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Research Article
Florian Bürtin1, Stephanie Matschos2, Friedrich Prall3, Christina S. Mullins2, Mathias Krohn2, Michael Linnebacher2
1Department of General, Visceral, Vascular and Transplantation Surgery,University Medical Center Rostock, University of Rostock, 2Molecular Oncology and Immunotherapy, Department of General, Visceral, Vascular and Transplantation Surgery,University Medical Center Rostock, 3Institute of Pathology,University Medical Center Rostock
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
En el siguiente trabajo, describimos los pasos consecutivos necesarios para el establecimiento de un gran biobanco de cáncer colorrectal y pancreático.
A la luz del creciente conocimiento sobre las propiedades inter-individuales y la heterogeneidad de los cánceres, el campo emergente de la medicina personalizada requiere una plataforma para la investigación preclínica. En los últimos años, hemos establecido un biobanco de cánceres colorrectal y pancreático compuesto por tejido tumoral primario, tejido normal, sera, linfocitos sanguíneos periféricos aislados (PBL), xenoinjertos derivados del paciente (PDX), así como líneas celulares de cáncer primaria y secundaria. Dado que el tejido tumoral original es limitado y la tasa de establecimiento de líneas celulares primarias contra el cáncer sigue siendo relativamente baja, PDX permite no sólo la preservación y extensión del biobanco, sino también la generación de líneas celulares secundarias contra el cáncer. Además, se ha demostrado que los modelos PDX son el modelo in vivo ideal para las pruebas preclínicas de drogas. Sin embargo, el biobanco requiere una preparación cuidadosa, directrices estrictas y una infraestructura bien sintonizada. Colectomía, duodenopancreatoctomía o metástasis resecadas se recogen inmediatamente después de la resección y se transfieren al departamento de patología. Respetando la prioridad de un informe histopatológico imparcial, a discreción del patólogo asistente que lleva a cabo las disecciones, se cosechan pequeñas piezas tumorales y tejido no tumoral.
Las partes necróticas se desechan y el tejido tumoral restante se corta en cubos pequeños e idénticos y se criopreserva para su uso posterior. Además, una pequeña porción del tumor se extrae y se tensa para el cultivo primario de células cancerosas. Además, las muestras de sangre extraídas del paciente de forma pre y postoperatoria, se procesan para obtener suero y PBLs. Para el enjerftment PDX, los especímenes criopreservados se descongelan e implantan subcutáneamente en los flancos de ratones inmunodeficientes. El PDX resultante recapitular estrechamente la histología de los tumores "donantes" y se puede utilizar para el xenoinjerto posterior o criopreservado para su uso posterior. En el siguiente trabajo, describimos los pasos individuales de creación, mantenimiento y administración de un gran biobanco de cáncer colorrectal y pancreático. Además, destacamos los detalles y advertencias cruciales asociados con el biobanco.
En los últimos años, el conocimiento acumulado de las propiedades morfológicas, clínicas y genéticas de los cánceres condujo a la concepción del cáncer como una enfermedad heterogénea, individual. En consecuencia, la caracterización mutacional de los neoplasias, además de las características clínicas y patológicas, ha cobrado importancia para la toma de decisiones clínicas y se desarrollaron muchas terapias dirigidas para diversas alteraciones moleculares. Por ejemplo, la eficacia del cetuximab en el tratamiento del cáncer colorrectal puede predecirse mediante el análisis del KRAS y pik3CA estado mutacional1. La medicina de precisión tiene como objetivo un enfoque personalizado para proporcionar la respuesta de tratamiento más alta en cada paciente y evitar la toxicidad de las terapias ineficaces2. Los biobancos contienen tejidos, sangre y otros materiales biológicos de pacientes con cáncer, que están vinculados a los datos clínicos, y por lo tanto son una excelente herramienta para la investigación traslacional del cáncer. Debido al gran número de muestras clínicas, los biobancos permiten la detección de mutaciones raras, pero potencialmente farmacológicas, lo que proporciona nuevas oportunidades de tratamiento para el paciente individual3.
Para cubrir lo más amplio posible un espectro de investigación oncológica, no limitamos nuestra actividad solo en la recolección de muestras, sino que nos centramos en el establecimiento de líneas celulares de cáncer derivadas del paciente y xenoinjertos (PDX). Las líneas celulares 2D tradicionales siguen siendo la piedra angular de la investigación in vitro y son la opción principal para los exámenes de drogas a gran escala4,5. Además, el análisis de líneas celulares es a menudo más fácil, más barato y más fácilmente disponible. Además, puesto que existen linfocitos sanguíneos periféricos derivados del paciente (PBL), también se puede estudiar inmunología tumoral in vitro6. Sin embargo, la mayoría de los fármacos recientemente desarrollados con una efectoividad preclínica prometedora en experimentos in vitro o in vivo basados en células, han mostrado resultados decepcionantes en los ensayos clínicos7. Por el contrario, los estudios preclínicos basados en estudios in vivo de PDX han reflejado la actividad clínica de los agentes antineoplásicos mucho más fielmente8. Dado que el tejido PDX refleja de cerca las propiedades histológicas y moleculares del tumor del donante, los modelos PDX son una buena manera de propagar las cantidades a menudo muy limitadas de tejido tumoral viable para mantener la integridad de un biobanco y permitir el intercambio de muestras entre grupos de investigación e instituciones. Además, las líneas celulares cancerosas derivadas del tejido PDX se pueden establecer significativamente más fáciles que las líneas celulares primarias de cáncer9. En los últimos años, nuestro grupo de trabajo ha establecido un biobanco integrado integral de cáncer colorrectal y pancreático mediante la estandarización escalonada y la optimización del flujo de trabajo para todas las muestras biológicas en cuestión (Figura 1).

Figura 1: Flujo de trabajo y organización del biobanco Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
El siguiente estudio ha sido aprobado por la junta de revisión institucional del Centro Médico Universitario Rostock (II HV 43/2004, A 45/2007, A 2018-0054, A 2019-0187 y A 2019-0222). Además, todos los procedimientos veterinarios pertinentes han sido aprobados por el Landesamt für Landwirtschaft, Lebensmittelsicherheit und Fischerei Mecklenburg-Vorpommern bajo los números de registro LALLF M-V/TSD/ 7221.3-2-020/17 y 7221.3-1-007/19.
1. Requisitos previos experimentales
2. Colección de muestras
3. Procesamiento sérico
4. Aislamiento de PBL por centrifugación de gradiente de densidad
NOTA: Trabajar en paralelo con cada una de las dos jeringas de 20 ml.
5. Procesamiento de tejidos
NOTA: Comience con la generación de muestras congeladas de tumor y tejido sano para mantener la integridad de los ácidos nucleicos.
6. Cultivo celular primario
7. Generación PDX
8. Recolección y procesamiento de PDX
9. Biobanco y gestión de datos
| Ubicación/nombre del laboratorio | entidad oncológica | número de caso consecutivo | especificación | número consecutivo |
| C=colorrectal | _Met=Metástasis | |||
| P=pancreático | _Tu=Tumor | |||
| Ejemplo: HROC389_Met2 = Rostock, cáncer colorrectal, caso 389, segunda metástasis | ||||
Tabla 1: Definición del ID de muestra.
| Tumor-ID | Almacenamiento previo en N2 (=f) | Número de pasaje (=T) | número consecutivo del ratón (=M) |
| Ejemplo: HROP12 fT0 M1 = Rostock, cáncer de páncreas, caso 12, generado a partir de tejido primario congelado, primer paso, ratón 1. | |||
Tabla 2: Definición del ID de PDX.
En nuestras manos, la tasa de establecimiento de cultivos celulares primarios(Figura 2A & B)fue del 12,9% en una serie grande9. La mayoría de los intentos de aislar las células tumorales ampliables de muestras resecadas quirúrgicas frescas fracasaron debido a la falta de crecimiento o contaminación temprana. El establecimiento de líneas celulares se consideró exitoso después de 3 pasajes con un crecimiento constante en condiciones de cultivo estándar (DMEM, 10% FCS, buque de cultivo estándar) y validación de la diferenciación epitelial a través del análisis FACS10. Las líneas celulares derivadas de tumores PDX(Figura 2C y D)mostraron una tasa de establecimiento más alta de 23.6% que también se debe a la posibilidad de intentos repetitivos en contraste con los tumores primarios resecados9. Sin embargo, algunos cultivos mixtos(Figura 2E)no pueden liberarse del crecimiento fibroblástico o incluso se pierden debido al crecimiento excesivo fibroblástico(Figura 2F).

Figura 2: Cultivo celular. Líneas celulares primarias contra el cáncer, derivadas de una metástasis del caso de cáncer de colon HROC313, pasaje 21 (A) y caso de cáncer de páncreas HROP88, pasaje 5 (B). Líneas celulares cancerosas derivadas de PDX de colon PDX HROC285 T0 M2 (D) y PDX PANCREÁTICO HROP10 T5 M2, paso 4 (E). Cultivo mixto de fibroblastos y células cancerosas del cáncer de páncreas HROP75, paso 8 (C) y crecimiento excesivo fibroblástico (F). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Teniendo en cuenta los cambios en el protocolo de generación PDX, las cepas de ratón utilizadas y también los experimentadores durante varios años, así como las grandes diferencias en la cantidad de tejido tumoral disponible para el enjerftment, no es trivial dar la tasa de éxito general de la generación PDX. En una serie muy reciente de experimentos de generación PDX realizados por dos investigadores (S.M. y F.B.), se observaron tasas de crecimiento primario del 63% para PDX colorrectal (una histología ejemplar puede representarse de la Figura 3A)y del 48% para PDX pancreático(Figura 3B). El crecimiento de linfomas murcianos o humanos en el sitio de implantación es relativamente raro, pero puede imitar el crecimiento exitoso de PDX(Figura 3C). Además del examen histopatológico, la concordancia entre los modelos PDX y sus pacientes donantes se confirmó regularmente mediante un breve análisis de repetición en tándem (STR)(Figura 3D). Hasta la actualidad, el biobanco comprende >50 líneas celulares de cáncer de páncreas primario y >50 secundarios, 3 líneas celulares de cáncer de páncreas primaria y 6 secundarias, así como modelos >150 colorrectal y 19 modelos PANCREÁTICOS PDX.

Figura 3: Comparación histológica representativa de colorrectal (A) y PDX pancreático (B). Linfoma humano en el sitio de implantación imitando el crecimiento de PDX (C). Pruebas genéticas de identidad de un modelo PDX (HROC430 T1 M2) al tejido tumoral del paciente original (HROC430Tu) mediante un breve análisis de repetición en tándem (STR). Comparación de los nueve STR loci, vWA, THO1, TPOX, CSF1 PO (tinte FAM) y D5S818, D13S317, D7S820, D16S539 (tinte HEX) utilizando PCR multiplex con imprimaciones de etiqueta fluorescente después de la electroforesis capilar confirmada concordancia genética del PDX y el tumor donante (D). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
ninguno.
En el siguiente trabajo, describimos los pasos consecutivos necesarios para el establecimiento de un gran biobanco de cáncer colorrectal y pancreático.
Reconocemos amablemente a Jenny Burmeister, nuestra asistente gráfica, por la grabación y edición del video. Además, agradecemos a nuestros colegas del departamento quirúrgico y patológico la colaboración de larga data. También queremos dar las gracias a Marcus Müller, director de producción del Centro de TI y Medios de la Universidad de Rostock, por suministrar el equipo de grabación de audio y refinar la calidad del sonido.
FINANCIACIÓN: La Fundación Alemana de Ayuda contra el Cáncer (DKH e.V.), número de subvención 108446, y el número de subvención TBI-V-1-241-VBW-084 del estado Mecklemburgo-Vorpommern financiaron parcialmente esta investigación.
| Bacillol® AF; 1L | Bode, Hartmann | REF 973380 | |
| tubo centrífugo PP de desinfección, 15 ml; estéril | Greiner Bio One | GBO Cat. N.º:188271 | tubo de centrífuga |
| Tubo de centrífuga PP, 50 ml, estéril | Sarstedt | N.º artículo: 62.547.254 | tubo de centrífuga |
| BD DiscarditTM II Jeringa 20ml | BD | REF 300296 | Extracción de sangre |
| Suero 7,5ml Sarstedt Monovette | Sarstedt | Nº Ref.: 01.1601 | Extracción de sangre |
| Pipeta serológica 10ml | Sarstedt | REF 86.1254.001 | transferencia de líquidos |
| Pipetboy ratiolab® accupetta | Ratiolab | Nº Ref.: RL3200300 | transferencia de líquidos |
| PIPETBOY acu 2 | Integra Biosciences | VWR Cat.No: 613-4438 | transferenciade líquidos |
| DPBS; c/o Ca & Mg | Pan Biotech | Cat. Nº de código: P04-36500 | lavado |
| Pancoll humano | Pan Biotech | Cat. Nº: P04-60500 | centrifugación en gradiente de densidad |
| DMEM/F12 (Dulbecco' s Águila Modificada Media) | PAN Biotech | Cat. No.: P04-41500 | cultivo celular |
| FBS Good Forte (Suero Bovino Filtrado) | PAN Biotech | Cat. No.: P40-47500 | cultivo celular |
| L-Glutamina 200mM | PAN Biotech | Cat. Nº de código: P04-80100 | cultivo celular |
| Tripsina / EDTA | PAN Biotech | Cat. No.: P10-023100 | cultivocelular |
| DMSO (dimetilsulfóxido para cultivo celular) | PanReac AppliChem | VWR Cat.No: A3672.0250 | congelación celular |
| Congelador Medio (FCS con 10% DMSO) | Criotubo--- | congelación | celular hechoa sí mismo |
| - CryoPure 2ml | Sarstedt | 72380 | congelación celular |
| Placa de cultivo celular de 6 pocillos; estéril; con tapa | Greiner bio-one | Nº de cat.: 657 160 | Cultivo de células |
| Placa de Petri 92 x 16 mm, PS, sin levas | Sarstedt | Cat. Nº de código: 82.1472.001 | cuchillas |
| quirúrgicas estériles | para la preparación de tejidosB.Braun (Aesculap) | REF BB510 | preparación para tejidos |
| BD DiscarditTM II Jeringa 10ml | BD | REF 309110 | filtro de células parala preparación de tejidos |
| ; amarillo; 100µ m | Falcon | REF 352360 | preparación de tejidos |
| CoolCell | biocision | Nº Ref.: 210004 | contenedor de refrigeración con -1° C/min |
| Dewar buque de transporte tipo 27 B, 2 l, 138 mm | KGW | Cat. No.: HT39.1 | sistema de transporte |
| Punta de pipeta 200µ l | Sarstedt | REF 70.760.002 | Punta de filtro detransferencia de líquido |
| 1000µ l | Sarstedt | REF 70.762.411 | pipetade transferencia de líquidos |
| 200µ l, amarillo | Eppendorf | Cat. Nº: 3121 000.082 | pipetade transferencia de líquidos |
| 1000µ l, azul | Eppendorf | Cat. Nº: 3121 000.120 | incubadorade transferencia de líquidos |
| BB 6220 CU | Heraeus | Nº de cat.: placa | |
| calefactora de cultivo de células 51012839 PRÄ ZITHERM | Harry Gestigkeit GmbH | --- | |
| microscopio de calefacción Zeiss Primo Vert | Carl Zeiss MicroImaging GmbH | Número de serie. 3842000839 | Obtención de imágenes de cultivos celulares |
| Banco estéril Safe flow 1.8 nunc | nunc GmbH & Co. KG | ---congelador | de banco de trabajo estéril |
| -80° C | Kryotec-Kryosafe GmbH | ---almacenamiento de | muestras |
| Balanza electrónica MP-300 | Chyo | --- | Scale |
| BD Micro-fine, jeringa de insulina U100 | BD | REF | 324826 anestésico inyectable |
| Rompun 2%; 25ml | Número de homologaciónBayer | : 6293841.00.00 | anestesia |
| Ketamin 100 mg/ml, 25ml | CP-Pharma GmbH número de | homologación: 401650.00.00 | anestesia |
| GES3S Lector | Datamars | no disponible | Lector RFID |
| ISO-Transpondedor FDX-B (1,4x8mm) | Peddymark | --- | Chip RFID |
| Cotrim-ratiopharm® Ampullen SF 480 mg/5 ml | Ratiopharm | PZN-03928197 | antibiótico agua potable |
| Placa calefactora #FM-20 42x28cm | Dragon | --- | heating |
| Lámpara calefactora | Electric Petra, Burgau | --- | heating |
| Pomada para los ojos y la nariz (5% Dexpantenol) Bepanthen | Bayer | PZN-01578675 | Pinza anatómica de protección ocular |
| B.Braun Aesculap | BD21 OR | instrumentos quirúrgicos | |
| pinza quirúrgica | B.Braun Aesculap | BD50 1 R | |
| tijeras para instrumentos quirúrgicos | B.Braun Aesculap | BC05 6R | para instrumentos quirúrgicos |
| aguja soporte | B.Braun Aesculap | BH1 1 OR | instrumentos quirúrgicos |
| Prolene 5-0 | Ethicon | XN8870. Material | de sutura quirúrgico | P32
| Apósito en aerosol permanente Opsite moisture vapour Smith | & Sobrino | REF 66004978, PZN- 02063507 | material de sutura |
| quirúrgica Cortina adhesiva | de apertura Barrier | REF 904622 | estéril OP |
| tejido de gasa intercambiable Gazin®; estéril; 10x10 cm | Lohmann& Rauscher | REF 18506 | pañueloOP estéril |
| Raucotupf aplicadores con punta de algodón | Lohmann& Aplicador Rauscher | REF 11969 | |
| Corning® Matrigel Membrana Basal Matrix | Corning Nº | de cat.: 354234 | membrana basal Matrix |
| solución de yodo Braunol (7,5g povidona yodado) | B.Braun Melsungen AG | Nº Ref.: 18839 | desinfección |
| MACS® solución de almacenamiento de tejidos | Miltenyi Biotec GmbH | Nº de artículo:130-100-008 | solución de almacenamiento |
| Formafix 4% | Grimm med. Logistik GmbH | Nº Ref.: | Solución de fijación | F10010G
| Software FreezerworksBasic | Dataworks Development, Inc | --- | organización de muestras |
| Impresora Zebra TLP 2844 | Impresora | --- | etiquetas de cebra |