El presente protocolo describe el método para establecer un modelo de ratón de xenoinjerto derivado del paciente (PDX) utilizando tejido de osteosarcoma humano.
Artículo de método
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El presente protocolo describe el método para establecer un modelo de ratón de xenoinjerto derivado del paciente (PDX) utilizando tejido de osteosarcoma humano.
El osteosarcoma es el tumor óseo maligno primario más común en niños y adolescentes. A pesar del desarrollo de nuevos planes de tratamiento en los últimos años, el pronóstico de los pacientes con osteosarcoma no ha mejorado significativamente. Por lo tanto, es crucial establecer un modelo preclínico robusto y de alta fidelidad. El modelo de xenoinjerto derivado del paciente (PDX) conserva fielmente las características genéticas, epigenéticas y heterogéneas de las neoplasias malignas humanas para cada paciente. En consecuencia, los modelos PDX se consideran auténticos modelos in vivo para el estudio de diversos cánceres en estudios de transformación. En este artículo se presenta un protocolo completo para crear y mantener un modelo de ratón PDX que refleje con precisión las características morfológicas del osteosarcoma humano. Esto implica el trasplante inmediato de tejido de osteosarcoma humano recién resecado a ratones inmunocomprometidos, seguido de un paso sucesivo. El modelo descrito sirve como plataforma para estudiar el crecimiento, la resistencia a los medicamentos, la recaída y la metástasis del osteosarcoma. Además, ayuda a seleccionar las terapias objetivo y a establecer esquemas de tratamiento personalizados.
El osteosarcoma es una neoplasia maligna ósea primaria derivada de las células del lóbulo interóseo y es más común tanto en adolescentes como en niños. A menudo ocurre en la epífisis de la diáfisis larga y se caracteriza por una alta malignidad, metástasis tempranas y mal pronóstico 1,2. La metástasis pulmonar es la principal causa de muerte en los pacientes con osteosarcoma. La tasa de supervivencia a 5 años de los pacientes con osteosarcoma no metastásico es del 65%-70%3. Sin embargo, en los últimos 40 años, la tasa de supervivencia a 5 años (solo 20%) de los pacientes con osteosarcoma metastásico no ha mejorado significativamente, y el 25% de los pacientes con osteosarcoma tienen metástasis en el momento del diagnóstico4. En la actualidad, los fármacos de primera línea para el tratamiento del osteosarcoma han alcanzado un consenso, pero aún existen diferencias significativas en el régimen de quimioterapia y el tiempo de tratamiento5. Es importante realizar experimentos preclínicos basados en modelos animales apropiados para obtener regímenes de quimioterapia más efectivos.
En la actualidad, los modelos comúnmente utilizados para los experimentos preclínicos de osteosarcoma incluyen el cultivo celular in vitro basado en líneas celulares y los xenoinjertos derivados de células (CDX) in vivo, así como los xenoinjertos derivados de pacientes (PDX)6,7.
Las líneas celulares son convenientes para el cultivo y para su uso en estudios in vitro , o para el trasplante en ratones inmunodeficientes para establecer modelos CDX8. Sin embargo, es posible que las líneas celulares cultivadas in vitro no reflejen con precisión la heterogeneidad de las neoplasias malignas y las características individuales de los pacientes debido a las posibles mutaciones que se producen para adaptarse al entorno de cultivo in vitro durante los pasos repetidos. Además, carecen del microambiente y el sistema inmunitario necesarios para el crecimiento y desarrollo tumoral in vivo. Si bien los modelos CDX ofrecen algunas ventajas sobre el cultivo celular in vitro , es posible que aún no reflejen completamente las características individuales de los pacientes con osteosarcoma, aunque los tejidos tumorales obtenidos a partir de modelos CDX tienen una heterogeneidad intratumoral y una representación del sistema inmunitario limitadas en comparación con las líneas celulares cultivadas in vitro9. Por lo tanto, establecer un modelo preclínico con alta fidelidad es crucial.
Los modelos PDX implican el trasplante inmediato de tejidos cancerosos humanos recién resecados en ratones inmunodeficientes. Este método permite la preservación fiel de las características genéticas, epigenéticas y heterogéneas de las neoplasias malignas humanas para cada paciente, incluso después de pases sucesivos en ratones. Además, se sabe que los modelos PDX predicen con precisión los resultados clínicos posteriores10, lo que los convierte en herramientas valiosas para crear tratamientos individualizados y avanzar en la investigación de medicina de precisión11.
En este trabajo se describe el procedimiento para establecer un modelo de PDX en ratones inmunodeficientes mediante el trasplante de tejido de osteosarcoma humano. Estos modelos sirven como plataformas para llevar a cabo experimentos preclínicos para el osteosarcoma.
Todos los estudios con tejidos humanos han sido aprobados por el Comité de Revisión de Ética Institucional del Hospital Longhua, afiliado a la Universidad de Medicina Tradicional China de Shanghái (Shanghái, China) (2013LC52), y se obtuvo el consentimiento informado por escrito de los pacientes de acuerdo con la Declaración de Helsinki. El número de IACUC para este estudio en animales es PZSHUTCM221017013. Ratones machos CAnN.Cg-Foxn1nu/Crl de cuatro semanas de edad recibieron doble dieta para roedores irradiados con león GB 14924.3 y agua estéril, y se alojaron en la jaula de ratones IVC con cinco ratones por jaula, en condiciones de SPF con un ciclo de luz/oscuridad de 12 horas. La Tabla de Materiales incluye información detallada sobre todos los materiales, reactivos e instrumentos utilizados en este protocolo.
1. Preparación del tejido de osteosarcoma humano
NOTA: En este estudio, se resecó el tejido de osteosarcoma humano12 de la lesión del fémur de un paciente con osteosarcoma de 15 años antes de la quimioterapia.
2. Establecimiento de modelos PDX mediante trasplante de tejido de osteosarcoma en la región del flanco del ratón
3. Recolección de tejidos tumorales PDX
4. Examen anatomopatológico de los tejidos tumorales clínicos primarios y PDX
Este protocolo describe el procedimiento detallado para establecer un modelo de ratón PDX, que conserva las características morfológicas del osteosarcoma humano después del trasplante inmediato de tejido de osteosarcoma humano recién resecado y los pasajes sucesivos en ratones. Aquí, se estableció con éxito un modelo de ratón PDX utilizando tejido de osteosarcoma humano.
La figura 3A muestra un ratón representativo de PDX en P0, dos meses después del trasplante de tejido de osteosarcoma femoral de un paciente de 15 años. La figura 3B muestra un ratón representativo de PDX en P1, un mes después del trasplante de tejido PDX en P0. La figura 3C muestra un ratón representativo de PDX en P2, un mes después del trasplante de tejido PDX en P1. La figura 3D ilustra un ratón representativo de PDX en P3, un mes después del trasplante de tejido de PDX en P2.
Los ratones se sacrificaron utilizando el método de luxación cervical después de la inhalación de CO2 cuando el tamaño del tumor alcanzó los 1.500mm3 para recolectar los tejidos tumorales de PDX. A continuación, los tejidos tumorales de pacientes clínicos y ratones se incrustaron en parafina y se sometieron a tinción con H&E. En la Figura 4A se muestra una imagen representativa de tinción de H&E del tejido tumoral clínico del paciente. En la Figura 4B, C, D, se muestran imágenes representativas de tinción de H&E de tejidos tumorales de ratón PDX en P0, P1 y P2. Las características del osteosarcoma, caracterizadas por células pequeñas con núcleos redondos e hipercromáticos en los tejidos tumorales del paciente clínico parental, se mantuvieron en PDX establecidos en P0, P1 y P2.

Figura 1: Instrumental quirúrgico. (A) Bisturí. (B,C) Pinzas oftálmicas. (D) Tijera oftálmica. (E) Aguja de sutura. (F) Línea de sutura. (G) Portaagujas recto. (H) Rotulador. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Establecimiento del modelo PDX. (A) El sitio de trasplante de tejido de osteosarcoma en la región del flanco del ratón se marca con un rotulador. (B) Se realizó una incisión de 5 mm de longitud desde la piel hasta el tejido subcutáneo. (C) Disección roma y trasplante de tejido de osteosarcoma. (D) Incisión suturada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Crecimiento de PDX trasplantado originalmente con tejido de osteosarcoma femoral de un paciente de 15 años. (A) PDX establecido por trasplante de tejido de osteosarcoma humano (P0). (B) PDX establecido mediante el trasplante del tejido PDX en P0 (P1). (C) PDX establecido mediante el trasplante del tejido PDX en P1 (P2). (D) PDX establecido mediante el trasplante del tejido PDX en P2 (P3). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Tinción de hematoxilina-eosina (H&E) de secciones de tejido de tejidos clínicos primarios y PDX. La tinción con H&E detectó características histológicas de (A) osteosarcoma femoral en el paciente de 15 años, (B) PDX en P0, (C) PDX en P1, (D) PDX en P2. Barras de escala: (A-D) 100 μm; (E-H) 20 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Los modelos PDX pueden simular las características de los cánceres humanos y conservar más similitud con el tumor primario, incluyendo alteraciones genéticas y genómicas, histología, heterogeneidad y perfil de expresión génica 16,17,18,19. Por lo tanto, preservan los fenotipos moleculares y genotipos de los pacientes con cáncer, proporcionando enfoques innovadores para el estudio de la biología y la evaluación de posibles terapias. Estos enfoques incluyen el cribado preclínico de nuevos fármacos contra el cáncer con respuestas muy similares a las respuestas clínicas reales, la detección de biomarcadores de resistencia a los fármacos, el cribado de fármacos sensibles en la selección de regímenes de tratamiento clínico personalizados y la predicción de los resultados de los pacientes20. Además, el proceso de establecimiento de los modelos PDX es relativamente sencillo y no requiere equipos especiales.
Este estudio estableció con éxito un modelo de ratón PDX utilizando tejidos de osteosarcoma humano. Se revelaron varios aspectos clave para establecer con éxito un modelo de PDX con tejidos de osteosarcoma humano. En primer lugar, es factible el trasplante de tejidos de osteosarcoma humano en ratones, lo que permite estudiar la biología del osteosarcoma humano en un sistema murino. La alta tasa de formación de tumores puede atribuirse al uso de ratones inmunodeficientes que carecen de sistemas inmunitarios funcionales, lo que permite que las células de osteosarcoma trasplantadas proliferen sin rechazo. Además, este estudio demostró que el modelo PDX mantenía la histología de los tejidos originales del osteosarcoma humano. La morfología tumoral y las características histopatológicas fueron similares entre el tumor primario del paciente y los tumores PDX. Esto indica que el modelo PDX recapitula con precisión el osteosarcoma, lo que lo convierte en una herramienta valiosa para estudiar la progresión, la metástasis y la respuesta a los tratamientos del osteosarcoma.
Sin embargo, hay varios puntos clave que deben abordarse durante el modelado de PDX. En primer lugar, los tejidos de osteosarcoma humano utilizados para el trasplante deben resecarse recientemente y almacenarse en una solución protectora de tejidos lo antes posible. Es preferible completar el trasplante dentro de las 12 h posteriores a la resección, aunque la actividad de las células tumorales en los tejidos del osteosarcoma humano almacenados en la solución protectora de tejidos se puede mantener durante un máximo de 24 h16. En segundo lugar, es preferible utilizar tejidos tumorales de pacientes que no han recibido quimioterapia para preservar al máximo los fenotipos moleculares y genotipos de los pacientes, aunque los tejidos de osteosarcoma humano de pacientes que han recibido quimioterapia una o dos veces pueden trasplantarse con éxito a ratones inmunodeficientes. Además, la actividad de las células tumorales será deficiente si un paciente recibe múltiples quimioterapias, lo que lleva a un fracaso en el modelado del trasplante; Sin embargo, es posible que los tejidos de osteosarcoma de pacientes con recaídas tengan una tasa más alta de formación de tumores exitosos después de ser trasplantados en ratones inmunodeficientes que los tejidos de osteosarcoma de pacientes diagnosticados inicialmente. En tercer lugar, el trasplante de tejidos de osteosarcoma justo debajo de la dermis de la piel mejorará la tasa de formación de tumores en ratones inmunodeficientes21.
Es importante reconocer las limitaciones de este estudio. En primer lugar, el ciclo de establecimiento del modelo PDX es largo y dura de 4 a 12 semanas desde el trasplante hasta la formación del tumor22. En segundo lugar, la información relacionada con el inicio y la etiología del tumor puede estar ausente porque se trasplantan tejidos de osteosarcoma de células cancerosas completamente desarrollados, y es posible que se pierdan subclones raros o alteraciones genómicas durante el proceso de trasplante. La secuenciación del genoma completo de los tumores PDX y la comparación con muestras de pacientes serían valiosas para evaluar la fidelidad genética del modelo23. En tercer lugar, las células huésped de ratón pueden infiltrarse en los tumores, lo que podría afectar a la actividad de las célulastumorales 9. En cuarto lugar, el modelo PDX tiene una tasa de fracaso de alrededor del 50%24,25. Finalmente, en algunos casos, la metástasis del cáncer no se puede estudiar debido a la ausencia de metástasis de células tumorales después de ser trasplantadas en ratones inmunodeficientes26.
En conclusión, este estudio valida el establecimiento exitoso de un modelo de ratón PDX utilizando tejidos de osteosarcoma humano. Este modelo recapitula fielmente las características histopatológicas del tumor original, proporcionando una herramienta valiosa para explorar la biología del osteosarcoma y probar posibles terapias. Los estudios adicionales que utilizan este modelo PDX mejorarán nuestra comprensión del osteosarcoma y darán lugar al desarrollo de estrategias más eficaces para estos pacientes.
Los autores declaran no tener intereses financieros contrapuestos.
Este trabajo cuenta con el apoyo de subvenciones de (1) la Fundación Nacional de Ciencias de la Naturaleza (81973877 y 82174408); (2) Proyecto de construcción del Centro de Investigación de Alta Prioridad de Shanghái (2022ZZ01009); (3) Programa Nacional Clave de Investigación y Desarrollo de China (2020YFE0201600); (4) Centro de Innovación Colaborativa de Shanghái de Transformación Industrial de Preparación de MTC Hospitalaria y (5) Proyectos de Investigación dentro del Presupuesto de la Universidad de Medicina Tradicional China de Shanghái (2021LK047).
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Solución neutra en formalina al 10% | Wuhan Saiweier Biotechnology Co., Ltd | G1101-500ml | Arreglar los tejidos |
| Autoclave | Japan Hiryama Company | HVE-50 | Esterilización de instrumentos quirúrgicos |
| CAnN.Cg-Foxn1nu/Crl | Shanghai SLAC Laboratory Animal Co, Ltd. | / | |
| Calibre de | Yantai Green Forest Tools Co., Ltd. | 034180A | Medir el volumen del tumor |
| Plato (60 mm) | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | 430166, Corning | Colocación de muestras durante el trasplante |
| Bolas de algodón desinfectantes | Shanghai Honglong Industrial Co., Ltd. | 20230627 | Desinfectar la piel de los ratones |
| Guantes estériles desechables | Guilin Hengbao Health Protection Co., Ltd. | YT21131 | Operación estéril |
| Dieta de roedores irradiados de león doble | Suzhou Shuangshi Tecnología de alimentación animal experimental Co., Ltd. | GB 14924.3 | Alimentación animal |
| Báscula electrónica | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | 1-2000 | Pesar el peso del tumor |
| Eosina | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | E4009-25G | Hematoxilina eosina tinción |
| Hematoxilina | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | H3136-25G | Hematoxilina eosina tinción |
| Isoflurano | Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd | VETEASY | Anestesia de ratón |
| Jaula de ratones IVC | Suzhou Monkey King Animal Experimental Equipment Technology Co., Ltd. | HH-MMB-2 | Barrera animal |
| Mark bolígrafo | Zebra Trading (Shenzhen) Co., Ltd. | YYST5 | Marcar la incisión quirúrgica |
| Microscopio óptico Olympus | Compañía japonesa Olympus | BH20 | Escanear cortes de tejido |
| Ungüento oftálmico | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | SOICOEYEGRL | Evite los ojos secos de los ratones durante la anestesia |
| Tijeras oftálmicas | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | Y00030 JZ | Cortar la piel |
| Pinzas oftálmicas | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | BS-ZER-S-100 Biosharp | Sostener tejidos de osteosarcoma durante el trasplante |
| Parafina | Jiangsu Shitai Experimental Equipment Co., Ltd. | 80200-0015 | parafina de tejido de osteosarcoma enterrado |
| Lyca Microsystem (Shanghai) Trading Co., Ltd. | RM2235 | Sección de tejido de osteosarcoma | |
| solución salina fisiológica | Guangzhou Jinsheng Biotechnology Co., Ltd. | 605-004057 | Enjuague y almacenamiento temporal de bisturíes de tejido de osteosarcoma |
| Fábrica de instrumentos quirúrgicos de Shanghai Medical Devices (Group) Co., Ltd. | J11010-10# JZ | Separación del tejido del osteosarcoma y realización de incisiones quirúrgicas | |
| Campana estéril | Thermo Fisher Technology (China) Co., Ltd. | ECO0.9 | Mesa de operaciones |
| quirúrgicas paños quirúrgicos estériles | Henan Huayu Medical Equipment Co., Ltd. | 20160090 | Proporcionar un área de cirugía estéril |
| Soporte de aguja recto | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | J31050 JZ | Sutura la |
| herida Línea de sutura | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd | F3124 | Sutura la herida |
| Aguja de sutura | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd | F3124 | Sutura la herida |
| Solución protectora de tejidos | Nanjing Shenghang Biotechnology Co., Ltd | BC-CFM-03 | Mantener la actividad de las células tisulares |
| Tubo (50 mL) | Shanghai Baisai, Biotechnology Co., Ltd. | BLD-BL2002500 | Instalar solución de fijación de formalina |