本文介绍了用于测试黑色素瘤转移的新型候选介质及其作用机制的技术工作流程。
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本文介绍了用于测试黑色素瘤转移的新型候选介质及其作用机制的技术工作流程。
转移是一个复杂的过程,需要细胞克服仅通过 体外 测定不完全建模的障碍。使用稳健,可重复 的体内 模型和标准化方法建立了系统工作流程,以识别黑色素瘤转移的新参与者。这种方法允许在特定实验阶段进行数据推断,以精确表征基因在转移中的作用。通过将转基因黑色素瘤细胞通过心内,皮内或皮下注射引入小鼠,然后用连续 体内 成像进行监测来建立模型。一旦达到预先确定的终点,就会收获和处理原发性肿瘤和/或携带转移瘤的器官以进行各种分析。肿瘤细胞可以进行分类并经受几种"组学"平台中的任何一种,包括单细胞RNA测序。器官接受影像学和免疫组织病理学分析,以量化转移的总体负担并绘制其特定的解剖位置。这种优化的管道,包括用于移植,监测,组织收获,处理和分析的标准化方案,可以用于患者来源的短期培养物以及各种固体癌症类型的已建立的人和小鼠细胞系。
与转移性黑色素瘤相关的高死亡率加上全球黑色素瘤发病率的增加1 (预计到2025年将增加7.86%),需要新的治疗方法。靶标发现的进步取决于可重复的转移模型,这是一个高度复杂的过程。在转移级联反应的整个步骤中,黑色素瘤细胞必须克服无数障碍才能实现免疫系统的规避和远处组织的定植2。黑色素瘤细胞的弹性和适应性来自多种因素,包括它们的高基因突变负担3 和它们的神经嵴起源,这赋予了关键的表型可塑性3,4,5。在每个步骤中,转录程序允许转移性黑色素瘤细胞根据与微环境的串扰的线索从一种状态切换到另一种状态,包括免疫系统6,细胞外环境7,8和它们接触的物理屏障9 的细胞结构。例如,黑色素瘤细胞通过下调重要的免疫启动肿瘤分泌因子6的表达来逃避免疫监视。
研究描述了一种"前转移生态位",其中黑色素瘤细胞分泌趋化因子和细胞因子来启动远处的"靶"器官进行转移10。这些发现提出了关于转移性黑色素瘤细胞的器官趋向性以及它们进入远处组织的解剖途径的重要问题。已知在静脉内渗后,黑色素瘤细胞通过淋巴管(淋巴扩散)和血管(血源性扩散)转移2,11。虽然大多数患者表现为局限性疾病,但一小部分病例表现为远处转移性疾病且无淋巴播散(阴性淋巴结受累)11,提示存在黑色素瘤的替代转移途径。
当它们定植于转移部位时,黑色素瘤细胞经历表观遗传和代谢适应12,13。为了进入和侵入新的隔室,黑色素瘤细胞使用蛋白酶14 和细胞骨架修饰11,15,使它们能够穿越并在新位置生长。靶向黑色素瘤细胞的困难在于这种适应的复杂性和数量;因此,该领域应该努力在实验中重建尽可能多的步骤和适应。尽管 体外 测定(如类器官和3D培养物)取得了许多进展16,17,但这些模型仅不完全概括 体内 转移级联反应。
小鼠模型通过在可重复性,技术可行性和人类疾病模拟之间取得平衡而显示出价值。血管内,原位和异位植入黑色素瘤细胞从患者来源的异种移植物或短期培养物到免疫受损或人源化小鼠中代表了转移性黑色素瘤靶标发现的骨干。然而,这些系统通常缺乏对转移的关键生物学约束:免疫系统。具有这种约束的同源黑色素瘤转移模型在该领域相对稀缺。这些系统,在免疫功能小鼠中开发,包括B16-F1018、YUMM家族细胞系19、SM120、D4M321、RIM322 或更近、RMS23 和M1(Mel114433)、M3(HCmel1274)、M4(B2905)24 黑色素瘤细胞系,有助于研究宿主免疫应答在黑色素瘤进展中的复杂作用。
这里,提出了黑色素瘤转移靶标鉴定的管道。随着黑色素瘤患者队列中生成的"组学"数据集越来越多,我们假设具有最大临床前景的研究是那些源于大数据集成的研究,从而导致细致的功能和机制询问25,26,27,28。通过使用小鼠模型来研究转移过程中的潜在靶标,可以解释 体内特异性事件和组织相互作用,从而增加临床转化的可能性。概述了多种量化转移负荷的方法,提供了任何给定实验结果的补充数据。描述了从各种器官中的肿瘤中分离单细胞的方案,以帮助转移细胞中基因表达的无偏倚表征,这可能先于单细胞或本体RNA测序。
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注:以下协议中涉及的动物程序已获得纽约大学机构动物护理和使用委员会(IACUC)的批准。所有程序均在实验室动物护理国际评估和认证协会(AAALAC)批准的设施中进行。 图1 描述了一般的实验方法。
1. 患者来源的黑色素瘤短期培养 (STCs)

图1:说明所述工作流程的示意图,从患者数据集成到小鼠 体内 数据的生成和分析。 缩写:LOF = 功能丧失;GOF = 函数增益。 请点击此处查看此图的大图。
2. 异种移植植入
注意:这里描述的实验程序是在适应性和先天免疫系统受损的小鼠中进行的,NOD.Cg-PrkdcscidIl2rgtm1Wjl / SzJ(NSG)小鼠;或仅在缺乏适应性免疫的小鼠中,例如T细胞缺乏的无胸腺/裸体(NU / J)小鼠。动物为雄性,8至10周龄。女性在心内注射肿瘤细胞时通常表现出高发生性腺转移的发生率,这降低了它们的存活率。
3. 分期生存手术
4. 体内 成像(图2A)
5. 离体 磁共振成像
6. 用于单细胞或本体RNA测序的组织处理
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下图说明了所描述的工作流程如何应用于鉴定黑色素瘤转移的新驱动因素。 图2 总结了一项已发表的研究的结果,其中研究了沉默岩藻糖基转移酶FUT8 在体内 黑色素瘤转移中的作用26。简而言之,对人类患者血糖数据(通过凝集素阵列获得)和转录组学分析的分析显示,与从原发性到转移性黑色素瘤进展相关的α-1,6-岩藻糖水平升高,与相应岩藻糖基转移酶(FUT8)的增加一致。
如上所述(第2.9节),通过超声引导下,将携带FUT8 shRNA的慢病毒或相应的非靶向对照(shNTC)转导的113/6-4L黑色素瘤细胞引入免疫缺陷小鼠(NSG)。通过 体内 BLI监测小鼠的转移性播散。在实验结束时对小鼠进行安乐死,检查器官的 离体 荧光并进行处理以进行组织学分析。除了H&E之外,还进行了NuMA染色以特异性识别小鼠组织中的人类细胞。如图 3所示,NuMA染色切片通过数字成像处理...
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本技术报告的目的是为黑色素瘤转移中潜在参与者的调查提供标准化的自上而下的工作流程。由于 体内 实验可能既昂贵又耗时,因此最大限度地提高效率和增加所获信息价值的策略至关重要。
必须始终使用互补方法在同一实验中交叉验证结果。例如,NuMA免疫组化染色和BLI都是定量转移负荷的补充方法,因为两者都不是全面的。虽然BLI是一种在 体内跟踪肿瘤进展的宝贵,无创的方法,但这些数据本质上是低分辨率的。NuMA染色允许对固定器官中的转移负荷进行细致的分析;然而,对整个组织厚度进行全面切片是不切实际的。因此,只能对每个器官的样本进行染色。事实上,根据作者的经验,BLI结果并不总是与组织病理学分析中明显的肿瘤负担成正比。这部分是由于这种方法的敏感性有限,特别是在大脑中,由于经颅衰减34。此外,这些数据可能受到不完全荧光素摄取和/或可变荧光素酶表达的影响。因此,BLI应结合 离体 影像学和组织病理学研究进行解释。
用通用染色剂(如H&E)处理的组织...
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作者没有利益冲突需要声明。
我们感谢纽约大学朗格尼健康高级研究技术部(DART),特别是实验病理学研究实验室,基因组技术中心,细胞术和细胞分选实验室,临床前成像核心,这些实验室部分由Perlmutter癌症中心支持赠款NIH / NCI 5P30CA016087。我们感谢纽约大学跨学科黑色素瘤合作小组(PI:Iman Osman博士)提供患者来源的黑色素瘤短期培养+ (10-230BM和12-273BM)的途径,这些培养物是通过IRB批准的方案获得的(通用同意研究#s16-00122和跨学科黑色素瘤合作小组研究#10362)。我们感谢Robert Kerbel博士(多伦多大学)提供113 / 6-4L和131 / 4-5B1黑色素瘤细胞系*,以及Meenhard Herlyn博士(Wistar研究所)提供WM 4265-2,WM 4257s-1,WM 4257-2黑色素瘤短期培养**。E.H.由NIH / NCI R01CA243446,P01CA206980,美国癌症协会 - 黑色素瘤研究联盟团队科学奖和NIH黑色素瘤孢子(NCI P50 CA225450;PI:I.O.)。 图 1 是使用 Biorender.com 创建的。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| #15 Scapel 刀片 | WPI | 500242 | 外科手术 |
| 用#3 Scapel 手柄 | WPI | 500236 | 外科手术 |
| 1 mL结核菌素注射器,滑尖 | BD | 309626 | 注射 |
| 10 mL 注射器,滑头 | BD | 301029 | 灌注 |
| 10% 福尔马林钠缓冲 | EK Industries | 4499-20L | 用于灌注/组织固定剂 |
| 15 mL 锥形康 | 宁 | 430052 | 细胞培养 |
| 15 mL 锥形聚丙烯离心管 | Falcon | 352196 | 细胞培养 |
| 200 证明乙醇 | Deacon Labs | 04-355-223 | 组织学 |
| 22G – 22mm 针 | BD | 305156 | 灌注 |
| 4-0 薇乔线缝合 | Ethicon | J464G | 缝合线 |
| 4% 卡森磷酸盐缓冲多聚甲醛 | EMS | 15733-10 | 用于灌注/组织固定剂 |
| 40µm | 康宁 | 431750 | 组织加工 |
| 5-0 可吸收缝合线 | Ethicon | 6542000 | 瓶盖 |
| 50 mL 锥形 | 康宁 | 430828 | 细胞培养 |
| 50mL 锥形聚丙烯离心管 | Falcon | 352070 | 细胞培养 |
| 7-0 丝线缝合线 | FST | 18020-70 | 连绳 |
| 70µm | 康宁 | 431751 | 组织处理 |
| 抗褪色封片剂 | Vector Labs | H-1000-10 | 免疫荧光 |
| 模拟器应用镊子,10cm | WPI | 14189 | 用于显微外科手术 |
| Avance | Bruker | 3 HD | NMR 控制台 |
| 生物规格 7030 | Bruker | 7030 | Micro MRI |
| BSA | Bioreg | A941 | NuMA 染色 |
| Castroviejo 缝合钳,直尖 5.5mm 打结平台,11cm | WPI | WP5025501 | 用于显微外科手术 |
| 的 Coplin 染色罐 | Bel-Art | F44208-1000 | 组织学 |
| DAPI | Sigma-Aldrich | D9542-1MG | 免疫荧光 |
| dCas9-KRAB | Addgene | 110820 | 遗传作 |
| DNase I | NEB | M0303L | 组织处理 |
| DPBS | Corning | 21-030-CM | 组织处理 |
| 超锋利无涂层单边刀片 | GEM | 62-0167 | 组织处理 |
| 细胞外基质底物 | 康宁 | 354234 | 考虑降低生长因子 ( 作为替代方案 |
| FBS | Cytiva | SH30910.03 | 细胞培养 |
| 斐济 Image J | 斐济 Image J | 软件 | 免疫荧光 |
| 山羊抗兔 HRP 偶联多聚体 | Thermo Fisher | A16104 | NuMA 染色 |
| 山羊血清 | Gibco | PCN5000 | 免疫荧光 |
| HBSS | 康宁 | 21-020-CV | 组织处理 |
| 苏木精 | 理查德-艾伦科学公司 | 7231 | 组织学 |
| Illumina III | PerkinElmer | CLS136334 | BLI 仪器 |
| 胰岛素注射器 28G - 8mm 针 | BD | 329424 | 注射剂 |
| 胰岛素注射器 31G - 6mm 针头 | BD | 326730 | 注射 |
| 虹膜镊子,10.2 厘米,全曲线,锯齿状 | WPI | 504478 | 用于灌注和外科手术 |
| 异氟醚 USP | Covetrus | 11695067772 | 麻醉 |
| 珠宝商 #7 镊子 钛 11 厘米 0.07 x 0.01 毫米 提示 | WPI | WP6570 | 用于显微外科手术 |
| 盐酸氯胺酮 100mg/mL | Mylan Ind. | 1049007 | 麻醉 |
| lentiCRISPRv2 | Addgene | 98290 | 遗传作 |
| 石松菌 Esculentum (番茄) 凝集素,DyLight 649 | Invitrogen | L32472 | 血管内皮细胞标志物 |
| MEM 非必需氨基酸 X 100 | 康宁 | 25-025-CI | 细胞培养 |
| Metzenbaum 剪刀 | WPI | 503269 | 外科手术用程序 |
| 显微注射装置 | KOPF | 5000 | 心内注射 |
| NaCl | Fisher | S25877 | NuMA 染色 |
| 针头 30G x 25mm | BD | 305128 | 心内注射 |
| 针头 33G x 15mm | 汉密尔顿 | 7747-01 | 颈内注射 |
| 针架,卡斯特罗维耶霍,14 厘米,带锁,1.2 毫米锯齿状钳口 | WPI | 14137-G | 用于显微外科手术 |
| NOD。Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/SzJ 小鼠 | Jackson | 005557 | 小鼠 |
| NU/J 小鼠 | Jackson 实验室 | 002019 | 小鼠模型 |
| 核有丝分裂装置蛋白 多克隆兔 抗人 | Abcam | 97585 | NuMA 染色 |
| 青霉素-链霉素 10000U/mL | Gibco | 15140122 | 细胞培养 |
| Percoll | GE | 0891-01 | 密度分离液 |
| PI Classic 手术手套 | Cardinal Health | 2D72PT75X | 手术 |
| pLKO Tet-On | Addgene | 21915 | 基因作 |
| 聚维酮碘 10% 溶液 | Medline | MDS093943 | 手术 |
| 普罗帕卡因滴剂 0.5% | Akorn Pharma | AX0501 | 眼部局部麻醉剂 |
| Puralube 凡士林眼药膏 | Dechra | 83592 | 麻醉 |
| 剃须刀片双刃刀片 | EMS | 72000 | 剃须和振动切片机脑切片 |
| Reflex 9mm EZ 夹 | 布伦特里 | EZC- 伤口 | 闭合 |
| RPMI 1640 套件 | 康宁 | 10-040-CM | 细胞培养 |
| 剪刀,弹簧 10.5cm 长,8mm 刀片 | WPI | 501235 | 用于显微外科手术 |
| 半自动振动刀片 切片机 | Leica | VT1200 | 脑切片 免疫荧光 |
| 单通道麻醉蒸发器系统 | Kent Scientific | VetFlo-1210S | 麻醉 |
| Smartbox 台式腔室系统和排气鼓风机 | EZ 系统 | TT4000 | CO2 安乐死 |
| 无菌开孔一次性悬垂 | Medline | NON21002 | 手术 |
| 无菌非加固 Aurora 手术衣,带固定袖子 | Medline | DYNJP2715 | 手术 |
| T25 烧瓶 | 康宁 | 430639 | 细胞培养 |
| Tris | Corning | 46-031-CM | NuMA 染色 |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X100-500ML | 免疫荧光 |
| Troutman 打结钳,10 cm,弯曲的 G 图案,0.52 mm 尖端,带打结平台 | WPI | WP505210 | 用于显微外科手术 |
| 血管夹 10G 压力 5x 0.8mm 钳口,5/包 | WPI | 15911 | 用于显微外科手术 |
| Visiopharm | Visiopharm | NuMA 染色定量软件 | |
| 木拉氨酸 100mg/mL | Akorn Pharma | 59399-111-50 | 麻醉 |
| 二甲苯 | Fisher | X3P-1GAL | 组织学 |
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