Tumor Model for Laparoscopy in Pediatric Oncology: Subperitoneal Inoculation of Human Hepatoblastoma Cells in Nude Rats

Abstract

Background: Minimally invasive surgery (MIS) for diagnostic or even ablative purposes in pediatric oncology is gradually evolving, but little is known about its biological consequences and surgical complications. Especially for hepatoblastoma (HB), no study on the influence of laparoscopy is available yet. A special tumor model could facilitate a variety of investigations. The present study introduces a laparoscopic technique to create subperitoneal metastases of human HB. Methods: 7 immuno-incompetent (rnu/rnu) rats (mean weight 198 g) received a stab incision in the lower abdomen to insert a 4 mm scope. Under laparoscopic guidance (CO₂ pressure of 1 mmHg, flow of 0.2 l/min) an 18 G needle was introduced, to inject several subperitoneal deposits of the tumor cell suspension (HuH6, 3 × 10⁶ in 1 ml of RPMI-1640 medium). Tumor growth was allowed for 6 - 7 weeks and finally the animals were laparoscopically evaluated for peritoneal metastases. Each suspicious lesion was harvested for histology. Results: One animal was investigated after 6 weeks without evidence of tumor growth. After 7 weeks, in 4 out of 6 animals at least one lesion could be detected. Histology revealed HB in all specimens. Conclusion: Subperitoneal inoculation of human HB cells in nude rats achieves intraabdominal tumor growth. The present model allows a variety of laparoscopic strategies and their oncological impact to be studied. Thus it may contribute to the development of distinct oncological concepts for MIS in children with HB.

Résumé

Buts: La chirurgie mini-invasive (MIS) pour le diagnostic ou l'exérèse en oncologie pédiatrique évolue progressivement mais est peu connue au niveau des conséquences biologiques et des complications chirurgicales. En particulier pour l'hépatoblastome (HB), aucune étude sur l'influence de la laparoscopie n'est valable. Un modèle de tumeur pourrait faciliter un certain nombre d'investigations. La présente étude introduit une technique de laparoscopie pour créer des métastases subpéritonéales d'hépatoblastome humain. Méthodes: Sept rats immuno-compétents (rnu/rnu) d'un poids moyen de 198 g ont subi une incision dans la partie basse de l'abdomen pour insérer un laparoscope de 4 mm. Sous laparoscopie (pression d'insufflation de CO₂ à 1 mm Hg avec un débit de 0,2 l/mn), une aiguille de 18 G était introduite pour injecter un certain nombre de suspensions cellulaires tumorales dans la région sous-péritonéale (HuH6, 3 × 10⁶ dans 1 ml de RPMI-1640). La croissance tumorale se faisait pendant 6 ou 7 semaines et finalement l'animal était évalué laparoscopiquement pour faire le point des métastases péritonéales. Chaque lésion suspecte était prélevée pour histologie. Résultats: Un animal était exploré après 6 semaines sans évidence de poussée tumorale. Après 7 semaines, chez 4 de ces animaux, au moins une lésion pouvait être détectée. L'histologie révélait HB dans tous les prélèvements. Conclusion: L'inoculation sous-péritonéale de cellules d'hépatoblastome humain chez des rats nude entraîne la croissance de tumeurs intra-abdominales. Ce modèle animal autorise l'étude d'une variété de stratégies laparoscopiques et leur impact oncologique. Il peut aussi permettre de contribuer au développement de concept oncologique différent pour MIS chez l'enfant avec hépatoblastome.

Resumen

Antecedentes: La cirugía mínimamente invasiva (MIS) para el diagnóstico e incluso la extirpación de tumores pediátricos está en evolución pero se sabe poco sobre sus consecuencias biológicas y sobre las complicaciones quirúrgicas particularmente en el caso del hepatoblastoma (HB) en el que aún no hay ningún estudio. Un modelo animal podría facilitar ciertas investigaciones. Este estudio presenta una técnica laparoscópica para crear metástasis subperitoneales de HB humano. Métodos: Siete ratas inmunoincompetentes (RNU/RNU) de un peso medio de 198 gr. Fueron laparoscopiadas con una óptica de 4 mm. Con ayuda del laparoscopio y una insuflación de CO₂ con flujo de 0,2 l/min se introdujo en el abdomen una aguja de 18 G para inyectar varios depósitos subperitoneales de una suspensión de células peritoneales (HUH6, 3 × 10⁶ en 1 ml de RPMI-1640). Se dejó crecer el tumor durante 6 a 7 semanas y finalmente los animales fueron evaluados laparoscópicamente para buscar metástasis peritoneales. Cada lesión sospechosa fue recogida para histología. Resultados: Se investigó un animal tras 6 semanas sin evidencia de crecimiento tumoral. Tras 7 semanas en 4 de 6 animales pudo ser detectada al menos una lesión. La histología reveló HB en todos los especímenes. Conclusión: La inoculación subperitoneal de HB humano en ratas desnudas consigue crecimiento tumoral intraabdominal. Este modelo permite estudiar una variedad de estrategias laparoscópicas y su impacto oncológico. Esto puede contribuir al desarrollo de conceptos oncológicos distintos para MIS en niños con HB.

Zusammenfassung

Hintergrund: Die minimalinvasive Chirurgie (MIS) als diagnostisches oder auch ablatives Verfahren in der pädiatrischen Onkologie entwickelt sich Schritt für Schritt, jedoch ist bislang wenig über die biologischen Konsequenzen und Komplikationen bekannt. Vor allem beim Hepatoblastom (HB) existieren keine Studien zum Einfluss der Laparoskopie. Ein entsprechendes Tumormodell könnte eine Vielzahl von Untersuchungen fördern. Die vorliegende Studie stellt eine laparoskopische Technik zur Inokklusion subperitonealer Metastasen des menschlichen HB vor. Methoden: Bei 7 immuninkompetenten (rnu/rnu) Ratten (durchschnittliches Gewicht 198 g) wurde über eine Stichinzision im Unterbauch eine 4-mm-Optik platziert. Unter laparoskopischer Kontrolle (CO₂-Druck 1 mmHg, Flussvolumen 0,2 l/min) wurde eine 18G-Kanüle eingeführt und mehrere subperitoneale Depots einer Tumorzellensuspension (HuH6, 3 × 10⁶ in 1 ml RPMI-1640-Medium) injiziert. Nach 6 - 7 Wochen wurden die Tiere zur Evaluation der peritonealen Metastasen erneut laparoskopiert. Jede Metastase wurde zur histologischen Aufarbeitung entnommen. Ergebnisse: Ein Tier wurde nach 6 Wochen untersucht und zeigte keine Metastasen. Nach 7 Wochen zeigten 4 von 6 Tieren zumindest 1 Metastase. Histologisch zeigte sich HB in allen entnommenen Proben. Zusammenfassung: Die subperitoneale Inokklusion von humanen HB-Zellen in der Nacktratte führt zu intraabdominellem Tumorwachstum. Das hier vorgestellte Tumormodell erlaubt die Untersuchung einer Vielfalt von laparoskopischen Strategien und deren onkologischen Wirkungen. Dies mag zur Entwicklung bestimmter onkologischer Konzepte für die MIS bei Hepatoblastompatienten beitragen.

Key words

Laparoscopy - tumor model - pediatric oncology - hepatoblastoma - child

Mots-clés

Laparoscopie - modèle tumoral - oncologie pédiatrique - hépatoblastome - enfant

Palabras clave

Laparoscopia - modelo tumoral - oncología pediátrica - hepatoblastoma - niño

Schlüsselwörter

Laparoskopie - Tumormodell - Pädiatrische Onkologie - Hepatoblastom - Kind

References

• 1 Agostini A, Robin F, Aggerbeck M, Jais J P, Blanc B, Lecuru F. Influence of peritoneal factors on port-site metastases in a xenograft ovarian cancer model.  BJOG. 2001;  108 809-812
• 2 Curet M J. Post site metastases.  Am J Surg. 2004;  187 705-712
• 3 Freeza E E. Laparoscopic radiofrequency ablation for solitary hepatic gastrinoma metastases.  Dig Dis Sci. 2004;  49 224-227
• 4 Gahlen J, Prosst R L, Pietschmann M. Laparoscopic fluorescence diagnosis (LFD) for intraabdominal fluorescence targeting of peritoneal carcinosis: experimental studies.  Ann Surg. 2002;  235 252-260
• 5 Kadamba P. Experiences with laparoscopic adrenalectomy in children.  J Pediatr Surg. 2004;  39 764-767
• 6 Lecuru F, Agostini A, Camatte S, Robin F, Aggerbeck M, Jais J P, Vilde F, Taurelle R. Impact of pneumoperitoneum on tumor growth.  Surg Endosc. 2002;  16 1170-1174
• 7 Lundberg O, Kristoffersson A. Pneumoperitoneum impairs blood flow and augments tumor growth in the abdominal wall.  Surg Endosc. 2004;  18 293-296
• 8 Matsunaga T, Sasaki F, Ohira M, Hashizume K, Hayashi A, Hayashi Y, Mugishima H, Ohnuma N. Analysis of treatment outcome for children with recurrent or metastatic hepatoblastoma.  Pediatr Surg Int. 2003;  10 142-146
• 9 McCrudden K W, Hopkins B, Frischer J, Novikov A, Huang J, Kadenhe A, New T, Yokoi A, Yamashiro D J, Kandel J J, Middleworth W. Anti-VEGF antibody in experimental hepatoblastoma: suppression of tumor growth and altered angiogenesis.  J Pediatr Surg. 2003;  38 308-314
• 10 Moreira Jr H, Yamagushi T, Wexner S, Singer L, Zhao R, Baig M K, Mack J A, Xiong H, Abramson S. Effect of pneumoperitoneal pressure on tumor dissemination and recurrence at port-site and midline incisions.  Ann Surg. 2001;  67 369-373
• 11 Peng Q, Warloe T, Berg K, Moan Kongshaug J M, Giercksky K E, Nesland J M. 5-aminolaevulinic acid-based photodynamic therapy. Clinical research and future challenges.  Cancer. 1997;  79 2282-2308
• 12 Sandoval C. Laparoscopy in the management of pediatric intraabdominal tumors.  JSLS. 2004;  8 115-118
• 13 Schnater J M, Kohler S E, Lamers W H, von Schweinitz D, Aronson D. Where do we stand with hepatoblastoma? A review.  Cancer. 2003;  98 668-678
• 14 Spurbeck W W. Minimally invasive surgery in pediatric cancer patients.  Ann Surg Oncol. 2004;  11 340-343
• 15 Tsivian A, Sidi A A. Port site metastases in urological laparoscopic surgery.  J Urol. 2003;  169 1213-1218
• 16 Volz J, Koster S, Spacek Z, Paweletz N. The influence of pneumoperitoneum used in laparoscopic surgery on an intraabdominal tumor growth.  Cancer. 1999;  86 770-774
• 17 Warmann S, Fuchs J. A prospective study of minimally invasive techniques in pediatric surgical oncology. Preliminary report.  Med Pediatr Oncol. 2003;  40 155-157
• 18 Warmann S, Hunger M, Teichmann B, Flemming P, Gratz K F, Fuchs J. The role of the MDR1 gene in the development of multidrug resistance in human hepatoblastoma: clinical course and in vivo model.  Cancer. 2002;  95 1795-1801
• 19 Warmann S W, Fuchs J, Wilkens L, Gratz K F, von Schweinitz D, Mildenberger. Successful therapy of subcutaneously growing human hepatoblastoma xenografts with topotecan.  Med Pediatr Oncol. 2001;  37 449-454