Summary
患者由来異種移植片(PDX)モデルおよび移植可能な遺伝子組み換えマウスモデルは、ヒト疾患を忠実に再現し、基礎的および翻訳的な乳癌研究のための好ましいモデルである。ここで、乳房腫瘍断片を乳腺脂肪パッドに整形移植して腫瘍生物学を研究し、薬物反応を評価する方法について説明する。
Abstract
腫瘍の不均一性と治療応答を忠実に再現する前臨床モデルは、トランスレーショナル乳癌研究にとって重要です。不死化細胞株は、分子機構を研究するために成長し、遺伝的に改変しやすいが、細胞培養からの選択的圧力はしばしば時間の経過とともに遺伝的およびエピジェネティックな変化をもたらす。患者由来の異種移植片(PDX)モデルは、ヒト乳房腫瘍の異質性および薬物反応を忠実に再現する。PDXモデルは、乳房腫瘍生物学および薬物応答の調査を容易にする整形移植後の比較的短い待ち時間を示す。移植可能な遺伝子操作されたマウスモデルは、乳房腫瘍免疫の研究を可能にする。現在のプロトコルは、乳房腫瘍断片を乳腺脂肪パッドに整所的に移植し、続いて薬物治療を行う方法を説明している。これらの前臨床モデルは、乳房腫瘍生物学、薬物反応、バイオマーカー発見および薬剤耐性のメカニズムを調査するための貴重なアプローチを提供する。
Introduction
乳癌による死亡の大部分は、従来の治療法1,2に耐性のある再発性疾患に起因する可能性がある。乳癌の腫瘍間および腫瘍内不均一性は、治療抵抗に寄与する。さらに、腫瘍の不均一性は、正確な予後に影響を及ぼし、疾患管理に挑戦する3、4.応答の予測バイオマーカーの同定は、乳癌患者の臨床転帰を有意に改善する。ほとんどの乳癌タイプは免疫療法に反応しない可能性が高い免疫学的に「冷たい」腫瘍であるにもかかわらず、免疫チェックポイント阻害剤は臨床試験2,5で約束を示している。例えば、第III相試験は、アテゾリズマブ(PD-L1に対するモノクローナル抗体)とナブパクリタキセルを組み合わせた予備的証拠を示し、≥1%PD-L1染色6を有する腫瘍におけるナブ・パクリタキセル単独と比較して全体的な生存利益を提供し得る。乳房腫瘍を免疫療法に感作する治療法の開発は、治療レジメンに革命をもたらす。
ヒト乳癌の不均一性と薬物反応を忠実に再現する前臨床モデルは、腫瘍生物学を研究し、標的治療の潜在的なバイオマーカーを同定するために重要である。不死化細胞株は、これらの細胞株が成長しやすく、分子機構を研究するために遺伝的に改変することが容易であるため、乳癌研究に広く使用されています。しかし、インビトロでの長期細胞培養からの選択的な圧力のために、遺伝的ドリフトが経つにつれて起こり、乳癌細胞株は原発性乳房腫瘍7、8、9における収差とは異なる細胞株特異的ゲノム変化を運ぶ可能性がある。
患者由来異種移植片(PDX)腫瘍塊は、ヒト疾患の異質性を再現することができ、起源の腫瘍10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22に組織学的および免疫組織学的に類似している 、23,24,25,26,27,28,29.重要なことに、PDXモデルは、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22によって証明されるように、複数の移植にわたって典型的に安定である、23,24,25,26,27,28,29.PDXモデルは、臨床的に観察されたものに匹敵する治療応答を示す10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24, 25、26、27 、28、29。エストロゲン受容体陽性(ER+)、プロゲステロン受容体陽性(PR+)、上皮成長因子2陽性(ERBB2+、HER2+)およびトリプルネガティブ乳癌(TNBC)PDXモデルが確立されており、内分泌、化学、標的療法を試験するための優れたプラットフォームを提供する。しかし、現在のPDXモデルの主な注意点の1つは、マウスの機能的免疫系の欠如である。
Trp53ホモ接合性ヌル、cMyc、Wnt1、PyMT、またはHer2過剰発現モデルなどの遺伝子組み換えマウスモデル(GEMM)は、無傷の免疫系の文脈における自発的な腫瘍開始、進行および転移の研究を可能にする。しかし、腫瘍の遅延は長く、複数の腕30、31で前臨床試験を行うことは困難です。しかし、GEMMをシンジニック宿主体に移植して、ヒト腫瘍32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、42、44、45を密接に再現する腫瘍を十分な数の腫瘍を生成することができる。 46,47,48,49,50,51,52 ,53,54,55.例えば、p53-null BALB/cマウスからの乳腺上皮を、同種性野生型レシピエントマウスのクリアされた脂肪パッドに移植して原発性腫瘍を形成し、これはさらに同系宿主56,57に移植することができる。p53-ヌル腫瘍は、ヒト腫瘍の異なるサブタイプを再現した。
PDXモデルと移植可能なGEMMの組み合わせは、乳房腫瘍生物学、薬物応答および抗腫瘍免疫を調査するための貴重な前臨床ツールを提供する。現在のプロトコルでは、マウス乳腺脂肪パッドへのPDXおよびGEMM腫瘍断片の異所移植の方法が記載されている。これらのモデルは、シリアル通路に適しており、通常は安定した表現型を保持します。経時経過を越えて遺伝的ドリフトまたは異種性の喪失のリスクを軽減するために、生物学的または形態学的変化が経時29、58に観察される場合には、その後の移植のために、複数の組織断片が各通路で凍結保存される。
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Protocol
動物を使用するすべてのプロトコルは、制度的動物管理使用委員会(IACUC)によって審査され、承認されています。腫瘍断片は、約1〜2mm3の大きさで、ベイラー医科大学の患者由来ゼノグラフトおよびアドバンスト・イン・ビボ・モデルズ・コアから得られた凍結ストックから得られた。
1. 凍結保存乳腺腫瘍の移植のための調製
- 液体窒素から37°Cの水浴に腫瘍断片を含むcryovialを移します。
- 解凍中に時折穏やかなフリックでクライボシャルを攪拌します。
- ティッシュが解凍されたら、水浴から凍結を取り出し、穏やかな反転によって混ぜます。
- 除く除物の外側を乾燥させ、70%エタノールでスプレーします。バイオセーフティフードに移します。
- 解凍した腫瘍組織を、10 mLの冷たいダルベッコの修飾イーグル培地(DMEM)で満たされた15 mLの円錐形の管に移す。チューブを反転させることでよく混ぜます。組織断片をチューブの底に落ち着かせる。
- 上清を吸引し、冷たいDMEMの10 mLで再懸濁します。チューブを反転させることでよく混ぜます。組織断片をチューブの底に落ち着かせる。
- 上清を吸引し、冷たいDMEMの10 mLで再懸濁します。チューブを氷の上に置きます。
注:組織は移植の準備ができています。
2. 移植のための新鮮な乳腺腫瘍の採取と調製
- 乳房腫瘍を持つマウスを安楽死させる。
注:PDXホストは、現在の研究では3〜5週齢の雌Balb/cマウスが使用されている間、SCID /ベージュ、NSGまたはNRG雌マウスであってもよい。 - 安楽死させたマウスの腫瘍領域を70%エタノールでスプレーする。
注意:凍結保存や移植のために腫瘍断片の汚染を引き起こす可能性のある腫瘍サンプルで毛髪を避けるようにしてください。 - 鋸歯状鉗子を使って腫瘍を取り巻く皮膚をつまんで持ち上げ、はさみを使って短い切開を行う。
- はさみで皮膚から腫瘍を分離し、宿主マウスから腫瘍全体を解剖する。腫瘍の外面から残っているマウス脂肪パッド組織を切り取る。5 mLの冷たいDMEMで満たされた15 mL円錐状のチューブに腫瘍を入れる。
注:大きな腫瘍は壊死性のコアを含む可能性が高いので、直径1cmの最大サイズで腫瘍を使用してください。 - バイオセーフティフードでは、乾燥を防ぐために十分なDMEMを含む滅菌10cmペトリ皿に解剖された腫瘍を移す。
- 無菌状態でメスまたはブレードで1mm3 断片に腫瘍を切断します。
注:メスやブレードは、使用前に少なくとも20分間、バイオセーフティフードのUVの下で露出する必要があります。 - 腫瘍断片を、冷たいDMEMで満たされた15 mL円錐状のチューブに移す。チューブを氷の上に置きます。
注:組織は移植の準備ができています。ステップ2.4から解剖された腫瘍断片を、 1)タンパク質およびRNA/DNA抽出のために液体窒素中で凍結し、2)4%パラホルムアルデヒド(PFA)または10%中性緩衝ホルマリン(NBF)で固定ヘマトキシおよびエオシン(H&E)および免疫組織化学(IHC)分析、または3)凍結保存中1.25 mL凍結培地(10%ジメチルスルホキシドキシド)[DMSO、2] 40%DMEMおよび50%のウシ血清[FBS])は、一晩で-80°Cの冷凍庫で凍結を遅くし、その後、長期保存のために液体窒素に移すことによって。
3. 手術のための動物を準備します。
- 動物の痛みの管理のために, 皮下にブプレノルフィン持続放出 60 1 mg/kg の用量で手術の前に、または鎮痛のカバレッジの 72 時間のための機関のガイドに従ってください。.
- 無菌手術のための制度的ガイドラインに従って外科スイートを設定します。
- イゾフルラン麻酔装置の誘導室で4週齢の女性を約11.25 mL/hの割合で麻酔します。マウスを手順領域に移し、滅菌(シリコーンゴム)手術板に移し、そこで小さなフェイスマスクを通して麻酔を受けます。背中にマウスを置き、自然な位置に足をテープダウンします。
注意: SCID/ベージュ、NSGまたはNRGはPDXに使用され、BALB / cはGEMM移植モデルに使用されます。 - 目の乾燥を防ぐために眼科軟膏を適用します。
- つまみつまみによって適切なレベルのセドを確認します。
注:動物の応答/動きは、動物が十分に麻酔され、手術の準備ができていることを示しています。 - 下腹部、特に手術が行われる4番目の乳首の周りの領域にマウスを剃ります。
- 円形運動を使用し、手術部位の中心から始めて、ポビドネヨウ素外科スクラブで外縁に向かって作業し、続いて70%イソプロピルエタノールパッドを使用してポビドネヨウ素を除去する。さらに 2 回繰り返します。
4. 腫瘍断片の第4(インジュネータル)乳腺脂肪パッドへの移植
- 切開部位を除く動物の体を覆うために無菌外科用ドレープを使用してください。
注:切開を行う前につまみつまみによって適切なレベルの沈下を確認してください。 - 鋸歯状鉗子を使用してピンチし、#4乳首で皮膚を持ち上げます。
- 鈍い側面を下にして、頭に向かって#4乳首から短い(約1cm)、パラサジタル切開を作るためにはさみを使用してください。
- 綿の先端のアプリケーターを使用して、切開の内側側の腹側から皮膚を分離する。
- 切開の側側を保持しながら、同じ綿棒を使用して皮膚から#4乳脂肪パッドを静かに剥がします。
- 脂肪パッドが分離されたら、動物の体の近くに27 Gの針で皮膚をピン留めします。
- 内在性マウス乳腺上皮の脂肪パッドをクリアすることが実験的に必要である場合は、以下の手順を行う。
- 鋸歯状鉗子を使用して、脂肪パッドを身体から離して静かに伸ばし、腺の主要血管の交点の下にあるインギナルリンパ節を見つける(鉗子が腺を保持する場所の近く)。
- 慎重にリンパ節に血管を媒介し、脂肪は三角形の領域を形成する第4および第5の脂肪パッドを結合する。
メモ:このステップでは、酸素源を一時的にオフにします。 - マイクロ解剖ハサミを使用して、リンパ節を含む脂肪パッドのセクションが取り除かれるまで、各焼灼された容器を一度に1つずつ切断する(各切り取り後に出血がないことを確認する)。
- 「クリアされた」脂肪パッド組織を捨てます。
- 鈍い分離鉗子を使用して、第4の乳腺脂肪パッドを保持します。一方、角度を付けた細い鉗子の閉じた先端を残りの容器の上の脂肪パッドの中央に挿入し、腹壁に近い。ゆっくりと小さなポケットを作るために鉗子を開きます。脂肪パッドから斜めの細かい鉗子を取り除きます。
- 角度付きの細い鉗子を使用して、腫瘍の断片を取り、ポケットに挿入します。
- ゆっくりと鉗子の先端を開き、脂肪パッドポケットに腫瘍片を放出する。
- 角度を付けた細かい鉗子を慎重に引き出します。
メモ:ポケットを見て、鉗子を引き出すときに腫瘍片が乳腺脂肪パッドのポケットに残っていることを確認します。実験や銀行業務に過剰な腫瘍組織が必要な場合、腫瘍は両方の対側脂肪パッドに移植され得る。両側移植を行った動物は、対側腫瘍間の相互作用が知られているため、治療研究には推奨されません。あるいは、トロカール装置が移植プロセスに使用される場合があります。 - 切開部の基部から始めて、爪と鋸歯状鉗子を用いて両側の皮膚を採取する。両側を一緒に持ち上げ、わずかに持ち上げて、創傷クリップの塗布のために皮膚を準備します。爪の鉗子で切開のエッジをアンカールし、上部に連続した表面を形成するためにエッジを一緒につまみます。
- 鋸歯状鉗子と一緒に両側を保持し、切開部の中央に創傷クリップを配置するために創傷クリップアプリケーターを使用します。必要に応じて、切開の端部に組織接着剤を塗布し、密閉して固定します。
- 動物を、暖かい表面にあるきれいなケージに入れます。術後の期間に出血、脱ヒスジェンスの徴候、および痛みを監視します。動物は手術後数分以内に立ち上がって動いているはずです。
- 手術後少なくとも3日間は、切開部位と動物の全体的な健康状態に細心の注意を払ってください。疼痛管理のための制度ガイドラインに従ってください。
- 次の移植を続行する前に、ガラスビーズの滅菌器で10 sの外科用具を洗浄してください。使用する前に、ツールが冷却されるまで待ちます。
- すべてのマウスが移植されるまで、ステップ 4.1~4.15 を繰り返します。
注:エストロゲン補充は、水または遅い放出ペレット59を介して供給することができるER+腫瘍のために必要とされます。
5. 薬物治療に応答した腫瘍の成長をモニタリングする
注:確立された移植可能なPDXおよびp53-ヌル腫瘍の可知性腫瘍は、内在性腫瘍増殖率に応じて、手術後に発症するのに2週間から8週間かかる。
- 週2回、カリパーを用いて2次元で腫瘍を測定する。次の式を使用して、体積を計算します。
腫瘍容積(mm3)=W2 x L/2
ここでWは幅、Lは腫瘍の長さである。 - 腫瘍容積が150-300 mm3に達すると、薬物治療を開始する。
注:薬物の性質に応じて、経口ギャビンまたは腹腔内注射を使用して薬物を送達してもよい。 - 腫瘍サンプルを収集し、IHC染色60、タンパク質およびRNA/DNA単離および免疫フェノタイピング61 を様々な目的のために行う。血液を収集し、免疫のフェノタイピングを実行したり、薬物動態/薬力学研究のためにそれを使用します。.
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Representative Results
図1 は、装具(図1A)と、交位移植の主要な手順(図1B)を示しています。 図2 は、移植PDX腫瘍(MC1)の特徴を示す。MC1モデルの腫瘍断片(1mm3)をSCID/ベージュマウスの#4脂肪パッドに移植した。1か月後、平均腫瘍サイズは約350mm3に達した。腫瘍容積は週2回1ヶ月間監視した。通常、移植された1mm3 の腫瘍断片を用いて、約2週間~8週間で様々なPDXまたはGEMMの触知可能な腫瘍を得る(図2A)。腫瘍サンプルは、形態とシグナル伝達解析のために収集することができます(図2B-D)。H&E染色を行い、病理を解析した(図2B)。IHCは、特定の細胞系(ケラチン19(K19)、上皮細胞、 図2C)、細胞状態(Ki67、増殖、 図2D)または関心のあるシグナル伝達分子のマーカーを監視するために使用された。
図1:手術技術を示す図。(A)整形移植に必要な外科装置。(B)腫瘍幹移植のための乳腺脂肪パッドの暴露を示す代表的な画像。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図2:移植された腫瘍の特徴付け(A) キャリパーで測定した腫瘍増殖の代表的な動態。腫瘍体積(mm3)=W2 x L/2(W =幅およびL=長さ)。(B) MC1 PDXの病理を示すH&E染色。IHCは、MC1 PDXにおいて上皮マーカーケラチン19(C)および増殖メーカーKi67(D)を示す。スケールバー=20μm、倍率=40倍。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
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Discussion
動物間の腫瘍増殖の変動を減らすためには、移植のために腫瘍組織を1mm3 断片に切断することが重要である。軟組織を成長させるモデルは作業が難しく、腫瘍断片を少し大きく切る必要がある(1-2 mm3)。乳脂肪パッドポケットに組織を配置する場合は、これは複数の小さな腫瘍または奇妙な形の腫瘍をもたらすので、複数の部分に組織を分割しないように注意してください。
また、薬物治療研究に使用される動物の移植には新鮮な腫瘍を使用してください。凍結保存から組織を移植すると、より可変的なテイク速度とわずかに遅い成長運動が生じる。凍結保存物質から腫瘍が成長すると、第2の移植生成物は、そのモデルの典型的なテイク速度と成長速度を生み出す。また、移植のために、無い、または軽度の壊死を伴う腫瘍を使用するようにしてください。ほとんどのモデルでは、これは400-600 mm3のサイズ範囲になります。明らかな壊死性コアが観察された場合、移植のために腫瘍の外層からの組織を使用し、壊死領域を使用しない。腫瘍組織を氷の上に置いて、乾燥から保護することが重要です。
異なる微小環境を有する周辺または腫瘍コアに由来した可能性のあるGEMMからの腫瘍塊の変動を減らすために、代替方法は、腫瘍モデルに応じて約5,000〜30,000個の細胞を乳腺脂肪パッドに移植する一次細胞懸濁液を調製することである。限定コラゲレーターーゼの消化は、DMEM/F12で1mg/mL型I型コラゲターゼを用いて行い、37°Cで2時間の添加剤を125rpmで回転させます。乳腺腫瘍細胞は、3つの短い遠心分離工程によって濃縮することができる。簡単に言えば、細胞懸濁液を15mLの円錐形チューブに移し、遠心分離機を450 x g で7sに移します。上清を吸引し、1xダルベッコのリン酸緩衝生理食塩基(DPBS)の10mLでペレットを再懸濁する。パルス遠心分離をさらに2回繰り返します。これは、チャンク間の違いをランダム化するのに役立ちます。
正常な乳腺上皮の移植は、内在性マウス上皮の存在下で形態学的に正常かつ機能的な管状の木を再生しない。正常上皮移植が62を成長させるためには、内因性マウス上皮(クリアリング)を除去する必要がある。しかし、腫瘍性組織は、無傷の内在性マウス上皮の存在下でも成長することができる。しかし、これは必ずしもそのような抑制シグナルが存在しないことを意味するものではありません。乳腺脂肪パッドの除去は、内因性マウス乳腺上皮と生着物質との相互作用を禁止する特定の実験的プロトコルに必要である。さらに、内在性上皮は、ゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム解析などの下流解析を複雑にする可能性があります。
PDXモデルおよび移植可能なGEMMは臨床サブタイプの異質性およびヒト乳癌の薬物療法への応答を忠実に再現できる。重要なことに、これらのモデルは、限られた数のシリアル通過中に安定した表現型を移植し、維持することが容易である。腫瘍の成長は、キャリパーで容易に測定することができる。PDXモデルと移植可能なGEMMの1つの注意点は、これらのモデルが腫瘍開始の初期段階を再現しないことである。また、PDXモデルは、機能的免疫系との腫瘍の相互作用を欠いている。これらの前臨床モデルは、乳がん生物学を研究し、薬物反応を評価するための貴重なシステムを提供します。各腫瘍モデルのゲノムおよびプロテオミクス情報と薬物応答を組み合わせることで、応答予測および治療抵抗機構のためのバイオマーカーの同定が容易になる。これらのタイプのデータは、患者の転帰を改善するために化学療法または免疫療法と組み合わせて単独で使用できる新しい標的療法につながる可能性があります。
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Disclosures
MTLは、StemMed株式会社の限定パートナーの創設者であり、ゼネラルパートナーであるStemMedホールディングスの創設者兼マネージャーです。MTLは、トバルディ・セラピューティクス社の創設者であり、株式会社ステムメドの補償を受けた従業員です。
Acknowledgments
この研究は、国立衛生研究所(R37CA228304とR01HL146642からXi Chen、CA148761からジェフリーM)によってサポートされました。 ローゼン、米国国防総省(W81XWH-19-1-0524から西陳へ、W81XWH-19-1-0035からXiangdong Lv)、アメリカ癌学会(RSG-18-181-01-TBEからXi Chen)、癌予防研究所(RR150009 CPRIT研究学者)、チ・シー賞を受賞 ベイラー医科大学の患者由来ゼノグラフトおよびアドバンストインビボモデルコア(RP170691 CPRITコア施設賞とNCI-CA125123 P30がんセンターサポートグラントからの資金提供)。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1 mg/mL Buprenorphine-SR | ZooPharm (via BCM veterinarians) | Sterile | |
| 26G syringe | BD | 148232E | Sterile |
| Betadine Scrub | Fisher | 19-027132 | |
| Cotton Swabs | VWR International Laboratory | 89031-272 | Sterile |
| DMEM | Fisher | MT 10-013-CM | Sterile |
| Electric shaver | Oster | 78005-050 | |
| Glass beads sterilizer (Germinator) | Roboz Surgical Store | DS-401 | |
| Lubricant ophthalmic ointment | Akorn Animal Health | 17478-062-35 | |
| Micro Dissecting Forceps; Serrated, Angular (regular forceps) | Roboz Surgical Store | RS-5139 | Sterile |
| Micro Dissecting Spring Scissors (fat pad cutter) | Roboz Surgical Store | RS-5658BT | Sterile |
| Micro Forceps (tissue placing forceps) | Roboz Surgical Store | RS-5069 | Sterile |
| Petri Dish | Fisher | 08-757- 100D | Sterile |
| Sterile drape | Sai Infusion Technology | PSS-SD1 | Sterile |
| Surgery scissors | Roboz Surgical Store | RS-5960 | Sterile |
| Tissue Forceps (claw forceps) | Roboz Surgical Store | RS-5158 | Sterile |
| Wound clip applier | BD Autoclip Wound System | 01-804 | Sterile |
| Wound clip remover | BD Autoclip Wound System | 01-804-15 | Sterile |
| Wound clips | BD Autoclip Wound System | 01-804-5 | Sterile |
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