GL261 glioma cells provide a useful immunocompetent animal model of glioblastoma. The goals of this protocol are to demonstrate proper techniques for monitoring intracranial tumor growth using in vivo bioluminescence imaging, and to verify the utility of luciferase-modified GL261 cells for studying tumor immunology and immunotherapeutic approaches for treating glioblastoma.
In contrast to commonly reported human glioma xenograft animal models, GL261 murine glioma xenografts recapitulate nearly all relevant clinical and histopathologic features of the human disease. When GL261 cells are implanted intracranially in syngeneic C57BL/6 mice, the model has the added advantage of maintaining an intact immune microenvironment. Stable expression of luciferase in GL261 cells allows non-invasive cost effective bioluminescence monitoring of intracranial tumor growth. We have recently demonstrated that luciferase expression in GL261 cells does not affect the tumor growth properties, tumor cell immunomodulatory cytokine expression, infiltration of immune cells into the tumor, or overall survival of animals bearing the intracranial tumor. Therefore, it appears that the GL261 luciferase glioma model can be useful in the study of novel chemotherapeutic and immunotherapeutic modalities. Here we report the technique for generating stable luciferase expression in GL261 cells and how to study the in vitro and in vivo growth of the tumor cells by bioluminescence imaging.
Malignant glioma is the most common and most lethal human brain tumor. Even when treated with maximal surgical resection, radiotherapy, and chemotherapy, median survival remains 15-20 months at major brain tumor referral centers1, 2, 3. The most aggressive form of malignant glioma, glioblastoma, is characterized by mitotic figures, neovascularization, invasion into adjacent brain, and pseudopalisading necrosis. Orthotopic brain tumor xenografts using human brain tumor cells have served an essential function in neuro-oncology research and facilitated pre-clinical translation for testing of new agents, prior to entry into human clinical trials. Whereas most of human xenograft models recapitulate many features of the human disease, a fundamental limitation with all human-based xenograft model systems is the use of immunodeficient animals4.
The absence of an intact host response clearly modifies tumor growth both in terms of tumor morphology, and efficiency of engraftment. While certain assumptions are acceptable in the interpretation of results from xenografted models, achieving relevant conclusions in the area of therapeutic assessment is a challenge. Certain fundamental biologic features are likely to be similar in immunodeficient and immunocompetent animals, but others such as tumor associated inflammation, tissue invasion, response to injury are probably very different. In contrast, GL261 is a chemically induced murine glioma cell line that accurately recapitulates glioma when implanted into the brains of immunocompetent syngeneic C57BL/6 mice5. Similar to the human disease, intracranial tumor growth rapidly and reproducibly leads to neurologic symptoms and animal demise6-10.
Subcutaneous tumor growth can be directly measured. Intracranial tumor growth can only be measured with animal sacrifice or with costly imaging studies. Stable expression of the enzyme luciferase allows non-invasive and cost-effective intracranial bioluminescence imaging11. Bioluminescence of luciferase transfected GL261 cells correlates well with intracranial tumor growth. We have recently directly compared GL261 to luciferase modified GL261 cells and demonstrated no difference in in vitro growth and invasion, immunologic cytokine profile, in vivo survival of intracranial tumor bearing C57BL/6 mice, or immune cell infiltrate. This technique is applicable to glioblastoma preclinical studies which involve non-invasive monitoring of tumor growth.
Singeneik, immunokompetan C57BL / 6 farelerine intrakranial yerleştirilmiş olduğunda, GL261, murin glioma hücreleri, İnsan gliyom ksenograft hayvan modelleri ile karşılaştırıldığında pek çok avantaja sahiptir. Ksenogreflenmiş tümörlerin çoğu doğru invaziv insan hastalığı özetlemek yok kapsüllü lezyonlar olarak büyür. Buna karşılık, GL261 tümör sadece komşu beyin içine işgali gösteriyor, ama aynı zamanda neovaskülarizasyon, mitoz ve derin nekroz 7. En önemlisi, tümör immünolojisini veya immünoterapötik stratejiler 15, 16, C57BL / 6 fare, bozulmamış bir bağışıklık sistemi 8 korur incelenirken. Daha önceki çalışmalar, immün baskılayıcı sitokin TGF-p sağlam ekspresyonunu göstermiştir ve intrakranyal tümörler İnsan glioblastoma 9, 10 benzer bir bağışıklık bastırıcı T-düzenleyici hücreler içerir.
Burada tarif edilen basit bir teknik GL261 hücreleri tarafından lusiferaz stabil ekspresyonu sağlar. Son zamanlarda Simi'yi bildirmiştirin vitro ve in GL261 hücreleri ile karşılaştırıldığında GL261.luc hücrelerinin in vivo büyüme lar, içindeki tümör histolojik özellikleri ve bağışıklık hücresi ilave olarak 17 sızmaya. GL261.luc hücreleri stabil fotonların ve bu nedenle algılanabilir ışık kimyasal enerjiyi dönüştürerek substrat luciferase oksidasyonunu katalize lusiferazı ifade eder. Luciferase güvenli bir şekilde hayvanlara tatbik ve intraperitoneal ya da damar içine enjeksiyondan sonra kan beyin bariyerini geçer edilebilir. Fare gibi küçük araştırma hayvanlarda biyoluminesans invaziv olmayan bir şekilde 11 dışarıdan tespit edilebilir. Bu nedenle, tümör büyümesi seri hayvan kurban veya maliyetli MRI veya BT görüntüleme gerek kalmadan tespit edilebilir.
Protokolde kritik adımlar bir in vivo deney başlamadan önce in vitro olarak, lentiviral transdüksiyon, aynı zamanda lusiferaz kararlı ifade doğrulama sadece içerir. Transdüksiyon kaybı requi olabilirTekrar lentivirüs enfeksiyon yeniden. Sentezleme vektörü içine, bir antibiyotik direnç geninin Giriş, aynı zamanda lusiferaz ifadesi için seçmek için kullanılabilir. Titiz tekniği tekrarlanabilir, farklı tedavi gruplarının karşılaştırılması izin vermek için kesin bir anatomik bölgeye hücrelerin istikrarlı bir sayıda yer intrakranial implantasyon için gereklidir. Bu çalışmada ve lusiferaz sentezleyen GL261 hücrelerin çalışmalar arasında büyük bir fark, bir stereotaktik çerçeve 18 kullanımı ile karşılaştırıldığında hücrelerin ekilmesi için serbest el tekniği kullanılmasıdır. Biz daha önce serbest el tekniği 19 ile tutarlı implantasyon sonuçlar ortaya koymuştur. Serbest el tekniği avantajı farklı tedavi ajanlarının yüksek kapasiteli analizleri yapmak için yeteneğidir. Bizim ellerde, biz 1 saat yaklaşık 60 hayvan implante edilebilir.
Tekniği mastering sonra, tekniğin gelecekteki uygulamalar sınırsızdır. GL261 demonstr olarakAteş yüksek mitoz ve insan glioblastoma benzer hızlı tümör büyümesi, anti-proliferatif tedaviler değerlendirilebilir. GL261 tümörler, istilacı ve anjiyojenik olarak Benzer şekilde, anti-invasif ve anti-anjiyogenik terapiler kullanılabilir. İnsan hedeflere yönelik kemoterapötik maddelerin etkisini değerlendirmek Dikkat kullanılmalıdır. Lusiferazı 20 ifade insan glioblastoma xenografts kullanan önceki çalışmalara kıyasla bu modelimizin bir sınırlama olarak düşünülebilir. Aynı zamanda, tümör büyümesinin immünoterapötik stratejilerinin etkisi GL261 ksenogreflenmiş modelinde incelenebilir.
The authors have nothing to disclose.
We would like to thank Rajwant Kaur for technical assistance. We would like to thank Maxwell Tom for assistance with lentivirus preparation. This work was supported by the Reza and Georgianna Khatib Endowed Chair in Skull Base Tumor Surgery at UCSF, and the Michael J. Marchese Professor and Chair at Northwestern University.
D-Luciferin, Potassium Salt | Gold Biotechonology | LUCK-100 | Store away from light |
Living Image Software | Caliper Life Sciences | Contact for Quote | none |
Xenogen Lumina | Caliper Life Sciences | Contact for Quote | none |
24-well; Standard tissue culture; flat-bottom | Falcon | 353047 | |
CellTiter 96® AQueous One Solution Cell Proliferation Assay | Promega | G3582 | none |
Synergy 2 Multi-Mode Reader | BioTek | Contact for Quote | none |
96 well Assay Plate, Black Plate, Clear bottom with Lid, Tissue culture Tretaed | Coster | 3603 | none |
Ketaset | Pfizer | NDC 0856-2013-01 | Control substance |
Xylazine | Sigma-Aldrich | 23076-35-9 | none |
28G Needle (with syringe) | Fisher | 22-004-270 | AKA Insulin Syringe |
2% Chlorhexidine | Fisher | NC9756995 | AKA “Nolvasan” |
3% Hydrogen Peroxide | Fisher | H312P-4 | Store away from light |
Ophthalmic Ointment | Cardinal Health | 1272830 | AKA “Akwa Tears” |
25G 1 1/2 needle | BD Becton Dickinson | 305127 | none |
Disposable Scalpels | Feather | 2975 | No. 21 |
Gauze | Fisher | 22028563 | Autoclave before use |
Heating Pad | Dunlap | HP950 | none |
Skin Stapler, Staples, Remover | Stoelting | 59020 | none |
PDI Alchol Prep Pads | Fisher | 23-501-711 | none |
Reflex 7mm Wound Clips 100 pack | Brain Tree Scientific, INC | 203 1000 | Autoclave before use |
Reflex 7mm Wound Clip Applier | Brain Tree Scientific, INC | 204 1000 | Autoclave before use |
Reflex 7mm Wound Clip Remover | Brain Tree Scientific, INC | 205 1000 | none |
Single Ended Round Tip Swab with Wood handle | Qosmedix | 10107 | Autoclave before use |
Hanks' Balanced Salt Solution without Ca2+ and Mg2+ (HBSS) | Gibco | 14170-112 | none |
Hamilton Syringe | Hamilton | 80300 | none |
FuGENE 6 Transfection Reagent | Promega | E2961 | none |
Bone Wax | Harvard Apparatus | 599864 | none |