Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is one of the most lethal malignancies and new therapeutic options are urgently needed. Personalized tumor models derived from xenotransplantation of fresh patient tissue to mice are emerging as a promising tool for therapy studies, but ethical concerns, long experimental duration and high costs limit the efficacy. In the present study, we asked if the xenotransplantation of freshly resected PDA tissues to the chick chorioallantoic membrane (CAM) might be superior. Neoplastic tissue of pancreatic origin from 42 patients, including 23 PDA tumors, was transplanted to the CAM, which resulted in the growth of solid, neovascularized tumors. The median grafting efficiency of PDA tumors was 70 %, which was higher than in a murine model. The time until tumor growth became evident on the CAM (latency) was on average 3 days and thus shorter than that of tumors cultivated in mice. Importantly, the morphology with a pronounced tumor stroma resembled the primary tumors. The immunohistochemical analysis of the established markers for cancer stem cells (CSCs), k-Ras and fibronectin revealed that the histological features of the original tumors remain stable in their corresponding egg xenografts. Also, this model is suited for personalized therapeutic evaluation as shown by our data measuring tumor take, tumor volume and proliferation of untreated, gemcitabine and dexamethasone pre-treated tumors, as well as tumor volume and proliferation under in ovo treatment by intratumoral and intravenous injection of gemcitabine. Furthermore the cultivation of giant cell tumor of bone tumors (GCTBs), derived from stromal cells of 8 different patients and osteosarcoma tumors, derived from three cell lines, was established on the CAM. The replacement of rodent models with the CAM model may also contribute to a more ethical experimental technique. Fertilized chicken eggs are widely used in the biomedical research and have been suggested as an alternative to mammalian models. Unfortunately, it is mostly not taken into account, that the chick embryo is susceptible to pain from day 7 of breeding. In my view, this model is only in accordance with the “3 R” principles of ethical experimentation, if an appropriate anaesthesia of the chick embryo in potentially painful procedures is provided. Although many experimental approaches are performed on the non-innervated CAM, the euthanasia of the embryo strongly requires a more humane technique than freezing at -20° C, decapitation or in ovo fixation with paraformaldehyde without prior anaesthesia. These methods are commonly applied and are not acceptable. However, protocols regarding feasible and ethical methods for anaesthesia and euthanasia of avian embryos are currently not available. Therefore, we established an easy and readily achievable method for the euthanasia and short-term anaesthesia of the chick embryo. In summary, the CAM is a promising model to accelerate data acquisition in personalized medicine and to promote progress towards a more ethical biomedical research.
Das duktale Adenokarzinom des Pankreas (PDA) ist eine der fatalsten Krebsarten und neue Therapieoptionen werden dringend gebraucht. In letzter Zeit kristallisierte sich heraus, dass personalisierte Tumormodelle, die auf der Xenotransplantation von frischem Patientengewebe auf Mäuse basieren, ein vielversprechendes Werkzeug für Therapiestudien darstellen. Jedoch stellen ethische Bedenken, lange Versuchsdauer und hohe Kosten wesentliche limitierende Faktoren dieser Modelle dar. In der vorliegenden Studie untersuchten wir, ob die Xenotransplantation von frisch entfernten PDAs auf die Chorioallantoismembran (CAM) des bebrüteten Hühnereies das Mausmodell ersetzen kann. Neoplastisches Gewebe pankreatischen Ursprungs von 42 Patienten, darunter 23 PDAs, wurde auf die CAM transplantiert, was in der Bildung solider, neovaskularisierter Tumore resultierte. Die mittlere Anwachsrate der PDA Tumore betrug 70 %, was höher ist als in vergleichbaren Mausmodellen. Die Latenzzeit, welche der Zeit bis zur sichtbaren Bildung des Tumors auf der Membran entspricht, betrug im Mittel 3 Tage und war somit kürzer als in der Maus. Darüber hinaus blieben die morphologischen Charakteristika der Originaltumore in den Eiertumoren erhalten. Die immunohistochemische Analyse zeigte ferner, dass die Expressionsprofile der etablierten Marker für Krebsstammzellen (CSCs), das extrazelluläre Matrixprotein Fibronectin, sowie das Proto-Onkogen k-Ras in den auf Eiern gewachsenen Tumoren die der Patiententumore widerspiegeln. Das Modell eignet sich ebenfalls für personalisierte Therapiestudien, wie unsere Messungen der Tumoranwachsrate, des Tumorvolumens und der Proliferation von mit Gemcitabine und Dexamethasone vorbehandelten Tumoren, sowie des Tumorvolumens und Proliferation von in ovo intratumoral und intravenös mit Gemcitabine behandelten Tumoren demonstrieren. Ferner wurde die Kultivierung von Riesenzelltumoren des Knochens, die aus Stromazellen von 8 verschiedenen Patienten stammten, sowie von Osteosarkomen, die aus drei Zelllinien stammten, auf der CAM etabliert. Das Ersetzen von Nagermodellen mit dem CAM Modell mag ebenso einen Schritt in Richtung einer ethisch besser vertretbaren Experimentierkultur bedeuten. Die Verwendung befruchteter Hühnereier ist in der biomedizinischen Forschung weit verbreitet und wird oft als Alternative zu Versuchen an Säugern angesehen. Leider wird jedoch meistens außer Acht gelassen, dass der Hühnerembryo bereits ab dem 7. Bebrütungstag Schmerzempfindlichkeit entwickelt. In meinen Augen erfüllt dieses Modell aber nur dann die Anforderungen der „3 R“ Prinzipien der humanen Experimentiertechnik, wenn in potenziell schmerzhaften Eingriffen für eine angemessene Anästhesie des Hühnerembryo gesorgt wird. Wenn auch in vielen Versuchsansätzen nur die nicht innervierte CAM verwendet wird, muss die Euthanasie des Embryos am Ende der Experimente mit einer humaneren Technik durchgeführt werden, als die üblicherweise verwendeten Methoden, wie Einfrieren bei -20° C, Enthauptung, oder die in ovo Fixierung des nicht narkotisierten Embryos mit Paraformaldehyd. Bedauerlicherweise existieren zur Zeit keine Protokolle zur Anästhesie und Euthanasie von Vogelembryonen. Aus diesem Grund entwickelten wir eine einfache und verlässliche Methode für die Kurzzeitanästhesie und Euthanasie des Hühnerembryos. Zusammenfassend birgt das CAM Modell großes Potenzial die Datenerhebung in der personalisierten Medizin zu erleichtern und den Fortschritt in Richtung einer ethisch orientierten Forschung zu beflügeln.
