אורגנואידים סרטניים שמקורם בחולה הם מערכת מודל מתוחכמת למחקר בסיסי ותרגומי. מאמר שיטות זה מפרט את השימוש בדימות תאים חיים פלואורסצנטיים מרובים להערכה קינטית בו זמנית של פנוטיפים אורגנואידים שונים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
אורגנואידים סרטניים שמקורם בחולה הם מערכת מודל מתוחכמת למחקר בסיסי ותרגומי. מאמר שיטות זה מפרט את השימוש בדימות תאים חיים פלואורסצנטיים מרובים להערכה קינטית בו זמנית של פנוטיפים אורגנואידים שונים.
מודלים אורגנואידים הנגזרים ממטופל (PDO) של סרטן הם מערכת מחקר רב-תכליתית המשחזרת טוב יותר מחלות אנושיות בהשוואה לשורות תאים סרטניים. מודלים של PDO יכולים להיווצר על ידי תרבית תאי גידול של חולים בתמציות קרום מרתף חוץ-תאיות (BME) וציפוים ככיפות תלת-ממדיות. עם זאת, ריאגנטים זמינים מסחרית אשר עברו אופטימיזציה עבור בדיקות פנוטיפיות בתרבויות monolayer לעתים קרובות אינם תואמים BME. במאמר זה, אנו מתארים שיטה להצלחת מודלים של PDO ולהערכת השפעות של תרופות באמצעות מערכת הדמיה אוטומטית של תאים חיים. בנוסף, אנו מיישמים צבעים פלואורסצנטיים התואמים למדידות קינטיות כדי לכמת את בריאות התא ואת האפופטוזיס בו זמנית. ניתן להתאים אישית לכידת תמונה כך שתתרחש במרווחי זמן קבועים במשך מספר ימים. משתמשים יכולים לנתח השפעות של סמים בתמונות בודדות של מישור Z או הקרנת Z של תמונות טוריות ממישורי מוקד מרובים. באמצעות מיסוך מחושבים פרמטרים ספציפיים של עניין, כגון מספר PDO, שטח ועוצמת פלואורסצנטיות. אנו מספקים נתוני הוכחת היתכנות המדגימים את ההשפעה של חומרים ציטוטוקסיים על בריאות התא, אפופטוזיס וכדאיות. ניתן להרחיב פלטפורמת הדמיה קינטית אוטומטית זו לקריאות פנוטיפיות אחרות כדי להבין השפעות טיפוליות מגוונות במודלים של סרטן PDO.
אורגנואידים סרטניים שמקורם בחולה (PDOs) מתפתחים במהירות כמערכת מודל חזקה לחקר התפתחות סרטן ותגובות טיפוליות. PDOs הן מערכות תרבית תאים תלת-ממדיות (תלת-ממדיות) המשחזרות את הפרופיל הגנומי המורכב ואת הארכיטקטורה של הגידול הראשוני 1,2. שלא כמו תרביות דו-ממדיות מסורתיות (2D) של קווי תאים סרטניים אימורטליים, PDOs לוכדים ושומרים על הטרוגניות תוך-גידולית 3,4, מה שהופך אותם לכלי רב ערך הן למחקר מכניסטי והן למחקר תרגומי. למרות ש-PDOs הופכים למערכת מודל פופולרית יותר ויותר, ריאגנטים זמינים מסחרית ושיטות ניתוח עבור אפקטים תאיים התואמים לתרביות PDO מוגבלים.
היעדר שיטות חזקות לניתוח שינויים עדינים בתגובה לטיפול מעכב תרגום קליני. מגיב בריאות התא תקן הזהב בתרביות תלת-ממד, CellTiter-Glo 3D, משתמש ברמות ATP כגורם הקובע את כדאיות התא 5,6. בעוד מגיב זה שימושי עבור בדיקות נקודות קצה, ישנם מספר אזהרות, בעיקר חוסר היכולת להשתמש בדגימות למטרות אחרות לאחר השלמת הבדיקה.
דימות תאים חיים הוא צורה מתוחכמת של מיקרוסקופ קינטי אשר, בשילוב עם ריאגנטים פלואורסצנטיים, יש לו את היכולת לכמת מגוון של קריאות בריאות התא בתוך מודלים PDO, כולל אפופטוזיס 7,8,9 וציטוטוקסיות10. ואכן, הדמיה של תאים חיים הייתה חלק בלתי נפרד מסינון בתפוקה גבוהה של תרכובות בפלטפורמות דו-ממדיות11,12. מערכות כגון Incucyte הפכו את הטכנולוגיה לזולה ולכן נגישה לקבוצות מחקר במגוון מסגרות. עם זאת, היישום של מערכות אלה לניתוח תרבויות תלת ממדיות עדיין בחיתוליו.
במאמר זה אנו מתארים שיטה להערכת תגובת תרופות במודלים של סרטן PDO באמצעות הדמיה מרובת תאים חיים (איור 1). באמצעות ניתוח של תמונות שדה בהירות, ניתן לנטר באופן קינטי שינויים בגודל PDO ובמורפולוגיה. יתר על כן, תהליכים תאיים יכולים להיות מכומתים בו זמנית לאורך זמן באמצעות ריאגנטים פלואורסצנטיים, כגון Annexin V Red Dye עבור אפופטוזיס ו Cytotox Green Dye עבור ציטוטוקסיות. השיטות המוצגות מותאמות למערכת ההדמיה Cytation 5 של תאים חיים, אך פרוטוקול זה עשוי להיות מותאם על פני פלטפורמות דימות שונות של תאים חיים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מחקרים המשתמשים בדגימות גידול אנושי נבדקו ואושרו על ידי מועצת הביקורת המוסדית של אוניברסיטת איווה (IRB), פרוטוקול #201809807, ובוצעו בהתאם לסטנדרטים האתיים כפי שנקבעו בהצהרת הלסינקי משנת 1964 ותיקוניה המאוחרים יותר. הסכמה מדעת התקבלה מכל הנבדקים שהשתתפו במחקר. קריטריוני ההכללה כוללים אבחנה של סרטן וזמינות של דגימות גידול.
1. ציפוי PDO שלם בצלחת 96 בארות
2. טיפולים והוספת צבעים פלואורסצנטיים לריבוב
3. הגדרת פרמטרי הדמיה
4. ניתוח תמונות בתוכנת Gen5 (איור 2)
5. ייצוא נתונים מדור 5 לאקסל
6. ניתוח נתונים חיצוניים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מטרתנו הייתה להדגים את ההיתכנות של שימוש בהדמיה מרובת תאים חיים כדי להעריך תגובה טיפולית של PDO. ניסויי הוכחת היתכנות בוצעו בשני מודלים נפרדים של PDO לסרטן רירית הרחם: ONC-10817 ו-ONC-10811 (ראו איור משלים 1 ואיור משלים 2 לנתוני ONC-10811). אפופטוזיס (צביעת נספח V) וציטוטוקסיות (ספיגה ירוקה של ציטוטוקס) נוטרו באופן קינטי בתגובה לחומר המשרה אפופטוזיס, סטאורוספורין. באופן ספציפי, PDOs צופו בלוחות של 96 בארות, טופלו בצבעים אדומים של Annexin V ו-Cytotox Green, והונחו באינקובטור של 37°C למשך ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תרביות PDO הופכות לפופולריות יותר ויותר במערכת מודל במבחנה בשל יכולתן לשקף תגובות והתנהגויות תאיות2. התקדמות משמעותית נעשתה ביצירת PDO, בתרבות ובטכניקות הרחבה, אך שיטות לניתוח תגובות טיפוליות התמהמהו. ערכות כדאיות תלת-ממדיות הזמינות באופן מסחרי הן מבחני נקודות קצה ליטיים, מחמיצים נתוני תגובה קינטית בעלי ערך פוטנציאלי ומגבילים את הניתוחים הבאים בשיטות אחרות8. מחקרים חדשים מיישמים דימות תאים חיים כדי להעריך תגובות לתרופות במודלים של PDO. כאן, אנו מציגים שיטה להערכת תגובות טיפ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
KWT היא בעלים משותפת של Immortagen Inc. CJD היא עובדת של Agilent. JSdB כיהנה בוועדות מייעצות וקיבלה עמלות מאמג'ן, אסטרה זנקה, אסטלס, באייר, Bioxcel Therapeutics, בורינגר אינגלהיים, Cellcentric, Daiichi, Eisai, Genentech/Roche, Genmab, GSK, Harpoon, ImCheck Therapeutics, Janssen, Merck Serono, Merck Sharp & Dohme, Menarini/Silicon Biosystems, Orion, Pfizer, Qiagen, Sanofi Aventis, Sierra Oncology, Taiho, Terumo ו-Vertex Pharmaceuticals; הוא עובד של המכון לחקר הסרטן (ICR), אשר קיבלו מימון או תמיכה אחרת לעבודת המחקר שלו מ AZ, אסטלס, באייר, Cellcentric, Daiichi, Genentech, Genmab, GSK, Janssen, Merck Serono, MSD, Menarini/Silicon Biosystems, Orion, Sanofi Aventis, Sierra Oncology, Taiho, Pfizer, ו Vertex, ואשר יש לו עניין מסחרי abiraterone, עיכוב PARP בתיקון DNA סרטן פגום, ומעכבי מסלול PI3K/AKT (ללא הכנסה אישית); הוכרז כממציא, ללא אינטרס כספי לפטנט 8 822 438, שהוגש על ידי Janssen המכסה את השימוש באבירטרון אצטט עם סטרואידים; היה CI/PI של ניסויים קליניים רבים בחסות התעשייה; והוא חוקר בכיר במכון הלאומי לחקר הבריאות (NIHR). לאף מחבר אחר אין ניגודי אינטרסים פוטנציאליים לחשוף.
אנו אסירי תודה ל-Tissue Procurement Core ולד"ר קריסטן קולמן מאוניברסיטת איווה על אספקת דגימות גידול למטופלים ולד"ר סופיה גברילוביץ 'במחלקה למיילדות וגינקולוגיה על הסיוע ביצירת מודל PDO. אנו מודים גם לד"ר ואלרי סלווטיקו (Agilent, ארה"ב) על ניתוח ביקורתי של כתב היד. אנו מכירים במקורות המימון הבאים: NIH/NCI CA263783 ו- DOD CDMRP CA220729P1 ל- KWT; חקר הסרטן בבריטניה, סרטן הערמונית בריטניה, הקרן לסרטן הערמונית והמועצה למחקר רפואי ל- JSdB. למממנים לא היה כל תפקיד בתכנון או ניתוח של ניסויים או בהחלטה לפרסם.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| צינור מיקרוצנטרפוגה 1.5 מ"ל | Dot Scientific Inc | 1008113 | |
| צינור צנטריפוגה חרוטי 15 מ"ל | Sarstedt | 62.554.100 | |
| 554 NM LED קוביית | Agilent | 1225012 | |
| צלחת 96 בארות | קורנינג קוסטאר | 3596 | מחומם מראש ל 37 מעלות; צלחת C |
| 96 בארות | Agilent | 204626-100 | מחוממת מראש ל -37 מעלות; C |
| A83-01 | Tocris | 2939 | הריכוז הסופי הוא 500 ננומטר (רכיב של מדיית תרבית אורגנואידים) |
| DMEM/F-12 | Gibco | 12634-010 | מתקדם רכיב של מדיית תרבית אורגנואידים |
| תוסף B27 | Gibco | 17504044 | הריכוז הסופי הוא פי 1 (מרכיב של מדיית תרבית אורגנואידים) |
| BioTek BioSpa 8 חממה אוטומטית | Agilent | BIOSPAG-SN | חממת שולחן; תוכנת תזמון BioSpa OnDemand משתפת פעולה עם Gen5 כדי להעביר לוחות בין ה-BioSpa ל-Cytation 5 להדמיה (פרוטוקול זה משתמש בגרסה 1.01.10) |
| BioTek Cytation 5 Cell Imaging Multimode Reader | Agilent CYT5PW-SN | Plate Reader; תוכנת Gen5 משמשת למכשיר זה (פרוטוקול זה משתמש בגרסה 3.12.08) | |
| Cultrex UltiMatrix Reduced Growth Factor Basement Membrane Extract | R& D Systems | BME001-10 | |
| Daunorubicin HCl | Sigma-Aldrich | S3035 | משוחזר ב-DMSO |
| דימתיל סולפוקסיד | Sigma-Aldrich | D2438 | |
| EDTA (0.5 מ') | Thermo Fisher | AM9260G | |
| Forskolin | Tocris | 1099 | הריכוז הסופי הוא 10 ומיקרו; M (מרכיב של מצע תרבית אורגנואידים) |
| Glutamax | Gibco | 35050-061 | הריכוז הסופי הוא 1x (מרכיב של מצע תרבית אורגנואידים) |
| HEPES | Gibco | 15630-080 | הריכוז הסופי הוא 10 מ"מ (מרכיב של מצע תרבית אורגנואידים) |
| EGF אנושי, חלבון רקומביננטי ללא בעלי חיים | Gibco | AF-100-15-1MG | הריכוז הסופי הוא 0.5 ננוגרם/מ"ל (מרכיב של מצע תרבית אורגנואידים) |
| חלבון רקומביננטי FGF-10 אנושי | Gibco | 100-26-1MG | הריכוז הסופי הוא 10 ננוגרם/מ"ל (מרכיב של מצע תרבית אורגנואידים) |
| R-Spondin 1 חלבון רקומביננטי | אנושי Gibco | 120-38-5UG | הריכוז הסופי הוא 250 ננוגרם/מ"ל (מרכיב של מצע תרבית אורגנואידים) |
| Hydrocortisone Stock Solution | StemCell Technologies | 7926 | הריכוז הסופי הוא 500 ננוגרם/מ"ל (מרכיב של מצע תרבית אורגנואידים) |
| קוביית מסנן הדמיה- GFP | Agilent | 1225101 | |
| קוביית מסנן הדמיה- TRITC | Agilent | 1225125 | |
| הדמיה LED GFP/CFP | Agilent | 1225001 | |
| Incucyte Annexin V Red Dye | Sartorius | 4641 | משוחזר במדיה של תרבית אורגנואידית |
| Incucyte Cytotox Green Dye | Sartorius | 4633 | תמיסת DMSO |
| N-Acetyl-L-cysteine | Sigma-Aldrich | A7250 | הריכוז הסופי הוא 1.25 מ"מ (מרכיב במצע תרבית אורגנואידים) |
| Nexcelom Bioscience ViaStain AOPI Staining Solution | Fisher-Scientific | 13366169 | הוסף נפח 1:50 |
| ניקוטינאמיד | סיגמא-אולדריץ' | N0636 | הריכוז הסופי הוא 10 מ"מ (מרכיב של מצע תרבית אורגנואידים) |
| Noggin | R& D Systems | 6057-NG | הריכוז הסופי הוא 100 ננוגרם/מ"ל (מרכיב של מצע תרבית אורגנואידים) |
| פניצילין-סטרפטומיצין | Gibco | 15140122 | הריכוז הסופי הוא 10 יחידות/מ"ל (מרכיב של מצע תרבית אורגנואידים) |
| פוספט חוצץ מלח (1x) | Gibco | 14190-144 | |
| Primocin | InvivoGen | ant-pm-05 | הריכוז הסופי הוא 100 ומיקרו; גרם/מ"ל (מרכיב של מצע תרבית אורגנואיד) |
| הרגולין אנושי רקומביננטי ובטא;-1 | Pepro Tech | 100-03 | הריכוז הסופי הוא 37.5 ננוגרם/מ"ל (מרכיב של מצע תרבית אורגנואידית) |
| תמיסת סטאורוספורין מ-Streptomyces sp. | Sigma-Aldrich | S6942 | |
| TrypLE Express | Life Technologies | 12604013 | |
| Y-27632, CAS 331752-47-7 | Sigma-Aldrich | 688000 | הריכוז הסופי הוא 5 ומיקרו; M (מרכיב של מצע תרבית אורגנואידים) |
| ובטא;-אסטרדיול | סיגמא-אולדריץ' | E2758 | הריכוז הסופי הוא 100 ננומטר (מרכיב של מצע תרבית אורגנואידים) |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.