הפרוטוקול הנוכחי מתאר את השיטה לביסוס מודל עכבר קסנוגרפט (PDX) הנגזר ממטופל באמצעות רקמת אוסטאוסרקומה אנושית.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
הפרוטוקול הנוכחי מתאר את השיטה לביסוס מודל עכבר קסנוגרפט (PDX) הנגזר ממטופל באמצעות רקמת אוסטאוסרקומה אנושית.
אוסטאוסרקומה היא גידול העצם הממאיר הראשוני השכיח ביותר בקרב ילדים ובני נוער. למרות פיתוח תוכניות טיפול חדשות בשנים האחרונות, הפרוגנוזה של חולי אוסטאוסרקומה לא השתפרה באופן משמעותי. לכן, חיוני לבסס מודל פרה-קליני חזק עם נאמנות גבוהה. מודל הקסנוגרפט הנגזר מהמטופל (PDX) משמר נאמנה את המאפיינים הגנטיים, האפיגנטיים וההטרוגניים של ממאירויות אנושיות עבור כל מטופל. כתוצאה מכך, מודלים של PDX נחשבים למודלים אותנטיים in vivo לחקר סוגי סרטן שונים במחקרי טרנספורמציה. מאמר זה מציג פרוטוקול מקיף ליצירה ותחזוקה של מודל עכבר PDX המשקף במדויק את התכונות המורפולוגיות של אוסטאוסרקומה אנושית. זה כרוך בהשתלה מיידית של רקמת אוסטאוסרקומה אנושית שזה עתה נכרתה בעכברים מדוכאי חיסון, ואחריה עוברים רצופים. המודל המתואר משמש פלטפורמה לחקר הגידול, העמידות לתרופות, הישנות וגרורות של אוסטאוסרקומה. בנוסף, הוא מסייע בסינון טיפולי היעד ובהקמת תוכניות טיפול מותאמות אישית.
אוסטאוסרקומה היא ממאירות עצם ראשונית שמקורה בתאי אונה אינטרוסוסית והיא שכיחה ביותר בקרב מתבגרים כמו גם ילדים. זה קורה לעתים קרובות באפיפיזה של דיאפיזה ארוכה ומאופיין ממאירות גבוהה, גרורות מוקדמות, פרוגנוזה ירודה 1,2. גרורות ריאה הן סיבת המוות העיקרית בחולי אוסטאוסרקומה. שיעור ההישרדות ל-5 שנים של חולים עם אוסטאוסרקומה לא גרורתית הוא 65%-70%3. עם זאת, במהלך 40 השנים האחרונות, שיעור ההישרדות של 5 שנים (רק 20%) מהחולים עם אוסטאוסרקומה גרורתית לא השתפר באופן משמעותי, ול -25% מחולי אוסטאוסרקומה יש גרורות בזמן האבחנה4. נכון לעכשיו, תרופות הקו הראשון לטיפול באוסטאוסרקומה הגיעו לקונצנזוס, אך עדיין קיימים הבדלים משמעותיים במשטר הכימותרפיה ובזמן הטיפול5. חשוב לבצע ניסויים פרה-קליניים המבוססים על מודלים מתאימים של בעלי חיים כדי להשיג משטרי כימותרפיה יעילים יותר.
כיום, מודלים המשמשים בדרך כלל לניסויים פרה-קליניים של אוסטאוסרקומה כוללים תרבית תאים מבוססת קו תאים במבחנה וקסנוגרפטים הנגזרים מתאי in vivo (CDX), כמו גם xenografts שמקורם במטופל (PDX)6,7.
קווי התאים נוחים לתרבית ולשימוש במחקרי מבחנה , או להשתלה בעכברים מדוכאי חיסון כדי לבסס מודלים של CDX8. עם זאת, קווי תאים בתרבית במבחנה עשויים שלא לשקף במדויק את ההטרוגניות של ממאירויות ואת המאפיינים האישיים של חולים עקב מוטציות פוטנציאליות המתרחשות כדי להסתגל לסביבת תרבית החוץ גופית במהלך מעברים חוזרים. בנוסף, הם חסרים את המיקרו-סביבה ואת מערכת החיסון הדרושים לצמיחת הגידול ולהתפתחותו in vivo. בעוד מודלים CDX מציעים כמה יתרונות על פני תרבית תאים במבחנה , הם עדיין לא משקפים באופן מלא את המאפיינים האישיים של חולי אוסטאוסרקומה, אם כי רקמות הגידול שהתקבלו מודלים CDX יש הטרוגניות intratumoral מוגבלת ייצוג המערכת החיסונית בהשוואה קווי תאים בתרבית במבחנה9. לכן, הקמת מודל פרה-קליני עם נאמנות גבוהה היא קריטית.
מודלים של PDX כוללים השתלה מיידית של רקמות סרטניות אנושיות שזה עתה נכרתו בעכברים מדוכאי חיסון. שיטה זו מאפשרת שימור נאמן של מאפיינים גנטיים, אפיגנטיים והטרוגניים של ממאירויות אנושיות לכל חולה, גם לאחר מעברים רצופים בעכברים. יתר על כן, מודלים של PDX ידועים כמנבאים במדויק תוצאות קליניות מאוחרות יותר10, מה שהופך אותם לכלים רבי ערך ליצירת טיפולים מותאמים אישית ולקידום מחקר רפואה מדויקת11.
עבודה זו מתארת את ההליך לביסוס מודל PDX בעכברים מדוכאי חיסון על ידי השתלת רקמת אוסטאוסרקומה אנושית. מודלים כאלה משמשים פלטפורמות לביצוע ניסויים פרה-קליניים לאוסטאוסרקומה.
כל המחקרים המערבים רקמות אנושיות אושרו על ידי ועדת האתיקה המוסדית של בית החולים Longhua, המסונף לאוניברסיטת שנגחאי לרפואה סינית מסורתית (שנחאי, סין) (2013LC52), והתקבלה הסכמה מדעת בכתב מהמטופלים בהתאם להצהרת הלסינקי. מספר IACUC עבור מחקר זה בבעלי חיים הוא PZSHUTCM221017013. עכברי CAnN.Cg-Foxn1nu/Crl זכרים בני ארבעה שבועות קיבלו דיאטת מכרסמים מוקרנת כפולה GB 14924.3 ומים סטריליים, ושוכנו בכלוב עכברי IVC עם חמישה עכברים בכל כלוב, בתנאי SPF עם מחזור אור/חושך של 12 שעות. טבלת החומרים כוללת מידע מפורט על כל החומרים, הריאגנטים והמכשירים המשמשים בפרוטוקול זה.
1. הכנת רקמת אוסטאוסרקומה אנושית
הערה: במחקר זה, רקמת אוסטאוסרקומה אנושית נכרתה12 מנגע עצם הירך של חולה אוסטאוסרקומה בן 15 לפני כימותרפיה.
2. הקמת מודלים של PDX על ידי השתלת רקמת אוסטאוסרקומה באזור אגף העכבר
3. איסוף רקמות גידול PDX
4. בדיקה פתולוגית של רקמות גידול ראשוניות קליניות ו- PDX
פרוטוקול זה מתאר את ההליך המפורט לביסוס מודל עכבר PDX, המשמר את התכונות המורפולוגיות של אוסטאוסרקומה אנושית לאחר השתלה מיידית של רקמת אוסטאוסרקומה אנושית שזה עתה נכרתה ומעברים עוקבים בעכברים. כאן, מודל עכבר PDX הוקם בהצלחה באמצעות רקמת אוסטאוסרקומה אנושית.
איור 3A מראה עכבר מייצג של PDX ב-P0, חודשיים לאחר השתלת רקמת אוסטאוסרקומה של עצם הירך ממטופל בן 15. איור 3B מתאר עכבר מייצג של PDX ב-P1, חודש לאחר השתלת רקמת PDX ב-P0. איור 3C מציג עכבר מייצג של PDX ב-P2, חודש לאחר השתלת רקמת PDX ב-P1. איור 3D מדגים עכבר מייצג של PDX ב-P3, חודש לאחר השתלת רקמת PDX ב-P2.
עכברים הוקרבו בשיטת פריקת צוואר הרחם לאחר שאיפתCO2 כאשר גודל הגידול הגיע ל -1,500 מ"מ3 כדי לאסוף את רקמות הגידול PDX. רקמות הגידול של חולים קליניים ועכברים הוטמעו בפרפין והיו חשופות לצביעת H&E. תמונה מייצגת של צביעת H&E של רקמת הגידול הקליני של המטופל מוצגת באיור 4A. תמונות מייצגות של צביעת H&E של רקמות גידול עכבר PDX ב-P0, P1 ו-P2 מוצגות באיור 4B,C,D. מאפייני האוסטאוסרקומה, המאופיינים בתאים קטנים עם גרעינים עגולים והיפרכרומטיים ברקמות הגידול של המטופל הקליני ההורי, נשמרו ב- PDX מבוסס ב- P0, P1 ו- P2.

איור 1: כלי ניתוח. (A) אזמל. (ב,ג) פינצטה אופתלמית. (D) מספריים עיניים. (E) מחט תפר. (ו) קו התפרים. (G) מחזיק מחט ישר. (ח) עט סימון. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: הקמת מודל PDX. (A) אתר השתלת רקמת אוסטאוסרקומה באזור צלע העכבר מסומן בעט סימון. (B) חתך באורך 5 מ"מ נחתך מהעור לרקמה התת עורית. (C) דיסקציה קהה והשתלת רקמת אוסטאוסרקומה. (D) חתך תפור. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: גידול של PDX שהושתל במקור ברקמת אוסטאוסרקומה של עצם הירך ממטופל בן 15. (A) PDX שנוצר על ידי השתלת רקמת אוסטאוסרקומה אנושית (P0). (B) PDX שנוצר על ידי השתלת רקמת PDX ב-P0 (P1). (C) PDX שנוצר על ידי השתלת רקמת PDX ב-P1 (P2). (D) PDX שנוצר על ידי השתלת רקמת PDX ב-P2 (P3). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: צביעת Hematoxylin-Eosin (H&E) של חלקי רקמות מרקמות קליניות ראשוניות ורקמות PDX. צביעת H&E זיהתה מאפיינים היסטולוגיים של (A) אוסטאוסרקומה של עצם הירך מהמטופל בן ה-15, (B) PDX ב-P0, (C) PDX ב-P1, (D) PDX ב-P2. פסי קנה מידה: (A-D) 100 מיקרומטר; (E-H) 20 מיקרומטר. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
מודלי PDX יכולים לדמות את המאפיינים של סרטן אנושי ולשמור על דמיון רב יותר עם הגידול הראשוני, כולל שינויים גנטיים וגנומיים, היסטולוגיה, הטרוגניות ופרופיל ביטוי גנים 16,17,18,19. לכן, הם משמרים את הפנוטיפים המולקולריים והגנוטיפים של חולי סרטן, ומספקים גישות חדשניות לחקר ביולוגיה ולהערכת טיפולים פוטנציאליים. גישות אלה כוללות סינון פרה-קליני של תרופות אנטי-סרטניות חדשניות עם תגובות דומות מאוד לתגובות קליניות אמיתיות, זיהוי סמנים ביולוגיים של עמידות לתרופות, סינון תרופות רגישות בבחירת משטר טיפול קליני מותאם אישית, וחיזוי תוצאות חולים20. יתר על כן, תהליך ההקמה של דגמי PDX הוא פשוט יחסית ואינו דורש ציוד מיוחד.
מחקר זה ביסס בהצלחה מודל עכבר PDX באמצעות רקמות אוסטאוסרקומה אנושיות. נחשפו מספר היבטים מרכזיים של ביסוס מוצלח של מודל PDX עם רקמות אוסטאוסרקומה אנושיות. ראשית, יכולת ההשתלה של רקמות אוסטאוסרקומה אנושיות בעכברים אפשרית, ומאפשרת לחקור את הביולוגיה של אוסטאוסרקומה אנושית במערכת מורין. ניתן לייחס את שיעור היווצרות הגידול הגבוה לשימוש בעכברים מדוכאי חיסון חסרי מערכת חיסונית מתפקדת, המאפשרים לתאי אוסטאוסרקומה מושתלים להתרבות ללא דחייה. יתר על כן, מחקר זה הראה כי מודל PDX שמר על ההיסטולוגיה של רקמות אוסטאוסרקומה האנושיות המקוריות. המורפולוגיה של הגידול והמאפיינים ההיסטופתולוגיים היו דומים בין הגידול הראשוני של החולה לבין גידולי PDX. זה מצביע על כך שמודל PDX משחזר במדויק אוסטאוסרקומה, מה שהופך אותו לכלי רב ערך לחקר התקדמות אוסטאוסרקומה, גרורות ותגובה לטיפולים.
עם זאת, יש להתייחס למספר נקודות מפתח במהלך מידול PDX. ראשית, רקמות אוסטאוסרקומה אנושיות המשמשות להשתלה חייבות לעבור כריתה טרייה ויש לאחסן אותן בתמיסת הגנה על רקמות בהקדם האפשרי. עדיף להשלים את ההשתלה תוך 12 שעות לאחר הכריתה, אם כי פעילות תאי הגידול ברקמות אוסטאוסרקומה האנושיות המאוחסנות בתמיסת ההגנה על הרקמה יכולה להישמר למשך 24 שעותו-16 דקות לכל היותר. שנית, עדיף להשתמש ברקמות גידול מחולים שלא קיבלו כימותרפיה כדי לשמר באופן מקסימלי את הפנוטיפים המולקולריים והגנוטיפים של החולים, אם כי רקמות אוסטאוסרקומה אנושיות מחולים שקיבלו כימותרפיה פעם או פעמיים יכולות להשתיל בהצלחה בעכברים מדוכאי חיסון. יתר על כן, פעילות תאי הגידול תהיה ירודה אם המטופל יקבל כימותרפיות מרובות, מה שיוביל לכישלון מודל ההשתלה; עם זאת, רקמות אוסטאוסרקומה מחולים חוזרים עשויות להיות בעלות שיעור היווצרות גידול מוצלח יותר לאחר השתלתן בעכברים מדוכאי חיסון מאשר רקמות אוסטאוסרקומה מחולים שאובחנו בתחילה. שלישית, השתלת רקמות אוסטאוסרקומה ממש מתחת לדרמיס העור תשפר את קצב היווצרות הגידול בעכברים מדוכאי חיסון21.
חשוב להכיר במגבלות של מחקר זה. ראשית, מחזור ההקמה של מודל PDX הוא ארוך ולוקח 4-12 שבועות מההשתלה ועד היווצרות הגידול22. שנית, מידע הקשור לייזום הגידול ולאטיולוגיה עשוי להיעלם מכיוון שרקמות אוסטאוסרקומה של תאים סרטניים מפותחות מושתלות במלואן, ותת-שיבוטים נדירים או שינויים גנומיים עלולים ללכת לאיבוד במהלך תהליך ההשתלה. ריצוף גנום שלם של גידולי PDX והשוואה עם דגימות חולים יהיו בעלי ערך להערכת הנאמנות הגנטית של מודל23. שלישית, תאים מארחים של עכבר יכולים לחדור לגידולים, מה שעלול להשפיע על פעילות תאי הגידול9. רביעית, מודל PDX יש שיעור כישלון של כ 50% 24,25. לבסוף, במקרים מסוימים, גרורות סרטניות לא ניתן לחקור בשל היעדר גרורות תאי הגידול לאחר השתלתם בעכברים מדוכאי חיסון26.
לסיכום, מחקר זה מאמת את הביסוס המוצלח של מודל עכבר PDX באמצעות רקמות אוסטאוסרקומה אנושיות. מודל זה משחזר נאמנה את המאפיינים ההיסטופתולוגיים של הגידול המקורי, ומספק כלי רב ערך לחקר הביולוגיה של אוסטאוסרקומה ולבדיקת טיפולים פוטנציאליים. מחקרים נוספים המשתמשים במודל PDX זה ישפרו את הבנתנו את אוסטאוסרקומה ויובילו לפיתוח אסטרטגיות יעילות יותר עבור חולים אלה.
המחברים מצהירים כי אין אינטרסים כלכליים מתחרים.
עבודה זו נתמכת על ידי מענקים מ (1) הקרן הלאומית למדעי הטבע (81973877 ו -82174408); (2) פרויקט הבנייה של מרכז המחקר בעדיפות עליונה בשנחאי (2022ZZ01009); (3) תוכנית המו"פ הלאומית של סין (2020YFE0201600); (4) מרכז שנגחאי לחדשנות שיתופית של טרנספורמציה תעשייתית של הכנת TCM בבית חולים ו (5) פרויקטי מחקר במסגרת התקציב של אוניברסיטת שנגחאי לרפואה סינית מסורתית (2021LK047).
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 10% פורמלין תמיסה ניטרלית | ווהאן Saiweier ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ | G1101-500 מ"ל | לתקן את הרקמות |
| חיטוי | יפן Hiryama Company | HVE-50 | מכשירים כירורגיים לעיקור |
| CAnN.Cg-Foxn1nu/Crl | שנחאי SLAC מעבדה בעלי חיים ושות', בע"מ | / | קליפר בעלי חיים |
| Yantai גרין יער כלים ושות', בע"מ | 034180A | למדוד את נפח הגידול | |
| צלחת (60 מ"מ) | שנחאי NianYue ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ | 430166, קורנינג | דגימה במהלך ההשתלה |
| כדורי כותנה מחטאים | שנחאי Honglong Industrial Co., Ltd. | 20230627 | לחטא את עורם של עכברים |
| כפפות סטריליות חד פעמיות | Guilin Hengbao Health Protection Co., Ltd. | YT21131 | פעולה סטרילית |
| אריה כפול מוקרן מכרסמים דיאטה | Suzhou Shuangshi ניסיונית הזנת בעלי חיים טכנולוגיה ושות', בע"מ | GB 14924.3 | מזון לבעלי חיים |
| משקל אלקטרוני | שנחאי NianYue ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ | 1-2000 | לשקול את משקל הגידול |
| Eosin | שנחאי Gengyun ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ | E4009-25G | המטוקסילין אאוזין כתם |
| Hematoxylin | שנחאי Gengyun ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ | H3136-25G | המטוקסילין אאוזין כתם |
| Isoflurane | שנזן RWD חיים טכנולוגיה ושות', בע"מ | VETEASY | עכבר הרדמה |
| IVCs כלוב עכברים | Suzhou Monkey King בעלי חיים ציוד ניסיוני טכנולוגיה ושות', בע"מ | HH-MMB-2 | מחסום בעלי חיים |
| סימן עט | זברה מסחר (שנזן) ושות', בע"מ | YYST5 | סמן את החתך הכירורגי |
| אולימפוס מיקרוסקופ אופטי | אולימפוס יפנית | BH20 | סריקת פרוסות רקמה |
| משחת עיניים | שנחאי Gengyun ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ | SOICOEYEGRL | הימנע מיובש בעיניים של עכברים במהלך ההרדמה |
| מספריים עיניים | שנחאי NianYue ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ | Y00030 JZ | לחתוך את העור |
| פינצטה עיניים | שנחאי NianYue ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ | BS-ZER-S-100 Biosharp | להחזיק רקמות אוסטאוסרקומה במהלך ההשתלה |
| פרפין | ג'יאנגסו שיטאי ציוד ניסיוני ושות', בע"מ | 80200-0015 | פרפין רקמת אוסטאוסרקומה קבורה |
| Lyca Microsystem (שנחאי) מסחר ושות', בע"מ | RM2235 | מדור רקמות אוסטאוסרקומה מלוח | |
| פיזיולוגי | גואנגג'ואו Jinsheng ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ | 605-004057 | שטיפה ואחסון זמני של רקמת אוסטאוסרקומה |
| אזמל | מכשירים כירורגיים במפעל מכשירים כירורגיים של שנחאי מכשירים רפואיים (קבוצה) ושות', בע"מ | J11010-10# JZ | הפרדת רקמת אוסטאוסרקומה וביצוע חתכים כירורגיים |
| מכסה מנוע סטרילי | Thermo Fisher Technology (China) Co., Ltd. | ECO0.9 | |
| וילונות כירורגיים סטריליים | הנאן Huayu ציוד רפואי ושות', בע"מ | 20160090 | לספק אזור ניתוח סטרילי |
| מחזיק מחט ישר | שנחאי Gengyun ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ | J31050 JZ | לתפור את קו תפר הפצע |
| שנחאי Pudong Jinhuan מוצרים רפואיים ושות', בע"מ | F3124 | לתפור את הפצע | |
| תפר מחט | שנחאי Pudong Jinhuan מוצרים רפואיים ושות', בע"מ | F3124 | לתפור את הפצע |
| תמיסת מגן רקמות | נאנג'ינג שנגהאנג ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ | BC-CFM-03 | לשמור על הפעילות של תאי רקמה |
| צינור (50 מ"ל) | שנחאי Baisai, ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ | BLD-BL2002500 | התקן פתרון קיבוע פורמלין |