Das Ziel dieses Protokolls ist die Spezifität von Antikrebs - Arzneimittel in vitro zu beurteilen , Mischkulturen unter Verwendung von sowohl Tumor- und Nicht-Tumorzellen enthält.
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Das Ziel dieses Protokolls ist die Spezifität von Antikrebs - Arzneimittel in vitro zu beurteilen , Mischkulturen unter Verwendung von sowohl Tumor- und Nicht-Tumorzellen enthält.
Ein Verfahren für die Spezifität der Antikrebs - Arzneimittel in vitro Beurteilung unter Verwendung von Kulturen sowohl Tumor- und Nicht-Tumorzellen enthält , nachgewiesen wird . Das Schlüsselelement ist die quantitative Bestimmung eines tumorspezifische genetische Veränderung in Bezug auf eine universelle Sequenz, die ein Dual-Sonde digitalen PCR-Assay und die nachfolgende Berechnung des Anteils der Tumorzellen verwendet wird. Der Test wird auf einem Kulturzellen einer etablierten Linie enthaltenden Tumors durchgeführt und versetzt in Nicht-Tumorzellen. Die Mischkultur wird in verschiedenen Konzentrationen mit einem Testwirkstoff behandelt. Nach der Behandlung wird die DNA auf eine Dual-Sonde digitalen PCR Assay direkt von den überlebt Klebstoff Zellen in Wells von 96-Well-Platten eine einfache und kostengünstige Methode und unterzogen unter Verwendung eines tumorspezifische genetische Veränderung und eine Referenz universelle Sequenz zur Messung . In der vorliegenden Demonstration, eine heterozygote Deletion des NF1 - Gens wird als tumorspezifische genetische Veränderung verwendet , undein RPP30 Gen als Referenz - Gen. Verwendung des Verhältnisses NF1 / RPP30 wurde der Anteil der Tumorzellen berechnet. Da die dosisabhängige Veränderung des Anteils der Tumorzellen für die Spezifität des Medikaments eine in vitro Anzeige liefert, diese genetische und zellbasierten in vitro - Assay wird wahrscheinlich Anwendungspotential in der Wirkstoffforschung. Darüber hinaus für die personalisierte Krebsfürsorge, diese Gen- und Zell-basiertes Tool kann zur Optimierung der adjuvanten Chemotherapie durch Prüfung der Wirksamkeit und Spezifität von Wirkstoffkandidaten mit Primärkulturen von einzelnen Tumoren beitragen.
Therapeutische Wirkungen von Krebsmedikamenten auf Tumorzellen sind mit verschiedenen unerwünschten toxischen Wirkungen auf Nicht-Tumorzellen verbunden. Toxische Wirkungen sind im Labor schwer zu beurteilen, was vor allem auf den Mangel an geeigneten Instrumentenzurückzuführen ist 1. Zellkulturen, die sowohl Tumor- als auch Nicht-Tumorzellen enthalten, würden eine potenzielle In-vitro-Ressource zur Beurteilung der Spezifität oder Selektivität eines Arzneimittels darstellen, was Aufschluss über die klinische Toxizität geben könnte. Herkömmliche in vitro Assays, wie z.B. Proliferations- oder Viabilitätsassays, messen jedoch die Wirkung eines Medikaments auf die Gesamtzelle, können die Wirkung jedoch nicht in den Teil auf Tumorzellen und den Teil auf Nicht-Tumorzellen unterteilen. Zum Beispiel kann eine 50%ige Verringerung der Gesamtzellzahl in einer Kultur, die aus 50% Tumorzellen und 50% Nicht-Tumorzellen besteht, den Tod aller Tumorzellen, den Tod aller Nicht-Tumorzellen oder, was wahrscheinlicher ist, den Tod von Teilen von beiden in verschiedenen Verhältnissen bedeuten.
Auch wegen dieses technischen Problems sind Primärkulturen, die Tumor- und Nicht-Tumor-Stromazellen enthalten, häufig ungeeignet, um Medikamente zu testen. Auf der anderen Seite ähneln Primärkulturen aufgrund dieser zellulären Heterogenität ihren ursprünglichen Tumoren weitaus besser als klonale Zellen in etablierten Zelllinien2. Noch wichtiger ist, dass Primärkulturen patientenspezifisch sind und individualisierte Arzneimitteltests ermöglichenkönnen 2-4.
Ein wesentliches Thema ist daher die Entwicklung einer Methode zur Bestimmung des Anteils von Tumorzellen in Mischkulturen einschließlich Primärkulturen. Um diese Herausforderung zu lösen, wurde eine genetische Lösung entwickelt, die auf der Bestimmung des quantitativen Verhältnisses eines tumorspezifischen genetischen Merkmals zu einer universellen Referenzsequenz basiert. Aus diesem Verhältnis kann der Anteil der Tumorzellen in einer Mischkultur berechnet werden.
Diese Studie veranschaulicht das Verfahren des genetischen und zellbasierten Werkzeugs zur Beurteilung der Spezifität von Krebsmedikamenten, einschließlich (1) der Herstellung einer Mischkultur aus Tumorzellen einer etablierten Linie und Nicht-Tumor-Fibroblasten, (2) der Behandlung der Mischkultur mit einem Testmedikament, (3) der Vorbereitung der DNA für die digitale PCR, (4) der Bestimmung des Verhältnisses einer tumorspezifischen heterozygoten Deletion zu einer Referenzsequenz unter Verwendung eines digitalen Tröpfchen-PCR-Assays mit zwei Sonden, (5) Berechnung der Anteile der Tumorzellen bei jeder Wirkstoffkonzentration und (6) Erstellung der dosisabhängigen Änderung des Anteils der Tumorzellen.
1. Vorbereitung Mix Kultur, die sowohl Tumorzellen als auch Nicht-Tumorzellen
2. Drug Behandlung
3. Vorbereitung DNA für digitale PCR
4. Digitale PCR
5. Berechnen Anteil der Tumorzellen
6. Dosisabhängige Änderung der Anteil der Tumorzellen
Die Qualität der hergestellten DNA die kombinierte HotShot / Tropfen-Dialyse ausreichend ist für eine zufriedenstellende digitale PCR (Abbildung 1B) verwendet wird . Für 2000 Fibroblasten, etwa 3000 ± 500 positive Tröpfchen erhalten, was 75% der erwarteten 4.000 Kopien entspricht (zwei Kopien in einer Zelle). In dieser Studie wurden die Tumorzellen aus einer etablierten Linie MPNST S462 die eine heterozygote Deletion des NF1 - Gens 5 haben , sind bekannt. Diese 50% Gendosis Reduktion wurde durch das Dual - Digital - PCR - Assay (1B) eindeutig erkannt. Im Gegensatz dazu zwei Kopien dieses Gens wurden in Fibroblasten gemessen. Diese genetische Unterschied zwischen Tumor- und Nicht-Tumorzellen ermöglicht die Berechnung des Anteils der Tumorzellen in gemischten Kulturen (Figur 2). Durch Messung der relativen Gendosis von NF1 bis RPP30, Anteil von Tumorzellen in einer Mischkultur bestimmt werdenbei jeder Arzneimittelkonzentration (Abbildung 3).

Abbildung 1. Digital PCR. (A) Darstellung des Prinzips. (B) ein Dual-Sondentest zeigt reduzierte Menge eines Ziels (NF1) Gen in den Tumorzellen MPNST S462 in Bezug auf einen Referenz (RPP30) -Gen. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 2. Berechnete Anteil der Tumorzellen. Die Tumorzellen und Nicht-Tumorzellen wurden in verschiedenen Verhältnissen gemischt und entkernt in jede Vertiefung einer 96-Platte. Nach der Befestigung O / N wurden die Zellen lysiert with HotShot / Tropfendialyse entsalzt und die Lysate wurden in digitale PCR unterzogen , die das Verhältnis von NF1 / RPP30 gab. Basis dieses Verhältnisses Anteil von Tumorzellen in jeder Vertiefung wurde berechnet. Mittelwert und Standardabweichung der Anteil der Tumorzellen wurden berechnet aus 4 bei jedem Set-up Anteil repliziert. Die berechneten Anteile von Tumorzellen (Y-Achse) gegen die Set-up Proportionen aufgetragen wurden (X-Achse). Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 3. dosisabhängige Veränderung der Anteil der Tumorzellen. (A) eine dosisabhängige Verringerung der sichtbaren vitalen Zellen. (B) Anteil der Tumorzellen (Mittelwert und Standardabweichung von 4 Replikaten) aus der berechneten Verhältnis von NF1: RPP30 verringerte sich im Bereich von 0 - 10 & mgr; M. Bei der höchsten Dosis 50 & mgr; M, wenige vitale Zellen gelassen wurden, wahrscheinlich durch toxische Wirkung auf alle Zellen. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

. Abbildung 4. Vereinzeler Reaktion von Tumorzellen von der Nicht-Tumorzellen (A) Lebensfähigkeit oder / und die Proliferation von Zellen insgesamt kann unter Verwendung herkömmlicher Tests gemessen werden; Anteil der Tumorzellen kann unter Verwendung des Verfahrens in der vorliegenden Studie gezeigt werden, bestimmt. (B) über die beiden Parameter, Reaktion der gesamten Zellen in einer Mischkultur auf ein Medikament kann in Reaktion der Tumorzellen und der Reaktion des nicht-Tumorzellen unterteilt werden..com / files / ftp_upload / 53752 / 53752fig4large.jpg "target =" _ blank "> Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
| 1 Umsetzung | ||
| 2 x ddPCR supermix | 12 | |
| Assay-Mix für NF1 | 1.2 | |
| Assay-Mix für RPP30 | 1.2 | |
| HaeIII | 0,6 | |
| Zwischensumme | 15 | Stammischung |
| DNA | 9 | |
| Gesamt | 24 | Endgültige PCR-Gemisch |
Tabelle 1 Einrichten von Dual - ddPCR Reaktion
| Schritt | Aktion | Temperatur | Zeit | Fahrräder |
| 1 | Polymlöschen Aktivierung | 95 ° C | 10 Minuten | 1 |
| 2 | DNA-Denaturierung | 94 ° C | 30 sec | 40 |
| 3 | Glüh- / exetension | 60 ° C | 1 Minute | |
| 4 | Polymerase Deaktivierung | 98 ° C | 10 Minuten | 1 |
| 5 | Hold (optional) | 4 ° C |
Tabelle 2 : PCR - Cycler - Einstellungen
Der Schlüsselschritt in dieser Gen- und zellbasierte Werkzeug für die Beurteilung der Arzneimittelspezifität in vitro ist die Bestimmung des Anteils der Tumorzellen mit einem oder mehreren Tumor-spezifischen genetischen Merkmale. Im Gegensatz zu herkömmlichen phänotypischen Merkmale 7, sind genetische Merkmale spezifische, stabil und einfach zu quantifizieren. Zum Beispiel ist eine tumorspezifische Mutation oder Veränderung der Kopienzahl vorhanden ausschließlich in die Tumorzellen, jedoch nicht in Nicht-Tumorzellen. Eine solche genetische Stigma zuverlässig werden kann und genau quantifiziert werden, beispielsweise digitale PCR unter Verwendung der in dieser Studie nachgewiesen.
Für die digitale PCR ist eine hohe Reinheit der DNA nicht wesentlich. Jedoch sind Entsalzen und Entfernen inhibitorische Moleküle notwendig, die durch einen Tropfendialyse erreicht werden kann, einen geeigneten Filter. Die kombinierte Lyse und Drop-Dialyse ist einfach und schnell, erfordert keine speziellen Instrumente und daher in jedem Standard-Labor durchgeführt werden kann. Wenn die Zellen nicht Break gut, kann eine zusätzliche Behandlung in Betracht gezogen werden, wie die Zellen bei -20 ° C einfrieren, Zugabe von Reinigungsmittel oder / und unter Verwendung von Protease.
In der vorliegenden Studie wurde die heterozygote Deletion des NF1 - Gen als das tumorspezifische Merkmal für die Quantifizierung verwendet. In ähnlicher Weise kann auch verwendet werden, Deletionen anderer Gene oder Loci. Weiterhin Mutationen können auch zur Quantifizierung von Tumorzellen verwendet werden. In einem solchen Fall digital PCR-Assays für die mutierten und die normalen Allele müssen umfassend validiert werden, um ihre Spezifität für jeden von ihnen zu gewährleisten.
Dosisabhängige Anteil der Tumorzellen liefert eine Anzeige für arzneimittel Spezifität oder Selektivität. Darüber hinaus ermöglicht es auch von Tumorzellen aus der Reaktion der gesamten Zellen einer gemischten Kultur mit einem Medikament (4) Extrahieren Antwort. Diese Extraktion Strategie stellt eine Lösung für das technische Problem bei der Verwendung Primärkulturen (die sowohl Tumor enthält und keinn-Tumorzellen) für Drogentests.
Die Gen- und zellbasierten in vitro - Tool in der vorliegenden Studie gezeigt , daher Anwendungspotenzial aufweisen (1) in der Arzneimittelentdeckung , wo es eine Plattform für die Beurteilung der Arzneimittel Spezifität oder Selektivität in vitro und (2) in der personalisierten Krebsbehandlung bietet , wo es ermöglicht die Prüfung Drogen in Primärkulturen und damit zu arzneimittel Auswahl in der adjuvanten Chemotherapie 4 beitragen können. Darüber hinaus können pharmakologische Mechanismus eines Medikaments untersucht werden dieses Werkzeug verwenden, da bestimmte genetische Veränderung oder mehrere genetische Veränderungen können während der Arzneimittelbehandlung folgen.
Eine Schwierigkeit in individualisierter Primärkulturen ist das Fehlen einer universellen genetischen Merkmal für die Quantifizierung der Tumorzellen. Jedoch mit vorab in der heutigen Gesamtgenom-Sequenzierung, die am häufigsten veränderten Gene und Regionen sind für die gemeinsame Tumoren bekannt. Zum Beispiel unter Kopf und HalsTumoren, 71%, 23% und 22% haben Mutationen im TP53, FAT1 und CDKN2A gene, und 60%, 34% und 26% weisen Deletionen in den Genregionen von CDKN2A, STK11 und PTEN bzw. 10. Screenen von 5 bis 10 solcher Gene oder / und Regionen durch gezielte-Sequenzierung oder / und digitale PCR identifiziert daher wahrscheinlich eine oder mehrere genetische Veränderungen, die zur Quantifizierung von Tumorzellen in der abgeleiteten Primärkultur verwendet werden können. Eine weitere Einschränkung ist die oft unzureichende Menge an reseziert Tumoren für Primärkulturen aufzubauen.
Trotz der vorteilhaften Merkmale und viel versprechende Anwendungsmöglichkeiten der Gen- und zellbasierten in vitro - Tool sollte seine Grenzen gehalten werden , in Geist und seine in - vitro - Natur hervorzuheben. Zum Beispiel können die unterschiedlichen Effekte oder Zytotoxizität eines Arzneimittels auf Tumorzellen kann nicht aufgrund des Unterschieds in Zelltypen (Fibroblasten vs. Schwann-Zellen) oder ihreunterschiedlicher Herkunft (von verschiedenen Individuen). Die stärkere Wirkung eines Arzneimittels auf Tumorzellen als auf Nicht-Tumorzellen können auch durch die Tatsache erklärt werden, daß die erstere schneller wachsen als die letzteren. Am wichtigsten ist , Zellen in vitro Verhalten unterscheidet , als Zellen im menschlichen Körper und folglich Ergebnisse der in vitro Beurteilung oft nicht oder nur teilweise den realen klinischen Situation widerzuspiegeln. Daher Wirksamkeit, Zytotoxizität und Spezifität von Medikamenten für kultivierte Zellen erhalten werden, sind eher von biomarker Natur, aber nicht über die Zuverlässigkeit der gemessenen vorklinisch Wirksamkeit von Antibiotika. Dennoch ist Bewegen von Zelllinien zu Mischkulturen und / oder Primärkulturen ein Fortschritt arzneimittel Wirkung und Spezifität / Selektivität in vitro in der Beurteilung. Mit umfangreichen Bemühungen, in vitro Bedingungen können gefunden werden , die eine angemessene Korrelation von in vitro - Daten mit realen Reaktionen von Patienten, zumindest für einige Medikamente ermöglicht.
Das Verfahren ist patentgeschützt (10 2013 221 452, Deutschland)
Frau Alster, Herr Honrath und Dr. Jiang sind bekannt für ihre hervorragende technische Unterstützung geschätzt. geschätzt Auch Dr. Volz und die Forschungsgruppe von Dr. Dandri für die Bereitstellung der Zugriff auf ihre digitalen PCR-Gerät ist.
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Membranfilter mit 25 mm Durchmesser | Merk-Millipore | VSWP 02500 | Für die Tropfdialyse |
| ddPCR-Assay für NF1 | BioRad | dHsaCP1000177 | FAM-markierter |
| ddPCR-Assay für RPP30 | BioRad | dHsaCP2500350 | HEX-markierter |
| QX200 | BioRad | 186-4001 | In der Studie wurde die Vorgängerversion QX verwendet, die nicht mehr verfügbar ist. Der Ersatz ist QX200 |
| Tröpfchenöl | BioRad | 186-3005 | |
| Cartriges | BioRad | 186-3004 | |
| Dichtungen | BioRad | 186-3009 | |
| Cartrige Halter | BioRad | 186-3051 | |
| Durchstechfolie | BioRad | 181-4040 |