Un modelo de tumor de ratón de estrés quirúrgico se utiliza para explorar la forma en la inmunosupresión postoperatoria promueve la enfermedad metastásica y para evaluar las terapias perioperatorias inmunoestimulantes.
La resección quirúrgica es un tratamiento esencial para la mayoría de los pacientes de cáncer, pero la cirugía induce la disfunción en el sistema inmune y esto se ha relacionado con el desarrollo de la enfermedad metastásica en modelos animales y en pacientes con cáncer. Trabajo preclínico de nuestro grupo y otros han demostrado una supresión profunda de la función inmune innata, específicamente las células NK en el período postoperatorio y esto juega un papel importante en el mayor desarrollo de las metástasis después de la cirugía. Relativamente pocos estudios en animales y ensayos clínicos han centrado en la caracterización y revertir los efectos perjudiciales de la cirugía del cáncer. El uso de un modelo animal rigurosa de los tumores de metástasis espontánea y estrés quirúrgico, se demostró la mejora de la cirugía del cáncer en el desarrollo de metástasis pulmonares. En este modelo, las células de cáncer de mama 4T1 se implantan en la almohadilla de grasa mamaria de ratón. En el día de la implantación del tumor 14 post, una resección completa del tumor primario de mama es Performed en todos los animales. Un subconjunto de animales recibe el estrés quirúrgico adicional en la forma de una nefrectomía abdominal. En el día 28, los nódulos tumorales de pulmón se cuantifican. Cuando la inmunoterapia se administra inmediatamente antes de la operación, se detectó una activación profunda de las células inmunes que impidió el desarrollo de las metástasis después de la cirugía. Mientras que el modelo de la cirugía del tumor de mama 4T1 permite la simulación de los efectos del estrés quirúrgico abdominal en las metástasis tumorales, su aplicabilidad a otros tipos de tumores tiene que ser probado. El reto actual es identificar inmunoterapias seguras y prometedoras en modelos preclínicos de ratón y de traducirlas en terapias perioperatorias viables que debe darse a los pacientes de cirugía de cáncer para prevenir la recurrencia de la enfermedad metastásica.
La cirugía es un componente crítico en el tratamiento del cáncer curativo de los tumores sólidos, pero a pesar de la resección completa, muchos pacientes desarrollan una recurrencia metastásica y en última instancia, morir de su enfermedad. Cada vez más, el período postoperatorio, como resultado de la respuesta de estrés fisiológica a la cirugía, incluyendo la coagulación de la sangre, la liberación de factores de crecimiento, y la supresión inmune, se reconoce como tiempo crítico para el desarrollo de metástasis. Nuestra 1,2 grupo y otros 3-5 han demostrado que el período postoperatorio inmediato es un tiempo particularmente susceptibles para la formación de metástasis.
Uno de los principales mecanismos responsables de los efectos prometastatic de la cirugía es la disfunción postoperatoria de células asesinas naturales (NK) 1-3. Las células NK son linfocitos citotóxicos del sistema inmune innato implicado en el control del crecimiento tumoral y metástasis 6. Disfunción de las células NK después de la cirugía se ha documentado in tanto pacientes humanos 1,7-9 y modelos animales 1,10,11. La supresión de células NK postoperatoria se correlaciona con un aumento de las metástasis en modelos animales de metástasis espontáneas e implantados 1,11-14, mientras que en los estudios en humanos, la baja actividad NK durante el período perioperatorio se asocia con una mayor tasa de recurrencia del cáncer y la mortalidad 15,16.
A pesar de esto, no existen actualmente terapias contra el cáncer que tratan específicamente los cambios que se producen prometastatic inmediatamente después de la cirugía del cáncer. El período perioperatorio representa una ventana terapéutica de la oportunidad en la que intervenga en el proceso metastásico. Mientras que las terapias tradicionales contra el cáncer, como la quimioterapia citotóxica, se consideran demasiado tóxico para ser administrado a pacientes que se recuperan de una cirugía mayor 17, las terapias inmunes son candidatos ideales para la administración perioperatoria. Uso perioperatorio de ³ recombinante de IL-2 e IFN-I se han explorado in primera fase de ensayos clínicos que demuestran su potencial para prevenir el postoperatorio la supresión de las células NK y mejorar la supervivencia libre de progresión 18-21. Desafortunadamente, el desarrollo se ha visto obstaculizado por la tolerabilidad de esta terapia de citoquinas no específica combinada con cirugía mayor 17. Los virus son también activadores no específicos potentes de las células NK. Nuestra investigación ha demostrado previamente que la administración preoperatoria de reproducción de los virus, como la novela contra el cáncer Los virus oncolíticos (OV), y no se dividen las vacunas virales, como la vacuna contra la influenza, puede inhibir la inducida por la cirugía disfunción de las células NK y atenuar la enfermedad metastásica 1,22.
El modelo quirúrgica descrita en este trabajo ha facilitado la comprensión de los mecanismos implicados en la propagación y el crecimiento de las células tumorales después de la cirugía y permitido explorar nuevas terapias que se pueden administrar en el período perioperatorio. Para lograr este objetivo, un animalmodelo de estrés quirúrgico y taco metástasis espontánea desarrollado. El modelo hace uso de los tumores de carcinoma de mama de ratón (BALB / c – 4T1) que son capaces de metástasis espontáneamente a partir de la glándula mamaria primaria a múltiples sitios distantes, en particular los pulmones. En el día 0, las células de cáncer de mama se implantan en la alfombrilla del ratón grasa del pecho. En el día 14 después de la implantación del tumor, una resección completa del tumor primario de mama se lleva a cabo en todos los animales. Un subconjunto de animales recibe el estrés quirúrgico adicional en la forma de una nefrectomía abdominal. En el día 28, los nódulos tumorales de pulmón en subrayaron quirúrgicamente y no hay control de los ratones de la cirugía en comparación son aislados y cuantificados. En este modelo animal de cáncer y la cirugía, se están estudiando los efectos de la cirugía de las metástasis del cáncer y de la eficacia de la administración perioperatoria de inmunoterapias innovadoras, incluyendo la reproducción y nonreplicating inmune-estimulantes basados viralmente se prueban por primera vez.
La resección quirúrgica es el pilar de la terapia para los pacientes con tumores malignos sólidos localizados. Incluso con la resección completa, muchos pacientes desarrollan una recurrencia metastásica y en última instancia, mueren de su enfermedad. El postoperatorio inmediato proporciona un ambiente ideal para la formación de las metástasis del cáncer, modulada, en gran parte, por postoperatoria supresión de las células NK. A pesar de esto, sigue siendo una ventana terapéutica que es ignorado en gran medida. Actualmente no hay terapias contra el cáncer perioperatorias habituales para prevenir la metástasis postoperatorias. El reto actual es el de identificar terapias seguras y prometedoras que activan las células NK en el período perioperatorio evitando así la creación de micrometástasis. Estas terapias deben ser rigurosamente caracterizadas por la seguridad y la eficacia en modelos animales preclínicos y luego traducidos en ensayos clínicos cuidadosamente diseñados.
La relación primarianale de desarrollar un modelo de tumor de ratón de estrés quirúrgico es explorar mecanismos de supresión inmune y la diseminación metastásica después de la cirugía y para evaluar inmunoterapias innovadoras con potencial para su uso futuro en pacientes con cáncer sometidos a cirugía para extirpar el tumor primario. Para lograr este objetivo, se ha desarrollado un modelo de carcinoma mamario murino 4T1 junto con el estrés quirúrgico. Mientras que la línea celular 4T1 es un murino "carcinoma de mama", la razón de utilizar esta línea celular es la reproducibilidad de las metástasis espontáneas que nos permite evaluar los efectos del estrés quirúrgico en un modelo de cáncer realista. En este contexto, el origen real de la malignidad es menos importante que el potencial y la biología del tumor metastásico. El segundo componente crucial de nuestro modelo es el desarrollo de un procedimiento quirúrgico animal para parecerse mucho a la cirugía del cáncer humano. En este modelo el estrés quirúrgico animal, la principal 4T1 tumor de mama se extirpa después de que alcance 1 cm 3. Porquecirugías para el cáncer en pacientes humanos implican la supresión inmune significativa, una nefrectomía-abdomen abierto en los grupos de tratamiento de "estrés quirúrgico" se lleva a cabo de forma adicional. Como se compara con la resección del tumor más convencional en los seres humanos, la naturaleza invasiva de una nefrectomía izquierda completa es muy comparable a numerosos tipos de tratamientos quirúrgicos para tumores malignos sólidos, incluyendo la cirugía para el cáncer colorrectal, cáncer de ovario, cáncer de riñón, cáncer de páncreas, de pulmón y de esófago cáncer. Además, podríamos argumentar que los profundos cambios fisiológicos que se producen durante el período perioperatorio, debido a laparotomía + nefrectomía, reproduce adecuadamente los cambios fisiológicos que se producen abrumadoras después de una cirugía invasiva para la mayoría de los tumores sólidos. Para el control de factores perioperatorios que podrían conducir a un estrés excesivo quirúrgica y la mortalidad, la duración de la anestesia y la cirugía y mantener la temperatura del cuerpo durante la cirugía se define con precisión. Todos estos parámetros son ejecutadas precisamente unad definida en el protocolo de la cirugía para reflejar la atención perioperatoria en los pacientes de cáncer humano.
El momento de los tratamientos perioperatorias es un componente crítico adicional para el modelo de rescate perioperatorio. Ratones portadores de tumores 4T1 han sido tratados previamente con 3 regímenes de vacuna contra la influenza: neoadyuvante (dado 5 días antes de la cirugía), perioperatorio (administrado el mismo día de la cirugía) y perioperatoria + multidosis (dada en el día de la cirugía, seguidos de 2 dosis adicionales administran 5 días de diferencia). Sorprendentemente, los 3 modos de tratamiento vacuna redujo significativamente las metástasis pulmonares 22. Sin embargo, la vacuna contra la gripe administrada perioperatorio como una dosis única metástasis reducidas con mayor eficacia. Colectivamente, estos experimentos ponen de manifiesto la importancia del período perioperatorio inmediato como una ventana terapéutica estrecha para intervenir en el proceso metastásico.
Uso perioperatorio de inmunoterapias innovadoras como oncolyvirus tic y vacunas exclusivamente se ha limitado a nuestro grupo de investigación. Hemos demostrado por primera vez que la administración perioperatoria de virus novela ORF oncolítico y vaccinia puede revertir la supresión de células NK después de la cirugía en modelos animales 1. Más importante aún, este rescate de la función inmune se correlaciona con una reducción en la formación postoperatoria de metástasis. En estudios en humanos, los pacientes de cirugía de cáncer postoperatorias habían reducido citotoxicidad de células NK y perioperatorio OV aumenta notablemente la actividad de las células NK en pacientes con cáncer 1. El uso de vacunas profilácticas disponibles comercialmente, hemos demostrado que la administración de la vacuna de la gripe perioperatoria redujo significativamente las metástasis tumorales y la mejora de la citotoxicidad de células NK en modelos de tumores preclínicos. En estudios en humanos, vacuna contra la influenza mejora de forma significativa la actividad de células NK en donantes humanos sanos y pacientes de cirugía de cáncer 22.
Se utilizan muchos métodos para reducir la cancrecurrencia er, incluyendo la quimioterapia y la radiación, pero estas terapias se administran generalmente semanas o meses antes (neoadyuvante) o después (adyuvante) de la cirugía. La investigación en este campo demuestra que el postoperatorio inmediato es esencial para determinar las tasas de recurrencia tumoral a largo plazo. Por lo tanto, las intervenciones clínicas en forma de inmunoterapia durante este período crítico puede tener importantes beneficios a largo plazo. Nuestros estudios utilizando un modelo de ratón de la metástasis pulmonar espontánea y el estrés quirúrgico proporcionan una oportunidad única para explorar nuevos tratamientos y determinar su potencial para prevenir la inmunosupresión perioperatoria en los pacientes sometidos a cirugía de cáncer y por lo tanto también a reducir las tasas de recurrencia del cáncer.
The authors have nothing to disclose.
Los autores desean que agradecerte Kim Yates, Eileen Franklin y Rebecca Tjepkema (Servicios de Cuidado Animal y Veterinaria, Universidad de Ottawa) para obtener ayuda con cirugías de animales. Lee Hwa-Tai es apoyado por un Fonds de recherche santé Quebec Fellowship. Esta labor fue apoyada por subvenciones de funcionamiento de la Innovación subvención del Instituto de Investigación de la Sociedad Canadiense del Cáncer, Ontario Ministerio Premio de Investigación y Desarrollo Temprano de Investigador, y la Fundación Canadiense para la Innovación – Beca de Oportunidad de Líder 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 |