Warum sind Mausmodelle so wichtig für die Erforschung von Wirbelsäulenmetastasen?
Wirbelsäulenmetastasen sind eine häufige und schwerwiegende Komplikation bei Krebspatienten. Sie verursachen oft starke Schmerzen, Knochenbrüche und Deformitäten der Wirbelsäule. Doch wie können Forscher diese komplexen Prozesse besser verstehen? Die Antwort liegt in der Verwendung von Mausmodellen. Diese Modelle sind unverzichtbar, um die Mechanismen der Metastasierung zu entschlüsseln, Diagnose- und Behandlungsmethoden zu verbessern und neue Therapien zu entwickeln.
Wie werden Mausmodelle für Wirbelsäulenmetastasen erstellt?
Mausmodelle für Wirbelsäulenmetastasen werden hauptsächlich mit menschlichen und murinen (von Mäusen stammenden) Tumorzelllinien erstellt. Menschliche Tumorzelllinien umfassen Prostatakrebs (PC-3), Lungenkrebs (PC-9, A549, NCI-H1299, NCI-H460, H2030, SPCA-1, PC-14), Melanom (A2058), Nierenkrebs (ACHN) und Brustkrebs. Murine Tumorzelllinien sind beispielsweise Brustkrebs (TM40D, 4T1), Melanom (B16, B16-luc, mB16-luc, B16-F1), Prostatakrebs (MBT-2, TRAMP-C2) und Lungenkrebs (LLC1).
Murine Tumorzelllinien haben den Vorteil, dass sie keine übermäßige Abwehrreaktion des Immunsystems auslösen. Dies macht sie ideal, um die pathophysiologischen Prozesse und molekularen Mechanismen der Metastasierung zu untersuchen. Allerdings sind diese Modelle aufgrund der Unterschiede zwischen Mäusen und Menschen nicht vollständig geeignet, um neue Therapien für menschliche Metastasen zu entwickeln. Daher sind Modelle mit menschlichen Tumorzellen in immungeschwächten Mäusen unerlässlich.
Welche Mäuse werden für diese Modelle verwendet?
Modelle mit murinen Tumorzellen werden in nicht-immungeschwächten Mäusen wie BALB/C, C57BL/6J und C3H/He erstellt. Modelle mit menschlichen Tumorzellen erfordern dagegen immungeschwächte Mäuse. Am häufigsten werden Mäuse mit T-Lymphozyten-Dysfunktion verwendet. Schwer kombinierte immundefiziente Mäuse (NOD/SCID) werden ebenfalls als Trägertiere eingesetzt, da sie eine höhere Erfolgsrate bei der Tumormodellierung bieten. Allerdings benötigen NOD/SCID-Mäuse anspruchsvollere Haltungsbedingungen und sind anfälliger für Krankheiten und Tod.
Wie werden die Metastasen in der Wirbelsäule erzeugt?
Es gibt mehrere Methoden, um Wirbelsäulenmetastasen in Mäusen zu erzeugen: Injektion in das Kreislaufsystem, Injektion in die Wirbelsäule und spontane Metastasierung. Bei der Injektion in das Kreislaufsystem wird eine bestimmte Menge Tumorzellsuspension in das Blut der Maus injiziert, um die Ausbreitung der Tumorzellen in die Wirbelsäule zu simulieren. Bei der Injektion in die Wirbelsäule wird der Tumor oder Tumorzellen direkt in die Wirbelsäule injiziert, entweder chirurgisch oder durch die Haut. Bei der spontanen Metastasierung wird die Tumorzellsuspension in das entsprechende Organ oder unter die Haut der Maus implantiert, sodass die Krebszellen im Laufe der Zeit spontan in die Wirbelsäule metastasieren.
Wie werden die Modelle überwacht und ausgewertet?
Verschiedene bildgebende Verfahren werden verwendet, um die Wirbelsäulenmetastasen in Mäusen zu überwachen und auszuwerten. Dazu gehören die in-vivo-Biolumineszenz-Bildgebung (BLI), die Mikro-Computertomographie (Mikro-CT), die Magnetresonanztomographie (MRT) und die Positronenemissionstomographie-CT (PET-CT). BLI kann die Aktivität der injizierten Tumorgewebe oder -zellen sofort nach der Injektion bewerten und Metastasen im Frühstadium erkennen, bevor Knochenschäden auftreten. Mikro-CT wird verwendet, um osteoblastische oder osteolytische Veränderungen in den Wirbelsäulenmetastasen zu bewerten und dreidimensionale Bilder von Knochentumoren zu rekonstruieren. MRT kann alle Weichteile mit hoher Sensitivität abbilden. PET-CT mit Fluorodeoxyglucose hat eine bessere Sensitivität und Genauigkeit bei der Erkennung von Wirbelsäulenmetastasen in Mäusen als MRT, da es kleinere Tumorgewebe früher erkennen kann.
Wie wird die neurologische Funktion bewertet?
Ausgedehnte Wirbelsäulenmetastasen können das Rückenmark komprimieren und zu neurologischen Funktionsstörungen führen. Aktuelle Studien konzentrieren sich auf die Bewertung von neuromotorischen und Schließmuskelfunktionsstörungen in Mausmodellen von metastatischen Wirbelsäulentumoren. Die Basso Mouse Scale (BMS) für die Fortbewegung ist die am häufigsten verwendete Methode zur Bewertung der neuromotorischen Funktion. Sie bietet eine sensible, zuverlässige und effektive Bewertung von Veränderungen der motorischen Funktion bei Mäusen mit Rückenmarksverletzungen. Forscher haben auch vorgeschlagen, die durch Tumorkompression verursachte motorische Nervenfunktionsstörung in vier Stadien einzuteilen: Schwanzschleppen, dorsales Auftreten, Hinterbeinschwung und Lähmung. Die Gangbildanalyse ist eine weitere Methode zur Bewertung der neurologischen Funktionen bei Mäusen mit Wirbelsäulenmetastasen.
Was können wir aus diesen Modellen lernen?
Spontane Metastasierungsmodelle können den Prozess der Metastasierung von Primärtumoren in die Wirbelsäule vollständig simulieren. Dies ermöglicht es Forschern, jeden Schritt der Metastasierungskaskade zu untersuchen, einschließlich der Bildung einer Mikroumgebung vor der Metastasierung, der organzielgerichteten Metastasierung in die Wirbelsäule, der Ruhephase von Tumorzellen, der Auswirkungen der chirurgischen Entfernung von Primärtumoren auf die Metastasierung und der regulatorischen Funktion des Immunsystems auf die Bildung von Wirbelsäulenmetastasen. Studien, die die Injektionsmethode in das Kreislaufsystem verwenden, konzentrieren sich auf die Schlüsselschritte der frühen Bildung von Wirbelsäulenmetastasen, einschließlich der Mechanismen der Tumorzellausbreitung, Zirkulation und Extravasation. Diese Methode kann jedoch keine spezifischen Wirbelsegmente modellieren und führt oft zu Tumoren in mehreren Organen, was dazu führt, dass Mäuse an Infektionen und übermäßiger Tumorlast sterben, bevor neurologische Schäden durch Wirbelsäulenmetastasen auftreten. Die direkte Transplantation von Tumoren in die Wirbelsäule kann hoch konsistente, reproduzierbare und stabile Modelle von Wirbelsäulenmetastasen erzeugen. Diese Modelle ermöglichen es Forschern, die Mikroumgebung von Wirbelsäulenmetastasen, die Auswirkungen von metastatischen Tumoren auf das periphere Nervensystem der Wirbelsäule, Mechanismen im Zusammenhang mit dem Wachstum von metastatischen Tumoren in der Wirbelsäule, die Invasion von Knochengeweben der Wirbelsäule, die Unterschiede im biologischen Verhalten verschiedener Tumorzelltypen in der Wirbelsäule und die neurologischen Funktionsstörungen, die durch die Kompression des Rückenmarks durch Tumoren verursacht werden, zu untersuchen. Diese Methode kann jedoch nicht verwendet werden, um die Mechanismen der Tumorzellmetastasierung zu untersuchen.
Welche Wege der Metastasierung gibt es?
Die Wege der Metastasierung von Primärtumoren in die Wirbelsäule umfassen die hämatogene Ausbreitung, die direkte Ausbreitung und die Ausbreitung über die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit (CSF). Bei der hämatogenen Ausbreitung metastasieren Tumorzellen vom Primärtumor über den Blutkreislauf in die Wirbelsäule. Bei der direkten Ausbreitung breiten sich Primärtumoren in Weichteilen, die an Wirbel angrenzen, direkt in die Wirbelsäule aus. Bei der CSF-Ausbreitung metastasieren Hirntumoren über die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit in die Wirbelsäule. Derzeit gibt es kein Mausmodell für Wirbelsäulenmetastasen, das die Wege der direkten Ausbreitung und der CSF-Ausbreitung simuliert. Dies unterstreicht die Notwendigkeit neuer Modelle, um diese Prozesse zu simulieren.
Fazit
Mausmodelle für Wirbelsäulenmetastasen sind unverzichtbare Werkzeuge, um die Mechanismen, Diagnose und Behandlung von Wirbelsäulenmetastasen zu untersuchen. Verschiedene Modellierungsmethoden und bildgebende Verfahren bieten Einblicke in die pathophysiologischen Prozesse und molekularen Mechanismen, die bei der Metastasierung in die Wirbelsäule eine Rolle spielen. Die Entwicklung neuer Modelle, die die Wege der direkten Ausbreitung und der CSF-Ausbreitung simulieren, ist jedoch unerlässlich, um unser Verständnis und die Behandlung von Wirbelsäulenmetastasen voranzutreiben.
For educational purposes only.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000002922