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Research Article
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Un protocole détaillé est fourni ici pour établir des organoïdes mammaires humains à partir de résections de tumeurs mammaires dérivées de patientes ou de tissu mammaire normal. Le protocole fournit des instructions complètes étape par étape pour la culture, la congélation et la décongélation d’organoïdes mammaires humains dérivés de patientes.
Le cancer du sein est une maladie complexe qui a été classée en plusieurs sous-types histologiques et moléculaires différents. Les organoïdes tumoraux mammaires dérivés de patients développés dans notre laboratoire consistent en un mélange de plusieurs populations cellulaires dérivées de tumeurs et représentent donc une meilleure approximation de la diversité et du milieu des cellules tumorales que les lignées cellulaires cancéreuses 2D établies. Les organoïdes servent de modèle in vitro idéal, permettant des interactions de matrice cellule-extracellulaire, connues pour jouer un rôle important dans les interactions cellule-cellule et la progression du cancer. Les organoïdes dérivés de patients présentent également des avantages par rapport aux modèles murins car ils sont d’origine humaine. En outre, il a été démontré qu’ils récapitulent l’hétérogénéité génomique, transcriptomique et métabolique des tumeurs des patients; Ainsi, ils sont capables de représenter la complexité tumorale ainsi que la diversité des patients. En conséquence, ils sont prêts à fournir des informations plus précises sur la découverte et la validation des cibles et les tests de sensibilité aux médicaments. Dans ce protocole, nous fournissons une démonstration détaillée de la façon dont les organoïdes mammaires dérivés de patients sont établis à partir de tumeurs mammaires réséquées (organoïdes cancéreux) ou de tissus mammaires dérivés de mammoplasties réductrices (organoïdes normaux). Ceci est suivi d’un compte rendu complet de la culture organoïde 3D, de l’expansion, du passage, de la congélation, ainsi que de la décongélation de cultures organoïdes mammaires dérivées de patientes.
Le cancer du sein (BC) est la tumeur maligne la plus fréquente chez les femmes, avec 287 850 nouveaux cas estimés diagnostiqués aux États-Unis en 20221. Malgré les progrès récents de la détection précoce avec des dépistages annuels, des thérapies ciblées et une meilleure compréhension de la prédisposition génétique, il prévaut être la deuxième cause de décès par cancer chez les femmes aux États-Unis, avec > 40 000 décès attribués au cancer du sein chaque année1. Le cancer du sein est actuellement classé en plusieurs sous-types basés sur l’évaluation histopathologique et moléculaire de la tumeur primaire. Une meilleure stratification des sous-types a amélioré les résultats pour les patients grâce à des options de traitement spécifiques au sous-type2. Par exemple, l’identification de HER2 en tant que proto-oncogène3 a conduit au développement du trastuzumab, ce qui a rendu ce sous-type très agressif gérable chez la plupart des patients4. D’autres recherches sur la génétique et la transcriptomique de cette maladie complexe d’une manière spécifique au patient aideront à développer et à prédire de meilleurs schémas thérapeutiques personnalisés spécifiques au patient 2,5. Les organoïdes dérivés de patients (AOP) sont un nouveau modèle prometteur pour mieux comprendre le cancer au niveau moléculaire, identifier de nouvelles cibles ou biomarqueurs et concevoir de nouvelles stratégies de traitement 6,7,8.
Les AOP sont des structures multicellulaires tridimensionnelles (3D) dérivées d’échantillons de tissus primaires fraîchement réséqués 8,9. Ils sont cultivés en trois dimensions en étant incorporés dans une matrice d’hydrogel, généralement composée d’une combinaison de protéines de la matrice extracellulaire (ECM), et peuvent donc être utilisés pour étudier les interactions cellule-ECM tumorale. Les AOP représentent la diversité des patients et récapitulent l’hétérogénéité cellulaire et les caractéristiques génétiques de la tumeur10,11,12. Étant des modèles in vitro, ils permettent la manipulation génétique et les criblages de médicaments à haut débit13,14,15. De plus, les AOP peuvent être utilisées de manière plausible pour évaluer la sensibilité des patients aux médicaments et les stratégies de traitement parallèlement à la clinique et aider à prédire les résultats pour les patients16,17,18. Outre la chimiothérapie, certains modèles organoïdes ont également été utilisés pour examiner les réponses individuelles des patients à la chimioradiothérapie19,20. Compte tenu de l’applicabilité prometteuse des AOP pour la recherche et l’utilisation clinique, le National Cancer Institute a lancé un consortium international, The Human Cancer Models Initiative (HCMI)21, pour générer et fournir ces nouveaux modèles de cancer dérivés de tumeurs. Bon nombre des modèles organoïdes de divers types de cancer développés par l’intermédiaire de l’ICMH sont disponibles via l’American Type Culture Collection (ATCC)22.
Il a été démontré que les organoïdes mammaires normaux sont composés de différentes populations de cellules épithéliales présentes dans la glande mammaire 11,23 et servent donc d’excellents modèles pour étudier les processus biologiques de base, pour analyser les mutations conductrices causant la tumorigenèse et pour les études de lignée cancéreuse 6,15 . Des modèles organoïdes de tumeurs mammaires ont été utilisés pour identifier de nouvelles cibles qui ouvrent des perspectives encourageantes pour le développement de nouvelles thérapies, en particulier pour les tumeurs résistantes24,25,26. En utilisant des xénogreffes dérivées de patients (PDX) et des modèles organoïdes dérivés de PDX appariés (PDxO) de tumeurs mammaires résistantes au traitement, Guillen et al. ont montré que les organoïdes sont des modèles puissants pour la médecine de précision, qui peuvent être exploités pour évaluer les réponses aux médicaments et diriger les décisions thérapeutiques en parallèle28. De plus, le développement de nouvelles méthodes de co-culture pour la culture d’AOP avec diverses cellules immunitaires27,28,29, fibroblastes 30,31 et microbes 32,33 présente une opportunité d’étudier l’impact du microenvironnement tumoral sur la progression du cancer. Alors que de nombreuses méthodes de co-culture de ce type sont activement établies pour les AOP dérivées de tumeurs pancréatiques ou colorectales, des méthodes de co-culture similaires établies pour les AOP mammaires n’ont été signalées que pour les cellules tueuses naturelles34 et les fibroblastes35.
La première biobanque de >100 organoïdes dérivés de patients représentant différents sous-types de cancer du sein a été développée par le groupe Hans Clevers36,37. Dans le cadre de cet effort, le groupe Clevers a également développé le premier milieu de culture complexe pour la croissance organoïde mammaire, qui est actuellement largement utilisé36. Une étude de suivi a fourni un compte rendu complet de l’établissement et de la culture des AOP mammaires et des xénogreffes organoïdes dérivées de patientes (PDOX)38. Le laboratoire Welm a développé une vaste collection de modèles BC PDX et PDxO qui sont cultivés dans un milieu de croissance comparativement plus simple contenant du sérum bovin fœtal (FBS) et moins de facteurs de croissance39,40. Nous avons indépendamment développé et caractérisé un large éventail de modèles organoïdes de cancer du sein naïfs dérivés de patientes11, et participé à l’élaboration de modèles PDO BC dans le cadre de l’initiative HCMI21. Ici, nous visons à fournir un guide pratique détaillant la méthodologie que nous employons pour générer des systèmes modèles organoïdes mammaires dérivés de patientes.
Les résections tumorales de patientes atteintes d’un cancer du sein, ainsi que les tissus normaux distaux et adjacents, ont été obtenues auprès de Northwell Health conformément aux protocoles IRB-03-012 et IRB 20-0150 du comité d’examen institutionnel, et avec le consentement éclairé écrit des patientes.
REMARQUE : Toutes les interventions mentionnées ci-dessous ont été effectuées dans une salle de culture tissulaire de mammifères BSL2 désignée pour les échantillons de patients après approbation du comité de biosécurité. Toutes les procédures doivent être effectuées en suivant les protocoles de sécurité en maintenant des conditions aseptiques dans les enceintes de biosécurité. Chaque étape de centrifugation est effectuée à température ambiante (RT), sauf indication contraire. Les tissus/organoïdes et les stocks de matrice membranaire basale sont toujours placés sur de la glace, sauf indication contraire. Les nouvelles plaques sont incubées pendant la nuit pour le préchauffage. Les dômes de placage sur des plaques préchauffées garantissent les meilleurs résultats pour obtenir des dômes arrondis qui ne s’aplatissent pas lors du placage ou du décollage ultérieur de la surface de la plaque.
1. Préparation moyenne et recettes
| Réactif | Concentration des stocks | Concentration finale |
| DMEM/F12 avancé | 1x | 1x |
| GlutaMax | 100x | 1x |
| HEPES | 2 . | 10 mM |
| Pénicilline-streptomycine | 10 000 U/mL; 10 000 μg/mL | 100 U/mL; 100 μg/mL |
| Réactif | Concentration des stocks | Concentration finale |
| Ad-DF+++ moyen | 1x | 1x |
| R-spondin en interne | 100% | 10% |
| Supplément B-27 | 50x | 1x |
| Nicotinamide | 2 . | 5 mM |
| CNA | 500 mM | 1,25 mM |
| Primocin | 50 mg/mL | 50 μg/mL |
| Noggin | 100 μg/mL | 100 ng/mL |
| EGF humain | 5 μg/mL | 5 ng/mL |
| Héréguline humaine β1/Neuréguline1 | 75 μg/mL | 37,5 ng/mL |
| Y-27632 Dichlorhydrate (Rho-kinase) | 100 mM | 5 μM |
| A83-01 | 5 mM | 500 nM |
| FGF-7 humain | 100 μg/mL | 5 ng/mL |
| FGF-10 humain | 1 mg/mL | 20 ng/mL |
| p38i | 30 mM | 498 nM |
2. Établissement d’une tumeur du sein/organoïdes normaux à partir de tissus réséqués (Figure 1)
| Nombre de puits par plaque | Matrice de membrane basale par dôme (μL) | Milieu par puits (μL) |
| 6 | 300 | 3000 |
| 12 | 100 | 1000 |
| 24 | 50 | 500 |
| 48 | 25 | 250 |
| 96 | 10 (suspension au lieu de dôme) | 100 |
3. Passage et expansion des organoïdes mammaires dérivés de patientes en culture
4. Congélation d’organoïdes mammaires dérivés de patientes
5. Décongélation des organoïdes mammaires dérivés de patientes
Nous avons établi une biobanque d’organoïdes tumoraux mammaires dérivés de patientes comprenant divers sous-types11. De plus, nous avons établi plusieurs lignées organoïdes mammaires normales dérivées d’échantillons de tissus de mammoplastie réductrice ou de seins normaux adjacents/distaux de patientes de la Colombie-Britannique en utilisant l’approche décrite à la figure 1.
Les différentes lignées organoïdes de tumeurs mammaires dérivées de patients diffèrent par leur morphologie (Figure 2) et leur taux de croissance (Figure 3). Les organoïdes mammaires normaux et les quelques organoïdes dérivés du carcinome canalaire in situ précoce (CCIS) que nous avons établis, ressemblent à la structure mammaire normale avec une lumière centrale entourée de cellules canalaires (Figure 2A,B). Les organoïdes dérivés d’un carcinome lobulaire invasif (figure 2C) ont tendance à former des structures en forme de grappes de raisin faiblement attachées, comme indiqué précédemment par d’autres laboratoires36,43. Pendant ce temps, les organoïdes dérivés de carcinomes canalaires invasifs (cancer du sein à récepteurs hormonaux positifs et triple négatif) ont tendance à former des organoïdes denses, grands et ronds (Figure 2D,E). Les organoïdes ont été fixés avec 4% de paraformaldéhyde suivi d’être incorporés dans des moules à 2% d’agarose. Ils ont ensuite été incorporés de paraffine, et des sections de 10 μm ont été colorées avec de l’hématoxyline et de l’éosine (comme décrit dans Bhatia et al.11) pour observer la morphologie.
Pour démontrer les différences dans le taux de croissance de différentes lignées organoïdes de tumeurs mammaires dérivées de patientes, 1 000 cellules individuelles viables ont été plaquées dans une solution de suspension matricielle membranaire basale à 10 % par plaque de 96 puits, avec six réplications chacune pour déterminer la viabilité cellulaire à différents moments afin de surveiller la croissance sur une période de 12 jours (Figure 3B ). La formation d’organoïdes a été mesurée à l’aide d’un essai de viabilité cellulaire luminescente aux jours 3, 6, 9 et 12, avec une lecture de base le jour 1 après le placage. La figure 3A montre des images en champ clair des mêmes organoïdes développés dans des plaques à 6 puits au fil du temps. Certaines lignées organoïdes dérivées de patients ont un temps de doublement de 2 jours, tandis que d’autres prennent 5 jours (Figure 3B).

Figure 1 : Établissement d’organoïdes mammaires dérivés de patientes. (A) Représentation schématique des principales étapes de l’établissement de tumeurs mammaires dérivées de patientes ou d’organoïdes normaux. (B) Images représentatives montrant la croissance des organoïdes tumoraux mammaires dérivés de patients DS117T depuis l’établissement (passage 0) jusqu’à la culture à long terme (passage 12). Flèches bleues = matière fibreuse, flèches jaunes = débris/cellules mortes et flèches rouges = types de cellules de soutien du microenvironnement (principalement des fibroblastes). Barre d’échelle = 100 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Organoïdes mammaires dérivés de patientes représentant différents sous-types. Panneau supérieur: différences morphologiques entre les lignées organoïdes dérivées de tumeurs mammaires de patients (B-E) de différents sous-types histopathologiques et moléculaires. (A) La figure représente les organoïdes dérivés du tissu mammaire humain normal obtenu après une mammoplastie réductrice. Barre d’échelle = 50 μm. Panneau inférieur: images colorées H & E des mêmes lignes organoïdes. Barre d’échelle = 100 μm. Abréviation : CSTN = cancer du sein triple négatif. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Croissance en culture de différents organoïdes tumoraux du sein dérivés de patientes. Images représentatives en champ clair et courbes de viabilité cellulaire (A et B), mesurées par un test de viabilité cellulaire luminescente montrant la croissance en culture de différentes lignées organoïdes de tumeurs mammaires dérivées de patientes sur 12 jours. Barre d’échelle = 50 μm. Les barres d’erreur représentent SEM pour n = 6. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.
Un protocole détaillé est fourni ici pour établir des organoïdes mammaires humains à partir de résections de tumeurs mammaires dérivées de patientes ou de tissu mammaire normal. Le protocole fournit des instructions complètes étape par étape pour la culture, la congélation et la décongélation d’organoïdes mammaires humains dérivés de patientes.
Nous tenons à remercier les membres du laboratoire Spector pour les discussions critiques tout au long de ce travail. Nous remercions Norman Sachs et Hans Clevers (Hubrecht Institute, Pays-Bas) de nous avoir initialement fourni leur protocole de culture organoïde. Nous remercions les ressources partagées en histologie et microscopie du CSHL Cancer Center pour leurs services et leur expertise technique (NCI 2P3OCA45508). Nous remercions le Dr Qing Gao pour son aide dans la préparation des échantillons histologiques. Nous sommes reconnaissants du soutien de la Dre Karen Kostroff (Northwell Health) pour avoir fourni des échantillons de tumeurs aux patients. Nous apprécions également les efforts de l’équipe de Northwell Health Biobanking pour l’acquisition d’échantillons, et nous remercions les patients et leurs familles d’avoir fait don de tissus pour la recherche. Cette recherche a été financée par CSHL/Northwell Health (D.L.S.), NCI 5P01CA013106-Project 3 (D.L.S.) et Leidos Biomedical HHSN26100008 (David Tuveson et D.L.S).
| Tubes coniques de 15 mL | VWR | 525-1068 | |
| 175 cm2 ballon de culture tissulaire | VWR (Corning) | 29185-308 | |
| 37 ° ; Bain de perles | C | ||
| 37 ° ; C Incubateur CO2 | 50 mL tubes coniques VWR 525-1077 50 mL système de filtration sous vide (0.22 µ ;|||
| m Filtre) | Millipore Sigma | SCGP00525 | SCGP00525 |
| 500 mL Unité de filtration à débit rapide, 0,2 & micro ; m membrane aPES, 75 mm de diamètre | Nalgene | 566-0020 | |
| Plaques de culture à 6 puits  ; | Greiner Cellstar | 82050-842 | |
| 75 cm2 fiole de culture tissulaire | VWR (Corning) | 29185-304 | |
| Plaques opaques à 96 puits | Corning | 353296 | Pour le dosage CTG |
| A83-01 | Tocris | 2939 | |
| Advanced DMEM/F12 | Gibco | 12634-010 | |
| B-27 supplément | Life Technologies | 12587010 | |
| BioTek ; Lecteur de microplaques hybride Synergy H4 | Fisher Scientific (Agilent) | Pour le dosage de la luciférase double et le dosage CTG | |
| BSA fraction V (7,5 %) | Thermo Fisher | 15260037 | |
| Cell Titer-Glo (CTG) Réactif | Promega | G9683 | Essai de viabilité cellulaire luminescente |
| Centrifugeuse  ; | Eppendorf | 5804 | |
| Collagénase de Clostridium histolyticum | Millipore Sigma | C5138 | |
| Cryomarqueurs | de | type IV AmazonDTCR-1000 | Cryo-Tags thermiques directs, blanc, 1,05 x 0,5 |
| Cryovials  ; | Simport Scientific Inc. | T311-1 | |
| Countess 3 Compteur de cellules automatisé | Thermo Fisher | AMQAX2000 | |
| DMEM, haute teneur en glucose, pyruvate | Thermo Fisher (Gibco) | 11995040 | |
| Système de dosage à double rapporteur de luciférase | Promega | E1910 | |
| Dulbecco' s Saline tamponnée au phosphate (1X) | Gibco | 14190-144 | DPBS |
| Facteur de croissance épidermique (hEGF) | Peprotech | AF-100-15 | |
| Sérum de veau fœtal (FBS) | Corning | 35-010-CV | |
| FGF-10 (humain) | Peprotech | 100-26 | |
| FGF-7/KGF (humain) | Peprotech | 100-19 | |
| GlutaMax | Life Technologies | 35050061 | |
| HEK293T cellules | ATCC | CRL-3216  ; | Pour le dosage TOPFlash |
| HEK293T-HA-Rspondin1-Fc cellules | R& D Systems | 3710-001-01 | Cultrex HA-R-Spondin1-Fc 293T Cellules |
| HEPES | Life Technologies | 15630-080 | |
| Heregulin&beta ;-1 (humain) | Peprotech | 100-03 | |
| Matrigel Facteur de croissance réduit (DFR) Matrice de membrane basale (concentration en protéines ~10 mg/mL) | Corning | 356231 | Sans rouge de phénol, sans LDEV ; matrice de membrane basale |
| M. Frosty Conteneur de congélation | cellulaireThermo Fisher | 5100-0001 | |
| Kit de détection de mycoplasmes | Lonza | LT07-418 | |
| N-acétyl-l-cystéine | Millipore Sigma | A9165 | |
| Nalgene Unités de filtration jetables stériles à débit rapide avec membranes PES | Thermo Fisher | 166-0045  ; | |
| Nicotinamide | Millipore Sigma | N0636 | |
| Noggin (humain) | Peprotech | 120-10C | |
| P1000, P200, P10 pipettes avec pointes | |||
| p38 inhibiteur de MAPK (p38i) SB 202190 | Millipore Sigma | S7067 | |
| Parafilm | film transparent | ||
| Pénicilline-Streptomycine | Life Technologies | 15140122 | |
| Plasmide1 : pRL-SV40P | Addgene | 27163 | |
| Plasmide2 : M51 Super 8x FOPFlash | Addgene | 12457 | |
| Plasmide3 : M50 Super 8x TOPFlash | Addgene | 12456 | |
| pluriStrainer 200 µ ; m | pluriSelect | 43-50200-01 | |
| Primocin | Invivogen | ANT-PM-1 | |
| Milieu de congélation de culture cellulaire de récupération | Thermo Fisher (Gibco) | 12648-010 | Milieu de congélation de cellules |
| Tampon de lyse des globules rouges Milieu | conditionnéMillipore Sigma | 11814389001 | |
| R-spondin | Interne ou commercial de Peprotech | 120-38 | |
| Scalpel (n°10) | Sklar Instruments | Jun-10 | |
| Shaker (Incu-shaker Mini) | Benchmark | H1001-M | |
| Inhibiteur du récepteur TGF-&beta ; A 83-01 | Tocris | 2939 | |
| Trypan Blue Stain (0,4 %) | Gibco | 15250-061 | |
| TrypLE Express Enzyme (1X), phenol red | Life Technologies | 12605028 | cell réactif de dissociation |
| X-tremeGENE 9 Réactif de transfection | d’ADN Millipore Sigma | 6365779001 | |
| Y-27632 Dichlorhydrate (RhoKi) | Abmole Bioscience | Y-27632 | |
| Zeocin | Thermo Fisher | R25001 |