מודלים קונבנציונליים של תרביות תאים דו-ממדיות הם כלים חיוניים בחקר הסרטן לחקר התקדמות הסרטן והטיפולבו 1. מודלים אלה לא רק מאפשרים תנאי ניסוי מבוקרים כדי לחקור את המנגנונים המולקולריים והתאיים העומדים בבסיס התפתחות והתקדמות סרטן, אלא גם מספקים תוצאות ניסוי חסכוניות ומהירות יחסית. השימוש בהם, עם זאת, מוגבל בשל המגוון התאי המוגבל במיקרו-סביבה של הגידול (TME), אשר לא ניתן לשחזר בטבע קופלנרי של מודלים מונו-תרבותיים2. בנוסף, מודלים של תרביות תאים מציעים סביבה פשטנית מדי בהשוואה לגוף האדם3. לכן, כדי להבין טוב יותר את התקדמות הסרטן ולפתח טיפולים יעילים, חוקרים פנו למודלים חדשניים שמטרתם לשחזר את TME בטבע מקרוב. כתוצאה מכך, שמירה על נאמנות לגידולים מקומיים היא בעלת חשיבות עליונה במודלים אלה. בהתחשב באופי המורכב של הסרטן, כל סטייה משמעותית מהגידול המקורי עלולה להציג משתנים בלתי צפויים שעשויים לבלבל מסקנות משמעותיות לגבי התנהגות הגידול.
בעוד xenografts שמקורם בחולה (PDX) התפתחו כמערכת מודל המאפשרת מעקב אחר התקדמות הגידול in vivo, כמה מגבלות תוהות עד כמה הגידול המפותח משחזר את הביולוגיה האנושית של סרטן4. לדוגמה, מלנומה TME מכילה תאי חיסון חודרי גידול ותאי סטרומה. כאשר עוברים כקסנוגרפט, התאים הלא סרטניים מהחולה יאבדו בהדרגה, מה שיכול לבחור התאמות שונות מאלה שבגידולי החולה. בעוד שניתן למתן מגבלות אלה על ידי ביצוע מעברים מוגבלים של PDX in vivo, ההבדלים בין המינים עדיין יכולים להוות סיכון לשינויים גנטיים ב- PDX החורגים מזה של הגידול המקומי5. יתר על כן, מודלים PDX נקבעים בדרך כלל בעכברים מדוכאי חיסון כדי למנוע דחייה של רקמות אנושיות. זה מגביל את היכולת לחקור את תפקידה של מערכת החיסון המארחת בסרטן, במיוחד במחקרים אימונותרפיים6. אנו ואחרים השתלנו PDX בעכברים "אנושיים" 7,8. עם זאת, הקמת מודלים PDX בעכברים אנושיים היא גוזלת זמן ויקרה. זה יכול לקחת כמה חודשים עד שנים לפתח מודל PDX יחיד מדגימת הגידול של המטופל, ובכך להגביל את המהירות ואת קנה המידה של המחקר. למרות מגבלות אלה, מודלים של PDX הוכחו כמייצגים במדויק את הביולוגיה של TME, ולכן נעשה בהם שימוש נרחב לפיתוח טיפולים לסרטן, רפואה מותאמת אישית ואימונותרפיה, בין היתר9.
טכניקת תרבית תלת-ממדית חלופית שהתפתחה היא אורגנואיד הנגזר מהמטופל (PDO), שבו גידול של חולה שזה עתה נותח מתורבת כדי ליצור מודלים השומרים על הטרוגניות פנוטיפית, היסטוארכיטקטורה ותקשורת בין-תאית10. יכולתו להידמות מאוד לגידולים מקומיים הודגמה בעבר, כאשר אורגנואידים בתרבית מסרטן לא פולשני שרירי (NMIBC) וסרטן שלפוחית השתן פולשני שרירים (MIBC) הצליחו לשחזר היבטים מרכזיים של גידולי ההורים11. בשל הפוטנציאל והיתרונות שלהם על פני מודלים אחרים, PDOs מציעים מגוון רחב של יישומים מותאמים אישית שחסרים למודלים אחרים, כולל אך לא מוגבל למחקר ופיתוח של מעכבי בקרה חיסונית יחד עם טיפולים תאיים וממוקדים. לדוגמה, בעבר השתמשנו באורגנואידים שמקורם בחולי מלנומה (MPDOs) כדי לחקור את יכולתם של לימפוציטים חודרי גידול (TILs) להתרחב באמצעות נוגדנים IL-2 ונוגדנים נגד PD1 (αPD-1). התוצאות הראו כי ה-TILs שהורחבו על ידי IL-2 ו-αPD-1 לא רק היו בעלי מספר גבוה יותר, אלא גם יכלו לחדור בהצלחה ל-MPDO ולהרוג תאי מלנומה ביעילות גבוהה יותר מאשר TILs שהורחבו בשיטות אחרות12. קבוצות אחרות הראו תוצאות דומות כאשר השימוש באנטי-PD-1 ו/או אנטי-PD-L1 מוביל לכך ש-TILs נשארים פונקציונליים ב-PDOs, מה שמוביל לאחר מכן להרג הגידול13. בנוסף, הקבוצה שלנו השתמשה גם ב-MPDO כדי להעריך את יכולת החדירה וההרג של תאי T γδ14. היישום של PDOs משתרע על פני מגוון רחב של תחומים, כולל הרחבת TIL, מחקרי ציטוטוקסיות וסינון מולקולות קטנות. כל היישומים הללו מדגישים את הפוטנציאל והשימושיות שמודל זה מעניק. ככזה, אנו מתארים את הפרוטוקול המפורט עבור התרבות של MPDOs.