מאמר שיטה

הדמיה חיה לכימות רגישות לקרינה תאית באורגנואידים גידוליים שמקורם במטופל

DOI:

10.3791/66680

⸱

5 באפריל 2024

 ,  ,  ,  , 
1Department of Radiation Oncology, Weill Cornell Medical College, 2Sandra and Edward Meyer Cancer Center, 3Department of Medicine, Weill Cornell Medical College, 4Caryl and Israel Englander Institute for Precision Medicine, 5Department of Pathology and Laboratory Medicine, Weill Cornell Medical College

* These authors contributed equally

במאמר זה

סיכום

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

כאן, אנו מפרטים גישה פשוטה של הדמיה חיה לכימות הרגישות של אורגנואידים גידוליים שמקורם במטופל לקרינה מייננת.

תקציר

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

טיפול בקרינה (RT) הוא אחד מעמודי התווך של ניהול סרטן קליני מודרני. עם זאת, לא כל סוגי הסרטן רגישים באותה מידה לקרינה, לעתים קרובות (אך לא תמיד) בגלל הבדלים ביכולתם של תאים ממאירים לתקן נזק חמצוני לדנ"א כפי שנגרם על ידי קרניים מייננות. בדיקות קלונוגניות שימשו במשך עשרות שנים כדי להעריך את רגישותם של תאי סרטן בתרבית לקרינה מייננת, בעיקר משום שתאי סרטן מוקרנים מתים לעתים קרובות באופן מושהה שקשה לכמת בטכניקות ציטומטריה או מיקרוסקופיה בזרימה קצרת טווח. למרבה הצער, לא ניתן להשתמש בבדיקות קלונוגניות ככאלה עבור מודלים מורכבים יותר של גידולים, כגון אורגנואידים של גידולים שמקורם במטופל (PDTOs). אכן, הקרנת PDTO מבוסס לא בהכרח תבטל את גדילתם כיחידות רב-תאיות, אלא אם כן התא דמוי הגבעול שלהם יושמד לחלוטין. יתר על כן, הקרנת תרחיפים חד-תאיים שמקורם ב-PDTO עשויה שלא לשחזר כראוי את הרגישות של תאים ממאירים ל-RT בהקשר של PDTO מבוסס. כאן, אנו מפרטים התאמה של בדיקות קלונוגניות קונבנציונליות הכוללת חשיפה של PDTOs מבוססים לקרינה מייננת, ואחריה דיסוציאציה של תא יחיד, ציפוי מחדש בתנאי תרבית מתאימים והדמיה חיה. תאי גזע דמויי גזע שאינם מוקרנים (בקרה) שמקורם ב-PDTO מגדלים PDTO ביעילות ספציפית ל-PDTO, המושפעת לרעה מהקרנה באופן תלוי מינון. בתנאים אלה, ניתן לכמת את יעילות יצירת PDTO ואת קצב הצמיחה כמדד לרגישות רדיואקטיבית בתמונות בהילוך מהיר שנאספו עד שבקרת PDTO משיגה תפוסה מוגדרת מראש בחלל.

מבוא

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

טיפול בקרינה חיצונית (RT) הוא אחד מעמודי התווך של האונקולוגיה המודרנית, המשקף לא רק פעילות אנטי-סרטנית בולטת הקשורה לספקטרום מוגדר היטב של תופעות לוואי הניתנות לניהול בדרך כלל1, אלא גם זמינות קלינית נרחבת במיוחד (רוב מרכזי הסרטן במדינות המפותחות מצוידים במאיצים ליניאריים מודרניים עבור קרן חיצונית RT)2. בהתאם לרעיון זה, RT משמש ברחבי העולם בהצלחה הן למטרות ריפוי, בדרך כלל בהקשר של מחלהבשלב מוקדם 3,4, והן ליישומים פליאטיביים, כדי להכיל סימפטומים (למשל, כאב) מגידולים גרורתיים5. עם זאת, לא כל הממאירויות רגישות באותה מידה ל- RT, המשקפות מספר תכונות פנימיות ומיקרו-סביבתיות של תאים סרטניים 6,7,8,9. כדוגמה עצמאית, שינויים גנטיים ואפיגנטיים שונים הקשורים לסרטן המשפיעים על תיקון DNA והומאוסטזיס חמצון-חיזור נקשרו לעלייה או ירידה ברגישות לקרינה פנימית, המשקפת במידה רבה את היכולת של RT להרוג תאים סרטניים על ידי גרימת נזק תלוי חמצן ישיר וריאקטיבי (ROS) לדנ"א ולמקרומולקולות אחרות 10,11,12,13.

במהלך העשורים האחרונים, בדיקות קלונוגניות שימשו באופן שגרתי כדי להעריך את הרגישות הרדיונית של תאי סרטן אנושיים ותאי סרטן מורין 14,15,16. ואכן, בעוד שכימותרפיות וגורמי עקה אחרים הורגים לעתים קרובות תאים ממאירים באופן מהיר למדי, RT המופעל במינונים רלוונטיים מבחינה קלינית לרוב מעורר צורה מאוחרת של מוות תאי שלא ניתן פשוט לכמת באמצעות טכניקות ציטומטריה או מיקרוסקופיה בזרימה קצרת טווח, כגון מדידת ספיגת התאים של צבעים חיוניים (המכתימים תאים מתים באופן סלקטיבי) 24-72 שעות לאחר חשיפה לגירוי ציטוטוקסי17. מלבד היותם פשוטים ומסתמכים על ריאגנטים זולים למדי, בדיקות קלונוגניות היו נוחות במיוחד מכיוון שהן מאפשרות יישום של מה שמכונה מודל "ריבועי ליניארי", שהוא כלי מתמטי פשוט למדי לניתוח כמותי של תגובת מינון RT18,19. בדומה לכך, תאי סרטן בתרבית (כולל קווי תאים מבוססים כמו גם תאים ראשוניים שמקורם בחולה) סיפקו פלטפורמה נוחה לבדיקת היבטים שונים של ביולוגיה של סרטן, כולל (אך לא רק) רגישות לטיפול באופן פשוט למדי אך פשוט, מגבלה עיקרית אחת היא היעדר מיקרו-סביבה גידולית מובנית (TME)20, 21. ואכן, תרביות תאים סרטניים דו-ממדיות אינן מסוגלות באופן מהותי לשחזר תקשורת תא-תא ואינטראקציות עם המטריצה החוץ תאית וכפי שהן מתרחשות בסרטן22,23. אורגנואידים של גידולים שמקורם בחולה (PDTOs) התפתחו כמודלים של גידולים שלפחות בחלקם עוקפים מגבלה כזו 24,25,26.

למרבה הצער, לא ניתן להשתמש בבדיקות קלונוגניות קונבנציונליות כדי להעריך את הרגישות הרדיואקטיבית של PDTOs. מצד אחד, הקרנת PDTO מבוססים לא בהכרח תפגע בגדילתם כיחידה רב-תאית, אלא אם כן התא דמוי הגבעול שלהם – האחראי להיווצרות והבשלה של PDTOs אך מפגין עמידות מוגברת לנזק לדנ"א בהשוואה לתאים ממוינים יותר המרכיבים PDTO27 – יושמד לחלוטין. מצד שני, הקרנת תרחיפים חד-תאיים שמקורם ב-PDTO עשויה שלא לשחזר כראוי את הרגישות הרדיואקטיבית של תאים המרכיבים PDTO (כולל דמויי גזע) כפי שמוצג בהקשר של PDTO שנוצרו. במאמר זה אנו מפרטים טכניקה הרותמת הדמיה חיה של PDTO לסרטן השד כדי לנטר את היעילות וקצב הצמיחה של תאים שמקורם ב-PDTO שנחשפו בעבר לקרינה מייננת בהשוואה למקביליהם שלא הוקרנו. עם שינויים נדרשים המשקפים במידה רבה את הביולוגיה הדיפרנציאלית של PDTO בודדים (למשל, דרישות מדיה לתרבית, קצב גדילה), אנו מצפים שפרוטוקול זה יתאים לחקר רגישות לקרינה בפאנל רחב של PTDOs הן ממקור חלב והן ממקור שאינו חלב.

פרוטוקול

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

הריאגנטים והציוד ששימשו במחקר מפורטים בטבלת החומרים.

1. תרבות אורגנואידים

הערה: TNBC#1 PDTOs הוקמו במעבדה שלנו בהתבסס על רקמת גידול שהוסרה בניתוח ממטופלת עם סרטן שד טריפל נגטיב (TNBC) שסיפקה הסכמה מדעת להשתתף בפרוטוקול ביו-בנקאות (IRB21-06023682). לאחר אימות על ידי היסטולוגיה וריצוף RNA (RNAseq), TNBC#1 PDTOs מתורבתים ב-66% טיפות מטריג'ל (מה שמכונה "כיפות") בתווך תרבית מועשר DMEM/F12 (טבלה 1) ועוברים כל 2-3 שבועות ביחס של 1:2-1:1028.

  1. PDTOs זרעים ביחס של 1:2-1:10 כשבועיים לפני ההקרנה בצלחות נפרדות ולא דביקות של 6 בארות, אחת לכל מנת קרינה שנבדקה (בתוספת בקרות שליליות, שיסופקו על ידי PDTOs שאינם חשופים לקרינה מייננת).
  2. הוסף 3 מ"ל של מדיום תרבית DMEM/F12 מועשר טרי ל- PDTO כל 3-4 ימים.
    הערה: תנאי הזריעה והתרבית עשויים לדרוש התאמה מסוימת כדי למנוע מ- PDTO לרכוש מראה דמוי טבעת מזוהה מאוד, המעיד על נמק ליבה תחת המיקרוסקופ ולהבטיח כדאיות אופטימלית בקרינה.

2. קרינה

  1. PDTOs מוכנים להקרנה ברגע שהם מגיעים לגודל הממוצע (כ-100 מיקרומטר, כפי שנקבע ראשונית במיקרוסקופ שדה בהיר עם ייחוס בקנה מידה) ותפוסת הכיפה (כ-80%). עברו את ה-PDTOs בשלב זה כדי למנוע צפיפות.
  2. הקרינו את הכיפות המכילות PDTO באמצעות הקרנת פלטפורמת הקרינה לחקר בעלי חיים קטנים (SARRP) (או מקרין חלופי ליישומי in vitro או in vivo ) במצב שדה פתוח (ללא קולימטור), תוך מתן מנות בודדות של 2 Gy, 4 Gy, 6 Gy, 8 Gy ו-10 Gy. PDTOs שאינם מוקרנים מספקים תנאי בקרה שליליים מתאימים.
    הערה: יש לבצע כיול בדיקות דוזימטריה לפני כל ניסוי כדי להבטיח שמחשבי PDTO הסגורים במטריג'ל יקבלו את מנת הקרינה המתוכננת. מינונים אלה נבחרו על סמך הערכות ראשוניות של רגישות לקרינה של TNBC#1 PDTOs, ולכן עשויים לדרוש התאמות עבור PDTO אחרים.

3. דיסוציאציה

  1. מיד לאחר ההקרנה, יש לשטוף כל כיפת מטריג'ל המכילה PDTO ב-2 מ"ל של תרבית DMEM/F12 מועשרת ולהשהות אותם ב-1-3 מ"ל של TrypL-E באמצעות מיקרופיפטה p1000. חזרו על הפעולה כ-30 פעמים עבור כל באר.
  2. לאסוף את תרחיף התא בצינור צנטריפוגה 50 מ"ל ולדגור במשך ~ 5 דקות באמבט מים ב 37 ° C.
  3. גלול את התאים על ידי צנטריפוגה אותם ב 800 x גרם במשך 5 דקות בטמפרטורת החדר.
  4. הסר עודפי TrypL-E כדי להשאיר ~ 1 מ"ל בצינור והוסף פי 3 מנפח האנזים המקורי (ראה שלב 3.1) של מדיום DMEM/F12 מועשר כדי לשטוף את התאים.
  5. סנן את מתלה התא באמצעות מסנן רשת שינוי של 40 מיקרומטר. שלב זה מבטיח שלא יישארו אשכולות תאים בציפוי וכי כל PDTO חדש מקורו בתא יחיד.
  6. ספרו את התאים במונה תאים אוטומטי עם צביעה עם 10% טריפאן כחול ב-PBS, והשהו אותם מחדש כך שיהיו להם 800 תאים ב-50 מיקרוליטר של מדיום DMEM/F12 מועשר בתוספת 66% מטריג'ל ב-4°C (תנאים לכיפה אחת).
  7. לוחים כל כיפה בבאר נפרדת מצלחת תרבית תואמת הדמיה חיה של 48 בארות תוך הימנעות מהיווצרות בועות. מומלץ לבצע טריפליקטים טכניים עבור כל מנת קרינה.
  8. מניחים את הצלחות באינקובטור תרבית תאים (37°C, 5% CO2) למשך 30 דקות כדי לחזק את המטריגל.
  9. הוסף 0.5-1 מ"ל של תווך DMEM/F12 מועשר, הסר בועות פוטנציאליות והצב לוחות במערכת ההדמיה החיה בתוך אינקובטור תרביות תאים. תנו לצלחת להתאזן לטמפרטורה שנקבעה במשך כ-30 דקות לפני ההדמיה.
    הערה: מטריג'ל מתמצק בטמפרטורות >4 מעלות צלזיוס, מה שמרמז על כך שיש לשמור על טמפרטורה זו עד למיצוק נדרש.

4. הדמיה חיה

  1. בתוכנת Incucyte, בחר Schedule to Aquire.
  2. לחץ על סימן הפלוס בפינה השמאלית העליונה של הפעל הוסף כלי.
  3. כדי לסרוק שוב ושוב או פעם אחת, בחר סרוק לפי לוח זמנים ולאחר מכן לחץ על הבא.
  4. כדי ליצור או לשחזר כלי שיט, בחר צור כלי חדש ולאחר מכן לחץ על הבא.
  5. כדי לבחור את סוג הסריקה, בחר אורגנואיד ולאחר מכן לחץ על הבא.
  6. הגדרות סריקה: בחר QC < ' Phase + Brightfield Image Channels. '4x Objective' נבחר באופן אוטומטי. לאחר מכן לחץ על הבא.
  7. בחירת כלי שיט: בחר את הלוחית המתאימה מאומתת תוכנה בהתאם למספר הקטלוגי.
  8. מיקום כלי שייט: בחר את מיקום הצלחת במכשיר בהתאם לפריסה ולאחר מכן לחץ על הבא.
  9. תבנית סריקה: בחר בארות בהתאם לפריסת הצלחת, ולאחר מכן לחץ על הבא.
  10. מחברת כלי שיט: לוחית שם (אופציונלי: שם סוג תא ומעבר). צור מפת לוחות על ידי לחיצה על סימן הפלוס בפינה השמאלית העליונה של פריסת הצלחות, 'צור מפת לוחות'.
  11. בעורך מפת הלוחות, ציין את סוג התא על ידי לחיצה על סמל צור תא חדש בקטע תאים , החל על בארות מתאימות על ידי לחיצה על סמל הפלוס , ובחר את הבארות המתאימות. אופציונלי: ניתן לציין את מספר תאי הזרע והמעברים. חזור על הפעולה עבור כל שורת תא.
  12. ציין את הטיפול על ידי לחיצה על סמל צור תא חדש בסעיף תנאי גידול , החל על בארות מתאימות על ידי לחיצה על סמל הפלוס , ובחר את הבארות המתאימות. חזור על הפעולה עבור כל תנאי ניסוי. לאחר מכן, לחץ על אוקיי > הבא.
  13. הגדרת ניתוח: האפשרות 'דחה ניתוח למועד מאוחר יותר' נבחרת באופן אוטומטי; לחץ על הבא.
  14. לוח זמנים לסריקה: בחר לסרוק פעמיים ביום, ללא הגבלת זמן. לחץ על הבא. נטר את הכהות של PDTO בקרה עבור נקודת קצה אידיאלית, מכיוון שהם נוטים לקרוס כאשר הם גדלים יתר על המידה.
  15. תקציר: בדוק את הסיכום ולחץ על הוסף ללוח זמנים.
    הערה: ניתן להציג מאפייני סריקה באופן חזותי, וניתן לערוך את לוח הזמנים במידת הצורך על-ידי לחיצה ימנית על ציר הזמן של הסריקה.

5. ניתוח

  1. בתוכנה התואמת, בחר תצוגה. ניתן להפעיל זאת גם ממחשב המחובר למערכת באמצעות אינטרא-נט.
  2. בחר את הניסוי הרצוי על ידי לחיצה כפולה עליו.
  3. בחר בסמל הפעל ניתוח .
  4. בחר באפשרות צור הגדרת ניתוח חדשה ולאחר מכן לחץ על הבא.
  5. סוג ניתוח: בחר אורגנואיד ולחץ על הבא.
  6. ערוצי תמונה: 'שלב + שדה בהיר' נבחר כברירת מחדל, לחץ על 'הבא'.
  7. בחרו ערכה של תמונות מייצגות לניתוח. לחץ על הבא. מומלץ לבחור נקודות זמן מוקדמות ומאוחרות ותנאי טיפול שונים, כגון בקרה ומנות קרינה שונות.
  8. בצע הגדרת ניתוח עבור TNBC#1 לפי השלבים הבאים:
    1. בתמונה: בחרו 'תצוגה מקדימה נוכחית ' או 'תצוגה מקדימה של הכל' כדי להציג באופן חזותי את מסיכת ברירת המחדל של התמונות הנוכחיות או הנבחרות. חזור על הפעולה עם שינוי פרמטרי הניתוח כדי לעדכן את המסיכה.
    2. סגמנטציה: הגדר את הרדיוס ל- 300, רקע רגישות ל- 80, פיצול קצה למצב מופעל ורגישות קצה ל- 70.
    3. ניקוי: הגדר את מילוי החור ל- 5E+05 מיקרומטר2 וכוונן את הגודל ל - 0 פיקסלים.
    4. מסננים: אין מינימום או מקסימום שטח, מינימום אקסצנטריות מוגדר 0.19, ואין אקסצנטריות מקסימלית. לחץ על הבא.
  9. זמני סריקה ובארות: בחר את כל נקודות זמן הסריקה והבארות הרצויות. לחץ על הבא. אופציונלי: בחר נתח סריקות עתידיות.
  10. שמור והחל הגדרת ניתוח: הזן את שם ההגדרה ולחץ על הבא.
  11. דמיינו את הסיכום, ולחצו על סיום.
  12. חלון מוקפץ מופיע כדי ליידע את המשתמש שהניתוח נכנס לתור הניתוח. לחץ על אישור. לאחר פתיחת חלון תור הניתוח, ניתן להציג באופן חזותי את המשימות הנותרות.
  13. במידת הצורך, אחזר את הניתוח שהושלם בתצוגה על-ידי בחירת החץ הכחול בעמודה ניתוחים , לצד שם כלי השיט, ולחיצה ימנית על שם הגדרת הניתוח. לאחר מכן, הצג באופן חזותי את הנתונים הגולמיים בתוכנה על ידי לחיצה על מדדי ניתוח גרפים, או יצא לניתוח נוסף על ידי בחירה באפשרות הגדרת ניתוח ייצוא.
    הערה: ניתן להתאים אישית ייצוא נתונים גולמיים בחלון מדדי ניתוח גרפים . ניתן לייצא בנפרד את 'ספירת אורגנואידים', 'שטח כולל', 'אקסצנטריות ממוצעת' ו'חושך', ולארגן נתונים בתפריט הנפתח 'בחר קיבוץ ' על-ידי לחיצה על ללא, עמודות, שורות או מפת לוחות משוכפלים. עבור TNBC#1, עבור ייצוא נתונים גולמיים, מדדי ניתוח גרפים ועבור האפשרות הנפתחת Select Grouping , נבחרה האפשרות ללא . פרמטרי יבוא אלה נבחרו על סמך הערכות ראשוניות עם TNBC#1 PDTOs. לפיכך הם עשויים לדרוש התאמות עבור PDTO אחרים, אשר אפשרי על התוכנה המבוססת על תכונות "תצוגה מקדימה". אנו ממליצים להתאים את פרמטרי הייבוא ב-(1) תמונות מוקדמות שמכילות בעיקר תאים בודדים או PDTO קטנים, ו-(2) תמונות שנאספו בנקודות זמן מאוחרות כדי להבטיח שמחשבי PDTO גדולים נרכשים גם בתנאי בקרה וגם בתנאי טיפול.

תוצאות

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

TNBC#1 PDTOs נחשפו למנת קרינה אחת של 0 (בקרות לא מוקרן), 2 Gy, 4 Gy, 6 Gy, 8 Gy או 10 Gy ביום 0. מיד לאחר מכן, PDTOs נותקו כדי לקבל תרחיף חד-תאי עבור כל תנאי ניסוי. תאים שמקורם ב-PDTO נזרעו לאחר מכן בלוחות של 48 בארות בתוך 66% כיפות מטריג'ל (50 מיקרוליטר כל אחת) שהושקעו במרכז הבארות, ב-3 העתקים טכניים לכל מצב. הלוחות הונחו במערכת הדמיה חיה וצולמו כל 6 שעות באמצעות מודול האורגנואיד 4X במשך 30 יום בסך הכל. הקרנה של TNBC#1 PDTOs עם RT במנה אחת של 2 Gy עיכבה באופן משמעותי את הצמיחה מחדש של PDTO, בעוד שמנות קרינה ≥4Gy (עד 10 Gy) שהושלמו מנעו התחדשות של PDTO גדלים (איור 1).

figure-results-1
איור 1: הדמיה חיה של אורגנואידים סרטניים שמקורם במטופל (PDTOs). אורגנואידים סרטניים מסרטן השד TNBC#1 שמקורם בחולה (PDTOs) נותרו ללא טיפול או נחשפו למנת הקרינה שצוינה, זמן קצר לאחר מכן ניתוק, ציפוי מחדש והדמיה עם מערכת הדמיה של תאים חיים. תמונות מייצגות בעת התאמת ניגודיות (A) והערכות כמותיות (B, ממוצע ± SEM) מדווחות. קנה מידה של תמונה: 1.19 x 1.16 מ"מ (1.38 מ"מ2). סרגל קנה מידה: 400 מיקרומטר; שקעים: 200 מיקרומטר. ****p < 0.001 (ANOVA דו-כיוונית, לעומת 0 Gy); ####p < 0.001 (ANOVA דו-כיוונית, לעומת 2 Gy). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

רכיבריכוז
DMEM F/12פי 1
גלוטמקספי 1
Hepes10 מ"מ
PenStrep100 U/מ"ל
B27פי 1
nAc1.25 מ"מ
ניקוטינאמיד10 מ"מ
מעכב קולטן TGFbeta A83-010.5 מיקרומטר
מעכב MAP p38 p38i SB2021901 מיקרומטר
נוגין10%
רספונדין מדיה10%
FGF1020 נ"ג/מ"ל
FGF75 נ"ג/מ"ל
NR (Heregulin)5 נאנומטר
פרימוצין100 מיקרוגרם/מ"ל
Y-27632 (RhoKi)5 מיקרומטר
גורם גדילה אפידרמיס hEGF5 נ"ג/מ"ל

טבלה 1: הרכב מדיום תרבית PDTO.

דיון

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

במאמר זה אנו מתארים התאמה של בדיקות קלונוגניות קונבנציונליות הרותמות PDTO של סרטן השד והדמיה חיה כדי לכמת רגישות רדיואקטיבית ל-PDTO בהתבסס על (1) ההתמדה של תאים דמויי גזע יוצרי PTDO על הקרנת PDTO במבחנה, ו-(2) קצב הצמיחה של PDTOs שתאים אלה (עשויים) לייצר. צעדים קריטיים של פרוטוקול זה כוללים: (1) הקמת PDTOs לתפוסת כיפה המאפשרת כדאיות טובה, (2) חשיפה ל-PDTO לקרינה מייננת במינונים שונים, כולל תנאי בקרה מוקרנים מדומים; (3) דיסוציאציה PDTO לתאים בודדים; (4) ציפוי מחדש של תאים בודדים שמקורם ב-PDTO; (5) הדמיה חיה עד לאכלוס כיפה מוגדר מראש בתנאי בקרה.

עם שינויים מינימליים, הקשורים בעיקר ליעילות יצירת PDTO וקצב גדילת PDTO בתנאי בקרה (אשר עשויים להשתנות במידה ניכרת בין PDTO שונים), אנו מצפים שפרוטוקול זה יהיה ניתן להתאמה למספר פלטפורמות הדמיה חיות זמינות מסחרית, כמו גם למספר רב של PDTOs, הן של חלב והן של נגזרות שאינן חלב. מצד אחד, יעילות יצירת PDTO בסיסית על פיזור תא בודד צפויה להשפיע על מספר התאים הבודדים שייזרעו מחדש כדי לקבל PDTO חדשים בצפיפות המאפשרת לא רק כימות PDTO מבוסס תמונה אלא גם צמיחה נורמלית של PDTO לא מטופלים. מצד שני, קצב הגידול של PDTO צפוי להשפיע על משך הבדיקה, שכן יש להימנע ממיזוג של PDTO סמוכים כדי לשמר יכולות אנליטיות אופטימליות. לפיכך, קביעת יעילות יצירת PDTO וקצב צמיחת PDTO בתנאי בקרה עבור כל PDTO בודד היא קריטית ליישום נכון של פרוטוקול זה.

בעוד שיטה זו נמצאה פשוטה למדי, יש לה כמה מגבלות. ראשית, מספר נמוך מדי של תאים יוצרי PDTO עלול לפגוע בהתחדשות של PDTO הגדלים בדרך כלל עם דיסוציאציה של תא יחיד. ואכן, בעוד שמעבר PDTO שגרתי יכול להיות מושג על ידי דיסוציאציה חלקית, הערכות כמותיות, כפי שמציע פרוטוקול זה, מסתמכות על יצירת תרחיף חד-תאי (אשר ניתן לאשר חזותית במהלך הספירה). שנית, קצב גדילה איטי מדי עלול להאריך במידה ניכרת את משך הבדיקה ולגרום להערכה לא מדויקת של רגישות לרדיו. אכן, ניתן להעלות על הדעת כי זמן תרבית ממושך כפי שנדרש עבור PDTO הגדלים לאט כדי להגיע לגודל תואם נקודת קצה עשוי להציע הזדמנויות נוספות לתאים יוצרי PDTO המוקרנים באופן תת-קטלני להתאושש מלחץ ולשחזר PDTO הניתנים לזיהוי (אם כי גדלים לאט). לבסוף, ניתוק PDTO זמן קצר לאחר ההקרנה צפוי להטיל לחץ נוסף על תאים יוצרי PDTO, מה שעלול להגביר את הרגישות לקרינה כתוצאה משינויים בתקשורת בין תאים בשלבים המוקדמים של ההתאוששות. עיכוב הדיסוציאציה של 24-72 שעות עשוי לספק תובנות לגבי התרומה היחסית של תקשורת תאים שהשתמרה ליכולתם של תאים יוצרי PDTO להתאושש מנזק מקרומולקולרי כפי שנכפה על ידי RT.

בעוד שפלטפורמות הדמיה חיה מציעות שיטה נוחה לניטור היווצרות PDTO וצמיחתו לאורך זמן, ניתן להשתמש גם בתמונות של נקודת קצה יחידה לאותה מטרה. במקרה זה, יש לשים לב כדי להבטיח כי PDTO סמוכים אינם מתמזגים לפני ההדמיה, וניתן להעריך את קצב הצמיחה כפונקציה של גודל PDTO מנורמל למשך הבדיקה.

בעידן רפואת הסרטן המותאמת אישית, הערכת רגישותם של גידולים בודדים לטיפול היא בעלת חשיבות עליונה שכן היא מספקת כמה רמזים לתכנון אסטרטגיות טיפוליות אישיות עם יעילות משופרת29. הפרוטוקול המתואר כאן משתלב במאמץ זה בכך שהוא מספק גישה נוחה להערכת הרגישות התאית של PDTO בודדים לקרינה מייננת (לבד או בשילוב עם שיטות טיפוליות אחרות). עם זאת, עדיין לא הוכח אם מדידת רגישות רדיואקטיבית של תאים סרטניים מ- PDTO מנבאת במדויק את התגובה של חולים בודדים עם סרטן ל- RT מוקדי. מתאם הרגישות הרדיואקטיבית של PDTO שונים לקרינה עם התגובה הקלינית ל- RT של התורמים שלהם יספק תובנות חשובות לגבי אפשרות זו.

גילויים

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

ללא קשר לעבודה זו, SCF מחזיקה בחוזי מחקר עם Merck, Varian, Bristol Myers Squibb, Celldex, Regeneron, Eisai ו- Eli-Lilly, וקיבלה ייעוץ / ייעוץ כבוד מבאייר, בריסטול מאיירס סקוויב, וריאן, Elekta, רג'נרון, אייסאי, אסטרהזניקה, MedImmune, Merck US, EMD Serono, Accuray, Boehringer Ingelheim, Roche, Genentech, AstraZeneca, View Ray ו- Nanobiotix. ללא קשר לעבודה זו, SD קיבלה ייעוץ/ייעוץ כבוד מ-Lytix Biopharma, EMD Serono, Ono Pharmaceutical, Genentech ו-Johnson &Johnson Enterprise Innovation Inc., והיא מחזיקה בחוזי מחקר עם Lytix Biopharma, Nanobiotix ו-Boehringer-Ingelheim. ללא קשר לעבודה זו, LG מחזיקה בחוזי מחקר עם Lytix Biopharma, Promontory ו-Onxeo, קיבלה ייעוץ / ייעוץ כבוד מ-Boehringer Ingelheim, AstraZeneca, OmniSEQ, Onxeo, The Longevity Labs, Inzen, Imvax, Sotio, Promontory, Noxopharm, EduCom וקרן Luke Heller TECPR2, ומחזיקה באופציות למניות Promontory.

תודות

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

אנו מודים לריימונד בריונס ו-Wen H. Shen (Weill Cornell Medical College, New York, NY, USA) על עזרתם בפיתוח פרוטוקול זה. עבודה זו נתמכה על ידי מענק קונסורציום טרנספורמטיבי לסרטן השד ממשרד ההגנה האמריקאי BCRP (#W81XWH2120034, PI: Formenti).

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
40 ומיקרו; מסנן רשת mתומאס סיינטיפיק1164H35
B27Invitrogen17504-044
סלומטר אוטומטי T4 מונה תא שדה בהירNexcelom
DMEM F / 12Corning 12634-010
גורם גדילה אפידרמיס hEGFPeprotechAF-100-15
EVOS FL מיקרוסקופ פלואורסצנטי הפוך דיגיטלי תרמו פישר סיינטיפיק12-563-460
FGF10פפרוטק100-26
FGF7פפרוטק 100-19
GlutaMaxInvitrogen 
HepesInvitrogen 15630-080
תוכנת IncuCyte 2021Aגרסת Sartorius: 2021A
Incucyte SX1Sartoriusדגם SX1
Incucyte מאומת 48 בארותצלחת Corning 3548
MatrigelDiscovery Labware354230
nAcSigma Aldrich A9165-5G
ניקוטינאמידסיגמא-אולדריץ'N0636
נוגיןנרכש ממכון אנגלנדר לרפואה מדויקת, וייל קורנל, ניו יורק, ארה"ב
לא מטופל 6 צלחת בארCellstar657 185
NR (הרגולין)Peprotech100-03
p38 מעכב MAP p38i SB202190סיגמא אולדריץ' S7067
PBSקורנינג 21-040-CV
PenStrepInvitrogen15140-122
PrimocinInvivogenant-pm-1
Rspondin Mediaנרכש ממכון אנגלנדר לרפואה מדויקת, וייל קורנל, ניו יורק, ארה"ב
פלטפורמת מחקר קרינה לבעלי חיים קטנים (SARRP) Xstrahl Ltd
מעכב קולטן TGFbeta A83-01Tocris2939
כתם כחול טריפן (0.4%)Gibco15250-61
TrypLEGibco112605-028
Y-27632 (RhoKi)SelleckS1049
35050061

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. De Ruysscher, D., et al. Radiotherapy toxicity. Nat Rev Dis Primers. 5 (1), 13(2019).
  2. Bates, J. E., Sanders, T., Arnone, A., Elmore, S. N. C., Royce, T. J. Geographic density of linear accelerators and receipt of radiation therapy for prostate cancer. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 111, 3, Supplement e351-e352 (2021).
  3. Harmenberg, U., Hamdy, F. C., Widmark, A., Lennernäs, B., Nilsson, S. Curative radiation therapy in prostate cancer. Acta Oncol. 50, Suppl 1 98-103 (2011).
  4. Nakano, T., Ohno, T., Ishikawa, H., Suzuki, Y., Takahashi, T. Current advancement in radiation therapy for uterine cervical cancer. J Radiat Res. 51 (1), 1-8 (2010).
  5. Spencer, K., Parrish, R., Barton, R., Henry, A. Palliative radiotherapy. BMJ. 360, k821(2018).
  6. Price, J. M., Prabhakaran, A., West, C. M. L. Predicting tumour radiosensitivity to deliver precision radiotherapy. Nat Rev Clin Oncol. 20 (2), 83-98 (2023).
  7. McLaughlin, M., et al. Inflammatory microenvironment remodelling by tumour cells after radiotherapy. Nat Rev Cancer. 20 (4), 203-217 (2020).
  8. Rodriguez-Ruiz, M. E., Vitale, I., Harrington, K. J., Melero, I., Galluzzi, L. Immunological impact of cell death signaling driven by radiation on the tumor microenvironment. Nat Immunol. 21 (2), 120-134 (2020).
  9. Cytlak, U. M., et al. Immunomodulation by radiotherapy in tumour control and normal tissue toxicity. Nat Rev Immunol. 22 (2), 124-138 (2022).
  10. Hanahan, D. Hallmarks of Cancer: New Dimensions. Cancer Discov. 12 (1), 31-46 (2022).
  11. Groelly, F. J., Fawkes, M., Dagg, R. A., Blackford, A. N., Tarsounas, M. Targeting DNA damage response pathways in cancer. Nat Rev Cancer. 23 (2), 78-94 (2023).
  12. Renaudin, X. Reactive oxygen species and DNA damage response in cancer. Int Rev Cell Mol Biol. 364, 139-161 (2021).
  13. Klapp, V., et al. The DNA damage response and inflammation in cancer. Cancer Discov. 13 (7), 1521-1545 (2023).
  14. Constanzo, J., Garcia-Prada, C. D., Pouget, J. P. Clonogenic assay to measure bystander cytotoxicity of targeted alpha-particle therapy. Methods Cell Biol. 174, 137-149 (2023).
  15. Serrano-Mendioroz, I., Garate-Soraluze, E., Rodriguez-Ruiz, M. E. A simple method to assess clonogenic survival of irradiated cancer cells. Methods Cell Biol. 174, 127-136 (2023).
  16. Petroni, G., et al. Radiotherapy delivered before CDK4/6 inhibitors mediates superior therapeutic effects in ER(+) breast cancer. Clin Cancer Res. 27 (7), 1855-1863 (2021).
  17. Alvarez-Abril, B., et al. Cytofluorometric assessment of acute cell death responses driven by radiation therapy. Methods Cell Biol. 172, 17-36 (2022).
  18. Bodey, R. K., Evans, P. M., Flux, G. D. Application of the linear-quadratic model to combined modality radiotherapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 59 (1), 228-241 (2004).
  19. Unkel, S., Belka, C., Lauber, K. On the analysis of clonogenic survival data: Statistical alternatives to the linear-quadratic model. Radiat Oncol. 11, 11(2016).
  20. Zitvogel, L., Pitt, J. M., Daillère, R., Smyth, M. J., Kroemer, G. Mouse models in oncoimmunology. Nat Rev Cancer. 16 (12), 759-773 (2016).
  21. Buqué, A., Galluzzi, L. Modeling Tumor immunology and immunotherapy in mice. Trends Cancer. 4 (9), 599-601 (2018).
  22. Lee, S. Y., Bissell, M. J. A Functionally robust phenotypic screen that identifies drug resistance-associated genes using 3D cell culture. Bio Protoc. 8 (22), e3083(2018).
  23. Mina, J. Bissell: Context Matters. Trends Cancer. 1 (1), 6-8 (2015).
  24. Drost, J., Clevers, H. Organoids in cancer research. Nat Rev Cancer. 18 (7), 407-418 (2018).
  25. Kim, J., Koo, B. K., Knoblich, J. A. Human organoids: Model systems for human biology and medicine. Nat Rev Mol Cell Biol. 21 (10), 571-584 (2020).
  26. van Renterghem, A. W. J., van de Haar, J., Voest, E. E. Functional precision oncology using patient-derived assays: Bridging genotype and phenotype. Nat Rev Clin Oncol. 20 (5), 305-317 (2023).
  27. Vitale, I., Manic, G., De Maria, R., Kroemer, G., Galluzzi, L. DNA damage in stem cells. Mol Cell. 66 (3), 306-319 (2017).
  28. Sachs, N., et al. A Living biobank of breast cancer organoids captures disease heterogeneity. Cell. 172 (1-2), 373-386 (2018).
  29. Zhou, Z., et al. Harnessing 3D in vitro systems to model immune responses to solid tumours: A step towards improving and creating personalized immunotherapies. Nat Rev Immunol. 24, 18-32 (2024).

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

Cellular RadiosensitivityTumor OrganoidsLive ImagingClonogenic AssayRadiation TherapyPatient Derived OrganoidsIonizing IrradiationOrganoid Growth RateStem Like CellsPersonalized Medicine

מאמרים קשורים