移植性肿瘤动物模型的复制方法
根据肿瘤移植部位可分为异位移植和原位移植。皮下移植在异位移植中应用最为广泛,异位移植还包括肾包膜下、肌肉、脑内、腹腔等多种移植部位;原位移植又被称为常位移植或正位移植,移植部位包括肺、胃、肝、肾、卵巢、前列腺、乳腺等。
1 异位移植
1.皮下移植 皮下是异位移植中最常使用的部位,因其移植方法简便、肿瘤体积易于测量等优点而被使用广泛。大多数恶性肿瘤都已成功建立了皮下移植瘤模型。
(1)皮下移植的常规方法 根据移植方式不同可分为肿瘤组织块移植法、肿瘤细胞悬液接种法、匀浆法、培养细胞接种法、腹水等。
1)肿瘤组织块移植法 是肿瘤移植的常用方法,适于人肿瘤初次移植于免疫缺陷动物、常规保种传代、特殊部位移植等。由于组织块法保留了瘤细胞之间、瘤细胞与间质之间、瘤细胞与宿主之间的相互作用,提供了促进瘤细胞生长增殖的营养物质,因而更有利肿瘤的生长。该方法操作简便,国内常采用此种方法进行抗肿瘤药物实验研究。
①肿瘤组织块制备:无菌条件下,将实验肿瘤取出置于无血清培液、PBS或生理盐水中漂洗,剔除纤维包膜及出血坏死部分,切取生长良好、淡红色(黑色素瘤呈黑色或黑紫色)或灰白色鱼肉状的瘤组织,将其剪切成若干个直径约1.5mm的瘤组织小块备用。实验中选用瘤块的体积也可依实验需要而定。
②肿瘤组织块移植:主要有穿刺针法和手术包埋法两种方法。穿刺针法使用较多,手术包埋法由于操作复杂,已较少使用。穿刺针法具体方法为:抓取动物,徒手固定,消毒皮肤,用20号套管针将剪切好的瘤组织块移植至裸小鼠头颈部、右侧背部近腋部皮下、腹股沟部、大腿外侧或其他需要的移植部位,其中以头颈部和右侧背部近腋部皮下最为常用。手术包埋法具体方法为:抓取动物,常规麻醉,固定板固定,消毒皮肤,将裸小鼠背侧近腋部皮肤(或所需部位)切一个长约5mm的小口,用眼科镊游离一段皮肤,夹一块剪切好的肿瘤组织送入切口皮下,缝合皮肤。
2)肿瘤细胞悬液接种法 适于成瘤率高的移植瘤的常规接种及药物筛选等,但较难生长的肿瘤则不易移植成功。本方法的优点是一次可进行大批动物实验,节省实验时间,瘤细胞数可定量,模型的均一性较组织块法好,但移植瘤在皮肤松弛部位的定位及圆整度稍差。
①肿瘤细胞悬液制备:无菌条件下,将实验肿瘤置于加抗生理盐水中漂洗,剔除纤维包膜及出血坏死部分,切取生长良好、淡红色、鱼肉状的瘤组织,剪碎,再在玻璃匀浆器内研磨制成悬液,也可经双层消毒纱布或80~100目网筛过滤制成单细胞悬液,计算活细胞数,再用生理盐水稀释至所需浓度,通常同种移植时细胞数不低于1×1000000,异种移植时细胞数要高于同种移植。需要注意的是:研磨时需沿同一方向转动研磨棒,不要正反交替研磨且次数不能太多,否则易造成肿瘤细胞的机械损伤;使用电动匀浆器更易造成细胞损伤,一般不宜采用;鲫8胞悬液底层的沉淀中结缔组织较多易堵塞针筒可弃之不要。
②肿瘤组织悬液移植:肿瘤组织悬液移植时,通常选用颈背部皮肤。将制备好的肿瘤细胞悬液用注射器吹打混匀,抓取固定动物,乙醇棉球消毒注射部位的皮肤,按每只动物0.2ml进行皮下接种。注射完毕后,轻轻按压针刺部位以防止倒流。
3)培养细胞接种法 该方法适用范围广泛,较多的应用于体内移植瘤源的制备及特殊部位移植等。肿瘤细胞进行常规培养及传代,收集体外培养生长旺盛的连续传代细胞,离心,计数,用PBS或不含血清的培养液调整细胞浓度,接种时将细胞吹打混匀,每只小鼠取0.2ml接种于所需部位皮下。一般同种移植时细胞数不低于1×1000000,异种移植时要高于同种移植。
(2)皮下移植模型的建立方法 皮下移植的部位较多,可根据实验的需要建立不同部位的皮下移植模型,包括常规皮下移植(背侧皮下、大腿外侧皮下、腋窝皮下等)和特殊皮下移植(爪垫皮下、耳郭皮下、尾部皮下、阴茎皮下等),其中以背侧皮下最为常用。
1)常规皮下移植模型 接种应选择皮肤松弛,血供良好,肿瘤生长后圆整度好,易于实验操作和观察,便于测量肿瘤体积的部位。常用的部位有:右侧背部近腋部皮下、背侧近尾骶部、背侧正中、颈背部、大腿外侧、腋窝等部位皮下。实验时用穿刺针(注射器)将肿瘤组织移植(接种)至所需部位即可。
2)爪垫皮下移植模型 爪垫皮下有丰富的淋巴管,成单向淋巴引流,并有腘窝淋巴结、髂动脉旁淋巴结、肾门淋巴结3级淋巴回流,是研究淋巴结转移的最佳部位。其特点是移植方便,易观察,移植成功率高,且便于手术切除局部移植瘤建立肿瘤转移模型,为研究侵袭和转移关系提供了一个较好模型。但它的缺点是不易定量。
复制方法:将肿瘤细胞悬液(瘤组织块)用注射器(穿刺针)移植于同种小鼠或免疫缺陷小鼠的爪垫内侧皮下。不同时间处死动物或切除带瘤的下肢,采用组织学方法观察不同时间的侵袭程度。如将Walker256肉瘤制备成单细胞悬液接种于Wistar大鼠,每只大鼠右后肢爪垫内侧皮下接种0.1ml,含1×1000000个细胞,结果发现:12d时腘窝淋巴结转移率为24.3%(9/37);髂动脉旁淋巴结转移率为16.2%(6/37);肾门淋巴结转移率为5.4%(2/37),此外,还有其他淋巴结转移。又如有人将人鼻烟癌细胞系CNE-22利用瘤细胞悬液法和癌组织块法进行比较研究,分别于每只SCID小鼠左后肢爪垫内侧皮下移植2小块瘤组织,同一只动物右后肢爪垫接种2.5×1000000/0.03ml瘤细胞悬液,结果发现68d后, CNE-2Z瘤组织块移植的6只动物均见肿瘤生长,而瘤悬液接种的6只动物中有3只未见有明显肿瘤发生,小块移植组生长明显大于悬液组。
此外,也可进行耳郭、尾部及阴茎等部位皮下移植。耳郭作为肿瘤移植部位使用较少,是一个研究恶性细胞侵袭软骨能力的良好模型,但在建立肿瘤转移模型中使用较少,其特点是易定位定量,便于观察,也可用于观察瘤体周围血管形成。尾部皮下移植模型是观察局部侵袭和转移关系有用的模型,也便于手术切除局部肿瘤。由于尾部皮肤空间小,皮下组织致密,在肿瘤细胞移植时仅能容纳少量瘤细胞(仅可容纳悬液体积0.01~0.02ml),因此肿瘤生长缓慢,周期较长。阴茎皮下移植是建立淋巴道转移的方法之一。
2.肌肉内移植模型 肿瘤移植实验中肌肉是移植部位之一,特别是鼠类后肢大腿肌肉组织内移植较为常用。该模型特点是:由于肌肉组织内血管供应丰富,肌肉组织不断运动,有助于癌细胞在肌肉内生长和侵袭。无论同种或异种移植后均有规律的发生侵袭,是一个很好的侵袭模型。可用于不同癌细胞不同部位对比研究,易于接种和观察,其缺点是不易定量。
复制方法:操作时用左手常规捉拿小鼠并固定一侧后肢,右手用注射器把肿瘤细胞缓慢接种至后肢大腿肌肉内,小鼠一侧注射体积不大于100μl。也可将剪切好的瘤组织小块用穿刺针移植于小鼠右侧后肢大腿部肌肉内。
3.肾包膜下移植模型 该模型特点是:①移植瘤位置相对固定,便于定量研究。②肾皮质区血管丰富,为癌细胞的生长和增殖提供了充足的营养和血供。③肾组织结构层次清楚,便于进行侵袭过程形态学观察。④肾为体内重要的功能器官之一,而且动物具有双侧肾,故待移植瘤长至一定大小,可采用手术的方法将移植肿瘤侧的肾切除从而延长动物荷瘤寿命,促进肿瘤发生转移。肾包膜下移植一般选用肿瘤组织块移植,因为肿瘤组织块可固定于一定位置,而用细胞悬液和培养细胞移植,肿瘤细胞易于溢出包膜外影响成瘤率,并可能发生种植性转移。
复制方法:移植时首先以麻醉剂腹腔注射麻醉受体裸小鼠,待动物麻醉后俯卧位固定,消毒,于左侧背部距中线0.5cm处,作一长为1.0~1.5cm纵向切口,分离软组织暴露肾脏。将剪切好的肿瘤组织块吸入穿刺针,小心移植于肾包膜下肾外侧中线处,向内延伸0.3~0.5cm,推出瘤块,取出穿刺针,将肾脏复位,逐层缝合,待小鼠苏醒后常规笼内饲养观察。
4.睾丸包膜下移植模型 睾丸作为研究肿瘤的靶器官,在肿瘤移植实验中是常用部位之一。该模型具有以下特点:①睾丸成对,便于病侧睾丸与正常侧进行对照研究。②睾丸内有丰富的血管和淋巴管,为瘤细胞生长提供了充足的营养。③睾丸位置表浅,便于在体表观察肿瘤生长状态。④睾丸内结构单位清楚,曲精小管之间有疏松的结缔组织,为瘤细胞在其内移动提供了条件,也利于形态学观察。⑤睾丸具有独特的组织学结构,有利于观察瘤细胞浸润与转移的关系。
复制方法:移植时首先以麻醉剂经腹腔注射麻醉受体小鼠,待动物麻醉后仰卧位固定,消毒,在左侧阴囊部做切口暴露睾丸,用穿刺针将剪切好的瘤组织块吸入管内,移植于睾丸包膜下,然后将睾丸复位,随即缝合。不同时间处死动物进行组织学观察。
5.脑内移植模型 脑内肿瘤移植是将肿瘤移植于小鼠、兔、豚鼠等脑内,它曾是肿瘤异种移植的常用方法之一,但目前已较少使用。该模型的优点是接种的同种或异种肿瘤细胞均能呈侵袭性生长,是研究脑内瘤细胞侵袭有用的模型。但其缺点是:脑内空间较小,肿瘤生长至一定大小时易造成动物的过早死亡,影响实验结果的观察。
复制方法:在动物头部所需接种部位的颅骨上打个小洞,用穿刺针将剪切好的瘤组织块缓缓送入脑组织内,也可采用细胞悬液注射的方法。
6.腹水瘤模型的建立 将动物移植性实体瘤细胞注入同种受体动物腹腔内,或将实体瘤移植于受体动物腹壁内或其他部位,待肿瘤生长后,引起腹水,腹水内含有大量瘤细胞,将这种带瘤腹水给同种同系动物移植传代后,即可成为腹水瘤。在动物自发瘤和人类肿瘤中并无此类型瘤株,此乃动物可移植性肿瘤中人工建立的一种特殊类型的肿瘤,也是肿瘤实验中常用的一种模型。腹水瘤初建时,腹水常呈血性,即含大量血红细胞,少量瘤细胞,经多次传代后瘤细胞逐渐增多,血红细胞逐渐减少,生长趋于稳定后,即为可移植性腹水瘤。若将腹水瘤细胞再移植于相应的受体动物皮下,又可形成实体瘤。腹水犹如培养基,可给瘤细胞生长提供所需营养。因瘤细胞游离在腹水内,故外形均呈圆形,但体积差异稍大,腹水瘤细胞体外培养时一般呈悬浮生长。腹水瘤模型建立的移植方法简单,无需特殊设备,成功率高,而且荷瘤寿命相对一致,在药物筛选中常用来观察生命延长率。
复制方法:颈椎脱臼法处死荷瘤动物,腹部皮肤消毒后,用无菌注射器抽取生长良好的腹水原液,计算活细胞数,腹水以无菌生理盐水或PBS稀释至适当浓度,用腹水稀释液从受体动物下腹部注入腹腔,或接种至皮下。根据不同腹水瘤模型的特点选择合适的细胞浓度,同种移植时,瘤细胞浓度应至少保持5×100000以上,异种移植时浓度要略高于同种移植,每只小鼠接种0.1~0.3ml。若腹水易于凝固,需在腹水内加适量抗凝药物。
7.其他 其他异位移植还有视网膜内界膜移植模型和眼球前房移植模型。前者主要适用于筛选抗浸润基底膜药物以及研究基底膜与瘤细胞浸润的关系。后者利用眼前房的房水中有丰富的营养、机体免疫排斥弱、肿瘤易于存活和生长等特点建立该模型,但由于眼前房面积太小不适于实验研究,故较难推广和应用。此外,尾静脉接种、脾内接种、网膜移植等也属于异位移植范畴。
2 原位移植
大多数人类肿瘤均已在裸小鼠体内建立了移植模型,就其移植途径而言,多采用皮下移植方式。皮下移植虽能维持来源肿瘤的组织结构和生理生化特性,但由于其外被包膜,多呈局限性生长,少见或未见转移。研究表明,肿瘤的生长、侵袭及转移除了与肿瘤本身的生物学特性有关外,还与宿主体内微环境密切相关。早在1889年Paget在分析了735例乳腺癌尸检病例后,发现肿瘤转移过程并不是随机的,而是某些肿瘤细胞(种子)对某些器官(土壤)的微环境具有特殊的生长倾向,从而提出了“种子与土壤”学说。许多实验资料支持这一假说。皮下移植属异位移植,脱离了其起源组织器官的微环境,因此在实验中移植瘤的某些生物学行为不同于临床患者肿瘤的生物学行为。基于原位移植理论发展起来的原位移植作为一种新的肿瘤移植方法,克服了的皮下移植某些缺陷,自从出现以来,已得到了越来越多学者的认可。它是将人类肿瘤接种到与肿瘤原发部位相对应的宿主器官组织内,使其获得与人体肿瘤相似的微环境。原位移植的意义在于异位移植环境不是最适合人类肿瘤生长的部位,研究人癌转移的合适模型应该允许肿瘤细胞和它们相关的器官微环境相互作用。原位移植不仅可提高移植的成功率,而且所获得的移植瘤的生物学特性更接近人体肿瘤的生物学行为,这些都是皮下移植瘤不可比拟的。
最初的原位移植均以肿瘤细胞悬液作为移植物,某些实验结果并不像预期的那么理想。有人认为,移植所用细胞悬液因用消化酶处理,破坏了肿瘤原有的组织结构,从而导致肿瘤生物学行为和自然属性改变。在此基础上又发展了采用组织学完整的瘤组织块建立原位移植模型的方法,组织块法保留了瘤细胞之间、瘤细胞与间质之间、瘤细胞与宿主之间的相互作用,这种联系恰恰是肿瘤细胞完整表达其恶性特性尤其是转移特性所必需的。与细胞悬液经浆膜下注射相比,瘤组织块的原位移植成瘤率及转移率均明显提高,且晚期可出现恶病质及广泛转移等表现,其特点与临床患者颇为相似,是目前最为理想的模型。1993年Furukawa等报道将组织学完整的瘤组织缝挂于裸小鼠胃壁,建立人胃癌原位移植模型,该模型可以形成100%转移,然而肿瘤细胞悬液胃原位接种只能产生6.7%的转移率。因而认为,组织学完整的瘤组织块是较肿瘤细胞悬液更为理想的移植材料。
1.肺癌原位移植 目前,研究肺癌病因多采用吸入法,研究原发性支气管肺癌以支气管灌注法为主,而研究肺癌转移多采用外科手术方法。1987年Mclemore等采用经支气管注射法首先建立了人肺癌裸小鼠原位移植模型,结果发现原位移植肿瘤生长速度明显快于皮下移植,以1.0×1000000个细胞接种至每只动物后,当原位移植的荷瘤动物出现100%死亡时,皮下移植的荷瘤动物死亡率<20%,可见两种移植方式的肿瘤死亡率有明显差异。原位移植的裸小鼠肺癌原位移植有经支气管直接注射法和肺内注射法两种。由于气道假复层柱状纤毛上皮可将注入的细胞排出体外,所以经支气管直接注射法可能会使一部分肿瘤细胞难以在细支气管内停留,从而肿瘤细胞影响在肺内的生长。另外,一次注入的细胞体积不宜过大,浓度不宜过高,否则易造成梗阻致动物窒息死亡。通过胸廓切开术在动物肺部植入肿瘤,这种方式不仅可产生广泛的局部肿瘤生长,而且对侧肺和淋巴结等也可发生转移。但切开胸壁皮肤,将肺癌细胞或肺癌组织直接移植到肺脏内,将会对动物造成一定的创伤或死亡,肺癌细胞生长在肺实质内,只能使70%~90%的小鼠产生肿瘤。在实验的过程需要注意的是:小鼠胸腔内为负压,关闭胸腔前要用针头抽出剩余空气,否则易引起小鼠气胸导致呼吸衰竭死亡。
(1)经支气管直接注射法 裸小鼠常规麻醉,仰卧位固定,消毒皮肤。用无菌眼科剪刀在颈部皮肤中线作0.6cm长纵向切口,钝性分离气管旁软组织,暴露出气管,用针头于气管环之间刺一小孔,插入弯成12°的钝性针头,将30~50μl制备好的细胞悬液(通常含1×100000~1×10000000细胞)注入气管中,每次注射后将小鼠直立,右侧倾斜,轻轻振动,以利于肿瘤细胞流入支气管中,缝合切口,放回鼠笼中苏醒观察。 (2)肺内注射法 裸小鼠常规麻醉,仰卧位固定,消毒皮肤,在左胸壁行0.8cm的切口,分离胸壁肌肉,暴露肋肌及肋间肌,在第3、第4肋间行0.4~0.5cm肋间切口,打开胸腔,以镊子取出左肺,将剪切成1.0~1.5mm3的瘤块1~6块缝入肺中,将肺退回胸腔。胸壁切口以6/0缝线紧密缝合,立即检查闭合状态,以注射器抽取胸腔内剩余空气,逐层缝合。建议在解剖显微镜下进行操作。
2.胃癌原位移植 建立胃癌原位移植模型主要有细胞悬液法和组织块法两种。与细胞悬液经浆膜下注射相比,组织块移植模型的原位成瘤率和肝转移率均明显提高,且晚期可出现癌性腹水、恶病质及广泛转移等表现,其特点与临床患者颇为相似。组织块法胃癌原位移植模型通常也有两种方法:一种是将肿瘤组织块缝挂于浆膜损伤的胃壁,这种方法称为缝挂法;另一种方法采用荷包缝合的方法先制备黏膜小胃囊,再将瘤组织块包埋其中即胃囊法。缝挂法较胃囊法手术操作略微简单,然而缝挂法的瘤组织早期并未与胃壁黏膜层接触,成瘤以后也主要向胃腔外生长,且易与腹壁粘连,造成肿瘤腹部广泛种植,直至晚期一般不发生幽门梗阻;胃囊法使肿瘤组织块早期直接与黏膜接触,如此建立的模型肿瘤主要向黏膜面生长,晚期可发生幽门梗阻、癌性腹水、局部浸润及肝脏转移等,可防止手术造成的肿瘤腹腔种植。原位移植瘤在原位生长后可自发转移至肝,转移形成周期为12~24周不等,肝转移率取决于所选细胞株本身的转移潜能,大多在30%~50%之间不等。模型复制过程中需要注意的是:移植时胃浆膜面一定要造成一定程度损伤,使肿瘤组织可以充分吸收受体动物的营养从而良好生长,但胃壁较薄,切不可损伤过深以免胃穿孔造成动物死亡。
复制方法:
(1)细胞悬液接种法 裸小鼠术前禁食12h。按1.2mg/kg体重的剂量经腹腔注射速眠新注射液麻醉裸小鼠,仰卧位固定,常规消毒皮肤。腹正中切口,打开腹腔后将胃轻柔地拉出,取体外培养制备好的胃癌细胞悬液直接接种至裸小鼠胃大弯侧前壁肌层至黏膜下层,每只裸小鼠接种0.1ml(含至少2×1000000个细胞),注射完毕以棉签按压防止细胞倒流,逐层关腹。术后精心饲养,逐日观察。
(2)组织块移植法
①缝挂法:裸小鼠术前禁食12h。常规麻醉,仰卧位固定,消毒皮肤。腹正中切口,打开腹腔后将胃轻柔地拉出,用眼科剪细心划伤大弯侧前壁胃浆膜面,再以8/0缝合线将1块约1.5mm×1.5mm×1.5mm大小的瘤组织块穿透全层缝挂于胃壁上,最后以4/0缝合线分别缝合腹膜及皮肤。术后精心饲养,逐日观察。另外也可以采用OB胶粘贴法,手术程序基本与缝挂法相同,待胃拉出后,用眼科剪细心划伤大弯侧前壁胃浆膜面,将肿瘤组织用医用吻合OB胶黏合在破损处,用4/0缝合线逐层关腹。
②胃囊法:裸小鼠术前禁食12h。常规麻醉,仰卧位固定,消毒皮肤。腹正中切口,打开腹腔后将胃轻柔地拉出,先用8/0缝合线对胃壁浆膜层作荷包缝合(直径约0.5cm)制备胃黏膜小囊,再用眼科剪细心划伤荷包中心胃壁浆肌层,然后将1块瘤组织块包埋至小囊内,扎紧荷包缝线,最后用4/0缝合线分别缝合腹膜及皮肤。精心饲养观察,待动物濒临死亡时处死解剖。有人采用胃囊法建立裸小鼠SGC-7901原位移植模型,同时以缝挂法作为对照,结果两种方法的原位成瘤率和局部浸润率都为100%(6/6),胃囊法的肝转移率为66.7%(4/6),幽门梗阻为83.3%(5/6),中位生存期为18周;而缝挂组分别为33.3%(2/6),16.7%(1/6)和16周。
3.肝癌原位移植 与其他原位移植模型相比,已建成的大多数肝癌细胞株体内潜伏期相对较长,生长速度较慢,临床患者标本和有些细胞株即使采用原位移植的方法移植成功率仍然不高。一般认为,雄性小鼠的移植成功率和转移率要略高于雌性小鼠。肝癌是否存在激素依赖性尚有争议,为防止激素依赖性干扰,建议受体动物选用雄性为宜。肝脏质地较脆,移植时易损伤出血,所以操作难度相对较大。具体操作时需注意以下方面:将肿瘤组织植入肝脏的过程中,可以用显微镊作一较长的隧道,将肿瘤组织块塞入;也可用穿刺针将组织块植入肝被膜下或肝实质内;如果组织块植入较表浅,可用8/0缝合线作8字缝合固定;肝右叶有韧带固定位置较深,而肝左叶游离易于暴露和操作;细胞悬液接种时要注意进针的角度和深度,肝脏厚度约0.4cm,进针太深,容易穿通引起腹腔种植;一次注射的细胞体积不易过大,针头不可太粗,否则细胞容易倒流引起腹腔种植。
(1)组织块移植法 新鲜的瘤源组织用加抗生素的生理盐水漂洗2次,选择活力好的瘤组织剪切成直径约1.5mm小块备用。裸小鼠术前禁食12h。常规腹腔麻醉,仰卧位固定,消毒皮肤。沿腹中线剪开暴露肝叶,在肝左叶中间部位轻轻戳一个约3mm深度的隧道,棉签局部轻压止血,将准备好的人癌组织小心送入隧道内或用穿刺针将瘤组织块送入肝被膜或实质内,若植入的瘤组织较易脱落,可用8/0丝线做8字缝合,棉签轻压止血,若出血较多可用OB胶局部外用止血,仔细检查无活动性出血后全层关腹。术后继续饲养,自由进食,定期观察。如用小鼠肝癌细胞株H22进行46只ICR小鼠肝原位移植,结果移植成功率为95.6%,原位移植模型在接种后第10, 14, 21, 28天测量肿瘤体积,平均瘤体积分别为44.41, 124.93,524.98和912.62mm3,约移植14d后进入快速增殖期。该模型晚期出现肝内、皮下、腹膜后及肠系膜等广泛腹腔淋巴结转移36例,转移率为81.8%,但肝内转移率不足5%,肺内未见转移,大量腹水发生率为40.9%,自发消退率为0%,模型平均自然生存期为28d。
(2)细胞悬液接种法 裸小鼠术前禁食12h。常规腹腔麻醉,仰卧位固定,消毒皮肤。沿腹中线打开腹腔,暴露肝脏,用棉签将肝叶拉至切口外,注射针头斜行进针,刺人肝脏约3mm左右,缓慢推入肿瘤细胞。拔针后,即用棉签按压,无需缝合,观察无活动性出血后,轻送肝脏还纳腹腔,逐层关腹。
4.肠癌原位移植 结肠癌是人类最早在裸小鼠上异种移植成功的癌种。1986年Morikawa等首次将人结肠癌细胞移植到裸小鼠盲肠浆膜下建立结肠癌原位移植模型,该模型展示的肿瘤生物学行为与临床患者较为相似,如局部生长、广泛腹腔种植、淋巴结转移、肝转移和结肠梗阻等,较之皮下移植瘤模型更能代表临床大肠癌的生长特点。移植方式有细胞悬液接种法和组织块移植法。细胞悬液接种法是将分离培养出的肿瘤细胞直接接种至肠浆膜下,这种方法的缺点在于肠壁较薄,易穿刺过度使注射的肿瘤细胞直接进入肠腔导致接种失败,另外细胞也易沿针刺部位倒流。相对于细胞悬液接种法而言,组织块移植法操作复杂但移植成功率较高。后来又有人在组织块移植法的基础上进行改进,采用医用OB胶粘贴方法建立原位移植模型,这种方法降低了操作难度,缩短了操作时间,且肿瘤与肠壁粘贴紧密,肿瘤组织存活情况良好,减少了人为操作造成肠癌腹腔种植的可能。如有人将SW1116原位移植于裸小鼠结肠壁,结果原位移植成瘤率为100%(24/24),区域淋巴结转移率为100%(24/24),腹膜转移率为91.7%(22/24),肝转移率为75.0%(19/24),腹水出现率为25.0%(6/24),荷瘤裸小鼠晚期出现消瘦和全身衰竭,中位生存期为10周。结肠原位种植瘤成瘤率及区域淋巴结转移率均达到理想要求,且尚有胰、肺、脾、肾等远处转移,与临床病程非常相似。
复制方法:
(1)细胞悬液接种法 裸小鼠术前禁食12h。常规麻醉,仰卧位固定,消毒皮肤,行腹正中切口。辨认结肠,用1ml注射器从结肠浆膜面向肠壁内注入0.1ml肿瘤细胞悬液,确保肿瘤细胞接种于黏膜下与浆膜之间的肌层内。注射后用棉球轻压肠壁针孔,防止肿瘤细胞溢出造成腹腔种植,逐层缝合。
(2)组织块移植法
①原位移植方法:裸小鼠术前禁食12h。常规麻醉,仰卧位固定,消毒皮肤,腹正中切口,钳出盲肠,丁盲肠末端用手术刀轻轻划破浆膜面,用无齿镊将盲肠末端向内推压,使局部肠壁形成凹龛。将直径1.5mm的肿瘤组织块塞入凹内,并在瘤表滴上一滴OB黏合胶(医用粘连剂),使胶覆盖瘤体表面,并铺展至盲肠壁。OB胶迅速凝固(约45s),将盲肠回纳腹腔,逐层关腹。
②盲肠造疝原位移植法:裸小鼠术前禁食12h。常规麻醉,仰卧位固定,消毒皮肤,将左下腹皮肤及皮下层稍作游离,进腹,将裸小鼠的盲肠拖出至皮下,关闭其上下缘的腹腔。在拖出的盲肠中央细心将浆膜刮破,放上直径为1~1.5mm的瘤块,行荷包缝合包埋,置盲肠于左下腹皮下,缝合皮肤。如将LoVo细胞采用盲肠造疝方法原位移植于裸小鼠,接受原位瘤块移植手术后2周,即可明显观察到生长的盲肠肿瘤,其直径可达1cm左右。2周后即生长缓慢,6周后大多数裸小鼠因恶液质衰竭而死。所有裸小鼠均未发生腹腔内播散,但该方法较易发生肠梗阻,使用较少。
5.乳腺癌原位移植 目前国内外已经建立了大量的可移植性乳腺癌细胞株,畜源性的乳腺癌细胞株有MA-737, MC-615,SCC-891,ZBA-902等;人源性的乳腺癌细胞株有20多种,其中较为常用的主要有MCF-7和MDA-MB-231两种。尽管乳腺癌细胞株较多,但有些乳腺癌属激素依赖性肿瘤,动物模型受体内激素调节等因素影响相对较难建立成功,而且移植成功的肿瘤大多数生长潜伏期较长,生长速度较慢。Giovanella等移植了433个原发性乳癌,移植成功率为6.1%;Naundorf等移植了78个原发性乳癌,成功率为7.7%;贺兰湘等移植了46例乳癌标本,仅1例成功,这充分表明了建立原发性乳癌模型的难度。Brunner等研究发现,裸小鼠血清雌激素水平远远低于停经前的妇女,这可能会影响雌激素依赖性乳腺癌的生长。有人曾报道给裸小鼠补充外源性雌激素可促进某些雌激素依赖性乳腺癌的生长。国内有学者应用雌激素受体阳性的MCF-7人乳腺癌细胞株接种于20只裸小鼠右侧胸壁乳垫下,移植细胞总数为1×1000000/只,接种后第10日在接种部位可见结节,成瘤率为95%,90d后处死动物,病理学检查为浸润性导管癌,RT- PCR检测表达人角蛋白19(KT19)、雌激素受体(ER)阳性,提示移植的乳腺癌细胞可部分保持人乳腺癌生物学特性。 复制方法:
(1)细胞悬液接种法 裸小鼠常规麻醉,固定,消毒。在雌性裸小鼠右侧胸壁切开皮肤1.0cm,暴露第2对乳腺脂肪垫,向其中注入20μl制备好的细胞悬液(含2×100000个细胞),避免注入皮下间隙,缝合切口,术后逐日观察。
(2)组织块移植法 将人乳腺癌组织块剪切成1.5mm×1.5mm×1.5mm大小,用套管针移植到裸小鼠乳房的脂肪垫上,观察移植后的肿瘤生长情况。有学者将人乳腺癌细胞系MDA-MB-231瘤组织块原位移植于SCID小鼠乳房的脂肪垫上,用其转移淋巴结反复传代。结果:肿瘤移植成功率为97%,荷瘤小鼠体内出现淋巴管转移,9代后转移率为95%。
6.卵巢癌原位移植 卵巢癌是世界上病死率最高的妇科恶性肿瘤。以裸小鼠为载体建立的卵巢癌模型包括皮下移植瘤模型、腹水瘤模型、网膜移植瘤模型和原位移植瘤模型。徐丛剑等将卵巢癌组织块缝挂于裸小鼠网膜上建立网膜移植瘤模型,这种模型作为一种特殊的实体瘤模型在药效学评价方面要优于皮下移植瘤模型和腹水瘤模型,但它毕竟为异位移植模型,尚不足以完全反映出卵巢癌的临床特性。有关人卵巢癌原位移植模型的构建在1993年即有报道,Fu等将新鲜的卵巢癌手术标本直接移植到裸小鼠卵巢表面,观察170~200d后发现裸小鼠逐渐出现腹水和腹腔内转移等症状。采用卵巢癌患者的肿瘤组织作为瘤源可以使模型表现出个性化特征,但有些卵巢癌属激素依赖性肿瘤,脱离体内激素的调节作用会影响肿瘤的生长及生物学特性的表达,故与其他肿瘤相比,卵巢癌属相对较难建立的肿瘤之一。采用组织块移植法建立卵巢癌原位移植模型,其原位移植肿瘤的生长和转移较完整地重现了人卵巢癌临床发展和转移模式,包括:①移植瘤在裸小鼠卵巢内呈侵袭性生长。②对侧卵巢、腹壁、网膜、横膈和盆腹腔脏器(肝、脾、肾、肠等)转移。③淋巴结转移:髂内、髂外、髂总、腹主动脉和腹股沟淋巴结。④血行转移到肺。⑤腹水形成。
复制方法:裸小鼠常规麻醉,侧卧位固定,消毒皮肤,肋下做1cm长的纵切口,切开皮肤和肌层,暴露一侧卵巢,在解剖显微镜下剪开卵巢白膜,用5号可吸收缝线缝合卵巢(做一结节但不要结扎),将1块移植瘤组织植入卵巢包膜下,结扎可吸收线缝合包膜,逐层关腹,术后逐日观察。如有人采用组织块法建立人卵巢癌SW626原位移植模型,共原位移植35只裸小鼠,肿瘤移植成功率为91.4%,移植成功鼠中,腹水出现率100%,腹水量3~5ml,最早出现时间为术后第3周,移植侧卵巢被瘤组织浸润后增大变形,25只出现对侧卵巢肿瘤,29只出现盆腔腹膜种植,26只出现肝表面种植,28只有肠管种植,25只出现膈下转移灶,26只检出盆腔淋巴结转移,淋巴结最早检出时间为术后第5周,主要累及髂外、髂总、腹主动脉旁淋巴结,肾、脾、肺、膀胱均未发现浸润和转移灶。
7.前列腺癌原位移植 前列腺是雄激素依赖器官,虽然前列腺癌的病因仍不清楚,但可以肯定的是雄激素与前列腺癌的发生有着密切的关系。前列腺癌分为雄激素依赖型和雄激素非依赖型两种,前者分化程度高、恶性度低,去除雄激素后可发生凋亡;而后者分化程度低、恶性度高,对去除雄激素无反应。前列腺癌动物模型较难建立成功,尤其是雄激素依赖型的,通过人为定期注射激素或皮下包埋激素缓释胶囊,可提高肿瘤移植成功率和维持肿瘤的正常生长。已建立的人源性前列腺癌细胞株有激素非依赖型的DU145、PC-3、PC-3M和激素依赖型的LNCaP、CWR22等;鼠源性的有 PAP,AT-1,Mat-LyLu,PA-Ⅱ等。Stephenson RA等将 PC-3M细胞接种到裸小鼠前列腺背侧小叶内,结果发现该细胞株的成瘤率较高,并可产生73%(27/37)的主动脉旁淋巴结转移发生率。Fu等在1992年首次提出采用瘤组织块法建立前列腺癌转移模型,他们将前列腺癌细胞PC-3注射到裸小鼠皮下成瘤,待肿瘤长至足够大时取出瘤块切成若干个直径1mm3左右小块,再取5~10个小块插入到其他裸小鼠前列腺切开的被膜内,结果发现在前列腺内形成了很大的肿瘤,癌细胞转移到附近的膀胱和肾脏,并且远处转移至髂部、腹股沟和纵隔部位的淋巴结内。随后他们又采用改良方法将5个1mm3左右PC-3小瘤块接种到裸小鼠切开的腹侧前列腺左右叶中间部位,3个月后前列腺肿瘤发生率为19/20(95%),形成肿瘤直径均大于2cm,使小鼠腹部发生变形,主动脉旁淋巴结转移率达13/19(68%),且有5/19(26%)小鼠发生了肺转移。小鼠的前列腺很小(约50mg),且组织比较脆弱,注射肿瘤细胞到小鼠的前列腺小叶组织内要求特别精细的操作,如果不慎导致肿瘤细胞流至腹腔则可能导致人为的腹腔种植。而且有研究表明,注入肿瘤细胞后10min~3h,即使没有直接刺入血管内,也容易产生自发的向淋巴管和血管的转移造成人为播散,尤其当注射速度较快时,一部分癌细胞可能会直接经由小鼠前列腺内的血管到达远处部位。此外,操作此过程中注意防止损伤膀胱和输尿管,以免影响实验结果。建议在解剖显微镜下进行操作。
复制方法:
(1)组织块移植法 裸小鼠常规麻醉,仰卧位固定,消毒,下腹正中切口,显微镜下暴露前列腺,分离前列腺腹侧筋膜,用剪刀分离两腹侧叶,将肿瘤块置于两腹侧叶间的缝隙中,用8/0缝合线利用两腹侧叶将肿瘤块缝入缝隙中,包埋严密,将外侧前列腺筋膜包裹其上,用4/0缝合逐层关腹,术后逐日观察。
(2)细胞悬液接种法 裸小鼠常规麻醉,仰卧位固定,消毒,取下腹部正中切口长1.5~2.0cm打开腹腔。在10倍显微目镜下,用棉签将膀胱顶壁、背侧壁向尾端翻转,并向两侧推开生殖腺,显露前列腺,约1.5mm×2.0mm×2.0mm大小,分为左右2叶,镜下呈粉红色,有明显的腺体组织特征。用微量注射器分别向左、右前列腺背外侧叶包膜下注射制备好的细胞悬液各10μl,细胞总数为2×1000000个,以包膜向上鼓起,脱离腺体表面作为满意标准。恢复脏器原来的解剖位置,用4/0缝合线逐层关腹,术后逐日观察。有学者采用C57BL/6近交系小鼠进行RM-1前列腺癌原位移植结果小鼠原位平均生存时间为(11.0土2.4)d,前列腺均有移植瘤生长,且广泛地浸润周围盆腔脏器(包括膀胱、精囊等),形成固定的实质性团块,盆腔淋巴结转移率可达100%,肺转移率达80%,发生转移的部位有肝、脾等共计5处。
8.神经系统原位移植 大鼠胶质瘤模型应用于实验研究已有30多年历史。国内外应用的大鼠胶质瘤细胞株有 C6、9L,另有T9、F98、RG2(D74)和新近的CNS-1等,这些胶质瘤细胞株均由化学致癌剂经大鼠体内诱导产生,其中 C6大鼠脑胶质瘤模型系统是最常用的。早期的颅内荷瘤动物模型由徒手操作,用注射器将切碎的肿瘤组织注入动物脑内,这种方式建立的动物模型手术死亡率高、脑内成瘤不稳定且有大量的颅外生长。1967年Wilson CB等对肿瘤接种技术做了重大改进,他们采用立体定向技术,脑内接种经培养的、标准定量的肿瘤细胞,明显降低了大鼠手术死亡率。其后,随着接种技术的不断完善,包括更精确的立体定向仪、细胞悬液浓缩、注射针、注射方式的改进及用0.5%~1.0%琼脂包裹细胞等技术的应用,使动物模型更稳定可靠,脑内成瘤率达90%~100%,而颅外、脊髓转移种植率降至0~5%。1993年,Morreale VM等用立体定向技术、颅内置入永久性不锈钢导管、建立大鼠尾状核肿瘤种植模型,不仅成瘤率高、稳定而且可通过管道注入细胞、药物、疫苗等建立的 ICE(Intracerebral Clysis)方法,极大地方便了肿瘤局部治疗的研究。理想的胶质瘤模型取决于细胞接种量、细胞活力、适当的细胞注射速度以及进针后稍后退的方法等诸技术因素。另外定位选择要准,要有足够深度,以便形成肿瘤占位,且要防止进入侧脑室,这样使动物模型尽量模仿临床胶质瘤生长过程。此外不要损伤硬膜,仅将颅骨外板磨掉即可。借用MRl影像检查鼠胶质瘤模型,可以观察肿瘤病理与核磁影像学的关系。动物脑内移植肿瘤后转移少见,可能与动物荷瘤寿命短有关。
复制方法:
(1)大鼠尾状核立体定向注射 ①麻醉、固定与消毒:裸小鼠常规麻醉;头部用立体定向架固定,两耳针深入外耳道对称周定;剪去头顶部毛发约1.0cm×1.5cm,碘酊、乙醇消毒后铺洞巾。②切口与钻孔位置:内眦连线与头部矢状中线交汇处纵向1cm长头皮切口,分离暴露颅骨。根据大鼠头部立体定向解剖图谱确定对应于右脑尾状核的钻孔位置:冠状缝与矢状中线交点处后0.4mm,中线左(或右)3.0mm。牙科钻钻孔,牙科钻外带塑料套管,仅允许钻头钻透颅骨深1.0~1.5mm(以防止刺破硬脑膜)。③细胞右脑尾状核接种:使用10μl微量注射器吸入10μl含1×1000000细胞悬液,针头外带有塑料套管仅允许沿钻孔垂直进针深5mm(距硬脑膜),注射细胞悬液时间10s,注后缓慢拔针,骨孔立即用无菌骨蜡封闭,术野用生理盐水冲洗,切口用4/0缝合线缝合,进行常规观察和MRI检查。吴景文等采用立体定向法将含10g/L琼脂糖和1×1000000C6细胞悬液10μl注入大鼠右脑尾状核,结果50只接种大鼠均有脑内肿瘤生长(100%),远处和颅外转移率为0~4%。
(2)大鼠脑干立体定向注射
①麻醉、固定与消毒及细胞制备同前。②大鼠脑干定位坐标为:矢状缝左侧旁开2mm,人字缝后2mm,深度距骨窗缘7mm;手术显微镜下于种植点钻一直径约2mm的骨孔后,在立体定向仪的帮助下将显微注射器沿骨孔插入预定部位,5min内缓慢注入肿瘤细胞悬液4μl缓慢拔出显微注射器后,骨蜡封闭骨孔,逐层缝合切口。张冬等采用脑立体定向术,在F344大鼠脑干内接种F98胶质瘤细胞,结果接种成功率为100%,生存分析表明,接种后大鼠多数于14d左右死亡。接种后6d,MRI即可检测出肿瘤生长。随着接种时间延长,肿瘤体积增大。病理学显示,该肿瘤模型具有胶质瘤的病理特点。
(3)大鼠脑第1感觉运动区(S1区)皮质立体定向注射 ①麻醉、固定与消毒及细胞制备同前。②沿正中矢状线纵向切开头皮约1.5cm,分离暴露顶骨,根据大鼠头部立体定位解剖图谱确定对应于右侧S1区(第1感觉运动区皮质)位置,即前囟后1mm,中线右侧3mm,以牙科钻钻孔,深达硬膜,但不刺破硬膜,扩大骨孔成直径约0.5cm的骨窗。用10μl微量注射器抽吸10μl含有1×1000000个C6细胞悬液,并固定于立体定位仪上,经骨窗中心进针达硬膜下2.5mm,并退针0.5mm,注射时间为10min,留针5min,使细胞充分沉积。缓慢拔针后,以无菌骨蜡封闭骨窗,用生理盐水冲洗术野,缝合头皮。
9.其他
(1)由于甲状腺体积小,甲状腺癌原位移植时要求在解剖显微镜下操作,细胞接种时使用微量注射器,且接种体积要小。
(2)骨肉瘤的原位移植法 常规麻醉裸小鼠,取其右后肢膝下正中纵切口,剥离骨膜及胫前肌显露胫骨上端,在胫骨上端外侧骨皮质纵形开槽,约3mm(长)×1mm(宽),深达髓腔。在骨槽中植入2粒1mm3大小的修剪好的移植瘤组织块,缝合肌组织及筋膜,缝合皮肤。原位移植后肿瘤可呈明显的浸润性生长,其外周无纤维包膜,局部骨破坏及骨增生明显,易发生肺脏的转移,表现出恶性肿瘤的特性。另外,胫骨原位移植的潜伏期略短且生长速度快。
(3)胰腺癌原位移植法 裸小鼠常规麻醉,固定,消毒皮肤,左上腹横切口,轻轻提起胃窦部,将十二指肠向右上翻转,暴露胰腺,剪开胰腺被膜,将剪切好的瘤组织块移植于被膜下,8/0缝合线缝合被膜1~2针,将胰腺轻轻送回腹腔,4-0缝合线逐层关腹。术后禁食12h,自由进水,逐日观察。有人采用组织块法建立人胰腺癌SW1990裸小鼠原位移植瘤模型,结果原位移植成功率为100%(16/16),9周的转移率为93.8%(15/16),其中淋巴结转移、腹膜播散和肝转移发生率各占93.3%(14/15)、73.3%(11/15)和53.3%(8/15)。
(4)膀胱癌原位移植法 术前24h给动物注射抗生素。动物常规麻醉,仰卧位固定,消毒,取下腹正中切口,将膀胱轻拉出腹腔,轻轻挤压使其排尿致膀胱空虚膀胱壁增厚,用注射器将肿瘤细胞悬液注入膀胱壁内,此时可见膀胱壁鼓起一个淡白色的小泡,需注意勿穿透膀胱壁(若穿透膀胱壁则可见整个膀胱增大而非局部增大且不能看到膀胱壁局部变白)。膀胱归位,在确认解剖位置无误后全层缝合腹壁,放回笼中。有研究报道,用绿色荧光蛋白标记的人膀胱癌T24细胞建立裸小鼠原位移植模型,结果经绿色荧光蛋白标记的人膀胱癌T24细胞在荧光显微镜下发出绿色荧光,并可在体内、外持续稳定表达,膀胱原位接种5×100000个转染后的膀胱肿瘤细胞后1周即可在荧光成像系统下观察到下腹部新生膀胱肿瘤发出绿色荧光,2周后膀胱肿瘤可被触及,4周后经解剖可在荧光成像系统下观察到腹膜后及盆腔淋巴结等远处转移。也有人经尿道留置导尿管并向膀胱内注入瘤细胞悬液建立原位移植瘤模型,但该方法移植成功率不是很高且容易损伤尿道。