הפרוטוקול הנוכחי מתאר תכנות מחדש של אדנוקרצינומה צינורית לבלב (PDAC) ותאי אפיתל צינור לבלב נורמליים לתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs). אנו מספקים הליך אופטימלי ומפורט, שלב אחר שלב, החל מהכנת lentivirus ועד הקמת קווי iPSC יציבים.
מאמר שיטה
הפרוטוקול הנוכחי מתאר תכנות מחדש של אדנוקרצינומה צינורית לבלב (PDAC) ותאי אפיתל צינור לבלב נורמליים לתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs). אנו מספקים הליך אופטימלי ומפורט, שלב אחר שלב, החל מהכנת lentivirus ועד הקמת קווי iPSC יציבים.
יצירת תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs) באמצעות גורמי שעתוק הושגה כמעט מכל סוג תא ממוין והוכחה כבעלת ערך רב למחקר וליישומים קליניים. באופן מעניין, הוכח כי תכנות מחדש של תאי סרטן iPSC, כגון אדנוקרצינומה של צינור הלבלב (PDAC), מחזיר לאחור את הפנוטיפ הפולשני של PDAC וגובר על אפיגנום הסרטן. ההתמיינות של תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים שמקורם ב-PDAC יכולה לשחזר את התקדמות PDAC מהמבשר המוקדם של הניאופלזיה התוך-אפיתליאלית של הלבלב (PanIN), ולחשוף את השינויים המולקולריים והתאיים המתרחשים בשלב מוקדם במהלך התקדמות PDAC. לכן, ניתן להשתמש בתאי גזע מושרים שמקורם ב-PDAC כדי למדל את השלבים המוקדמים ביותר של PDAC לגילוי סמני אבחון לגילוי מוקדם. זה חשוב במיוחד עבור חולי PDAC, אשר מאובחנים בדרך כלל בשלבים גרורתיים מאוחרים בשל מחסור בסמנים ביולוגיים אמינים עבור שלבי PanIN מוקדמים יותר. עם זאת, תכנות מחדש של קווי תאים סרטניים, כולל PDAC, לפלוריפוטנציה נותר מאתגר, דורש עבודה רבה ומשתנה מאוד בין קווים שונים. במאמר זה אנו מתארים פרוטוקול עקבי יותר ליצירת תאי iPSC מקווי תאי PDAC אנושיים שונים באמצעות וקטורים לנטי-ויראליים דו-גלגליים. קווי iPSC המתקבלים יציבים, ואינם מראים תלות בביטוי אקסוגני של גורמי תכנות מחדש או תרופות אינדוקטיביות. בסך הכל, פרוטוקול זה מאפשר יצירה של מגוון רחב של iPSCs שמקורם ב-PDAC, שהוא חיוני לגילוי סמנים ביולוגיים מוקדמים שהם ספציפיים יותר ומייצגים מקרי PDAC.
אדנוקרצינומה של צינור הלבלב (PDAC) היא אחת הממאירויות הקטלניות ביותר, ואבחון מוקדם נותר מאתגר בשל האופי האסימפטומטי של המחלה. רוב חולי PDAC מאובחנים בשלב גרורתי מתקדם כאשר אפשרויות הטיפול מוגבלות מאוד זמינות 1,2. זה בעיקר בשל היעדר סמנים ביולוגיים אמינים עבור השלבים המוקדמים יותר, כגון אלה שניתן לזהות בנוחות כמו חלבונים שוחררו לתוך זרם הדם.
PDAC יכול להתפשט מוקדם מאוד במהלך התקדמותו, ופרוגנוזה טובה יותר נקשרה לגילוי מוקדם של סרטן כאשר PDAC ממוקם בלבלב3. עם זאת, פחות מעשירית מחולי PDAC מאובחנים עם פרוגנוזה חיובית, המאפשרת כריתה כירורגית. עם זאת, מעטים עם גידולים נתיחים נוטים גם להישנות הגידול תוך 12 חודשים4.
בחמשת העשורים האחרונים, שיפורים מדהימים נעשו בטכניקות כירורגיות, טיפול בחולים ושיטות טיפול 5,6. עם זאת, שיעור ההישרדות ל-5 שנים בחולי PDAC שעברו ניתוח עלה בקושי ל-17%. עם זאת, זה עדיין טוב יותר מזה של חולים שלא נותחו, אשר נשאר כמעט ללא שינוי (0.9%)4,7. כימותרפיה היא הטיפול האלטרנטיבי היחיד ב-PDAC. עם זאת, אפשרות זו מוגבלת מאוד מכיוון שהרוב הגדול של חולי PDAC מפגינים עמידות חזקה לתרופות כימותרפיות כגון Gemcitabine 7,8. תרופות אחרות, כגון ארלוטיניב, זמינות רק לקבוצה קטנה של חולי PDAC עם מוטציות ספציפיות, שרובן מראות עמידות לארלוטיניב9. תופעות הלוואי השליליות הקשורות לכימותרפיה ברוב חולי PDAC הן חסרון נוסף של טיפול זה10. לאחרונה, אסטרטגיות מבטיחות הראו כי מעכבי נקודות בקרה חיסוניות (ICIs) ומעכבי מולקולות קינאז קטנות (SMKIs) יכולים להיות יעילים בטיפול ב- PDAC, אך תגובות עמידות לטיפולים ממוקדים אלה נותרו מוגבלות למיעוט החולים11,12. בסך הכל, גילוי סמנים ביולוגיים מוקדמים ספציפיים ל-PDAC יכול לסלול דרכים חדשות לאבחון וטיפול מוקדם.
PDAC מתפתח מנגעים מקדימים תוך-אפיתליאליים של הלבלב (PanIN) הנובעים מהתפשטות אפיתל לא פולשנית של צינור הלבלב13,14. בעוד היווצרות PanIN היא יזומה על ידי מוטציות אונקוגנים כגון KRAS, שינויים גנטיים ואפיגנטיים נוספים נדרשים עבור התקדמות PDAC. על פי התחזיות, ההתקדמות של PanIN דרך השלבים השונים לתוך PDAC פולשני לוקח בערך10 שנים 13,15,16,17. מסגרת זמן זו מספקת הזדמנות מצוינת להפיק תועלת מאבחון מוקדם של PDAC. לכן, מחקר מקיף בוצע כדי לבסס מודלים של בעלי חיים ותרביות אורגנואידים כדי לחקור את התקדמות PDAC 18,19,20,21. מודלים אלה היו שימושיים מאוד לחקר השלבים הפולשניים של PDAC, אם כי לא המעבר משלבי PanIN המוקדמים. לכן, חשוב לפתח מודלים ניסיוניים שיוכלו לשחזר את ההתקדמות המוקדמת של שלבי PanIN כדי לאפשר גילוי של סמנים ביולוגיים לגילוי מוקדם.
תכנות מחדש של תאים סומטיים לתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs) באמצעות ארבעת גורמי השעתוק OCT4, SOX2, KLF4 ו-c-MYC (OSKM) המחיש את מידת הפלסטיות התאית22. פלסטיות תאי סרטן תועדה היטב, ותכנות מחדש של תאי סרטן אנושיים לתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים שימש בהצלחה כדי לאפס תאים למצבם התאי המקורי, תוך הסרת רבים מהעלבונות האפיגנטיים שהצטברו במהלך התקדמות הסרטן 23,24,25,26,27,28,29. האפשרות להשתמש באסטרטגיית תכנות מחדש זו כדי להשפיע על זהות התא הסרטני היו, אם כן, הבטחה גדולה בטיפול בסרטן30,31. ואכן, הראינו בעבר כי ההבחנה בין iPSCs הנגזרים מ- PDACs יכולה לשחזר את התקדמות PDAC דרך שלבי PanIN המוקדמים32. על ידי זיהוי גנים ומסלולים ספציפיים לשלבים המוקדמים עד בינוניים של PDAC, זוהו סמנים ביולוגיים מועמדים שניתן להשתמש בהם קלינית לאבחון מוקדם של PDAC32,33. עם זאת, הסמנים הביולוגיים שהתגלו באמצעות קו iPSC יחיד הראו כיסוי מוגבל ברוב חולי PDAC32. האתגרים של יצירת קווי iPSC מחולי PDAC אחרים עצרו את היכולת לגלות סמנים ביולוגיים אמינים יותר. זה נובע מגורמים טכניים רבים, כולל ההטרוגניות של העברת OSKM, מכיוון שרק חלק קטן מתאי PDAC ראשוניים אנושיים הכילו את כל ארבעת הגורמים והגיבו בהצלחה לתכנות מחדש. כאן, פרוטוקול מפורט מוצג לתכנות מחדש של תאי PDAC ראשוניים באמצעות העברה לנטיויראלית כפולה יעילה ועקבית יותר של OSKM.
כל הפרוטוקולים הניסיוניים אושרו על ידי מועצת הביקורת המוסדית של OHSU. כל השיטות בוצעו בהתאם להנחיות ולתקנות הרלוונטיות. כל העבודות בבעלי חיים עבור גידולי PDX בוצעו באישור הוועדה המוסדית לשימוש וטיפול בבעלי חיים של OHSU (IACUC). פרוטוקול זה נבדק בתאי PDAC ראשוניים מקסנוגרפט שמקורו במטופל (PDX), קו תאי BxPc3 המציג מורפולוגיה אפיתל שבודד מרקמת הלבלב של מטופלת בת 61 עם אדנוקרצינומה, קו תאי אפיתל אימורטלי H6C7 שמקורו באפיתל צינור לבלב אנושי רגיל, ופיברובלסטים אנושיים ראשוניים שמקורם בביופסיית עור של אנשים בריאים. דגימות PDAC אנושיות התקבלו במסגרת מחקר רישום רקמות הלבלב של אורגון (IRB00003609). התקבלה הסכמה מדעת מכל הנבדקים. פיברובלסטים ראשוניים אנושיים הופקו ב- RBiomedical, אדינבורו, בריטניה, מדגימות עור מתורמים אנונימיים שעברו ניתוח שגרתי במרפאה המלכותית אדינבורו, צרפת הקטנה, בריטניה, בהסכמתם ובאישורם האתי (09/MRE00/91). כל עבודת הלנטיוירוס בוצעה תחת פעילות מחקר Class 2 (GM207/16.6) ואושרה על ידי מחלקת הבריאות והבטיחות באוניברסיטת אדינבורו והודיעה לרשות המוסמכת HSE של הממשלה הסקוטית. כל ניסויי התכנות מחדש באמצעות תאי לבלב אנושיים בוצעו תחת אישור אתי של ועדת האתיקה של בית הספר למדעי הביולוגיה באוניברסיטת אדינבורו (סימוכין # asoufi-0002).
1. הכנת lentiviruses
2. תכנות מחדש של התמרה lentivirus
3. התמרה Lentivirus של PDAC
4. התמרה Lentivirus של תאי BxPc3
5. התמרה Lentivirus של זיהום תאי H6c7
6. התמרה Lentivirus של תאי hFib
7. הכנת תאי הזנה iMEF
8. העברת התאים הנגועים לשכבת מזין iMEF
9. מעבר מושבות iPSC
10. צביעה חיה של מושבות iPSC עם TRA-1-60
תמונות מייצגות המציגות את המורפולוגיה של מושבות iPSC שמקורן בתאי PDAC, BXPc3, H6C7 ו-hFib מוצגות באיור 1. מושבות PDAC-iPSC החלו להיווצר ביום ה-25 של התכנות מחדש. מושבות iPSC חזקות עם מורפולוגיה מבוססת יותר דמוית ESC זוהו ביום 40 של תכנות מחדש (איור 1). באופן דומה, היווצרות BxPc3-iPSCs החלה ביום ה-23 והתבססה יותר ביום ה-35. היווצרות H6C7-iPSC הייתה דומה ל-PDAC-iPSCs והחלה להתבסס ביום ה-45. מושבות hFib-iPSC החלו להיווצר ביום ה-15 של תכנות מחדש.

איור 1: תמונות מייצגות של מושבות iPSC. התמונות מראות מורפולוגיה מבוססת דמוית hESC הנגזרת מ-(A) PDAC, (B) BxPc3, (C) H6c7 ו-(D) hFib. ימי התכנות מחדש מצוינים מעל כל תמונה. פסי קנה מידה = 100 מיקרומטר. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
קווי iPSC משובטים הוקמו מכל תכנות מחדש של תאי PDAC, BxPc3, H6C7 ו-hFib. כל קווי iPSC שנקבעו הוכתמו כחיוביים עבור TRA-1-60, סמן פני השטח של תאי hESC בלתי ממוינים, המאשר את התכנות מחדש שלהם לפלוריפוטנציה (איור 2).

איור 2: תמונות מייצגות של קווי iPSC שבטים. התמונות נגזרות מ- (A) PDAC, (B) BxPc3, (C) H6c7 ו- (D) hFib המציגות מורפולוגיה דמוית ESC (לוחות עליונים) וצביעה חיובית עבור TRA-1-60 (לוח תחתון). פסי קנה מידה = 100 מיקרומטר. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
כדי להקל על השימוש בתכנות מחדש של iPSC לחקר התקדמות הסרטן, נקבע פרוטוקול חזק לתכנות מחדש של תאי סרטן הלבלב. תכנות מחדש של תאים סרטניים לפלוריפוטנציה הוכח כמאתגר מאוד עד כה, שכן רק מחקרים מעטים יצרו בהצלחה iPSCs מתאי סרטן 32,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46. רוב המחקרים הללו השתמשו בקווי תאים סרטניים אימורטליים כדי ליצור קווי iPSC, ולא בתאים ראשוניים שמקורם בחולה 36,37,38,40,42,43,44,46. לדוגמה, נעשה ניסיון לתכנת מחדש ארבעה קווי תאים שונים של סרטן הכבד באמצעות החדרה רטרו-ויראלית של גורמי OSKM, אך רק קו תאים אחד תוכנת מחדש בהצלחה41. עם זאת, קו iPSC שנוצר סרטן הכבד הראה אובדן גזע לאחר כמה מעברים, מדגיש את העמידות הגבוהה של תאים סרטניים לתכנות מחדש OSKM41. בעבר, נעשו ניסיונות לתכנת מחדש תאי PDAC באמצעות העברה לנטיויראלית של OSKM בנפרד; עם זאת, נוצר רק קו iPSC יחיד, תלוי בביטוי OSKM אקסוגני ולכן לא תוכנת מחדש באופן מלא37. מחקר אחר השתמש בווקטורים אפיזומליים כדי לספק גורמי OSKM ללא אינטגרציה גנומית, אך הצליח ליצור רק שיבוט iPSC יחיד מ- PDAC39. ההצלחה המוגבלת בתכנות מחדש של תאים סרטניים מוסיפה לאתגרים הרבים המעכבים את השימוש בטכנולוגיית iPSC בחקר הסרטן.
כאן, מוסבר הדור של iPSCs מדגימות PDAC ראשוניות שמקורן בשני חולים שונים וקו תאי PDAC מבוסס אחד (BxPc3). יתר על כן, iPSCs נוצרו גם מ H6c7, קו תאי אפיתל צינור הלבלב. למיטב ידיעתנו, זהו הדיווח הראשון של קווי iPSC יציבים שהופקו בהצלחה מ-BxPc3 ו-H6c7. בעקבות פרוטוקול זה, תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים נוצרו בהצלחה גם מפיברובלסטים אנושיים ראשוניים שמקורם באנשים בריאים, ובכך הרחיבו את תחולת השיטה מעבר לחקר הסרטן.
אחד ממרכיבי המפתח מאחורי הצלחת הפרוטוקול הוא השימוש בווקטורים לנטי-ויראליים ביסיסטרוניים לביטוי משותף של גורמי מערכת ההפעלה וה-KM. וקטורים אלה מכילים את אתר הזנת הריבוזום הפנימי 2 (IRES2) כדי לבטא OCT4 ו-SOX2 בווקטור אחד ואת KLF4 ו-cMYC בווקטור השני. מחקרים רבים שהשתמשו בווקטורים מונוציסטרוניים שבהם כל גורם תכנות מחדש הועבר בנפרד הראו כי הקליטה של כל וקטור שונה, מה שמשפיע על סטויכיומטריה של OSKM ויעילות תכנות מחדש47. שימוש בווקטורים bicistronic יכול לעזור להקל על בעיה זו. יתר על כן, שימוש ב-IRES בווקטורים לנטי-ויראליים הראה עלייה משמעותית ביעילות התכנות מחדש48. במערכת לנטיוירוס זו, ביטוי מערכת ההפעלה מונע על ידי מקדם EF1a, בעוד ביטוי KM נמצא תחת שליטתו של מקדם CMV. ידוע כי מקדם CMV יכול להיות נתון להשתקה יעילה ביותר על ידי מתילציה DNA ו deacetylation היסטון, בניגוד EF1a49,50. לכן, ההשתקה המוקדמת של KM לפני מערכת ההפעלה במהלך תכנות מחדש עשויה להיות גורם מפתח להצלחת הפרוטוקול. זה עולה בקנה אחד עם מחקרים קודמים שהראו את החשיבות של דינמיקת ביטוי OSKM במהלך תכנות מחדש 51,52,53,54,55. לפיכך, וקטור bicistronic הוא גם יתרון יותר מאשר וקטור polycistronic, שבו כל גורמי OSKM באים לידי ביטוי מתוך מקדם יחיד56. גורמים נוספים התורמים להצלחת הפרוטוקול כוללים את מנות ההדבקה בלנטיוירוס ואת מספר התאים הנגועים המשמשים לתכנות מחדש, שהותאמו אישית לכל סוג תא.
לסיכום, מוצגת שיטה אופטימלית לתכנות מחדש של תאי PDAC ראשוניים יחד עם קווי תאים אחרים ותאים נורמליים. שיטה זו תסייע להרחיב את השימוש בתכנות מחדש של iPSC כדי למדל התקדמות סרטן, ובמקרה זה, לגלות סמנים ביולוגיים מוקדמים של PDAC.
המחברים מצהירים כי אין ניגוד עניינים.
A.S ו- J.K רוצים להודות לחקר הסרטן בבריטניה ול- OHSU על המימון (פרס פרויקט CRUK-OHSU C65925/A26986). A.S נתמך על ידי פרס פיתוח קריירה של MRC (MR/N024028/1). A.A ממומן על ידי מלגת דוקטורט (מלגה מס' 1078107040) מהעיר המלך עבד אל-עזיז למדע וטכנולוגיה. J.K ממומן על ידי MRF New Investigator Grant (GCNCR1042A) ומענק Knight CEDAR (68182-933-000, 68182-939-000). אנו מודים לפרופ' קייסוקה קאג'י על שסיפק באדיבות את וקטור התכנות מחדש pSIN4-EF1a-O2S ו- pSIN4-CMV-K2M. לצורך גישה פתוחה, המחבר החיל רישיון Creative Commons Attribution (CC BY) על כל גרסה של כתב היד המקובל על המחבר הנובעת מהגשה זו.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 2-מרקפטואתנול (50 מ"מ) | Thermo Fisher | 31350010 | |
| Alexa Fluor 488 אנטי-אנושי TRA-1-60-R | BioLegend | 330613 | |
| תמצית יותרת המוח בקר (BPE) | Thermo Fisher | 13028014 | |
| BxPc3 | ATCC | CRL-1687 | |
| רעלן כולרה מ-Vibrio cholerae | Merck | קולגן C8052-1MG | |
| , תמיסה מסוג I מבית | Merck | C3867 | |
| הושלם K-SFM | Thermo Fisher | 10744-019 | |
| קורנינג Costar TC טופל צלחות בארות מרובות Merck | |||
| מסנני מזרק קורנינג | Merck | ||
| כלי תרבית שטופלו בתרבית רקמות קורנינג | Merck | ||
| אימפקס ליום CLS430599 טבליות חיטוי Virkon Virucidal | Thermo Fisher | 12328667 | |
| Dulbecco ′ s תמיסת מלח חוצצת פוספט (PBS) | Merck | D8537 | |
| סרום עגל עוברי (FCS) | תרמו פישר | 10270-106 | |
| מגיב טרנספקציה פוג'ן HD | פרומגה | תמיסת ג'לטין E2312 | |
| , סוג B, 2% ב-H2O | Merck | G1393-100ML | |
| גלזגו מדיה חיונית מינימלית (GMEM) | Merck | G5154 | |
| חלבון רקומביננטי אנושי EGF | תרמו פישר | PHG0311 | |
| FGF-בסיסי אנושי (FGF-2/bFGF) (154 aa) חלבון רקומביננטי, PeproTech | Thermo Fisher | 100-18B | |
| קו תאי אפיתל של צינור הלבלב האנושי (H6c7) | תאי | של Kerafast ECA001-FP | |
| iMEF | iXcells Biotechnologies | 10MU-001-1V | |
| קרטינוציטים סרום מדיה חופשית (KSFM) | תרמו פישר | 17005-042 | |
| נוקאאוט DMEM | Thermo Fisher | 10829018 | |
| KnockOut | תרמו פישר | 10828028 | |
| L-גלוטמין (200 מ"מ) | תרמו פישר | 25030-024 | |
| MEM תמיסת חומצות אמינו לא חיוניות (100x) | תרמו פישר | 11140050 | |
| Millex-HP 0.45 μ יחידת מסנן מזרק M (סטרילית) | Merck | ||
| Opti-MEM סרום מופחת בינוני | תרמו פישר | 31985062 | |
| pMDG | AddGene | 187440 | |
| פוליברן (Hexadimethrine bromide) | מרק | H9268-5G | |
| pSIN4-CMV-K2M | AddGene | 21164 | |
| pSIN4-EF2-O2S | AddGene | 21162 | |
| psPAX2 | AddGene | 12260 | |
| pWPT-GFP | AddGene | 12255 | |
| RPMI 1640 בינוני (שינוי ATCC) | Thermo Fisher | A1049101 | |
| Sodym Pyruvate | Thermo Fisher | 11360-039 | |
| מזרקים סטריליים לשימוש חד פעמי (60 מ"ל) | Thermo Fisher | 15899152 | |
| TrypLE Express אנזים (1x), פנול אדום | Thermo Fisher | 12605036 | |
| UltraPure 0.5M EDTA, pH 8.0 | Thermo Fisher | 15575020 | |
| Y-27632 (דיהידרוכלוריד) | STEMCELL Technologies | 72304 |