مقالة منهجية

سير عمل الفحص السريع لتحديد العلاج المركب المحتمل ل GBM باستخدام الخلايا الجذعية الدبقي المشتقة من المريض

DOI:

10.3791/62312

مارس 28, 2021

* These authors contributed equally

في هذه المقالة

ملخص

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الخلايا الجذعية الورم الدبقي (GSCs) هي جزء صغير من الخلايا السرطانية التي تلعب أدوارا أساسية في بدء الورم، وتولد الأوعية، ومقاومة الأدوية في الورم الأرومي الدبقي (GBM)، ورم الدماغ الأولي الأكثر انتشارا وتدميرا. وجود GSCs يجعل GBM الحرارية جدا لمعظم العوامل الفردية المستهدفة، لذلك هناك حاجة إلى طرق فحص عالية الإنتاجية لتحديد العلاجات مزيج فعالة محتملة. يصف البروتوكول سير عمل بسيط لتمكين الفحص السريع للعلاج المركب المحتمل مع التفاعل التآزري. الخطوات العامة لسير العمل هذا تتكون من إنشاء GSCs لوسيفيراز الموسومة، وإعداد لوحات المغلفة matrigel، الجمع بين فحص المخدرات، وتحليل، والتحقق من صحة النتائج.

الملخص

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الخلايا الجذعية الورم الدبقي (GSCs) هي جزء صغير من الخلايا السرطانية التي تلعب أدوارا أساسية في بدء الورم، وتولد الأوعية، ومقاومة الأدوية في الورم الأرومي الدبقي (GBM)، ورم الدماغ الأولي الأكثر انتشارا وتدميرا. وجود GSCs يجعل GBM الحرارية جدا لمعظم العوامل الفردية المستهدفة، لذلك هناك حاجة إلى طرق فحص عالية الإنتاجية لتحديد العلاجات مزيج فعالة محتملة. يصف البروتوكول سير عمل بسيط لتمكين الفحص السريع للعلاج المركب المحتمل مع التفاعل التآزري. الخطوات العامة لسير العمل هذا تتكون من إنشاء GSCs لوسيفيراز الموسومة، وإعداد لوحات المغلفة matrigel، الجمع بين فحص المخدرات، وتحليل، والتحقق من صحة النتائج.

المقدمة

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الورم الأرومي الدبقي (GBM) هو النوع الأكثر شيوعا وعدوانية من ورم الدماغ الأساسي. وفي الوقت الحالي، لا يزال البقاء العام لمرضى GBM الذين تلقوا أقصى قدر من العلاج (مزيج من الجراحة والعلاج الكيميائي والعلاج الإشعاعي) أقصر من 15 شهرا؛ لذلك هناك حاجة ماسة إلى علاجات جديدة وفعالة لGBM.

وجود الخلايا الجذعية الورم الدبقي (GSCs) في GBM يشكل تحديا كبيرا للعلاج التقليدي لأن هذه الخلايا الجذعية مثل تلعب أدوارا محورية في الحفاظ على البيئة الدقيقة الورم, مقاومة الأدوية, وتكرار الورم1. ولذلك، فإن استهداف المركبات العالمية استراتيجية واعدة لعلاج GBM2. ومع ذلك ، فإن العيب الرئيسي لفعالية الدواء في GBM هو طبيعته غير المتجانسة ، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر الفرق في الطفرات الجينية ، والأنواع الفرعية المختلطة ، والتنظيم اللاجيني ، والبيئة الدقيقة للورم مما يجعلها انكسارية للغاية للعلاج. بعد فشل العديد من التجارب السريرية، أدرك العلماء والباحثون السريريون أن العلاج المستهدف بعامل واحد ربما يكون غير قادر على التحكم الكامل في تطور السرطانات غير المتجانسة للغاية مثل GBM. وحيث أنه تمت الموافقة على تركيبات أدوية مختارة بعناية لفاعلية هذه العقاقير من خلال تعزيز تأثير بعضها البعض بشكل تآزري، مما يوفر حلا واعدا لعلاج GBM.

على الرغم من أن هناك العديد من الطرق لتقييم التفاعلات بين المخدرات والمخدرات من مزيج المخدرات, مثل CI (مؤشر الجمع), HSA (أعلى عامل واحد), وقيم بليس, الخ3,4, وعادة ما تستند هذه الأساليب الحسابية على تركيبات تركيز متعددة. والواقع أن هذه الأساليب يمكن أن توفر تقييما إيجابيا للتفاعل بين المخدرات والمخدرات، ولكنها يمكن أن تكون شاقة للغاية إذا طبقت في الفحص عالي الإنتاجية. لتبسيط العملية ، تم تطوير سير عمل فحص للتعرف بسرعة على مجموعات الأدوية المحتملة التي تمنع نمو GSCs من الخزعات الجراحية للمريض GBM. تم إدخال مؤشر الحساسية (SI) الذي يعكس الفرق بين التأثير المشترك المتوقع والتأثير المشترك الملاحظ في هذه الطريقة لتحديد تأثير التآزر لكل دواء ، بحيث يمكن تحديد المرشحين المحتملين بسهولة من خلال تصنيف SI. وفي الوقت نفسه، يوضح هذا البروتوكول شاشة مثال لتحديد المرشحين المحتملين (المرشحين) الذين يمكنهم تآزر تأثير مضاد للورم الدبقي مع تيموزولوميد، وهو العلاج الكيميائي من الخط الأول لعلاج GBM، من بين 20 مثبطا جزيئيا صغيرا.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم الحصول على عينة GBM من مريض خلال عملية روتينية بعد الحصول على موافقة مستنيرة تماما من قبل لجنة أخلاقيات البحوث البشرية في المستشفى التابع الأول لجامعة نانجينغ الطبية.

1. عزل وثقافة ال GSCs المشتقة من المريض

  1. ضع أنسجة الورم الأرومي الدبقي الطازجة التي تم استئصالها جراحيا في أنبوب طرد مركزي سعة 15 مل مليء ب PBS معقم وتخزين الأنسجة على الجليد حتى إجراء المزيد من العمليات.
  2. فرم الأنسجة GBM إلى ما يقرب من 0.5 إلى 1 مم قطع القطر باستخدام مقص تشريح وغسل عينات الأنسجة مع المتوسط القاعدي العصبية لإزالة الحطام الخلوي في خزانة السلامة البيولوجية.
  3. هضم شظايا الأنسجة مع 1 ملغ / مل كولاجيناز A في 37 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة والطرد المركزي في 400 × ز لمدة 5 دقائق في 4 درجة مئوية.
  4. إزالة supernatant وتعليق بيليه مع المتوسط القاعدية العصبية فارغة وتفكيك بيليه ميكانيكيا عن طريق الأنابيب المتكررة على الجليد.
  5. ثقافة الخليط في مرفق منخفض جدا 6-جيدا لوحات الثقافة مليئة GSC الثقافة المتوسطة (انظر الجدول 1 لوصفة) في حاضنة الخلايا العقيمة مع 5٪ CO2 و 90٪ الرطوبة في 37 درجة مئوية حتى تشكيل الغلاف العصبي.
  6. على تشكيل العصبية كافية، وجمعها باستخدام ماصة في 1.5 مل ميكروبتو
  7. Resuspend بيليه وتقسيمها إلى عدة قوارير مليئة المتوسطة الثقافة المذكورة أعلاه للحفاظ على GSCs الأولية.
    ملاحظة: استمدت مركبات الكربون الهيدروفلورية المشتقة من المريض والمستمدة في المثال من خزعات جراحية لمريض ذكر يبلغ من العمر 34 عاما مصاب بغضاء غيان باريه المتكرر من الدرجة الرابعة من منظمة الصحة العالمية. وقد سميت هذه المراكز باسم XG387 للتجارب المستقبلية. وأجريت اختبارات الميكوبلازما القائمة على PCR لمركبات الكربون الهيدروفلورية المذكورة أعلاه للتأكد من عدم وجود تلوث بالميكوبلازما. وقد أجريت جميع التجارب التي شملت مركبات الكربون الهيدروفلورية المستخدمة في هذا البروتوكول <15 مقطعا.

2. إعداد لوسيفيراز الموسومة GSCs

  1. جمع GSCs من الثقافة المتوسطة والطرد المركزي لهم في 70 × ز لمدة 3 دقائق في درجة حرارة الغرفة.
  2. إزالة supernatant، هضم الخلايا مع accutase لمدة 4 دقائق في 37 درجة مئوية. استخدام طرف 200 ميكرولتر وماصة مرارا وتكرارا ينفصم وإعادة إنفاق بيليه الخلية.
  3. تمييع الخلايا إلى 2 × 105 خلايا لكل بئر في لوحة ثقافة 12 بئرا وثقافة الخلايا بين عشية وضحاها.
  4. إضافة 30 ميكرولتر لوسيفيراز-EGFP الفيروس الفائق (تيتر >108 TU / مل) في كل بئر في لوحة ومن ثم الطرد المركزي الخلايا في 1000 × ز لمدة 2 ساعة في 25 درجة مئوية. ثقافة الخلايا بين عشية وضحاها.
  5. تحديث المتوسطة في اليوم التالي والثقافة الخلايا لمدة 48 ساعة أخرى.
  6. مراقبة الخلايا تحت المجهر الفلوري لتأكيد ظهور الخلايا الإيجابية GFP.
  7. استخدم مفرز خلايا التدفق لفرز وتحديد GSCs مع مضان GFP عالي لمزيد من الثقافة للخلايا.

3. قياس الاشتعال الحيوي القائم على صلاحية الخلية

  1. لوحات الطلاء مع خليط مصفوفة خارج الخلية (ECM) (على سبيل المثال، Matrigel): إضافة 40 ميكرولتر من 0.15 ملغم / مل خليط ECM إلى كل بئر واحتضان لوحة لمدة 1 ساعة في 37 درجة مئوية. إزالة خليط ECM الزائد وشطف بلطف مرة واحدة مع برنامج تلفزيوني.
  2. إضافة 100 ميكرولتر ثقافة المتوسطة التي تحتوي على 15000 ، 10,000, 8,000, 6,000, 4,000, 2,000, 1,000, و 500 XG387-Luc الخلايا جنبا إلى جنب مع 100 μL وسيطة فارغة والسيطرة في كل بئر لمدة 6 يكرر في لوحة أسفل بصرية 96 جيدا والثقافة الخلايا بين عشية وضحاها في 37 °C.
  3. إزالة supernatant، إضافة 50 μL ثقافة المتوسطة التي تحتوي على 150 نانوغرام / μL D-لوسيفيرين في كل بئر واحتضان الخلايا لمدة 5 دقائق في 37 درجة مئوية.
  4. التقاط صور للتألق الحيوي الخلوي في اللوحة باستخدام نظام التصوير الطيفي IVIS. استخدم البرنامج المدمج لإنشاء مناطق دائرية متعددة من منطقة الاهتمام (ROI) وتحديد الإضاءة الحيوية الخلوية.

4. علاج تيموزولوميد والفحص المركب

  1. Precoat أربعة لوحات 96 بئر كما هو موضح أعلاه، قبل العلاج.
  2. البذور XG387-لوك الخلايا في كثافة 1000 خلية في 100 ميكرولتر ثقافة المتوسطة في كل بئر من لوحة أسفل البصرية 96 جيدا والثقافة الخلايا بين عشية وضحاها.
  3. إعداد temozolomide والوكلاء المستهدفين من حل الأسهم مقدما. إعداد سلسلة تركيز تتألف من 800 ميكرومتر، 600 ميكرومتر، 400 ميكرومتر، 300 ميكرومتر، 200 ميكرومتر، 100 ميكرومتر، و50 ميكرومتر تيموزولوميد في الوسط الثقافي لعلاج العامل الواحد. تمييع تيموزولوميد والعوامل المستهدفة في محلول المخزون في الوسط الثقافي، على التوالي، للحصول على تركيزات نهائية من 200 ميكرومتر و 2 ميكرومتر لفحص المخدرات المركبة (الجدول 2).
  4. إزالة وسيط الثقافة عندما تلتزم معظم GSCs بأسفل اللوحات؛ إضافة المتوسطة المعدة أعلاه التي تحتوي على تيموزولوميد في كل بئر لثلاث نسخ متماثلة تقنية لكل علاج.
  5. لعلاج تيموزولوميد وفحص تركيبات المخدرات إزالة المتوسطة فارغة وإضافة المتوسطة المعدة أعلاه تحتوي إما 200 ميكرومتر تيموزولوميد، أو 2 ميكرومتر وكيل المستهدفة، أو مزيج من كل من في كل بئر لثلاثة تكرارات التقنية لكل علاج.
  6. احتضان جميع الأطباق عند 37 درجة مئوية، 5٪ CO2 لمدة 3 أيام.
  7. إزالة المتوسطة المحتوية على المخدرات، إضافة 50 ميكرولتر المتوسطة فارغة تحتوي على 150 نانوغرام / μL D-لوسيفيرين في كل بئر واحتضان الخلايا لمدة 5 دقائق في 37 درجة مئوية.
  8. التقاط صور للتألق الحيوي الخلوي في اللوحة باستخدام نظام التصوير الطيفي IVIS. استخدم البرنامج المدمج لإنشاء عدة مؤشرات استثمار دائرية وتحديد الإضاءة الحيوية الخلوية.

5. الجمع بين العلاج من temozolomide وUMI-77 في XG387 لوك وXG328 لوك خطوط الخلية

  1. Precoat ثلاثة لوحات 96 جيدا كما هو موضح أعلاه، قبل العلاج.
  2. البذور XG387 لوك وXG328 لوك الخلايا في كثافة 1000 خلية على التوالي في 100 ميكرولتر من الثقافة المتوسطة في كل بئر من لوحة أسفل البصرية 96 جيدا والثقافة الخلايا بين عشية وضحاها.
  3. إعداد سلسلة تركيز تتألف من 600 ميكرومتر، 400 ميكرومتر، 300 ميكرومتر، 200 ميكرومتر، 100 ميكرومتر، 50 ميكرومتر، و0 ميكرومتر تيموزولوميد وسلسلة تركيز تتكون من 6 ميكرومتر، 4 ميكرومتر، 3 ميكرومتر، 2 ميكرومتر، 1 ميكرومتر، 0.5 ميكرومتر، و0 ميكرومتر أومي-77 في الوسط الثقافي لعلاجات مصفوفة المعايرة ستة في ست جرعات.
  4. إزالة المتوسطة فارغة عندما تلتزم معظم GSCs إلى الجزء السفلي من لوحة; إضافة المتوسطة المعدة أعلاه في كل بئر لثلاث نسخ متماثلة تقنية لكل علاج.
  5. احتضان هذه اللوحات لمدة 3 أيام عند 37 درجة مئوية، 5٪ CO2.
  6. إزالة المتوسطة التي تحتوي على المخدرات; إضافة 50 ميكرولتر من المتوسطة الفارغة التي تحتوي على 150 نانوغرام / μL D-لوسيفيرين في كل بئر واحتضان الخلايا لمدة 5 دقائق في 37 درجة مئوية لقياس الإضاءة الحيوية.

6. تحليل البيانات

  1. حساب مؤشر الحساسية (SI) درجة temozolomide والعامل المستهدف وفقا للصيغة في الشكل 2A.
    ملاحظة: درجة SI هو تحديد تأثير إضافة دواء آخر. وتراوحت بين -1 إلى +1، مع قيم إيجابية تشير إلى آثار تآزر تيموزولوميد.
  2. حساب قيم مؤشر التركيبة (CI) بين تيموزولوميد وUMI-77 باستخدام برنامج CompuSyn لتحليل تفاعلاتهما المشتركة. تشير قيمة CI <1 إلى التآزر؛ تشير قيمة CI >1 إلى العداء.
  3. حساب القيم عامل واحد عالية (HSA) بين تيموزولوميد وUMI-77 باستخدام برنامج Combenefit. تشير قيمة HSA إلى التأثير المثبط المشترك. تشير قيمة HSA >0 إلى التآزر وتشير قيمة HSA <0 إلى العداء.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

شكلت خلايا XG387 الخلايا العصبية في وسط الثقافة الموصوفة في الجدول 1 في مرفق منخفض جدا 6-جيدا لوحة الثقافة أو لوحة غير المغلفة5 (الشكل 1A). أولا، تم إجراء اختبار للتحقق مما إذا كانت كثافة التلألؤ الحيوي من خلايا XG387-Luc متناسبة مع رقم الخلية. وكما هو مبين في الشكل 1B،زادت كثافة التلألؤ الأحيائي بالتناسب مع كثافة الخلية وأسفرت عن تصحيح خطي بينهما (Pearson r = 0.9872؛ p < 0.0001؛ الشكل 1C)...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في هذه الدراسة، تم وصف بروتوكول يمكن تطبيقه لتحديد العلاج المركب المحتمل ل GBM باستخدام GSCs المشتقة من المريض. وخلافا لنموذج القياس القياسي التآزر / الإضافة مثل Loewe، BLISS، أو HSA الأساليب، تم استخدام سير عمل بسيط وسريع لا يتطلب زوج المخدرات ليتم دمجها بتركيزات متعددة بطريقة عاملية كاملة كأساليب التقليدية. في هذا سير العمل، SI (مؤشر الحساسية) التي نشأت من دراسة لتقييم تأثير التوعية من siRNAs بالاشتراك مع مثبط الجزيئية الصغيرة أدخلت لتحديد تأثير المخدرات التآزر من اثنين من مثبطات الجزيئية الصغيرة7

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ولا يعلن صاحبا البلاغ عن أي تضارب في الكشف عن المعلومات.

شكر وتقدير

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نشكر المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (81672962)، ومؤسسة برنامج فريق الابتكار في مقاطعة جيانغسو، ومؤسسة المشروع الرئيسي المشترك لجامعة جنوب شرق وجامعة نانجينغ الطبية على دعمهم.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
B-27Gibco17504-04450X
EGFGibcoPHG031320 نانوغرام / مل
FGFGibcoPHG026320 نانوغرام / مل
جلوتا ماكسجيبكو35050061100X
نيوروبازالجيبكو211030491X
البنسلين الستربتومايسينHyCloneSV30010P: 10,000 وحدة / مل   ؛       S:  10,000 ميكروغرام / مل
بيروفات الصوديومجيبكو2088876100 ملي مولار
الجدول 1. ال  التركيبة  من GSC   ; وسيط ثقافة كامل.   
ABT-737MCEانتقائي و BH3 مقلد   ؛ Bcl-2,  Bcl-xL  و  Bcl-w  مثبط
Adavosertib (MK-1775) MCEWee1 & nbsp ؛ مثبط
AxitinibMCEمثبط تيروزين كيناز متعدد
الأهداف AZD5991MCEMcl-1 & nbsp ؛ مثبط
A 83-01MCEمثبط قوي لمستقبلات TGF-&> بيتا من النوع الأول  ALK5 كيناز
CGP57380SelleckPotent  MNK1  مثبط
Dactolisib (BEZ235)SelleckDual ATP-competitive  PI3K  و  mTOR  مثبط
DasatinibMCEDual   عائلة Bcr-Abl و Src تيروزين كيناز   مثبط
ErlotinibMCEEGFR  مثبط التيروزين كيناز
GefitinibMCEEGFR التيروزين كيناز   مثبط
LinifanibMCEمتعدد الأهداف مثبط   VEGFR  و  PDGFR  عائلة
MasitinibMCEمثبط of  c-Kit
ML141Selleckمثبط غير تنافسي ل   Cdc42 GTPase 
OSI-930MCEمثبط متعدد الأهداف للمجموعة ، KDR و CSF-1R & nbsp ؛
PalbociclibMCEالانتقائية  CDK4  و  CDK6  المثبط
SB 202190MCEالانتقائي  ص 38 خريطة kinase  مثبط
بروميد Sepantronium (YM-155)MCESurvivin  مثبط
TCS 359Selleckقوي FLT3 مثبط
UMI-77MCEالانتقائي   Mcl-1  مثبط
4-هيدروكسي تاموكسيفين (أفيموكسيفين) سيليكالانتقائي   ؛ مستقبلات هرمون الاستروجين (ER)  جدول المغير
2. معلومات 20 عاملا مستهدفا مستخدمة في شاشة الاختبار. كل هذه هي مثبطات جزيئية صغيرة انتقائية مستهدفة. تم إعطاء المزود والاسم والأهداف في الجدول.

المراجع

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Lathia, J. D., Mack, S. C., Mulkearns-Hubert, E. E., Valentim, C. L., Rich, J. N. Cancer stem cells in glioblastoma. Genes & Development. 29 (12), 1203-1217 (2015).
  2. Binello, E., Germano, I. M. Targeting glioma stem cells: a novel framework for brain tumors. Cancer Science. 102 (11), 1958-1966 (2011).
  3. Mathews Griner, L. A., et al. High-throughput combinatorial screening identifies drugs that cooperate with ibrutinib to kill activated B-cell-like diffuse large B-cell lymphoma cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (6), 2349-2354 (2014).
  4. Di Veroli, G. Y., et al. Combenefit: an interactive platform for the analysis and visualization of drug combinations. Bioinformatics. 32 (18), 2866-2868 (2016).
  5. Shi, Y., et al. Ibrutinib inactivates BMX-STAT3 in glioma stem cells to impair malignant growth and radioresistance. Science Translational Medicine. 10 (443), 1-13 (2018).
  6. Tan, X., et al. Systematic identification of synergistic drug pairs targeting HIV. Nature Biotechnology. 30 (11), 1125-1130 (2012).
  7. Jansen, V. M., et al. Kinome-wide RNA interference screen reveals a role for PDK1 in acquired resistance to CDK4/6 inhibition in ER-positive breast cancer. Cancer Research. 77 (9), 2488-2499 (2017).
  8. Malyutina, A., et al. Drug combination sensitivity scoring facilitates the discovery of synergistic and efficacious drug combinations in cancer. PLoS Computational Biology. 15 (5), 1006752(2019).
  9. He, L., et al. Methods for High-throughput drug combination screening and synergy scoring. Cancer Systems Biology. 1711, 351-398 (2018).
  10. Chen, C., et al. Targeting the synthetic vulnerability of PTEN-deficient glioblastoma cells with MCL1 inhibitors. Molecular Cancer Therapeutics. 19 (10), 2001-2011 (2020).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

Glioma Stem CellsCombination TherapyDrug ScreeningGlioblastoma TreatmentPatient Derived GSCsLuciferase TaggingMatrigel Coated PlatesFlow Cell SortingBioluminescence ImagingTargeted Agents

مقالات ذات صلة