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.
동계 면역 C57BL / 6 마우스에 두개골 내에 이식 할 때 GL261 쥐의 신경 교종 세포는 인간의 신경 교종 이종 이식 동물 모델에 비해 몇 가지 장점을 제공합니다. 이종 이식 종양의 대부분은 정확하게 침략 인간의 질병을 요점을 되풀이하지 않는 캡슐화 된 병변으로 성장. 반면, GL261 종양뿐만 아니라 인접한 뇌에 침략을 보여줍니다뿐만 아니라, 혈관 신생, 유사 분열, 그리고 깊은 괴사 7. 가장 중요한 것은 종양 면역학 또는 면역 전략 15, 16, C57BL / 6 마우스가 그대로 면역 시스템 (8)을 유지 공부를 할 때. 이전의 연구는 면역 사이토 카인 TGF-β의 강력한 표현을 보여 주었다 및 두개 내 종양은 인간 아교 모세포종 (9), (10)과 유사한 면역 억제 T-조절 세포가 포함되어 있습니다.
여기에 설명 된 간단한 기술은 GL261 세포에 의해 루시 페라 제의 안정적 발현 할 수 있습니다. 우리는 최근 미 신고되었습니다시험 관내 및 GL261 세포에 비해 GL261.luc 세포의 생체 내 성장 LAR은 유사한 종양 조직 학적 특성 및 면역 세포에 더하여 17 침투. GL261.luc 세포 안정적 따라서 광자 검출 광 화학적 에너지 변환 루시페린 기질의 산화를 촉매하는 루시퍼 라제를 발현. 루시페린 안전하게 동물에게 복강 내 투여 또는 정맥 내 주사 후 혈액 뇌 장벽을 통과 할 수있다. 이러한 생쥐 작은 동물 연구에서, 생물 발광을 비 침습적 방식으로 (11)에 외부 적으로 검출 될 수있다. 따라서, 종양의 성장은 직렬 동물의 희생 또는 비용 MRI 또는 CT 촬영에 대한 필요없이 평가 될 수있다.
프로토콜의 중요한 단계는 생체 내 실험을 시작하기 전에 시험 관내에서 렌티 바이러스 형질 도입, 또한 루시퍼 라제를 안정적으로 발현 대조까지도 포함한다. 전달의 손실 requi 수 있습니다반복 렌티 바이러스 감염 재. 발현 벡터에 항생제 내성 유전자의 도입은 또한 루시퍼 라제 발현을 선택하는 데 사용될 수있다. 세심한 기술 재현성 다른 처리 군의 비교를 허용하도록 정확한 해부학 적 위치에있는 세포의 수를 일치 배치 두개 내 주입을 위해 요구된다. 현재 연구 및 루시퍼 라제 발현 GL261 셀의 이전 연구 간의 주요한 차이점은 정위 프레임 (18)의 사용에 비해 세포를 주입하는 프리 핸드 기술의 사용이다. 우리는 이전에 한 손 기술 (19)과 일치 주입 결과를 보여 주었다. 자유로운 손 기술의 장점은 다른 치료제의 높은 처리량 분석을 수행 할 수있는 능력이다. 우리의 손에, 우리는 1 시간에 약 60 동물을 이식 할 수 있습니다.
기술을 습득 한 후, 미래 기술의 응용은 무한하다. GL261의 demonstr로축열 상승 유사 분열 및 인간 아교 모세포종 유사한 빠른 종양 성장은, 항 – 증식 치료제가 평가 될 수있다. GL261 종양이 침습성 및 혈관 신생이다 마찬가지로, 항 침습 및 항 – 혈관 신생 요법이 사용될 수있다. 인간 표적 겨냥 화학 치료제의 효과를 평가하는 경우에는주의가 사용되어야한다. 루시퍼 라제를 발현하는 20 인간 아교 모세포종 이종 이식편을 이용한 이전 연구에 비하여, 이것은 우리의 모델의 제한으로 간주 될 것이다. 또한, 종양 성장의 면역 요법 전략의 효과 GL261 이종 이식 모델에서 연구 될 수있다.
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 |