מטרת פרוטוקול זה היא להעריך ספציפי של תרופות נגד סרטן במבחנה באמצעות תרבויות מעורבות המכילות הוא גידול ותאי שאינו סרטני.
מטרת פרוטוקול זה היא להעריך ספציפי של תרופות נגד סרטן במבחנה באמצעות תרבויות מעורבות המכילות הוא גידול ותאי שאינו סרטני.
הליך להערכה ספציפי של תרופות נגד הסרטן במבחנה באמצעות תרביות המכילות גם תאים סרטניים ולא-סרטניים מודגם. אלמנט המפתח הוא נחישות כמותי של שינוי גנטי ספציפי גידול ביחס רצף אוניוורסלי באמצעות assay PCR דיגיטלי כפולה חללית לבין חישוב בדיעבד של הפרופורציה של תאים סרטניים. את assay מתבצעת על תרבות המכילה תאים סרטניים של קו הוקם ומשובץ-בתאים שאינם סרטניים. התרבות המעורבת מטופל בתרופת מבחן בריכוזים שונים. לאחר הטיפול, ה- DNA הוא מוכן ישירות מתאי הדבק שרדו בבארות של צלחות 96-היטב באמצעות שיטה פשוטה וזולה, ועברתי assay PCR הדיגיטלי כפולה בדיקת למדידת שינוי גנטי ספציפי גידול רצף ייחוס אוניוורסלי . בהפגנה הנוכחית, במחיקה הטרוזיגוטיים של הגן NF1 משמש שינוי גנטי ספציפי הגידולגן RPP30 כמו גן ההתייחסות. באמצעות יחס NF1 / RPP30, חלקם של תאים סרטניים חושב. מאז השינוי תלוי במינון של הפרופורציה של תאים סרטניים מספק אינדיקציה במבחנה עבור סגוליות של התרופה, גנטי מבוסס תאים זה assay במבחנה סביר להניח כי יש פוטנציאל יישום של גילוי תרופות. יתר על כן, עבור סרטן טיפול אישית, כלי genetic- ו מבוסס תאים זה עשוי לתרום לאופטימיזציה של כימותרפיה אדג'ובנטי באמצעות יעילויות בדיקות וספציפיות של תרופות מועמדות באמצעות תרבויות עיקריות של גידולים בודדים.
השפעות טיפוליות של תרופות אנטי-סרטניות על תאי גידול קשורות להשפעות רעילות שונות ובלתי רצויות על תאים שאינם גידולים. קשה להעריך השפעות רעילות במעבדה, בעיקר בגלל היעדר כלים מתאימים1. תרביות תאים המכילות תאים גידוליים ולא גידוליים יספקו משאב פוטנציאלי במבחנה להערכת ספציפיות או סלקטיביות של תרופה שעשויה לשפוך אור על רעילות קלינית. עם זאת, בדיקות מבחנה קונבנציונליות כגון מבחני שגשוג או כדאיות מודדות את ההשפעה של תרופה על סך התאים, אך אינן יכולות לחלק את ההשפעה לחלק על תאי הגידול ולחלק על תאים שאינם גידולים. לדוגמה, הפחתה של 50% ממספר התאים הכולל בתרבית המורכבת מ-50% תאי גידול ו-50% תאים שאינם גידול יכולה לרמוז על מוות של כל תאי הגידול, מוות של כל התאים שאינם גידול או, סביר יותר, מוות של חלקים משניהם ביחסים שונים.
גם בגלל בעיה טכנית זו, תרביות ראשוניות המכילות תאי סטרומה של גידול ותאי סטרומה שאינם גידולים לרוב אינן מתאימות לבדיקת תרופות. מצד שני, בגלל ההטרוגניות התאית הזו, תרביות ראשוניות דומות לגידולים המקוריים שלהן הרבה יותר מאשר לתאים משובטים בשורות תאים מבוססות2. חשוב מכך, תרביות ראשוניות הן ספציפיות למטופל ועשויות לאפשר בדיקת סמים פרטנית2-4.
נושא מהותי הוא אפוא פיתוח שיטה לקביעת שיעור תאי הגידול בתרביות מעורבות כולל תרביות ראשוניות. לקראת אתגר זה, נהגה פתרון גנטי המבוסס על קביעת היחס הכמותי של תכונה גנטית ספציפית לגידול לרצף ייחוס אוניברסלי. מיחס זה ניתן לחשב את שיעור תאי הגידול בתרבית מעורבת.
מחקר זה ממחיש את ההליך של הכלי הגנטי ומבוסס התאים להערכת הספציפיות של תרופות אנטי-סרטניות, כולל (1) הכנת תרבית מעורבת מתאי גידול מקו מבוסס ופיברובלסטים שאינם גידולים, (2) טיפול בתרבית המעורבת עם תרופת בדיקה, (3) הכנת DNA ל-PCR דיגיטלי, (4) קביעת היחס בין מחיקה הטרוזיגוטית ספציפית לגידול לרצף ייחוס באמצעות בדיקת PCR דיגיטלית של טיפת בדיקה כפולה, (5) חישוב פרופורציות של תאי גידול בכל ריכוז תרופה ו-(6) עריכת שינוי תלוי מינון של פרופורציה של תאי הגידול.
1. הכנת תרבות מיקס המכילה גם תאים סרטניים ותאים שאינם סרטניים
2. דרוטיפול g
3. הכנת DNA עבור PCR הדיגיטלי
4. PCR דיגיטלי
5. חישוב שיעור של תאים סרטניים
6. שינוי תלוי מינון פרופורציה של תאים סרטניים
איכות DNA הוכן באמצעות מאצ משולב / Drop-דיאליזה מספיקה עבור PCR דיגיטלי משביע רצון (איור 1B). עבור 2,000 פיברובלסטים, כ -3,000 ± 500 טיפות חיוביות התקבלו, המקביל ל 75% של 4,000 עותקים הצפויים (שני עותקים בתא אחד). במחקר זה, התאים הסרטניים היו מקו הוקם MPNST S462 אשר ידוע כבעלי מחיקת heterozygotic של גן NF1 5. 50% זה הפחתת מינון הגן זוהתה בבירור על ידי assay PCR הדיגיטלי הכפול (האיור 1B). לעומת זאת, שני עותקים של הגן הזה נמדדו פיברובלסטים. הבדל גנטי בין גידול ותאי שאינו סרטני מאפשר חישוב השיעור של תאים סרטניים בתרביות מעורבות (איור 2). באמצעות מדידת מינון הגנים היחסי של NF1 כדי RPP30, חלקם של תאים סרטניים ב תרבות מעורבת ניתן לקבועבכל-ריכוז התרופה (איור 3).

איור 1. דיגיטלי PCR. (א) איור של העיקרון. (ב) assay כפול בדיקה מגלה כמות מופחתת של גן המטרה (NF1) בתאי הגידול MPNST S462 ביחס גן הפניה (RPP30). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2. שיעור מחושב של תאים סרטניים. תאים סרטניים ותאים שאינם סרטניים היו מעורבים ב יחסים שונים זורעים לתוך היטב בכל צלחת 96. לאחר מצורף O / N, התאים היו שנינות lysedמאצ h / Drop-דיאליזה ואת lysates desalted היו נתונים PCR דיגיטלי אשר נתן יחס של NF1 / RPP30. על בסיס יחס זה, חלקם של תאים סרטניים בכל טוב חושב. ממוצע וסטיית תקן של פרופורציה של תאים סרטניים חושבו מתוך 4 משכפל בכל פרופורציה הגדרת. הפרופורציות המחושבות של תאים סרטניים (ציר ה- Y) היו זממו נגד פרופורציות הגדרה (ציר ה- X). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3. תלויי מנת שינוי פרופורציה של תאים סרטניים. (א) תלוי במינון ההפחתה של תאים חיוניים גלויים. (ב) חלקם של תאים סרטניים (ממוצע וסטיית תקן של 4 משכפל) שנמדד יחס של NF1: RPP30, ירד בטווח של 10 - 0 מיקרומטר. באותו מיקרומטר הגבוה ביותר 50 מנה, כמה תאים חיוניים נותרו, כנראה עקב השפעה רעילה לכל התאים. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

. איור 4. תגובת הפרדה של תאים סרטניים מזו של תאים שאינם סרטניים (א) כדאיות או / ו תרבות תאים כוללים ניתן למדוד באמצעות מבחנים קונבנציונליים; שיעור של תאים סרטניים ניתן לקבוע באמצעות ההליך הפגין במחקר הנוכחי. (ב) באמצעות שני פרמטרים, תגובה של תאים הכוללים בתרבות מעורבת לתרופה ניתן לחלק התגובה של התאים הסרטניים והתגובה של התאים שאינם סרטניים..com / קבצים / ftp_upload / 53,752 / 53752fig4large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
| תגובה 1 | ||
| 2 x ddPCR Supermix | 12 | |
| תמהיל Assay עבור NF1 | 1.2 | |
| תמהיל Assay עבור RPP30 | 1.2 | |
| HaeIII | 0.6 | |
| סיכום ביניים | 15 | תערובת מאסטר |
| DNA | 9 | |
| סה"כ | 24 | תערובת PCR סופית |
טבלה 1 הגדרת התגובה Dual ddPCR
| שָׁלָב | פעולה | טֶמפֶּרָטוּרָה | זְמַן | מחזורים |
| 1 | Polymלמחוק הפעלה | 95 ° C | 10 דק ' | 1 |
| 2 | denaturation DNA | 94 ° C | 30 שניות | 40 |
| 3 | חישול / exetension | 60 ° C | דקה 1 | |
| 4 | שחרור משרות פולימראז | 98 ° C | 10 דק ' | 1 |
| 5 | המתנה (אופציונלי) | 4 ° C |
טבלה 2 הגדרות Cycler PCR
צעד מפתח כלי genetic- ו מבוסס תא זו להערכת סגוליות תרופה במבחנה הוא קביעת שיעור של תאים סרטניים באמצעות אחד או יותר מאפיינים גנטיים ספציפי גידול. בניגוד לתכונות פנוטיפי קונבנציונליות 7, מאפיינים גנטיים ספציפיים, יציבים וקלים לכמת. לדוגמא, וריאצית מספר מוטציה או עותק ספציפי גידול קיימת אך ורק בתאים הסרטניים אך לא בתאים שאינם סרטניים. כזה הסטיגמה גנטי ניתן באופן מהימן ומדויק לכמת, למשל, באמצעות PCR הדיגיטלי כפי שמודגם במחקר זה.
לקבלה הדיגיטלי PCR, טוהר גבוה של DNA אינו הכרחי. עם זאת, Desalting והסרת מולקולות מעכבות נחוצים אשר יכולה להיות מושגת על ידי א-דיאליזה ירידה באמצעות מסנן מתאים. תמוגה בשילוב טיפה-הדיאליזה היא פשוט ומהירה, לא דורשת מכשירים מיוחדים ולכן יכולה להתבצע בכל מעבדה סטנדרטית. אם התאים אינם בריk היטב, יכול להיחשב טיפול נוסף כגון הקפאת התאים ב -20 ° C, הוספת חומר ניקוי ו / או באמצעות פרוטאז.
במחקר הנוכחי, את המחיקה הטרוזיגוטיים של גן NF1 שמשה תכונה מסוימת גידולים עבור כימות. באופן דומה, מחיקות של גנים או לוקוסים אחרים יכולות לשמש גם. יתר על כן, מוטציות יכולות לשמש גם לכימות תאים סרטניים. במקרה כזה, מבחני PCR דיגיטליים עבור המוטציה ואת אללים הנורמלי צריכים להיות מאומתים נרחב כדי להבטיח הספציפיות שלהם עבור כל אחד מהם.
תלוי מינון פרופורציה של תאים סרטניים מספקת אינדיקציה-סגולי סמים או סלקטיביות. יתר על כן, הוא גם מאפשר בתגובה לחילוץ של תאים סרטניים מן התגובה של תאים כוללים של תרבות מעורבת לתרופה (איור 4). מיצוי אסטרטגיה זו מספקת פתרון עבור הבעיה הטכנית באמצעות תרבויות עיקריות (המכיל הוא גידול ולאn-גידול תאים) עבור בדיקות סמים.
Genetic- ותא מבוסס בכלי במבחנה הראה במחקר הנוכחי עשויים ולכן יש פוטנציאל יישום (1) ב-גילוי תרופות שבה היא מספקת פלטפורמה להערכה סגולי סמים או סלקטיביות במבחנה (2) בטיפול בסרטן אישית איפה זה מאפשר תרופות בדיקות בתרבויות עיקריות וכתוצאה מכך עשוי לתרום בחירת התרופה אדג'ובנט כימותרפיה 4. יתר על כן, מנגנון תרופתי של תרופה ניתן ללמוד באמצעות הכלי הזה, מאז שינוי גנטי מסוים או שינויים גנטיים מרובים ניתן בעקבות במהלך-הטיפול התרופתי.
קושי בשימוש תרבויות עיקריות אישיות הוא חוסר תכונה גנטית אוניברסלית עבור כימות של התאים הסרטניים. עם זאת, עם מקדמה בשיעור היום רצף שלם של הגנום, הגנים ואזורים שינו בתדירות הגבוהה ביותר ידועים גידולים נפוצים. לדוגמה, בין הראש והצווארגידולים, 71%, 23% ו -22% יש מוטציות TP53, FAT1 וגנים CDKN2A, ו -60%, 34% ו -26% יש מחיקות באזורי הגן של CDKN2A, STK11 ו PTEN, בהתאמה 10. הקרנת 5 עד 10 גנים או / ואזורים כגון באמצעות-רצף ממוקד ו / או דיגיטלי PCR יהיה ולכן סביר לזהות אחד או יותר שינויים גנטיים אשר ניתן להשתמש בהם עבור כימות של תאים סרטניים בתרבות העיקרי נגזר. מגבלה נוספת היא הכמות המספיקה של גידולי כריתה להקמת תרבויות עיקריות.
למרות תכונות יתרון ופוטנציאל יישום מבטיח של genetic- ותא מבוסס בכלי במבחנה, מגבלותיו צריכים להישמר נפש שלה בטבע במבחנה יודגש. לדוגמא, ההשפעות השונות או הרעיל של תרופה על תאים סרטניים רשאי למדי בשל הבדל בסוגי תאים (פיברובלסטים לעומת בתאי שוואן) או שלהםמקורות שונים (מאנשים שונים). ההשפעה החזקה יותר של תרופה על תאים סרטניים מאשר תאים שאינם סרטניים עשויה גם להיות מוסברת על ידי העובדה כי לשעבר לגדול מהר יותר מאשר האחרון. והחשוב מכל, תאים בהתנהגות במבחנה שונה מאשר תאים בגוף האדם וכתוצאה מכך, תוצאות הערכה במבחנה לעתים קרובות לא או רק חלקית לשקף את המצב קליני האמיתי. לכן, יעילה, cytotoxicity וספציפית של תרופות שהתקבלו עבור תאים בתרבית הם די טבע סמן ביולוגי, אך אין להם את האמינות של יעילות preclinically הנמדד של אנטיביוטיקה. אף על פי כן, נע שורות תאים לתרבויות מעורבות ו / או תרבויות עיקריות הוא צעד קדימה בהערכה ותוצאת תרופה וספציפית / סלקטיביות במבחנה. עם מאמצים רבים, בתנאים במבחנה ניתן למצוא האפשר מתאם סביר של נתונים במבחנה עם תגובות אמיתיות של חולים, לפחות עבור חלק מתרופות.
ההליך מוגן בפטנט (10 2013 221 452, גרמניה)
גברת אלסטר, מר Honrath וד"ר ג'יאנג זוכים להערכה לקבלת סיוע טכני יוצא מן הכלל שלהם. כמו כן העריך ד"ר Volz ואת קבוצת המחקר של ד"ר Dandri למתן גישה למכשיר דיגיטלי PCR שלהם.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מסנן ממברנה בקוטר 25 מ"מ | Merk-Millipore | VSWP 02500 | לדיאליזה |
| עבור NF1 | BioRad | dHsaCP1000177 | עם תווית FAM |
| עבור RPP30 | BioRad | dHsaCP2500350 | |
| QX200 | BioRad | 186-4001 | הגרסה הקודמת QX שימשה במחקר, שאינה זמינה יותר. התחליף הוא שמן טיפות QX200 |
| BioRad | 186-3005 | ||
| Cartriges | BioRad | 186-3004 | |
| אטמים | BioRad | 186-3009 | |
| מחזיק Cartrige | BioRad | 186-3051 | |
| רדיד פירסבל | BioRad | 181-4040 |