Le protocole de pipetage automatisé assure une répartition uniforme des PDTO PDAC_060 dans toutes les colonnes de la microplaque à 384 puits (Figure 2A). Comme prévu, une variation du nombre et de la superficie moyenne des PDTO a été observée entre les puits (figure 2A, B). La surface de survie totale (surface totale en fond clair - surface verte totale) combine la segmentation organoïde sans marquage avec le signal de mort cellulaire basé sur la fluorescence et constitue, selon notre expérience, le paramètre le plus robuste pour étudier les réponses aux médicaments au fil du temps (Figure 2C)8. Pour tenir compte des variations dans l’ensemencement cellulaire et la taille des organoïdes, des paramètres basés sur le taux de croissance devraient être utilisés pour réduire les variations entre les répétitions, comme le montrent les barres d’erreur réduites de la figure 2D par rapport à la figure 2C, et un facteur Z plus élevé indiquant une qualité de dépistage des médicaments fortement améliorée (figure 2E).
La courbe dose-réponse NDR (figure 2G), normalisée en ctrl- et ctrl+, est nettement supérieure à la courbe dose-réponse GR (figure 2F), normalisée en ctrl-, car elle augmente la séparation des courbes de réponse au médicament et représente plus précisément les réponses cytotoxiques aux médicaments. Un exemple des images associées pour le PDTO traité par ctrl, ctrl+ et 400 nM gemcitabine/80 nM de paclitaxel est présenté à la figure 3. Une observation intéressante est que l’effet cytotoxique de la gemcitabine était dominant dans la thérapie combinée car aucune valeur ajoutée du paclitaxel n’a été observée.
Ensuite, deux lignes PDTO supplémentaires, PDAC_052 et PDAC_087, ont été utilisées. Une nette différence de taux de croissance entre ces lignes a été observée (figure 4A), ce qui appuie l’utilisation de paramètres GR. Encore une fois, les courbes dose-réponse NDR (Figure 4C) ont entraîné une augmentation de la plage dynamique et de la séparation entre les trois patients différents par rapport aux courbes GR (Figure 4B). De plus, le protocole permet de déterminer le NDR au fil du temps et montre que PDAC_052 et PDAC_060 avaient une réponse cytostatique très similaire à une faible dose de gem-pac (Figure 4D), tandis qu’une réponse cytostatique par rapport à cytotoxique différentielle claire pouvait être observée pour les doses moyennes (Figure 4E) et élevées (Figure 4F) de gem-pac. Ces réponses médicamenteuses étaient cohérentes avec les réponses cliniques observées chez les patients (Figure 4G).
Enfin, un avantage majeur de l’approche et du logiciel est que les réponses aux médicaments organoïdes uniques peuvent être quantifiées pour étudier l’hétérogénéité de la réponse et identifier les sous-clones potentiellement résistants. La figure 5 donne un aperçu clair de la dynamique clonale des différents patients et montre que PDAC-087 avait les sous-clones les plus résistants après traitement, ce qui est cohérent avec la maladie agressive et hautement résistante observée chez le patient. Fait intéressant, ce patient était également le moins sensible à la staurosporine ctrl +.

Figure 1 : Vue d’ensemble du flux de travail. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Précision de l’ensemencement et mesures de réponse aux médicaments. (A) Dénombrement organoïde/puits de PDAC_060 PDTO ensemencés dans une microplaque de 384 puits à l’aide du robot de pipetage. Chaque point représente le nombre dans un seul puits et les tracés sont séparés par les colonnes de microplaques de 384 puits. (B) Superficie ou puits moyen de PDTO. (C) Surface de survie totale (surface totale en fond clair - surface verte totale) et (D) taux de croissance (surface de survie totale normalisée à T0 = 1) des PDTO PDAC_060 traités avec un rapport 5:1 gemcitabine/paclitaxel. (E) Facteur Z comme mesure de la qualité des essais. (F) Courbe taux de croissance-dose-réponse normalisée à ctrl- et (G) courbe normalisée de réponse au médicament normalisée à ctrl- et ctrl+. Les barres d’erreur indiquent la moyenne ± SD de deux puits. Abréviations : PDAC = adénocarcinome canalaire pancréatique; PDTO = organoïde tumoral dérivé du patient; GR = taux de croissance; NDR = réponse médicamenteuse normalisée. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Exemples d’images. Images représentatives d’PDAC_060 PDTO traitées avec du véhicule (ctrl-), 400 nM gemcitabine/80 nM paclitaxel et 2 μM staurosporine (ctrl+). La colonne de gauche montre les images en fond clair, la colonne du milieu montre le signal fluorescent Cytotox Green et la colonne de droite montre les images de fond clair annotées sans étiquette à l’aide du module d’analyse organoïde. Barres d’échelle = 100 μm. Abréviations : PDAC = adénocarcinome canalaire pancréatique; PDTO = organoïde tumoral dérivé du patient; GemPac = gemcitabine/paclitaxel. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Comparaison de la réponse interpatiente aux médicaments. (A) Comparaison du taux de croissance (basé sur la surface de survie totale) des lignées PDTO PDAC_052, PDAC_060 et PDAC_087. (B) Courbe taux de croissance-dose-réponse normalisée à ctrl- et (C) courbe normalisée de réponse au médicament normalisée à ctrl- et ctrl+. NDR cinétique d’une dose (D) faible, (E) moyenne et (F) élevée de gemcitabine/paclitaxel (rapport 5:1). (G) les caractéristiques cliniques des patients PDAC. Les barres d’erreur indiquent la moyenne ± SD de deux puits. Abréviations : PDAC = adénocarcinome canalaire pancréatique; PDTO = organoïde tumoral dérivé du patient; GR = taux de croissance; NDR = réponse normalisée au médicament; FFX = folfirinox. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 5 : Mesures organoïdes uniques. Dose-réponse organoïde unique basée sur la mort cellulaire (zone verte/zone de fond clair) et l’aire (fond clair) des PDTO PDAC_052, PDAC_060 et PDAC_087 traitées avec du véhicule (ctrl-), 400 nM gemcitabine/80 nM de paclitaxel et 2 μM de staurosporine (ctrl+). Les régions vertes indiquent des organoïdes viables; les régions bleues indiquent la plage x-as des tracés GemPac et ctrl+. Abréviations : PDAC = adénocarcinome canalaire pancréatique; PDTO = organoïde tumoral dérivé du patient; GemPac = gemcitabine/paclitaxel. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
| Stock de suspension cellulaire | Cellules/goutte | # Gouttes (20 μL) | Stock (1/3) | ECM (2/3) |
| 1,13 × 107 cellules/ml | 75,000 | 10 | 75 uL | 150 μL |
| 1,13 × 107 cellules/ml | 75,000 | 5 | 40 uL | 80 μL |
Tableau 1 : Dilution pour le placage dans les dômes ECM. Abréviation : ECM = matrice extracellulaire.
| Composé | Concentration des stocks | Dilution | Concentration de travail | Solvant | Concentration du puits | Commentaires |
| Cytotox Vert | 1 mM (DMSO) | 1/10 | 10 μM | DMSO | 60 nM | Marqueur de mort cellulaire |
| Cytotox Rouge | 1 mM (DMSO) | 1/10 | 10 μM | DMSO | 250 nM | Marqueur de mort cellulaire |
| Caspases 3/7 Vert | 5 mM (DMSO) | 1/2 | 2,5 mM | DMSO | 2,5 μM | Marqueur apoptotique |
| Hoechst | 20 mM (H2O) | 1/200 | 100 μM | 0,33 % préadolescents/PBS | 50 nM | Marqueur nucléaire |
| Staurosporin | 10 mM (DMSO) | / | 1 - 10 mM | / | 2 – 5 μM | Contrôle positif |
| Gemcitabine | 10 mM (DMSO) | / | 1 - 10 mM | / | Titrage | Chimiothérapie |
| Paclitaxel | 10 mM (DMSO) | / | 1 - 10 mM | / | Titrage | Chimiothérapie |
| Cisplatine | 5 mM (0,9 % NaCl) | 1/2 | 2,5 mM | 0,6 % préadolescents/PBS | Titrage | Chimiothérapie |
Tableau 2 : Exemples de dilutions de médicaments et de réactifs fluorescents fréquemment utilisés. Chaque composé doit être dissous dans 100% DMSO ou 0,3% Tween/PBS.
Tableau supplémentaire S1 : Vue d’ensemble des lignées cellulaires cancéreuses compatibles. Statique : les sphéroïdes ne sont pas migrateurs. Fusionner : les sphéroïdes migrent les uns vers les autres et fusionnent ensemble. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 1 : Outil de calcul de solution d’ensemencement organoïde. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 2: Fichier STL pour l’impression 3D de matériel de laboratoire personnalisé 'Microplate Holder'. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 3 : Fichier STL pour l’impression 3D de matériel de laboratoire personnalisé '2 x 25 mL Reservoir Holder'. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 4: Fichier JSON pour robot de pipetage de matériel de laboratoire personnalisé 'Microplate Holder'. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 5 : Fichier JSON pour robot de pipetage de laboratoire personnalisé '2 x 25 mL Reservoir Holder_WithCooler'. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 6 : fichier JSON pour le protocole de robot de pipetage 'Plating_ PDO_384well_Cooled_Row2-23'. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 7 : Vue d’ensemble de la configuration du bureau du robot pipeteur. (A) Éléments de refroidissement et (B) réservoir et microplaque. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 8 : Fichier TDD pour le protocole du distributeur numérique de médicaments. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 9 : Fichier XML pour le protocole de l’imageur de cellule vivante pour l’imagerie en fond clair et en fluorescence. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 10 : Exemple de carte de plaques. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 11 : Exemple de fichier d’entrée pour le script NDR R. Abréviation : NDR = réponse médicamenteuse normalisée. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 12 : Script NDR normalisé de la réponse médicamenteuse. Abréviation : NDR = réponse médicamenteuse normalisée. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 13 : Exemple de fichier de sortie des valeurs GR du script NDR R. Abréviations : GR = taux de croissance; NDR = réponse médicamenteuse normalisée. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 14 : Exemple de fichier de sortie de script NDR R avec les valeurs GR transposées. Abréviations : GR = taux de croissance; NDR = réponse médicamenteuse normalisée. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Supplementary File 15 : Exemple de fichier de sortie des valeurs NDR du script NDR R. Abréviation : NDR = réponse médicamenteuse normalisée. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Fichier supplémentaire 16 : Exemple de fichier de sortie de script NDR avec des valeurs NDR transposées. Abréviation : NDR = réponse médicamenteuse normalisée. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.