מאמר שיטה

מודלים פרה-קליניים ושיטות הדמיה של מיקרו-סביבת הגידול בגרורות

DOI:

10.3791/64933

⸱

17 במרץ 2023

1NovaRock Biotherapeutics Ltd

במאמר זה

מאמר מערכת

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אוסף זה מתאר מערכות מעבר לשיטות הניסוי המסורתיות לחקר הסרטן לחקר המיקרו-סביבה של הגידול, מרכיב חיוני לצמיחת הגידול ולגרורות. מערכות כאלה הן תלת מימדיות, כוללות הדמיה מעמיקה וברזולוציה גבוהה (לעתים קרובות לאורך זמן, ולכן דורשות כלי ניתוח הדמיה מורכבים), ומשתמשות ברקמות שמקורן במטופל ו/או משתמשות בפיגומים סינתטיים או נטולי תאים.

עבור מחלות עם צרכים קליניים שלא נענו, כגון סרטן הלבלב, המעי הגס והמוח, שבהן יכולת התרגום של מודלים סינגניים או קסנוגרפטים של עכברים נמוכה, הקמה והרחבה של בנקים ביולוגיים היא חיונית. Bürtin et al.1 מספקים מדריך כיצד הם משיגים זאת, כולל הרחבת החומר התורם ל-xenografts שמקורם בחולה (PDX), ובכך מקימים בנק ביולוגי חי המסכם מקרוב את מהלכי ההיסטולוגיה והמחלה של המטופלים. באמצעות אופטימיזציה מתמדת של פרוטוקול ושיתוף פעולה הדוק ותקשורת עם הצוות הכירורגי, המחברים מדווחים על שיעורי צמיחה של 63% עבור PDX במעי הגס ו-48% עבור PDX בלבלב. התקדמות זו אינה שימושית כפרוקסי בדיקה-טיפול עבור מטופלים בודדים הזקוקים באופן מיידי לאפשרויות טיפול, אך ורק בשל פרק הזמן הארוך הנדרש להקמת המודל. עם זאת, זה שימושי להבין טוב יותר את הביולוגיה של הגידול ולעזור לחולים עתידיים עם מאפייני גידול דומים. בנוסף, Tew et al.2 מתארים את ההקמה והשימוש ב-PDX גרורתי של מערכת העצבים המרכזית (CNS), ומדגישים את החשיבות של מסלול חיסון הרקמות למטרות צמיחה ומחקר מוצלחות.

לחלופין למודלים של PDX, תרביות פרוסת גידול ex vivo שמקורן בחולה מספקות מערכת מהירה וחסכונית יותר, עם מטריצה וארכיטקטורה מקורית - הן רב-תאית והן הטרוטיפית - שניתן להשתמש בה לבדיקת תגובות לתרופות. בראון ואחרים 3 מציגים את תרביות הפרוסות האורגנוטיפיות שלהם (OTSCs) עבור גידולים ראשוניים בלבלב וגרורות. הם מעבירים שיטה מהקמה וניטור של xenograft, כולל: ייצור מכשיר לתמיכה בהדמיה חיה של פרוסת ex vivo ; איסוף פרוסות גידול; תרבות פרוסות וצמיחה מחוץ לגוף ; והדמיה וניתוח תמונה. בדוגמה אחרת, Ciraku et al.4 מספקים שיטה מקיפה לחקר גרורות במוח והטיפול בהן באמצעות פרוסות גידול גרורתי במוח ex vivo .

רקמה סמוכה לגידול ומטריצה חוץ-תאית הם גם המפתח להבנה מלאה של גרורות. Jelinek et al.5 מספקים PDX לחקר ההשפעה של פיברובלסטים הקשורים לסרטן על צמיחת הגידול, תוך שימוש בפיברובלסטים עוריים שמקורם בחולה כדי להזריק יחד עם קווי תאי מלנומה אנושיים. Mayorca-Guiliani et al.6 מתארים שיטה להסרת תאים מהלב והריאות של עכברים ויצירת פיגום שלם, שעשוי לשמש לזריעה של תאים, וחשוב מכך, להבנת המיקום/טופולוגיה והרכב המטריצה החוץ-תאית (ECM) של איברים אלה. הריאות מהוות אתר נפוץ מאוד של גרורות עבור מספר סוגי גידולים. שיטה זו עשויה לשמש גם ליצירת פיגומי ECM אחרים. קולגן הוא אחד המרכיבים העיקריים של ECM, ושינויים טופולוגיים בקולגן סיבי נקשרו להתקדמות המחלה. Liu et al.7 מספקים כלי ניתוח תמונות בקוד פתוח לכימות ארגון קולגן סיבי מתמונות טומוגרפיה קונפוקליות בעלות מימדים גבוהים וברזולוציה גבוהה. חלק מהרלוונטיות של ה-ECM היא יכולת ההסתגלות שלו לגורמים חיצוניים, כגון לחץ. ה-ECM מאמץ תכונות ביופיזיקליות שונות בתגובה לגורמים חיצוניים אלה שיכולים להשפיע על צמיחת הגידול. באמצעות קולגן וג'ל פיברינוגן, Calitz ואחרים מציגים מודל ביומימטי לסרטן הכבד המחקה את כוונון ה-ECM שלו בסביבה תלת מימדית. המחברים יוצרים תנאים ניסיוניים המסכמים את התכונות הביופיזיקליות של הכבד הפיברוטי והשחמת, כמו גם את קרצינומה הכבד (HCC) כדי לחקור אינטראקציות גידול-סטרומה ב-HCC. המודלים הביומימטיים שנוצרו (המכסים מגוון רחב של נוקשות) מציגים תגובות טיפול מייצגות יותר בהשוואה לתרביות דו-ממדיות.

גישות הטרוטיפיות אחרות לחיקוי גרורות כוללות תרביות אורגנואידים, איברים על שבבים ו/או מערכות תרבית משותפת מיקרופלואידיות, המתפתחות למערכות מורכבות כדי להתאים לתרבית משותפת של תאים חיסוניים וסרטניים עם צרכי תנאי תרבית שונים מאוד. Chakrabarti et al.9 מציגים מערכת אורגנואידית הכוללת תאי T ותאי מיאלואיד, כמו גם תאי סרטן קיבה אוטולוגיים שמקורם בבני אדם בתרבית משותפת של תאים אורגנואידים/חיסוניים המשמשת כמודל פרה-קליני לחיזוי יעילות טיפול ממוקד. De Ninno et al.10 מתארים מושג דומה באמצעות מערכות תרבית משותפת מיקרופלואידיות התואמות למדידות דינמיות ורב-פרמטריות. הייצור, הזריעה, ההדמיה והניתוח של תאים סרטניים ומיקרו-סביבת הרקמה (TME) של נישת מוח מיקרופלואידית תלת מימדית חדשה (μmBBN) מתוארת על ידי אוליבר ואחרים.11. המחברים מראים את השימוש בבינה מלאכותית כדי לזהות את ההבדלים הפנוטיפיים של תאים סרטניים המסוגלים לעבור את מחסום הדם-מוח, ולהקצות לתאים אלה פוטנציאל גרורתי אובייקטיבי במוח. זה יכול לשמש כדי לענות על שאלות בסיסיות ותרגומיות לגבי גרורות, יעילות טיפולית ותפקיד ה-TME בשניהם.

ביחד, המחברים התורמים לאוסף זה מספקים לתחום ה-TME והגרורות מגוון שיטות חדשניות ומוכנות לשימוש כדי לענות על שאלות מפתח שתרבויות מונוטיפיות דו-ממדיות במבחנה אינן יכולות לענות עליהן. בסופו של דבר, היישום הרחב של שיטות אלה ישפר את הבנתנו את המערכות האקולוגיות של הגידולים, ולכן יסייע בפיתוח טיפולים ממוקדי TME כנגד מחלה גרורתית, מצב שנותר מאתגר לטיפול ובעל השפעה רבה על הישרדותם ואיכות חייהם של החולים.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

לעורך אין גילוי נאות.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

העורך מבקש להודות לכל הכותבים התורמים על הגשותיהם המצוינות.

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bürtin, F., et al. Creation and maintenance of a living biobank - how we do it. Journal of Visualized Experiments. (170), e62065(2021).
  2. Tew, B. Y., Salhia, B. The establishment and utilization of patient derived xenograft models of central nervous system metastasis. Journal of Visualized Experiments. (171), e62264(2021).
  3. Braun, R., et al. Organotypic slice cultures as preclinical models of tumor microenvironment in primary pancreatic cancer and metastasis. Journal of Visualized Experiments. (172), e62541(2021).
  4. Ciraku, L., et al. An ex vivo brain slice model to study and target breast cancer brain metastatic tumor growth. Journal of Visualized Experiments. (175), e62617(2021).
  5. Jelinek, D., et al. A mouse model to investigate the role of cancer-associated fibroblasts in tumor growth. Journal of Visualized Experiments. (166), e61883(2020).
  6. Mayorca-Guiliani, A. E., et al. Decellularization of the murine cardiopulmonary complex. Journal of Visualized Experiments. (171), e61854(2021).
  7. Liu, Y., Eliceiri, K. W. Quantifying fibrillar collagen organization with curvelet transform-based tools. Journal of Visualized Experiments. (165), e61931(2020).
  8. Calitz, C., et al. A biomimetic model for liver cancer to study tumor-stroma interactions in a 3D environment with tunable bio-physical properties. Journal of Visualized Experiments. (162), e61606(2020).
  9. Chakrabarti, J., Koh, V., So, J. B. Y., Yong, W. P., Zavros, Y. A preclinical human-derived autologous gastric cancer organoid/immune cell co-culture model to predict the efficacy of targeted therapies. Journal of Visualized Experiments. (173), e61443(2021).
  10. De Ninno, A., et al. Microfluidic co-culture models for dissecting the immune response in in vitro tumor microenvironments. Journal of Visualized Experiments. (170), e61895(2021).
  11. Oliver, C. R., Westerhof, T. M., Castro, M. G., Merajver, S. D. Quantifying the brain metastatic tumor micro-environment using an organ-on-a chip 3D model, machine learning, and confocal tomography. Journal of Visualized Experiments. (162), e61654(2020).

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

Cancer ResearchCancer BiologyExperimental ModelsImaging TechniquesMetastatic Disease

מאמרים קשורים