El protocolo de pipeteo automatizado garantiza una distribución uniforme de PDAC_060 PDTO en todas las columnas de la microplaca de 384 pocillos (Figura 2A). Como era de esperar, se observó una variación en el número y el área media de PDTO entre los pozos (Figura 2A, B). El área de supervivencia total (área total de campo claro - área verde total) combina la segmentación de organoides sin etiqueta con la señal de muerte celular basada en fluorescencia y es, en nuestra experiencia, el parámetro más robusto para estudiar las respuestas a los fármacos a lo largo del tiempo (Figura 2C)8. Para tener en cuenta las variaciones en la siembra celular y el tamaño de los organoides, se deben usar métricas basadas en la tasa de crecimiento para reducir las variaciones entre réplicas, como se muestra en las barras de error reducidas en la Figura 2D frente a la Figura 2C, y un factor Z más alto que indica una calidad de detección de medicamentos muy mejorada (Figura 2E).
La curva dosis-respuesta NDR (Figura 2G), normalizada a ctrl- y ctrl+, es claramente superior a la curva dosis-respuesta GR (Figura 2F), normalizada a ctrl-, ya que aumenta la separación de las curvas de respuesta al fármaco y representa con mayor precisión las respuestas citotóxicas a los fármacos. En la Figura 3 se muestra un ejemplo de las imágenes asociadas para la PDTO tratada con paclitaxel ctrl, ctrl+ y gemcitabina/80 nM de gemcitabina/80 nM. Una observación interesante es que el efecto citotóxico de la gemcitabina fue dominante en la terapia combinada ya que no se observó ningún valor agregado de paclitaxel.
A continuación, se utilizaron dos líneas PDTO adicionales, PDAC_052 y PDAC_087. Se observó una clara diferencia en la tasa de crecimiento entre estas líneas (Figura 4A), que apoya el uso de métricas de GR. Una vez más, las curvas dosis-respuesta NDR (Figura 4C) dieron lugar a un aumento del rango dinámico y la separación entre los tres pacientes diferentes en comparación con las curvas GR (Figura 4B). Además, el protocolo permite la determinación de NDR a lo largo del tiempo y muestra que PDAC_052 y PDAC_060 tuvieron una respuesta citostática muy similar a una dosis baja de gem-pac (Figura 4D), mientras que se pudo observar una clara respuesta citostática diferencial versus citotóxica para las dosis medias (Figura 4E) y altas (Figura 4F) de gem-pac. Estas respuestas farmacológicas fueron consistentes con las respuestas clínicas observadas en los pacientes (Figura 4G).
Finalmente, un beneficio importante del enfoque y el software es que las respuestas de un solo organoide se pueden cuantificar para estudiar la heterogeneidad de la respuesta e identificar subclones potencialmente resistentes. La Figura 5 proporciona una visión clara de la dinámica clonal de los diferentes pacientes y muestra que PDAC-087 tuvo los subclones más resistentes después del tratamiento, lo que es consistente con la enfermedad agresiva y altamente resistente observada en el paciente. Curiosamente, este paciente también fue el menos sensible a la estaurosporina ctrl +.

Figura 1: Descripción general del flujo de trabajo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Precisión de siembra y métricas de respuesta a fármacos . (A) Conteos de organoides/pocillo de PDAC_060 PDTO sembrados en una microplaca de 384 pocillos utilizando el robot de pipeteo. Cada punto representa el recuento en un solo pozo y las parcelas están separadas por las columnas de microplacas de 384 pocillos. (B) Área media de PDTO/pozo. (C) área de supervivencia total (área total de campo claro - área verde total) y (D) tasa de crecimiento (área de supervivencia total normalizada a T0 = 1) de PDAC_060 PDTO tratados con una proporción de 5:1 de gemcitabina/paclitaxel. (E) Factor Z como métrica para la calidad del ensayo. (F) Curva de tasa de crecimiento-dosis-respuesta normalizada a ctrl- y (G) curva normalizada de respuesta al fármaco normalizada a ctrl- y ctrl+. Las barras de error indican la media ± DE de dos pocillos. Abreviaturas: PDAC = adenocarcinoma ductal pancreático; PDTO = organoide tumoral derivado del paciente; GR = tasa de crecimiento; NDR = respuesta normalizada al fármaco. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Imágenes de ejemplo. Imágenes representativas de PDAC_060 PDTO tratada con vehículo (ctrl-), gemcitabina de 400 nM/paclitaxel de 80 nM y estaurosporina de 2 μM (ctrl+). La columna izquierda muestra imágenes de campo claro, la columna central muestra la señal fluorescente verde Cytotox y la columna derecha muestra las imágenes de campo claro anotadas sin etiqueta utilizando el módulo de análisis de organoides. Barras de escala = 100 μm. Abreviaturas: PDAC = adenocarcinoma ductal pancreático; PDTO = organoide tumoral derivado del paciente; GemPac = gemcitabina/paclitaxel. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Comparación de la respuesta farmacológica entre pacientes. (A) Comparación de la tasa de crecimiento (basada en el área de supervivencia total) de las líneas PDTO PDAC_052, PDAC_060 y PDAC_087. (B) Curva de tasa de crecimiento-dosis-respuesta normalizada a ctrl- y (C) curva normalizada de respuesta al fármaco normalizada a ctrl- y ctrl+. NDR cinética de una dosis (D) baja, (E) media y (F) alta de gemcitabina/paclitaxel (relación 5:1). (G) Características clínicas de los pacientes con PDAC. Las barras de error indican la media ± DE de dos pocillos. Abreviaturas: PDAC = adenocarcinoma ductal pancreático; PDTO = organoide tumoral derivado del paciente; GR = tasa de crecimiento; NDR = respuesta normalizada al fármaco; FFX = folfirinox. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Métricas de organoides individuales. Respuesta a dosis única de organoide basada en la muerte celular (área verde/área de campo claro) y el área (campo claro) de PDAC_052, PDAC_060 y PDAC_087 PDTO tratados con vehículo (ctrl-), gemcitabina de 400 nM/80 nM paclitaxel y estaurosporina 2 μM (ctrl+). Las regiones verdes indican organoides viables; las regiones azules indican el rango x-as de gráficos GemPac y ctrl+. Abreviaturas: PDAC = adenocarcinoma ductal pancreático; PDTO = organoide tumoral derivado del paciente; GemPac = gemcitabina/paclitaxel. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Material de suspensión celular | Células/Gota | # Gotas (20 μL) | Existencias (1/3) | ECM (2/3) |
| 1,13 × 107 células/ml | 75,000 | 10 | 75 uL | 150 μL |
| 1,13 × 107 células/ml | 75,000 | 5 | 40 uL | 80 μL |
Tabla 1: Dilución para recubrimiento en domos ECM. Abreviatura: ECM = matriz extracelular.
| Compuesto | Concentración de existencias | Dilución | Concentración de trabajo | Solvente | Concentración de pozos | Comentarios |
| Cytotox Verde | 1 mM (DMSO) | 1/10 | 10 μM | DMSO | 60 nM | Marcador de muerte celular |
| Cytotox Rojo | 1 mM (DMSO) | 1/10 | 10 μM | DMSO | 250 nM | Marcador de muerte celular |
| Caspasa 3/7 Verde | 5 mM (DMSO) | 1/2 | 2,5 mM | DMSO | 2,5 μM | Marcador apoptótico |
| Hoechst | 20 mM (H2O) | 1/200 | 100 μM | 0,33% Preadolescentes/PBS | 50 nM | Marcador nuclear |
| Estaurosporina | 10 mM (DMSO) | / | 1 - 10 mM | / | 2 – 5 μM | Control positivo |
| Gemcitabina | 10 mM (DMSO) | / | 1 - 10 mM | / | Valoración | Quimioterapia |
| Paclitaxel | 10 mM (DMSO) | / | 1 - 10 mM | / | Valoración | Quimioterapia |
| Cisplatino | 5 mM (0,9% NaCl) | 1/2 | 2,5 mM | 0.6% Tween/PBS | Valoración | Quimioterapia |
Tabla 2: Ejemplos de diluciones de fármacos de uso frecuente y reactivos fluorescentes. Cada compuesto debe disolverse en 100% DMSO o 0.3% Tween/PBS.
Tabla suplementaria S1: Descripción general de las líneas celulares de cáncer compatibles. Estático: los esferoides no son migratorios. Fusionar: los esferoides migran unos hacia otros y se fusionan. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo complementario 1: Herramienta de cálculo de solución de siembra de organoides. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo complementario 2: archivo STL para impresión 3D de material de laboratorio personalizado 'Microplate Holder'. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo complementario 3: Archivo STL para impresión 3D de material de laboratorio personalizado '2 x 25 mL Reservoir Holder'. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo complementario 4: Archivo JSON para el robot de pipeteo de material de laboratorio personalizado 'Microplate Holder'. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo complementario 5: Archivo JSON para el robot de pipeteo de material de laboratorio personalizado '2 x 25 mL Reservoir Holder_WithCooler'. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo complementario 6: Archivo JSON para el protocolo de robot de pipeteo 'Plating_ PDO_384well_Cooled_Row2-23'. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo complementario 7: Descripción general de la configuración del escritorio del robot de pipeteo. (A) Elementos de enfriamiento y (B) depósito y microplaca. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo complementario 8: Archivo TDD para el protocolo del dispensador digital de medicamentos. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo complementario 9: Archivo XML para el protocolo del generador de imágenes de células vivas para imágenes de campo claro y fluorescencia. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo complementario 10: Ejemplo de mapa de placas. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo complementario 11: Archivo de entrada de ejemplo para el script NDR R. Abreviatura: NDR = respuesta normalizada al fármaco. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo complementario 12: Script NDR R de respuesta normalizada al fármaco. Abreviatura: NDR = respuesta normalizada al fármaco. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo complementario 13: Archivo de salida de ejemplo de valores GR de script NDR R. Abreviaturas: GR = tasa de crecimiento; NDR = respuesta normalizada al fármaco. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo complementario 14: Ejemplo de archivo de salida del script NDR R con valores GR transpuestos. Abreviaturas: GR = tasa de crecimiento; NDR = respuesta normalizada al fármaco. Haga clic aquí para descargar este archivo.
S upplementary File 15: Archivo de salida de ejemplo de valores NDR NDR script NDR. Abreviatura: NDR = respuesta normalizada al fármaco. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo complementario 16: Archivo de salida de ejemplo del script NDR R con valores NDR transpuestos. Abreviatura: NDR = respuesta normalizada al fármaco. Haga clic aquí para descargar este archivo.