腫瘍内腫瘍の成長とリンパ節転移の発生を研究するためのヒト前立腺癌の新しいマウスモデル

背景：この研究では、前立腺がんの汎用性のあるin vivoモデルを確立することを目指しました。これは、腫瘍内腫瘍の成長を適切に模倣し、転移性拡散の自然経路を模倣しました。さらに、腫瘍の成長とリンパ節転移の発生を監視するために、高解像度超音波検査（HRUS）、in vivo Micro-CT（μCT）、および9.4T MRIの能力を分析しました。 方法：LUCAP136またはLUCAP147スフェロイドの合計5×105 VCAP細胞または5×105細胞を、雄Cb17 scidマウスの前立腺に注入しました（各細胞型についてn = 8）。12週間の追跡期間中、矯正腫瘍の成長、および転移性拡散は、HRUS、μCT、および9.4T MRIを含む繰り返しの血清PSA測定とイメージング研究により監視されました。剖検では、原発性腫瘍と転移を採取し、組織学および免疫組織化学（CK5、CK8、AMACR、AR、KI67、ERG、およびPSA）によって検査しました。イメージングの結果とPSA測定から、腫瘍体積の倍増時間、腫瘍特異的成長率、およびPSA密度が計算されました。 結果：24個のマウスがすべて矯正腫瘍を発症しました。腫瘍の成長は、HRU、μCT、MRI、および血清PSA測定の組み合わせによって確実に監視される可能性があります。ほとんどの動物では、リンパ節転移は12週間後に検出される可能性があり、これはHRUSおよびMRIによっても十分に視覚化される可能性があります。免疫組織化学は、すべての異種移植型タイプでCK8、AMACR、およびARの正のシグナルを示しました。CK5はVCAPで陰性であり、lucap136-およびlucap147-xenolaftsで局所的に陽性でした。ERGは、VCAP-およびLUCAP136-およびLUCAP147-XENOMPRAFTで陰性で陽性でした。腫瘍体積の倍増時間と腫瘍特異的成長率は、LUCAP136-および16.2日およびLUCAP147-XENOMPRAFTSでそれぞれ21.2日、VCAP-、27.6日および3.1％/日、1日3.1％/日でした。PSA濃度は、VCAP-の場合はミリリットル腫瘍あたり433.9 ng/ml、LUCAP136-の場合は6.5 ng/ml、LUCAP147-XENOPRAFTSのミリリットル腫瘍あたり11.2 ng/mLでした。 結論：同所性異種移植モデルで異なる単層と3Dスフェロイド細胞培養を使用することにより、前立腺がんの革新的で多用途のin vivoモデルを確立しました。HRUSとMRIは、腫瘍の成長とリンパ節転移の発生を監視するための実行可能なツールですが、これらはμCTで視覚化することはできません。

BACKGROUND: In this study, we aimed to establish a versatile in vivo model of prostate cancer, which adequately mimics intraprostatic tumor growth, and the natural routes of metastatic spread. In addition, we analyzed the capability of high-resolution ultrasonography (hrUS), in vivo micro-CT (μCT), and 9.4T MRI to monitor tumor growth and the development of lymph node metastases. METHODS: A total of 5 × 105 VCaP cells or 5 × 105 cells of LuCaP136- or LuCaP147 spheroids were injected into the prostate of male CB17-SCID mice (n = 8 for each cell type). During 12 weeks of follow-up, orthotopic tumor growth, and metastatic spread were monitored by repetitive serum-PSA measurements and imaging studies including hrUS, μCT, and 9.4T MRI. At autopsy, primary tumors and metastases were harvested and examined by histology and immunohistochemistry (CK5, CK8, AMACR, AR, Ki67, ERG, and PSA). From imaging results and PSA-measurements, tumor volume doubling time, tumor-specific growth rate, and PSA-density were calculated. RESULTS: All 24 mice developed orthotopic tumors. The tumor growth could be reliably monitored by a combination of hrUS, μCT, MRI, and serum-PSA measurements. In most animals, lymph node metastases could be detected after 12 weeks, which could also be well visualized by hrUS, and MRI. Immunohistochemistry showed positive signals for CK8, AMACR, and AR in all xenograft types. CK5 was negative in VCaP- and focally positive in LuCaP136- and LuCaP147-xenografts. ERG was positive in VCaP- and negative in LuCaP136- and LuCaP147-xenografts. Tumor volume doubling times and tumor-specific growth rates were 21.2 days and 3.9 %/day for VCaP-, 27.6 days and 3.1 %/day for LuCaP136- and 16.2 days and 4.5 %/day for LuCaP147-xenografts, respectively. PSA-densities were 433.9 ng/mL per milliliter tumor for VCaP-, 6.5 ng/mL per milliliter tumor for LuCaP136-, and 11.2 ng/mL per milliliter tumor for LuCaP147-xenografts. CONCLUSIONS: By using different monolayer and 3D spheroid cell cultures in an orthotopic xenograft model, we established an innovative, versatile in vivo model of prostate cancer, which enables the study of both intraprostatic tumor growth as well as metastatic spread to regional lymph nodes. HrUS and MRI are feasible tools to monitor tumor growth and the development of lymph node metastases while these cannot be visualized by μCT.