The Influence of Liver Resection on Intrahepatic Tumor Growth

Der Einfluss der Leberresektion auf das intrahepatische Tumorwachstum

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-87341
  • The high incidence of tumor recurrence after resection of metastatic liver lesions remains an unsolved problem. Small tumor cell deposits, which are not detectable by routine clinical imaging, may be stimulated by hepatic regeneration factors after liver resection. It is not entirely clear, however, which factors are crucial for tumor recurrence. The presented mouse model may be useful to explore the mechanisms that play a role in the development of recurrent malignant lesions after liver resection. The model combines the easy-to-perform and reproducible techniques of defined amounts of liver tissue removal and tumor induction (by injection) in mice. The animals were treated with either aThe high incidence of tumor recurrence after resection of metastatic liver lesions remains an unsolved problem. Small tumor cell deposits, which are not detectable by routine clinical imaging, may be stimulated by hepatic regeneration factors after liver resection. It is not entirely clear, however, which factors are crucial for tumor recurrence. The presented mouse model may be useful to explore the mechanisms that play a role in the development of recurrent malignant lesions after liver resection. The model combines the easy-to-perform and reproducible techniques of defined amounts of liver tissue removal and tumor induction (by injection) in mice. The animals were treated with either a single laparotomy, a 30% liver resection, or a 70% liver resection. All animals subsequently received a tumor cell injection into the remaining liver tissue. After two weeks of observation, the livers and tumors were evaluated for size and weight and examined by immunohistochemistry. After a 70% liver resection, the tumor volume and weight were significantly increased compared to a laparotomy alone (p <0.05). In addition, immunohistochemistry (Ki67) showed an increased tumor proliferation rate in the resection group (p <0.05). These findings demonstrate the influence of hepatic regeneration mechanisms on intrahepatic tumor growth. Combined with methods like histological workup or RNA analysis, the described mouse model could serve as foundation for a close examination of different factors involved in tumor growth and metastatic disease recurrence within the liver. A considerable number of variables like the length of postoperative observation, the cell line used for injection or the timing of injection and liver resection offer multiple angles when exploring a specific question in the context of post-hepatectomy metastases. The limitations of this procedure are the authorization to perform the procedure on animals, access to an appropriate animal testing facility and acquisition of certain equipment.show moreshow less
  • Die hohe Rezidivrate primärer und sekundärer Lebermalignome nach erfolgter Leberresektion stellt im Alltag der onkologischen Chirurgie ein ungelöstes Prob-lem dar. Nach der Resektion intrahepatischer Metastasen eines kolorektalen Karzinoms entwickeln 30 bis 50 Prozent der Patienten im verbleibenden Teil der Leber ein Rezidiv. Nach Entfernung eines hepatozellulären Karzinoms liegen die Rezidivraten sogar noch höher. Warum es genau zu dem Neuauftreten der Tu-more kommt, ist noch völlig unklar. Nach einer Teilresektion der Leber hypertrophiert das verbleibende Lebergewe-be. Das ursprüngliche Lebervolumen steht beim Mensch nach ca. vier Wochen, bei Mäusen bereits nach ca. ein bis zweiDie hohe Rezidivrate primärer und sekundärer Lebermalignome nach erfolgter Leberresektion stellt im Alltag der onkologischen Chirurgie ein ungelöstes Prob-lem dar. Nach der Resektion intrahepatischer Metastasen eines kolorektalen Karzinoms entwickeln 30 bis 50 Prozent der Patienten im verbleibenden Teil der Leber ein Rezidiv. Nach Entfernung eines hepatozellulären Karzinoms liegen die Rezidivraten sogar noch höher. Warum es genau zu dem Neuauftreten der Tu-more kommt, ist noch völlig unklar. Nach einer Teilresektion der Leber hypertrophiert das verbleibende Lebergewe-be. Das ursprüngliche Lebervolumen steht beim Mensch nach ca. vier Wochen, bei Mäusen bereits nach ca. ein bis zwei Wochen erneut zur Verfügung. Für die-se Hypertrophie werden verschiedene Wachstumsfaktoren verantwortlich ge-macht, die bereits Gegenstand intensiver Forschung waren. Es wurde die Hypothese formuliert, dass kleine Tumorzellkolonien, welche zum Zeitpunkt der OP-Planung einer Leberresektion noch nicht durch die konventio-nelle Bildgebung dargestellt werden können, eine Rolle bei der Entwicklung der Rezidive spielen. Die Proliferation dieser Mikrometastasen wird möglicherweise von den verschiedenen hepatischen Wachstumsfaktoren stimuliert, welche nach einer Leberresektion zur adäquaten Regeneration des Lebergewebes beitragen. Um den Zusammenhang zwischen der Ausdehnung einer Leberresektion und dem Ausmaß des anschließenden Tumorwachstums zu quantifizieren, wurde ein Mausmodell etabliert. Es kombiniert die reproduzierbaren Techniken einer defi-nierten Leberresektion und einer intrahepatischen Tumorinduktion durch lokale Tumorzellinjektion in ein definiertes Leberareal. Im Versuch wurden 30 athymic Nude-foxn1nu-Mäuse, welche sich durch eine ausgeprägte, angeborene Immunschwäche auszeichnen, in die gleichgroßen Gruppen A, B und C geteilt. Tiere der Gruppe A wurden lediglich laparotomiert und fungierten somit als Kontrollgruppe. In der Gruppe B erfolgte nach einer Laparotomie eine 30-prozentige Leberresektion, in der Gruppe C eine 70-prozentige Leberresektion. Bei allen Tieren wurden murine Tumorzellen eines kolorektalen Karzinoms (MC38) in den rechten Leberlappen injiziert. Es folgte ein Beobachtungszeitraum von 2 Wochen mit anschließender Euthanasie der Tiere. Das entnommenen Tumor- und Lebergewebe wurde mittels Morphomet-rie und Immunhistochemie verglichen. Nach Ablauf des Beobachtungszeitraums war das Restlebergewebe der Ver-suchstiere aus den Leberresektionsgruppen auf 80 bis 100 Prozent des ursprüng-lichen Volumens hypertrophiert. Bei allen Versuchstieren waren aus den injizier-ten Zellen solide Tumore entstanden. Es fiel auf, dass die Tumorproliferation im Rahmen der Leberregeneration vom Ausmaß der Leberresektion abhing. In Gruppe C war das Tumorvolumen und das Tumorgewicht signifikant größer als in der Kontrollgruppe A (961mg/1385mm3 vs. 332mg/511mm3, p<0.05). Auch in Gruppe B fand im Vergleich zur Kontrollgruppe A ein stärkeres Tumorwachstum statt (729mg/950mm3 vs. 332mg/511mm3, p=0.08). Überdies war die Proliferati-onsrate, gemessen in einer immunhistochemischen KI-67 Untersuchung, bei den Tumoren aus der Gruppe C signifikant höher als in der Kontrollgruppe A (61% vs. 47%, p<0.05). Bei Tumoren aus der Gruppe B war die Rate proliferierender Zellen ebenfalls erhöht, allerdings nicht signifikant (53% vs. 47%, p=0.13). In einem Folgeversuch wurde der beobachtete Zusammenhang auch bei immun-kompetenten C57-black 6-Mäusen untersucht, um den Einfluss des Immunsys-tems auf die Tumorproliferation nach Leberresektion einzubeziehen. Auch in dieser Versuchsreihe war das durchschnittliche Tumorgewicht und Tumorvolu-men nach 14 Tagen bei den Tieren aus Gruppe C signifikant höher als in der Kon-trollgruppe A (276mg/560mm3 vs. 118mg/250mm3, p<0.05). In Gruppe B war der Zusammenhang ebenfalls vorhanden, wenn auch nicht signifikant (402mg/620mm3 vs. 118mg/250mm3, p=0.11). Verglichen mit den immunsupp-rimierten Tieren aus dem Hauptversuch war die Tumorproliferation somit im Durchschnitt geringer. Ein weiterer Teil des Projekts war die Untersuchung des Einflusses hepatischer Regenerationsmediatoren auf extrahepatische Tumore. Dazu erfolgte die Tu-morzellinjektion nicht intrahepatisch, sondern subkutan in die Flanke der Tiere. Bezüglich der Lebereingriffe wurden die Mäuse analog zum Hauptversuch in die Gruppen A bis C geteilt. Das durchschnittliche Tumorgewicht der Kontrollgruppe A lag nach 14 Tagen bei 271mg, in den Resektionsgruppen wurden Werte von 319mg (Gruppe B) bzw. 155mg (Gruppe C) gemessen. Eine Leberresektion führte somit zusammenfassend nicht zu einem signifikant stärkeren Wachstum der subkutanen Tumore. Hinsichtlich des etablierten Mausmodells konnten im Verlauf der Versuche eini-ge potentielle Fehlerquellen identifiziert werden. Um zukünftige Versuchsreihen möglich standardisiert durchführen zu können, wurde das Tiermodell im Detail analysiert und die Leberresektion sowie die Tumorzellapplikation detailliert be-schrieben. Weiterhin wurden Vorgehensweisen beim perioperativen Manage-ment erörtert. Im Hinblick auf zukünftige Forschungsprojekte stellt das hier entwickelte und etablierte Mausmodell eine herausragende Methode dar, um den molekularen und pathophysiologischen Zusammenhängen zum Thema Malignomrezidive nach Leberteilresektion vertiefend zu analysieren.show moreshow less
Metadaten
Author:Hannes Brandt
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-87341
DOI:https://doi.org/10.3791/53946
Advisor:Roland Siegfried Croner, Robert Grützmann, Tobias Keck
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2016
Embargo Date:2017/08/29
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Medizinische Fakultät
Date of final exam:2017/08/03
Release Date:2017/09/05
SWD-Keyword:Darmkrebs; Epidermaler Wachstumsfaktor; Hepatozyten-Wachstumsfaktor; Lebermetastase; Maus; Rezidiv; Transforming Growth Factor
Original publication:Brandt, H. H., Nißler, V., Croner, R. S. The Influence of Liver Resection on Intrahepatic Tumor Growth. J. Vis. Exp. (110), e53946, doi:10.3791/53946 (2016)
Institutes:Medizinische Fakultät
Dewey Decimal Classification:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Medizin und Gesundheit / Menschliche Anatomie, Zytologie, Histologie
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