用于术后复发模型。 称量原位颅内GBM模型小鼠,并用腹膜内注射50mg / kg戊巴比妥钠麻醉小鼠。给予美洛昔康(5mg / kg;腹膜内)用于围手术期镇痛。 重复步骤 1.2−1.5 的过程。 分离头皮组织和颅骨,并检查用于构建原位颅内GBM模型的钻孔。如果孔已经愈合,请使用立体定向装置识别孔,并按照步骤2.1-2.3中提到的步骤进行操作。 用颅骨钻将孔直径扩大到 5 毫米,并用无菌棉签去除渗出的脑脊液。 将显微镜对准鼠标头部,并调整设置以确保钻孔位于视野中心。 用显微镜刀切割脑膜,并在显微镜下用微刮匙和微型手术刀去除部分肿瘤组织。注意:关于脑膜,当颅骨打开时,靠近脑组织的薄膜就是脑膜。 用无菌纱布止血,并用无菌生理盐水清洗切口。 用1mL注射器将市售水凝胶(10μL,见 材料表)注入切除腔,用不可吸收的手术缝合线(10-0)缝合头皮,然后再次消毒切口(图1)。 监测动物的健康状况,并保持鼠标温暖。 鼠标唤醒后,将鼠标移回外壳笼。 进行 体内 生物发光成像以在1天后检测移植的肿瘤,以量化残留肿瘤的大小(图2 和 图3)。 每2天称量小鼠,直到终末终点。注意:对于本研究,终点为第30天,小鼠通过腹膜内注射过量的戊巴比妥钠对小鼠实施安乐死。

Representative Results

GBM复发切除后模型的构建过程如图1所示。在显微镜下部分切除肿瘤后的切除腔如图所示。用水凝胶用注射器注射到切除腔中以证明治疗效果。实验设计的时间表如图2A所示。将GBM细胞植入小鼠大脑后,在第10天通过体内生物发光成像测试肿瘤生长。在第11天进行切除,然后将水凝胶注射到切除腔中。在第15天,第20天,第25天和第30天进行体内生物发光成像测试,以监测残留肿瘤生长。如图2B,C所示,GBM复发术后切除模型中的肿瘤大小明显小于原位颅内GBM模型中的肿瘤大小,如体内生物发光成像测试所示。在第25天,肿瘤在切除后显着复发(图2D)。H&E染色证实GBM复发切除后模型构建成功,切除后残留肿瘤显着复发(图3A,B)。 图1:肿瘤切除和注射水凝胶的术中视图。 在显微镜下用微刮匙和微型手术刀切除部分肿瘤组织,并将水凝胶注射到切除腔中。比例尺:50 μm。这个数字是从Sun等人10修改而来的。 请点击此处查看此图的大图。 图2:颅内和切除后GBM模型中小鼠的实验设计和 体内 生物发光成像时间表。 (A)实验设计的时间表显示,切除在第11天进行, 体内 生物发光成像(IV)在第10天,第15天,第20天,第25天和第30天进行。(B)颅内GBM模型小鼠在第10天显示较大的肿瘤大小,(C)第11天切除后肿瘤大小显着减小,(D)在切除后GBM模型中第25天切除后肿瘤大小增加。对照组包括未治疗的GBM复发术后模型小鼠。本研究共使用了42只小鼠。比例尺:100 μm。这个数字是从Sun等人10修改而来的。 请点击此处查看此图的大图。 图3:来自切除后GBM模型的脑组织的H&E染色图像。 (A)显示切除腔,残留肿瘤和正常脑组织的H&E染色图像。切除后1天收集脑组织。(B)显示复发性肿瘤和正常脑组织的H&E染色图像。在切除后第12天收集脑组织。比例尺:100 μm。这个数字是从Sun等人10修改而来的。 请点击此处查看此图的大图。

Discussion

手术仍然是大多数GBM患者的首选11。由于GBM侵入性生长的特征,在显微神经外科技术后仍有少量肿瘤细胞残留,导致最终肿瘤复发12。如何抑制GBM术后复发已成为GBM相关研究的热点。然而,由于脑组织的解剖结构复杂,构建合适的术后GBM模型已成为该领域需要解决的首要问题。

本研究开发了一种GBM切除后复发模型。在构建该模型的过程中,原位颅内GBM模型的构建至关重要。成功开发该模型后,需要在正确的时间进行切除。推荐的时间是当肿瘤大小的荧光值约为6.5×105时。为了降低小鼠的死亡率,在麻醉下用40mg / kg 1%戊巴比妥钠腹膜内注射进行切除。然而,切除很难进行,并且由于麻醉剂剂量小,小鼠经常移动。在此基础上,麻醉剂的剂量增加至50mg / kg。增加麻醉剂量后,小鼠术中反应消失,切除成功。异氟醚气体也可用于该协议。

在这项研究中,GL261-Luci细胞用于开发模型;因此,将来必须使用更多的GBM细胞系来验证该方案。为了使协议更具说服力,需要使用各种GBM小鼠模型,例如基因工程GBM小鼠模型。此外,MRI可能是检测手术后肿瘤复发的最佳方法。

综上所述,在这项工作中,已经建立了GBM复发术后模型。在该模型中,通过评估切除后残留肿瘤的生长来监测肿瘤复发。虽然该模型不能被认为完全模仿肿瘤复发,但该模型中的切除方式类似于GBM患者临床治疗中最大安全手术的标准。本工作为构建GBM切除后复发模型提供了一种方便可行的方法,代表了GBM切除后复发研究领域的进展。

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

这项工作得到了中国国家自然科学基金(82071767和82171781)的项目资助。

Materials

Gentian violet Sigma C6158
GL261-Luci Shanghai Zhong Qiao Xin Zhou Biotechnology Co.,Ltd. ZQ0932
In vivo bioluminescent imaging system Tanon Tanon ABL X6
Laboratory animal shaver Beyotime Biotechnology FS600
Mice Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd.
Micro curette Belevor Medical Co.,Ltd.
Micro scalpel Belevor Medical Co.,Ltd.
Microscope Shanghai Xiangfan Instrument Co., Ltd JSZ5A/B
Microsyringe Hamilton 87943
Mini cranial drill RWD 78001
Nonabsorbable surgical suture Shanghai Yuyan Instruments Co.,Ltd.
Pentobarbital sodium ChemSrc 57-33-0
PVA-TSPBA hydrogel  Aladdin 9002-89-5
Stereotaxic apparatus RWD 68043

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記事を引用
Sun, S., Shi, D., Liu, J., Lu, J., Dou, P., Zhou, Z., Chen, Y. Glioblastoma Relapse Post-Resection Model for Therapeutic Hydrogel Investigations. J. Vis. Exp. (192), e65026, doi:10.3791/65026 (2023).

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