Das vorliegende Protokoll beschreibt das Verfahren zur Etablierung eines patientenabgeleiteten Xenotransplantat-Mausmodells (PDX) unter Verwendung von humanem Osteosarkomgewebe.
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Das vorliegende Protokoll beschreibt das Verfahren zur Etablierung eines patientenabgeleiteten Xenotransplantat-Mausmodells (PDX) unter Verwendung von humanem Osteosarkomgewebe.
Das Osteosarkom ist der häufigste primäre bösartige Knochentumor bei Kindern und Jugendlichen. Trotz der Entwicklung neuer Behandlungspläne in den letzten Jahren hat sich die Prognose für Osteosarkom-Patienten nicht wesentlich verbessert. Daher ist es entscheidend, ein robustes präklinisches Modell mit hoher Wiedergabetreue zu etablieren. Das patienteneigene Xenotransplantat-Modell (PDX) bewahrt die genetischen, epigenetischen und heterogenen Merkmale menschlicher Malignome für jeden Patienten originalgetreu. Folglich gelten PDX-Modelle als authentische in vivo-Modelle für die Untersuchung verschiedener Krebsarten in Transformationsstudien. In diesem Artikel wird ein umfassendes Protokoll für die Erstellung und Pflege eines PDX-Mausmodells vorgestellt, das die morphologischen Merkmale des menschlichen Osteosarkoms genau widerspiegelt. Dabei handelt es sich um die sofortige Transplantation von frisch reseziertem humanem Osteosarkomgewebe in immungeschwächte Mäuse, gefolgt von einer sukzessiven Passage. Das beschriebene Modell dient als Plattform für die Untersuchung des Wachstums, der Arzneimittelresistenz, des Rückfalls und der Metastasierung des Osteosarkoms. Darüber hinaus hilft es beim Screening der Zieltherapeutika und bei der Etablierung personalisierter Behandlungsschemata.
Das Osteosarkom ist eine primäre bösartige Knochenerkrankung, die von Zellen des interossären Lappens abgeleitet wird und sowohl bei Jugendlichen als auch bei Kindern am häufigsten auftritt. Sie tritt häufig in der Epiphyse der langen Diaphyse auf und ist gekennzeichnet durch hohe Malignität, frühe Metastasierung und schlechte Prognose 1,2. Lungenmetastasen sind die Haupttodesursache bei Osteosarkompatienten. Die 5-Jahres-Überlebensrate von Patienten mit nicht-metastasiertem Osteosarkom beträgt 65 %-70 %3. In den letzten 40 Jahren hat sich die 5-Jahres-Überlebensrate (nur 20 %) der Patienten mit metastasiertem Osteosarkom jedoch nicht signifikant verbessert, und 25 % der Osteosarkompatienten haben zum Zeitpunkt der Diagnose Metastasen4. Derzeit haben die Erstlinienmedikamente für die Behandlung von Osteosarkomen einen Konsens erreicht, aber es gibt immer noch signifikante Unterschiede im Chemotherapieschema und in der Behandlungszeit5. Es ist wichtig, präklinische Experimente auf der Grundlage geeigneter Tiermodelle durchzuführen, um effektivere Chemotherapien zu erhalten.
Zu den Modellen, die derzeit häufig für präklinische Experimente mit Osteosarkomen verwendet werden, gehören zelllinienbasierte In-vitro-Zellkulturen und in vivo zellabgeleitete Xenotransplantate (CDX) sowie patientenabgeleitete Xenotransplantate (PDX)6,7.
Die Zelllinien eignen sich hervorragend für die Kultivierung und Verwendung in In-vitro-Studien oder für die Transplantation in immundefiziente Mäuse zur Etablierung von CDX-Modellen8. In vitro kultivierte Zelllinien spiegeln jedoch möglicherweise nicht genau die Heterogenität der Malignome und die individuellen Merkmale der Patienten wider, da potenzielle Mutationen auftreten, um sich bei wiederholten Passagen an die In-vitro-Kulturumgebung anzupassen. Darüber hinaus fehlen ihnen die Mikroumgebung und das Immunsystem, die für das Wachstum und die Entwicklung von Tumoren in vivo erforderlich sind. Obwohl CDX-Modelle einige Vorteile gegenüber In-vitro-Zellkulturen bieten, spiegeln sie möglicherweise immer noch nicht vollständig die individuellen Merkmale von Osteosarkom-Patienten wider, obwohl Tumorgewebe, die aus CDX-Modellen gewonnen wurden, im Vergleich zu in vitro kultivierten Zelllinien eine begrenzte intratumorale Heterogenität und Repräsentation des Immunsystems aufweisen 9. Daher ist die Etablierung eines präklinischen Modells mit hoher Wiedergabetreue von entscheidender Bedeutung.
PDX-Modelle beinhalten die sofortige Transplantation von frisch reseziertem menschlichem Krebsgewebe in immundefiziente Mäuse. Diese Methode ermöglicht die getreue Erhaltung genetisches, epigenetischer und heterogener Merkmale menschlicher Malignome für jeden Patienten, auch nach aufeinanderfolgenden Passagen bei Mäusen. Darüber hinaus ist bekannt, dass PDX-Modelle spätere klinische Ergebnisse genau vorhersagenkönnen 10, was sie zu wertvollen Werkzeugen für die Entwicklung individualisierter Behandlungen und die Förderung der Forschung in der Präzisionsmedizinmacht 11.
Diese Arbeit beschreibt das Verfahren zur Etablierung eines PDX-Modells in immundefizienten Mäusen durch Transplantation von humanem Osteosarkomgewebe. Solche Modelle dienen als Plattformen für die Durchführung präklinischer Experimente zum Osteosarkom.
Alle Studien mit menschlichem Gewebe wurden vom Institutional Ethics Review Committee des Longhua Hospitals genehmigt, das der Shanghai University of Traditional Chinese Medicine (Shanghai, China) angegliedert ist (2013LC52), und es wurde eine schriftliche Einverständniserklärung der Patienten in Übereinstimmung mit der Deklaration von Helsinki eingeholt. Die IACUC-Nummer für diese Tierstudie lautet PZSHUTCM221017013. Vier Wochen alte männliche CAnN.Cg-Foxn1nu/Crl-Mäuse erhielten die Doppellöwen-Bestrahlungsdiät GB 14924.3 und steriles Wasser und wurden in einem IVC-Mäusekäfig mit fünf Mäusen pro Käfig unter Lichtschutzfaktor und einem 12-stündigen Hell-Dunkel-Zyklus untergebracht. Die Materialtabelle enthält detaillierte Informationen über alle Materialien, Reagenzien und Instrumente, die in diesem Protokoll verwendet werden.
1. Aufbereitung von menschlichem Osteosarkomgewebe
HINWEIS: In dieser Studie wurde das menschliche Osteosarkomgewebe12 aus der Femurläsion eines 15-jährigen Osteosarkompatienten vor der Chemotherapie reseziert.
2. Etablierung von PDX-Modellen durch Osteosarkom-Gewebetransplantation in der Flankenregion der Maus
3. Entnahme von PDX-Tumorgewebe
4. Pathologische Untersuchung des primären klinischen und PDX-Tumorgewebes
Dieses Protokoll beschreibt das detaillierte Verfahren zur Etablierung eines PDX-Mausmodells, bei dem die morphologischen Merkmale des menschlichen Osteosarkoms nach sofortiger Transplantation von frisch reseziertem humanem Osteosarkomgewebe und nachfolgenden Passagen bei Mäusen erhalten bleiben. Hier wurde erfolgreich ein PDX-Mausmodell mit humanem Osteosarkomgewebe etabliert.
Abbildung 3A zeigt eine repräsentative Maus von PDX an P0, zwei Monate nach der Transplantation von femoralem Osteosarkomgewebe eines 15-jährigen Patienten. Abbildung 3B zeigt eine repräsentative Maus von PDX an P1, einen Monat nach der Transplantation von PDX-Gewebe an P0. Abbildung 3C zeigt eine repräsentative Maus von PDX an P2, einen Monat nach der Transplantation von PDX-Gewebe an P1. Abbildung 3D zeigt eine repräsentative Maus von PDX an P3, einen Monat nach der Transplantation von PDX-Gewebe an P2.
Die Mäuse wurden nach der CO2 -Inhalation mit der Methode der zervikalen Luxation getötet, als die Tumorgröße 1.500 mm3 erreichte, um das PDX-Tumorgewebe zu sammeln. Das Tumorgewebe von klinischen Patienten und Mäusen wurde dann in Paraffin eingebettet und einer H&E-Färbung unterzogen. Ein repräsentatives H&E-Färbebild von klinischem Tumorgewebe von Patienten ist in Abbildung 4A dargestellt. Repräsentative H&E-Färbebilder von PDX-Maustumorgeweben an P0, P1 und P2 sind in Abbildung 4B,C,D dargestellt. Die Merkmale des Osteosarkoms, die durch kleine Zellen mit runden, hyperchromatischen Kernen im Tumorgewebe der elterlichen klinischen Patienten gekennzeichnet sind, wurden in etablierten PDXs an P0, P1 und P2 beibehalten.

Abbildung 1: Chirurgische Instrumente. (A) Skalpell. (B,C) Ophthalmologische Pinzette. (D) Augenschere. (E) Nahtnadel. (F) Nahtlinie. (G) Gerader Nadelhalter. (H) Markierungsstift. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Etablierung des PDX-Modells. (A) Die Osteosarkom-Gewebetransplantationsstelle im Flankenbereich der Maus wird mit einem Markierungsstift markiert. (B) Es wurde ein 5 mm langer Schnitt von der Haut bis zum Unterhautgewebe geschnitten. (C) Stumpfe Dissektion und Osteosarkom-Gewebetransplantation. (D) Vernähter Schnitt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Wachstum von PDX, das ursprünglich mit femoralem Osteosarkomgewebe eines 15-jährigen Patienten transplantiert wurde. (A) PDX, das durch Transplantation von humanem Osteosarkomgewebe (P0) etabliert wurde. (B) PDX, das durch Transplantation des PDX-Gewebes an P0 (P1) etabliert wurde. (C) PDX, das durch Transplantation des PDX-Gewebes an P1 (P2) etabliert wurde. (D) PDX, das durch Transplantation des PDX-Gewebes an P2 (P3) etabliert wurde. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Hämatoxylin-Eosin (H&E)-Färbung von Gewebeschnitten aus primärem klinischem und PDX-Gewebe. Bei der H&E-Färbung wurden histologische Merkmale eines (A) femoralen Osteosarkoms bei der 15-jährigen Patientin nachgewiesen, (B) PDX bei P0, (C) PDX bei P1, (D) PDX bei P2. Maßstabsleisten: (A-D) 100 μm; (E-H) 20 μm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Die PDX-Modelle können die Merkmale menschlicher Krebserkrankungen simulieren und eine größere Ähnlichkeit mit dem Primärtumor beibehalten, einschließlich genetischer und genomischer Veränderungen, Histologie, Heterogenität und Genexpressionsprofil 16,17,18,19. Daher bewahren sie die molekularen Phänotypen und Genotypen von Krebspatienten und bieten innovative Ansätze für das Studium der Biologie und die Evaluierung potenzieller Therapeutika. Zu diesen Ansätzen gehören das präklinische Screening neuartiger Krebsmedikamente, die auf reale klinische Reaktionen sehr ähnlich ansprechen, die Erkennung von Biomarkern für Arzneimittelresistenzen, das Screening empfindlicher Medikamente bei der personalisierten Auswahl klinischer Behandlungsschemata und die Vorhersage von Patientenergebnissen20. Darüber hinaus ist der Etablierungsprozess von PDX-Modellen relativ einfach und erfordert keine spezielle Ausrüstung.
In dieser Studie wurde erfolgreich ein PDX-Mausmodell mit humanem Osteosarkomgewebe etabliert. Es wurden mehrere Schlüsselaspekte für die erfolgreiche Etablierung eines PDX-Modells mit humanem Osteosarkomgewebe aufgezeigt. Erstens ist die Transplantierbarkeit von humanem Osteosarkomgewebe in Mäusen möglich, was die Untersuchung der Biologie des menschlichen Osteosarkoms in einem murinen System ermöglicht. Die hohe Tumorbildungsrate kann auf die Verwendung von immundefizienten Mäusen mit fehlendem funktionellem Immunsystem zurückgeführt werden, so dass sich transplantierte Osteosarkomzellen ohne Abstoßung vermehren konnten. Darüber hinaus zeigte diese Studie, dass das PDX-Modell die Histologie des ursprünglichen menschlichen Osteosarkomgewebes beibehielt. Die Tumormorphologie und die histopathologischen Merkmale waren zwischen dem Primärtumor des Patienten und den PDX-Tumoren ähnlich. Dies deutet darauf hin, dass das PDX-Modell das Osteosarkom genau rekapituliert, was es zu einem wertvollen Werkzeug für die Untersuchung des Fortschreitens des Osteosarkoms, der Metastasierung und des Ansprechens auf Behandlungen macht.
Bei der PDX-Modellierung müssen jedoch einige wichtige Punkte berücksichtigt werden. Erstens: Humanes Osteosarkomgewebe, das für die Transplantation verwendet wird, muss frisch reseziert werden und sollte so schnell wie möglich in einer Gewebeschutzlösung gelagert werden. Es ist vorzuziehen, die Transplantation innerhalb von 12 h nach der Resektion abzuschließen, obwohl die Aktivität der Tumorzellen in den menschlichen Osteosarkomgeweben, die in der Gewebeschutzlösung gelagert sind, für maximal 24 h16 aufrechterhalten werden kann. Zweitens ist es vorzuziehen, Tumorgewebe von Patienten zu verwenden, die keine Chemotherapie erhalten haben, um die molekularen Phänotypen und Genotypen der Patienten maximal zu erhalten, obwohl humanes Osteosarkomgewebe von Patienten, die ein- oder zweimal eine Chemotherapie erhalten haben, erfolgreich in immundefiziente Mäuse transplantiert werden kann. Darüber hinaus ist die Aktivität der Tumorzellen gering, wenn ein Patient mehrere Chemotherapien erhält, was zu einem Versagen der Transplantationsmodellierung führt. Osteosarkomgewebe von rezidivierten Patienten kann jedoch nach der Transplantation in immundefiziente Mäuse eine höhere erfolgreiche Tumorbildungsrate aufweisen als Osteosarkomgewebe von Patienten, die ursprünglich diagnostiziert wurden. Drittens verbessert die Transplantation von Osteosarkomgewebe direkt unter der Dermis der Haut die Tumorbildungsrate bei immundefizienten Mäusen21.
Es ist wichtig, die Grenzen dieser Studie anzuerkennen. Erstens ist der Etablierungszyklus des PDX-Modells lang und dauert 4-12 Wochen von der Transplantation bis zur Tumorbildung22. Zweitens können Informationen über die Tumorinitiierung und Ätiologie fehlen, da voll entwickeltes Osteosarkomgewebe von Krebszellen transplantiert wird und seltene Subklone oder genomische Veränderungen während des Transplantationsprozesses verloren gehen können. Die Sequenzierung des gesamten Genoms von PDX-Tumoren und der Vergleich mit Patientenproben wären wertvoll, um die genetische Treue des Modellszu beurteilen 23. Drittens können Wirtszellen von Mäusen Tumore infiltrieren, was sich möglicherweise auf die Aktivität von Tumorzellen auswirkt9. Viertens hat das PDX-Modell eine Ausfallrate von etwa 50%24,25. Schließlich können in einigen Fällen Krebsmetastasen nicht untersucht werden, da nach der Transplantation in immundefiziente Mäuse keine Tumorzellmetastasen vorhanden sind26.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Studie die erfolgreiche Etablierung eines PDX-Mausmodells unter Verwendung von humanem Osteosarkomgewebe bestätigt. Dieses Modell rekapituliert originalgetreu die histopathologischen Merkmale des ursprünglichen Tumors und bietet ein wertvolles Werkzeug für die Erforschung der Osteosarkombiologie und die Erprobung potenzieller Therapeutika. Weitere Studien mit diesem PDX-Modell werden unser Verständnis des Osteosarkoms verbessern und zur Entwicklung effektiverer Strategien für diese Patienten führen.
Die Autoren erklären, dass keine konkurrierenden finanziellen Interessen bestehen.
Diese Arbeit wird unterstützt durch Zuschüsse von (1) der National Nature Science Foundation (81973877 und 82174408); (2) Bauprojekt für das Shanghai Top Priority Research Center (2022ZZ01009); (3) Nationales Schlüssel-F&E-Programm Chinas (2020YFE0201600); (4) Shanghai Collaborative Innovation Center of Industrial Transformation of Hospital TCM Preparation und (5) Forschungsprojekte im Rahmen des Budgets der Shanghai University of Traditional Chinese Medicine (2021LK047).
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 10% Formalin neutrale Lösung | Wuhan Saiweier Biotechnology Co., Ltd | G1101-500ml | Fixieren Sie die Gewebe |
| Autoklav | Japan Hiryama Company | HVE-50 | Sterilisation chirurgische Instrumente |
| CAnN.Cg-Foxn1nu/Crl | Shanghai SLAC Laboratory Animal Co, Ltd. | / | Tier |
| Messschieber | Yantai Green Forest Tools Co., Ltd. | 034180A | Messung des Tumorvolumens |
| Schale (60 mm) | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | 430166, Corning | Probenplatzierung während der |
| Transplantation Desinfektionsmittel Wattebällchen | Shanghai Honglong Industrial Co., Ltd. | 20230627 | Desinfizieren Sie die Haut von Mäusen |
| Sterile Einweghandschuhe | Guilin Hengbao Health Protection Co., Ltd. | YT21131 | Steriler Betrieb |
| Doppellöwe Bestrahlte Nagetierdiät | Suzhou Shuangshi Experimental Animal Feed Technology Co., Ltd. | GB 14924.3 | Tierfutter |
| Elektronische Waage | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | 1-2000 | Wiegen Sie das Gewicht des Tumors |
| Eosin | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | E4009-25G | Hämatoxylin Eosin-Färbung |
| Hämatoxylin | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | H3136-25G | Hämatoxylin-Eosin-Färbung |
| Isofluran | Shenzhen RWD Leben Technology Co., Ltd | VETEASY | Maus Anästhesie |
| IVCs Mäusekäfig | Suzhou Monkey King Animal Experimental Equipment Technology Co., Ltd. | HH-MMB-2 | Tierbarriere |
| Markierstift | Zebra Trading (Shenzhen) Co., Ltd. | YYST5 | Markieren Sie den chirurgischen Schnitt |
| Olympus Optisches Mikroskop | Japanese Olympus Company | BH20 | Scannen Sie Gewebeschnitte |
| Ophthalmic Salbe | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | SOICOEYEGRL | Vermeiden Sie trockene Augen von Mäusen während der Anästhesie |
| Ophthalmic Schere | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | Y00030 JZ | Schneiden Sie die Haut |
| Ophthalmic Pinzette | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | BS-ZER-S-100 Biosharp | Halten Sie Osteosarkomgewebe während der Transplantation |
| Paraffin | Jiangsu Shitai Experimental Equipment Co., Ltd. | 80200-0015 | Vergrabenes Osteosarkomgewebe |
| Paraffinschneidemaschine | Lyca Microsystem (Shanghai) Trading Co., Ltd. | RM2235 | Osteosarkom-Gewebeschnitt |
| physiologische Kochsalzlösung | Guangzhou Jinsheng Biotechnology Co., Ltd. | 605-004057 | Spülen und vorübergehende Lagerung von Osteosarkomgewebe |
| Skalpelle | Fabrik für chirurgische Instrumente von Shanghai Medical Devices (Group) Co., Ltd. | J11010-10# JZ | Trennung von Osteosarkomgewebe und chirurgische Schnitte |
| Sterilhaube | Thermo Fisher Technology (China) Co., Ltd. | ECO0.9 | Sterile |
| OP-Abdecktücher | Henan Huayu Medical Equipment Co., Ltd. | 20160090 | Stellen Sie einen sterilen Operationsbereich |
| bereit Gerader Nadelhalter | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | J31050 JZ | Naht die Wunde |
| Nahtlinie | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd | F3124 | Naht die Wunde |
| Nahtnadel | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd | F3124 | Naht die Wunde |
| Gewebeschutzlösung | Nanjing Shenghang Biotechnology Co., LTD | BC-CFM-03 | Aufrechterhaltung der Aktivität von Gewebezellen |
| Röhrchen (50 mL) | Shanghai Baisai, Biotechnology Co., Ltd. | BLD-BL2002500 | Installation einer Formalin-Fixierungslösung |