Il presente protocollo descrive il metodo per stabilire un modello murino di xenotrapianto derivato da paziente (PDX) utilizzando tessuto di osteosarcoma umano.
Articolo metodologico
* These authors contributed equally
Il presente protocollo descrive il metodo per stabilire un modello murino di xenotrapianto derivato da paziente (PDX) utilizzando tessuto di osteosarcoma umano.
L'osteosarcoma è il tumore osseo maligno primario più comune nei bambini e negli adolescenti. Nonostante lo sviluppo di nuovi piani di trattamento negli ultimi anni, la prognosi per i pazienti con osteosarcoma non è migliorata in modo significativo. Pertanto, è fondamentale stabilire un modello preclinico robusto con un'elevata fedeltà. Il modello di xenotrapianto derivato dal paziente (PDX) preserva fedelmente le caratteristiche genetiche, epigenetiche ed eterogenee delle neoplasie maligne umane per ciascun paziente. Di conseguenza, i modelli PDX sono considerati autentici modelli in vivo per lo studio di vari tumori negli studi di trasformazione. Questo articolo presenta un protocollo completo per la creazione e il mantenimento di un modello murino PDX che rispecchia accuratamente le caratteristiche morfologiche dell'osteosarcoma umano. Ciò comporta il trapianto immediato di tessuto di osteosarcoma umano appena resecato in topi immunocompromessi, seguito da un successivo passaggio. Il modello descritto funge da piattaforma per studiare la crescita, la resistenza ai farmaci, la recidiva e le metastasi dell'osteosarcoma. Inoltre, aiuta a selezionare le terapie target e a stabilire schemi di trattamento personalizzati.
L'osteosarcoma è un tumore maligno osseo primario derivato dalle cellule del lobo interosseo ed è più comune negli adolescenti e nei bambini. Si verifica spesso nell'epifisi della diafisi lunga ed è caratterizzata da elevata malignità, metastasi precoci e prognosi infausta 1,2. Le metastasi polmonari sono la principale causa di morte nei pazienti con osteosarcoma. Il tasso di sopravvivenza a 5 anni dei pazienti con osteosarcoma non metastatico è del 65%-70%3. Tuttavia, negli ultimi 40 anni, il tasso di sopravvivenza a 5 anni (solo il 20%) dei pazienti con osteosarcoma metastatico non è migliorato in modo significativo e il 25% dei pazienti con osteosarcoma presenta metastasi al momento della diagnosi4. Attualmente, i farmaci di prima linea per il trattamento dell'osteosarcoma hanno raggiunto un consenso, ma ci sono ancora differenze significative nel regime chemioterapico e nel tempo di trattamento5. È importante eseguire esperimenti preclinici basati su modelli animali appropriati per ottenere regimi chemioterapici più efficaci.
Attualmente, i modelli comunemente utilizzati per gli esperimenti preclinici sull'osteosarcoma includono colture cellulari in vitro basate su linee cellulari e xenotrapianti derivati da cellule in vivo (CDX), nonché xenotrapianti derivati da pazienti (PDX)6,7.
Le linee cellulari sono utili per la coltura e per l'uso in studi in vitro , o per il trapianto in topi immunodeficienti per stabilire modelli CDX8. Tuttavia, le linee cellulari coltivate in vitro potrebbero non riflettere accuratamente l'eterogeneità dei tumori maligni e le caratteristiche individuali dei pazienti a causa di potenziali mutazioni che si verificano per adattarsi all'ambiente di coltura in vitro durante passaggi ripetuti. Inoltre, mancano del microambiente e del sistema immunitario necessari per la crescita e lo sviluppo del tumore in vivo. Sebbene i modelli CDX offrano alcuni vantaggi rispetto alla coltura cellulare in vitro , potrebbero ancora non riflettere pienamente le caratteristiche individuali dei pazienti con osteosarcoma, sebbene i tessuti tumorali ottenuti dai modelli CDX abbiano una limitata eterogeneità intratumorale e rappresentazione del sistema immunitario rispetto alle linee cellulari coltivate in vitro9. Pertanto, è fondamentale stabilire un modello preclinico ad alta fedeltà.
I modelli PDX prevedono il trapianto immediato di tessuti tumorali umani appena resecati in topi immunodeficienti. Questo metodo consente di preservare fedelmente le caratteristiche genetiche, epigenetiche ed eterogenee delle neoplasie maligne umane per ciascun paziente, anche dopo passaggi successivi nei topi. Inoltre, i modelli PDX sono noti per prevedere con precisione gli esiti clinici successivi10, rendendoli strumenti preziosi per la creazione di trattamenti personalizzati e l'avanzamento della ricerca sulla medicina di precisione11.
Questo lavoro descrive la procedura per stabilire un modello di PDX in topi immunodeficienti mediante trapianto di tessuto di osteosarcoma umano. Tali modelli fungono da piattaforme per condurre esperimenti preclinici per l'osteosarcoma.
Tutti gli studi che coinvolgono tessuti umani sono stati approvati dal Comitato di revisione etica istituzionale dell'ospedale Longhua, affiliato all'Università di Medicina Tradizionale Cinese di Shanghai (Shanghai, Cina) (2013LC52), e il consenso informato scritto è stato ottenuto dai pazienti in conformità con la Dichiarazione di Helsinki. Il numero IACUC per questo studio sugli animali è PZSHUTCM221017013. Ai topi maschi di quattro settimane di CAnN.Cg-Foxn1nu/Crl è stata fornita una dieta per roditori irradiata a doppio leone GB 14924.3 e acqua sterile, e sono stati alloggiati in una gabbia per topi IVC con cinque topi per gabbia, in condizioni SPF con un ciclo luce/buio di 12 ore. La Tabella dei Materiali include informazioni dettagliate su tutti i materiali, i reagenti e gli strumenti utilizzati in questo protocollo.
1. Preparazione del tessuto dell'osteosarcoma umano
NOTA: In questo studio, il tessuto dell'osteosarcoma umano è stato resecato12 dalla lesione del femore di un paziente di 15 anni con osteosarcoma prima della chemioterapia.
2. Costituzione di modelli PDX mediante trapianto di tessuto di osteosarcoma nella regione del fianco del topo
3. Raccolta di tessuti tumorali PDX
4. Esame patologico dei tessuti tumorali clinici primari e PDX
Questo protocollo descrive la procedura dettagliata per stabilire un modello murino di PDX, preservando le caratteristiche morfologiche dell'osteosarcoma umano dopo il trapianto immediato di tessuto di osteosarcoma umano appena resecato e passaggi successivi nei topi. Qui, un modello murino PDX è stato stabilito con successo utilizzando tessuto di osteosarcoma umano.
La Figura 3A mostra un topo rappresentativo di PDX a P0, due mesi dopo il trapianto di tessuto di osteosarcoma femorale da un paziente di 15 anni. La Figura 3B mostra un topo rappresentativo di PDX a P1, un mese dopo il trapianto di tessuto PDX a P0. La Figura 3C mostra un topo rappresentativo di PDX a P2, un mese dopo il trapianto di tessuto PDX a P1. La Figura 3D illustra un topo rappresentativo di PDX a P3, un mese dopo il trapianto di tessuto PDX a P2.
I topi sono stati sacrificati utilizzando il metodo della lussazione cervicale dopo l'inalazione di CO2 quando la dimensione del tumore ha raggiunto i 1.500 mm3 per raccogliere i tessuti tumorali PDX. I tessuti tumorali dei pazienti clinici e dei topi sono stati quindi incorporati in paraffina e sottoposti a colorazione H&E. Un'immagine rappresentativa della colorazione H&E del tessuto tumorale clinico del paziente è mostrata nella Figura 4A. Le immagini rappresentative della colorazione H&E dei tessuti tumorali di topo PDX a P0, P1 e P2 sono mostrate nella Figura 4B, C, D. Le caratteristiche dell'osteosarcoma, caratterizzate da piccole cellule con nuclei rotondi e ipercromatici nei tessuti tumorali clinici dei pazienti, sono state mantenute nei PDX stabiliti a P0, P1 e P2.

Figura 1: Strumenti chirurgici. (A) Bisturi. (B,C) Pinzette oftalmiche. (D) Forbice oftalmica. (E) Ago da sutura. (F) Linea di sutura. (G) Porta ago dritto. (H) Pennarello. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Definizione del modello PDX. (A) Il sito di trapianto di tessuto di osteosarcoma nella regione del fianco del topo è etichettato con un pennarello. (B) È stata praticata un'incisione di 5 mm dalla pelle al tessuto sottocutaneo. (C) Dissezione contundente e trapianto di tessuto di osteosarcoma. (D) Incisione suturata. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Crescita di PDX trapiantata originariamente con tessuto di osteosarcoma femorale da un paziente di 15 anni. (A) PDX stabilita trapiantando il tessuto dell'osteosarcoma umano (P0). (B) PDX stabilito trapiantando il tessuto PDX a P0 (P1). (C) PDX stabilito trapiantando il tessuto PDX a P1 (P2). (D) PDX stabilito trapiantando il tessuto PDX a P2 (P3). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Colorazione con ematossilina-eosina (H&E) di sezioni di tessuto da tessuti clinici primari e PDX. La colorazione H&E ha rilevato le caratteristiche istologiche di (A) osteosarcoma femorale dal paziente di 15 anni, (B) PDX a P0, (C) PDX a P1, (D) PDX a P2. Barre di scala: (A-D) 100 μm; (E-H) 20 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
I modelli PDX possono simulare le caratteristiche dei tumori umani e mantenere una maggiore somiglianza con il tumore primario, comprese le alterazioni genetiche e genomiche, l'istologia, l'eterogeneità e il profilo di espressione genica 16,17,18,19. Pertanto, preservano i fenotipi molecolari e i genotipi dei pazienti oncologici, fornendo approcci innovativi per lo studio della biologia e la valutazione di potenziali terapie. Questi approcci includono lo screening preclinico di nuovi farmaci antitumorali con risposte altamente simili a risposte cliniche reali, il rilevamento di biomarcatori di resistenza ai farmaci, lo screening di farmaci sensibili nella selezione di regimi di trattamento clinico personalizzati e la previsione degli esiti dei pazienti20. Inoltre, il processo di creazione dei modelli PDX è relativamente semplice e non richiede attrezzature speciali.
Questo studio ha stabilito con successo un modello murino PDX utilizzando tessuti di osteosarcoma umano. Sono stati rivelati diversi aspetti chiave per stabilire con successo un modello di PDX con tessuti di osteosarcoma umano. In primo luogo, la trapiantabilità di tessuti di osteosarcoma umano nei topi è fattibile, consentendo lo studio della biologia dell'osteosarcoma umano in un sistema murino. L'alto tasso di formazione del tumore può essere attribuito all'uso di topi immunodeficienti privi di un sistema immunitario funzionale, consentendo alle cellule di osteosarcoma trapiantate di proliferare senza rigetto. Inoltre, questo studio ha dimostrato che il modello PDX ha mantenuto l'istologia dei tessuti originali dell'osteosarcoma umano. La morfologia del tumore e le caratteristiche istopatologiche erano simili tra il tumore primario del paziente e i tumori PDX. Ciò indica che il modello PDX ricapitola accuratamente l'osteosarcoma, rendendolo uno strumento prezioso per studiare la progressione, le metastasi e la risposta ai trattamenti dell'osteosarcoma.
Tuttavia, è necessario affrontare diversi punti chiave durante la modellazione PDX. In primo luogo, i tessuti dell'osteosarcoma umano utilizzati per il trapianto devono essere appena resecati e devono essere conservati in una soluzione protettiva tissutale il prima possibile. È preferibile completare il trapianto entro 12 ore dalla resezione, anche se l'attività delle cellule tumorali nei tessuti dell'osteosarcoma umano conservati nella soluzione protettiva tissutale può essere mantenuta per un massimo di 24 ore16. In secondo luogo, è preferibile utilizzare tessuti tumorali di pazienti che non hanno ricevuto la chemioterapia per preservare al massimo i fenotipi molecolari e i genotipi dei pazienti, sebbene i tessuti dell'osteosarcoma umano di pazienti che hanno ricevuto la chemioterapia una o due volte possano essere trapiantati con successo in topi immunodeficienti. Inoltre, l'attività delle cellule tumorali sarà scarsa se un paziente riceve più chemioterapie, portando al fallimento del modello di trapianto; Tuttavia, i tessuti dell'osteosarcoma di pazienti recidivanti possono avere un tasso di formazione del tumore di successo più elevato dopo essere stati trapiantati in topi immunodeficienti rispetto ai tessuti dell'osteosarcoma di pazienti diagnosticati inizialmente. In terzo luogo, il trapianto di tessuti di osteosarcoma appena sotto il derma della pelle migliorerà il tasso di formazione del tumore nei topi immunodeficienti21.
È importante riconoscere i limiti di questo studio. In primo luogo, il ciclo di instaurazione del modello PDX è lungo e richiede 4-12 settimane dal trapianto alla formazione del tumore22. In secondo luogo, le informazioni relative all'inizio e all'eziologia del tumore possono essere assenti perché vengono trapiantati tessuti di osteosarcoma a cellule tumorali completamente sviluppati e rari subcloni o alterazioni genomiche possono andare persi durante il processo di trapianto. Il sequenziamento dell'intero genoma dei tumori PDX e il confronto con campioni di pazienti sarebbero preziosi per valutare la fedeltà genetica del modello23. In terzo luogo, le cellule ospiti di topo possono infiltrarsi nei tumori, influenzando potenzialmente l'attività delle cellule tumorali9. In quarto luogo, il modello PDX ha un tasso di guasto di circa il 50%24,25. Infine, in alcuni casi, le metastasi tumorali non possono essere studiate a causa dell'assenza di metastasi delle cellule tumorali dopo essere state trapiantate in topi immunodeficienti26.
In conclusione, questo studio convalida il successo della creazione di un modello murino PDX utilizzando tessuti di osteosarcoma umano. Questo modello ricapitola fedelmente le caratteristiche istopatologiche del tumore originale, fornendo uno strumento prezioso per esplorare la biologia dell'osteosarcoma e testare potenziali terapie. Ulteriori studi che utilizzano questo modello PDX miglioreranno la nostra comprensione dell'osteosarcoma e porteranno allo sviluppo di strategie più efficaci per questi pazienti.
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.
Questo lavoro è supportato da sovvenzioni di (1) la National Nature Science Foundation (81973877 e 82174408); (2) Progetto di costruzione del Centro di ricerca prioritario di Shanghai (2022ZZ01009); (3) Programma nazionale di ricerca e sviluppo chiave della Cina (2020YFE0201600); (4) Centro di innovazione collaborativa di Shanghai per la trasformazione industriale della preparazione della MTC ospedaliera e (5) Progetti di ricerca all'interno del budget dell'Università di Medicina Tradizionale Cinese di Shanghai (2021LK047).
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Soluzione neutra in formalina al 10% | Wuhan Saiweier Biotechnology Co., Ltd | G1101-500ml | Fissare i tessuti |
| Autoclave | Giappone Hiryama Company | HVE-50 | Strumenti chirurgici per sterilizzazione |
| CAnN.Cg-Foxn1nu/Crl | Shanghai SLAC Laboratory Animal Co, Ltd. | / | Calibro per animali |
| Yantai Green Forest Tools Co., Ltd. | 034180A | Misurare il volume del tumore | |
| Piatto (60 mm) | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | 430166, Corning | Posizionamento del campione durante il trapianto |
| Batuffoli di cotone disinfettanti | Shanghai Honglong Industrial Co., Ltd. | 20230627 | Disinfettare la pelle dei topi |
| Guanti sterili monouso | Guilin Hengbao Health Protection Co., Ltd. | YT21131 | Operazione sterile |
| Dieta per roditori irradiati con doppio leone | Suzhou Shuangshi Experimental Animal Feed Technology Co., Ltd. | GB 14924.3 | mangimi per animali |
| Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | 1-2000 | Pesare il peso del tumore | |
| Eosin | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | E4009-25G | Ematossilina eosina colorazione |
| Ematossilina Shanghai | Gengyun Biotechnology Co., Ltd | H3136-25G | Ematossilina eosina macchia |
| Isoflurano | Shenzhen RWD Life Tecnologia Co., Ltd | VETEASY | Anestesia del topo |
| IVC gabbia per topi | Suzhou Monkey King Animal Experimental Equipment Technology Co., Ltd. | HH-MMB-2 | Barriera animale |
| Mark pen | Zebra Trading (Shenzhen) Co., Ltd. | YYST5 | Segna l'incisione chirurgica |
| Microscopio ottico Olympus | giapponese Olympus Company | BH20 | Scansiona fette di tessuto |
| Unguento oftalmico | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | SOICOEYEGRL Evitare | gli occhi asciutti dei topi durante l'anestesia |
| Forbici oftalmiche | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | Y00030 JZ | Taglia la pelle |
| Pinzette oftalmiche | Shanghai NianYue Biotechnology Co., | Ltd BS-ZER-S-100 Biosharp | Hold tessuti osteosarcoma durante il trapianto |
| Paraffina | Jiangsu Shitai Experimental Equipment Co., Ltd. | 80200-0015 | Affettatrice per paraffina per tessuti osteosarcoma sepolti |
| Lyca Microsystem (Shanghai) Trading Co., Ltd. | RM2235 | Sezione tissutale osteosarcoma | |
| soluzione fisiologica soluzione salina | Guangzhou Jinsheng Biotechnology Co., Ltd. | 605-004057 | Risciacquo e conservazione temporanea del tessuto osteosarcoma |
| Scalpelli | Fabbrica di strumenti chirurgici di Shanghai Medical Devices (Group) Co., Ltd. | J11010-10# JZ | Separazione del tessuto dell'osteosarcoma e incisione chirurgica Cappuccio |
| sterile | Thermo Fisher Technology (China) Co., Ltd. | ECO0.9 | Tavolo operatorio |
| chirurgico sterile teli chirurgici Henan | Huayu Medical Equipment Co., Ltd. | 20160090 | Fornire un'area chirurgica sterile |
| Porta ago dritto | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | J31050 JZ | Sutura la linea |
| sutura | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd | F3124 | Sutura la ferita |
| Ago da sutura | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd | F3124 | Sutura la |
| ferita Soluzione protettiva dei tessuti | Nanjing Shenghang Biotechnology Co., LTD | BC-CFM-03 | Mantenere l'attività delle cellule tissutali |
| Tubo (50 mL) | Shanghai Baisai, Biotechnology Co., Ltd. | BLD-BL2002500 | Installa la soluzione di fissazione della formalina |