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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Dans les travaux suivants, nous décrivons les étapes consécutives nécessaires à l'établissement d'une grande biobanque de cancer colorectal et pancréatique.
À la lumière des connaissances croissantes sur les propriétés inter-individuelles et l'hétérogénéité des cancers, le domaine émergent de la médecine personnalisée nécessite une plate-forme pour la recherche préclinique. Au cours des dernières années, nous avons établi une biobanque de cancers colorectaux et pancréatiques comprenant des tissus tumoraux primaires, des tissus normaux, du sera, des lymphocytes sanguins périphériques isolés (PBL), des xénogreffes dérivées du patient (PDX), ainsi que des lignées cellulaires cancéreuses primaires et secondaires. Puisque le tissu tumoral original est limité et le taux d'établissement des lignes primaires de cellules cancéreuses est encore relativement bas, PDX permettent non seulement la conservation et l'extension de la biobanque mais également la génération des lignes secondaires de cellules cancéreuses. En outre, les modèles PDX se sont avérés être le modèle in vivo idéal pour le dépistage préclinique des médicaments. Toutefois, le biobanque nécessite une préparation minutieuse, des lignes directrices strictes et une infrastructure bien adaptée. Des spécimens de colectomy, de duodenopancreatectomy ou de métastases réséqués sont rassemblés immédiatement après résection et transférés au département de pathologie. Respectant la priorité d'un rapport histopathologique impartial, à la discrétion du pathologiste traitant qui effectue les dissections, de petits morceaux de tumeur et des tissus non tumoraux sont récoltés.
Les parties nécrotiques sont jetées et le tissu tumoral restant est coupé en petits cubes identiques et cryopréservé pour une utilisation ultérieure. En outre, une petite partie de la tumeur est hachée et tendue pour la culture primaire de cellules cancéreuses. En outre, des échantillons de sang prélevés sur le patient avant et postopératoirement, sont traités pour obtenir le sérum et les PBLs. Pour l'engraftment PDX, les spécimens cryopréservés sont décongelés et implantés sous-cutanément sur les flancs de souris immunodéficientes. Le PDX résultant récapitule étroitement l'histologie des tumeurs « de donateur » et peut être employé pour la xénogreffe suivante ou cryopréserved pour l'usage ultérieur. Dans les travaux suivants, nous décrivons les différentes étapes de la création, de l'entretien et de l'administration d'une grande biobanque de cancer colorectal et pancréatique. En outre, nous soulignons les détails cruciaux et les mises en garde associés au biobanque.
Au cours des dernières années, les connaissances accumulées sur les propriétés morphologiques, cliniques et génétiques des cancers ont mené à la conception du cancer comme une maladie hétérogène et individuelle. Par conséquent, la caractérisation mutationnelle des néoplasmes, outre les caractéristiques cliniques et pathologiques, a gagné en importance pour la prise de décision clinique et de nombreuses thérapies ciblées ont été développées pour diverses altérations moléculaires. Par exemple, l'efficacité du cétuximab dans le traitement du cancer colorectal peut être prédite par l'analyse du statut mutationnel KRAS et PIK3CA 1. La médecine de précision vise une approche sur mesure pour fournir la réponse de traitement la plus élevée chez chaque patient et éviter la toxicité des thérapies inefficaces2. Les biobanques contiennent des tissus, du sang et d'autres matériaux biologiques des patients atteints de cancer, qui sont liés aux données cliniques, et sont donc un excellent outil pour la recherche translationnelle sur le cancer. En raison du grand nombre d'échantillons cliniques, les biobanques permettent la détection de mutations rares, mais potentiellement médicamentables, qui offrent de nouvelles possibilités de traitement pour le patientindividuel 3.
Pour couvrir un spectre de recherche oncologique aussi large que possible, nous n'avons pas limité notre activité sur la seule récolte d'échantillons, mais nous nous sommes concentrés sur l'établissement de lignées cellulaires cancéreuses et de xénogreffes dérivées du patient (PDX). Les lignées cellulaires 2D traditionnelles demeurent la pierre angulaire de la recherche in vitro et sont le premier choix pour les dépistages de médicaments à grande échelle4,5. De plus, l'analyse des lignées cellulaires est souvent plus facile, moins coûteuse et plus facilement accessible. En outre, puisque les lymphocytes périphériques de sang patients-dérivés (PBL) sont disponibles, l'immunologie de tumeur peut également être étudiée in vitro6. Cependant, la majorité des médicaments nouvellement développés avec l'effectivité préclinique prometteuse dans les expériences in vitro ou in vivo basées sur la cellule, ont montré des résultats décevants dans les essais cliniques7. En revanche, les études précliniques basées sur des études in vivo de PDX ont reflété l'activité clinique des agents antineoplastic beaucoup plusfidèlement 8. Puisque le tissu pdx reflète étroitement les propriétés histologiques et moléculaires de la tumeur donneuse, les modèles pdx sont un bon moyen de propager les quantités souvent très limitées de tissu tumoral viable pour maintenir l'intégrité d'une biobanque et permettre l'échange d'échantillons entre les groupes de recherche et les institutions. En outre, les lignées de cellules cancéreuses dérivées du tissu PDX peuvent être établies significativement plus facilement que les lignées primaires de cellules cancéreuses9. Au cours des dernières années, notre groupe de travail a mis sur pied une biobanque intégrée complète contre le cancer colorectal et pancréatique en normalisant et en optimisant par étapes le flux de travail de tous les échantillons biologiques en question (figure 1).

Figure 1 :Flux de travail et organisation de la biobanque Veuillez cliquer ici pour voir une version plus large de ce chiffre.
L'étude suivante a été approuvée par le comité d'examen institutionnel du Centre médical universitaire Rostock (II HV 43/2004, A 45/2007, A 2018-0054, A 2019-0187 et A 2019-0222). En outre, toutes les procédures vétérinaires pertinentes ont été approuvées par les Landesamt für Landwirtschaft, Lebensmittelsicherheit und Fischerei Mecklenburg-Vorpommern sous les numéros d'enregistrement LALLF M-V/TSD/ 7221.3-2-020/17 et 7221.3-1-007/19.
1. Conditions préalables expérimentales
2. Collecte d'échantillons
3. Traitement sérique
4. Isolement du PBL par centrifugation de gradient de densité
REMARQUE : Travaillez parallèlement à chacune des deux seringues de 20 mL.
5. Traitement des tissus
REMARQUE : Commencez par la génération d'échantillons congelés instantanés de tumeurs et de tissus sains pour maintenir l'intégrité des acides nucléiques.
6. Culture cellulaire primaire
7. Génération PDX
8. Récolte et transformation pdx
9. Biobanque et gestion des données
| Emplacement/nom du laboratoire | entité cancérable | nombre de cas consécutifs | spécification | nombre consécutif |
| C=colorectal | _Met=Métastase | |||
| P=pancréatique | _Tu=Tumeur | |||
| Exemple : HROC389_Met2 = Rostock, cancer colorectal, cas 389, deuxième métastase | ||||
Tableau 1 : Définition de l'iD de l'échantillon.
| Tumeur-ID | Stockage antérieur en N2 (=f) | Numéro de passage (=T) | nombre consécutif de souris (=M) |
| Exemple : HROP12 fT0 M1 = Rostock, cancer du pancréas, cas 12, généré à partir de tissus primaires congelés, premier passage, souris 1. | |||
Tableau 2 : Définition de l'ID PDX.
Entre nos mains, le taux d'établissement des cultures de cellules primaires (Figure 2A & B) était de 12,9% dans une grande série9. La majorité des tentatives d'isoler les cellules tumorales extensibles des spécimens réséqués chirurgicaux frais ont échoué en raison d'un manque d'excroissance ou d'une contamination précoce. L'établissement de la lignée cellulaire a été considéré comme réussi après 3 passages avec une croissance régulière dans des conditions de culture standard (DMEM, 10% FCS, vaisseau de culture standard) et la validation de la différenciation épithéliale via FACS-analyse10. Les lignées cellulaires dérivées de tumeurs PDX (Figure 2C & D) ont montré un taux d'établissement plus élevé de 23,6%, ce qui est également dû à la possibilité de tentatives répétitives contrairement aux tumeurs primaires réséquées9. Toutefois, certaines cultures mixtes (figure 2E) ne peuvent pas être libérées de la croissance fibroblastique ou sont même perdues en raison de la prolifération fibroblastique (Figure 2F).

Figure 2: Culture cellulaire. Lignées primaires de cellules cancéreuses, dérivées d'une métastase du cas de cancer du côlon HROC313, passage 21 (A) et cas de cancer pancréatique HROP88, passage 5 (B). Lignées de cellules cancéreuses dérivées du PDX du côlon PDX HROC285 T0 M2 (D) et pancréatiques PDX HROP10 T5 M2, passage 4 (E). Culture mixte des fibroblastes et des cellules cancéreuses du cancer du pancréas HROP75, passage 8 (C) et surcroissance fibroblastique (F). S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Compte tenu des changements dans le protocole de génération PDX, souches de souris utilisées et aussi expérimentateurs sur plusieurs années, ainsi que de grandes différences dans la quantité de tissu tumoral disponible pour l'engraftment, il n'est pas trivial de donner le taux de réussite global de la génération PDX. Dans une série très récente d'expériences de génération PDX réalisées par deux chercheurs (S.M. et F.B.), des taux de croissance primaire de 63 % pour le PDX colorectal (une histologie exemplaire peut être représentée à partir de la figure 3A)et de 48 % pour le PDX pancréatique(figure 3B)ont été observés. L'repousse des lymphomes murins ou humains au site d'implantation est relativement rare, mais peut imiter la croissance réussie de PDX (figure 3C). Outre l'examen histopathologique, la concordance entre les modèles PDX et leurs patients donneurs a été régulièrement confirmée par une courte analyse de répétition en tandem (STR) (Figure 3D). À ce jour, la biobanque comprend >50 lignées primaires et >50 lignées de cellules cancéreuses pancréatiques primaires et 6 lignées cellulaires pancréatiques secondaires ainsi que des modèles pdx >150 colorectal et 19 modèles pdx pancréatiques.

Figure 3: Comparaison histologique représentative du PDX colorectal (A) et pancréatique (B). Lymphome humain au site d'implantation imitant la croissance de PDX (C). Test d'identité génétique d'un modèle PDX (HROC430 T1 M2) au tissu tumoral patient d'origine (HROC430Tu) par courte répétition en tandem (STR) analyse. Comparaison des neuf loci STR, vWA, THO1, TPOX, CSF1 PO (colorant FAM) et D5S818, D13S317, D7S820, D16S539 (colorant HEX) utilisant le multiplex PCR avec amorce fluorescente-étiquetée suivant l'électrophoresis capillaire a confirmé la concordance génétique de la PDX et de la tumeur donneuse (D). S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
aucun.
Dans les travaux suivants, nous décrivons les étapes consécutives nécessaires à l'établissement d'une grande biobanque de cancer colorectal et pancréatique.
Nous reconnaissons volontiers Jenny Burmeister, notre assistante graphique, pour l'enregistrement et le montage de la vidéo. En outre, nous remercions nos collègues du département chirurgical et pathologique pour la collaboration de longue date. Nous tenons également à remercier Marcus Müller, directeur de production du Centre informatique et des médias de l'Université de Rostock, d'avoir fourni l'équipement d'enregistrement audio et d'avoir affiné la qualité sonore.
FINANCEMENT : La Fondation allemande d'aide au cancer (DKH e.V.), le numéro de subvention 108446 et le numéro de subvention TBI-V-1-241-VBW-084 de l'État du Mecklembourg-Vorpommern ont financé en partie cette recherche.
| Bacillol® ; AF; 1L | Bode, Hartmann | REF 973380 | désinfection |
| PP tube à centrifuger, 15ml ; stérile | Greiner Bio One | GBO Cat. N° :188271 | tube à centrifuger |
| Tube à centrifuger PP, 50ml, stérile | Sarstedt Numéro de | commande : 62.547.254 | tube à centrifuger |
| BD DiscarditTM II Seringue 20ml | BD | REF 300296 | prélèvement sanguin |
| Sérum 7,5ml Sarstedt Monovette | Sarstedt | Numéro d’article : 01.1601 | prélèvement |
| sanguin Pipette sérologique 10ml | Sarstedt | REF 86.1254.001 | transfert de liquide |
| Pipetboy ratiolab® ; accupetta | Ratiolab | Numéro d’article : RL3200300 | transfert de liquide |
| PIPETBOY acu 2 | Integra Biosciences | VWR Cat.No : 613-4438 | transfert de liquide |
| DPBS ; sans Ca & Mg | Pan Biotech | Cat. N° : P04-36500 | lavage |
| Pancoll humain | Pan Biotech | Cat. N° : P04-60500 | centrifugation à gradient |
| de densité DMEM/F12 (Dulbecco' s Aigle modifié Medium) | PAN Biotech | Cat. N° : P04-41500 | culture cellulaire |
| FBS Good Forte (Sérum de bovin filtré) | PAN Biotech | Cat. N° : P40-47500 | culture cellulaire |
| L-Glutamine 200mM | PAN Biotech | Cat. N° : P04-80100 | culture cellulaire |
| Trypsine / EDTA | PAN Biotech | Cat. N° : P10-023100 | culture cellulaire |
| DMSO (Dimethyl Sulfoxid for cell culture) | PanReac AppliChem | VWR Cat.No : A3672.0250 | congélation |
| Medium (FCS avec 10 % de DMSO) | selfmade | --- | cell freezing |
| cryotube- CryoPure 2ml | Sarstedt | 72380 | congélation cellulaire |
| 6-Well plaque de culture cellulaire ; stérile ; avec couvercle | Greiner bio-one | N° cat. : 657 160 | cellules |
| , boîte de Pétri 92 x 16 mm, PS, sans cames | Sarstedt | Cat. Réf. : 82.1472.001 | préparation de tissus |
| lames chirurgicales stériles | B.Braun (Aesculap) | REF BB510 | préparation de tissus |
| BD DiscarditTM II Seringue 10ml | BD | REF 309110 | |
| crépine de cellules de préparation de tissus ; jaune ; 100µ ; m | Falcon | REF 352360 | préparation tissulaire |
| CoolCell | biocision | Numéro d’article : 210004 | récipient réfrigérant avec -1° ; C/min |
| Dewar  ; navire de transport type 27 B, 2 l, 138 mm | KGW | Cat. N° : Système de transport HT39.1 | |
| Pointe de pipette 200µ ; l | Sarstedt | REF 70.760.002 | transfert de liquide |
| Pointe filtrante 1000µ ; l | Sarstedt | REF 70.762.411 | Pipettede transfert de liquide |
| 200µ ; l, jaune | Eppendorf | Cat. N° : 3121 000.082 | Pipettede transfert de liquide |
| 1000µ ; l, bleu | Eppendorf | Cat. Réf. : 3121 000.120 | incubateur detransfert de liquide |
|   ; BB 6220 CU | Heraeus | Réf. cat. : Plaque | chauffante deculture | cellulaire
| 51012839 PRÄ ; ZITHERM | Harry Gestigkeit GmbH | --- | heating |
| Microscope Zeiss Primo Vert | Carl Zeiss MicroImaging GmbH | Numéro de série. 3842000839 | imagerie des cultures cellulaires |
| Banc stérile Écoulement sûr 1,8 nunc | nunc GmbH & Co. KG | ---congélateur | de travail stérile |
| -80° ; C | Kryotec-Kryosafe GmbH | --- | stockage d’échantillons |
| Balance électronique MP-300 | Chyo | --- | Scale |
| BD Micro-fine, U100 seringue à insuline | BD | REF 324826 | anesthésique |
| injectable Rompun 2 %; 25ml | Numéro d’agrément Bayer : 6293841.00.00 | anesthésie | |
| Kétamine 100 mg/ml, 25ml | CP-Pharma GmbH | numéro d’agrément : 401650.00.00 | anesthésie |
| GES3S Lecteur | Datamars | non disponible | Lecteur RFID |
| ISO-Transpondeur FDX-B (1,4x8mm | )Peddymark | --- | Puce RFID |
| Cotrim-ratiopharm® ;   ; Ampullen SF 480  ; mg/5  ; ml | Ratiopharm | PZN-03928197 | antibiotique eau potable |
| Plaque chauffante #FM-20 42x28cm | Dragon | --- | heating |
| Lampe chauffante | électrique Petra, Burgau | --- | heating |
| Pommade pour les yeux et le nez (5 % Dexpanthenol) Bepanthen | Bayer | PZN-01578675 | Protection oculaire |
| pince à épiler anatomique | B.Braun Aesculap | BD21 OR | instruments chirurgicaux |
| pince à épiler chirurgicale | B.Braun Aesculap | BD50 1 R | instrumentschirurgicaux |
| ciseaux | B.Braun Aesculap | BC05 6R | instruments chirurgicaux |
| aiguille  ; support | B.Braun Aesculap | BH1 1 OU | instruments chirurgicaux |
| Prolene 5-0 | Ethicon | XN8870. P32 | matériau de suture chirurgicale |
| Pansement de pulvérisation perméable à la vapeur d’eau Opsite | Smith& Neveu | REF 66004978, PZN- 02063507 | matériau de suture chirurgicale |
| Champ d’ouverture adhésive Barrière | REF 904622 | échange de gaze de tissu OP stérile | |
| Gazin® ;; stérile ; 10x10 cm | Lohmann& Rauscher | REF 18506 | tissu OP stérile |
| Raucotupf applicateurs à embout en coton | Lohmann& Rauscher | REF 11969 | applicateur |
| Corning® ; Matrigel Matrice de membrane basale | Corning | N° cat. : 354234 | Matrice de membrane basale |
| Solution iodée Braunol (7,5g de povidone iodée) | B.Braun Melsungen AG | Numéro d’article : 18839 | désinfection |
| MACS® ; Solution de stockage de tissus | Miltenyi Biotec GmbH | N° d’article :130-100-008 | solution de stockage |
| Formafix 4 % | Grimm med. Logistik GmbH | Numéro d’article : | solution de fixation | F10010G
| Logiciel FreezerworksBasic | Dataworks Development, Inc | --- | sample organization |
| Zebra TLP 2844 imprimante | Zebra | --- | label printer |