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Dalla loro introduzione nel 2011, le immunoterapie oncologiche che riducono la soppressione delle cellule T citotoxiche bloccando molecole di checkpoint immunitari inibitori come PDL-1 e CTLA-4 sono emerse come il punto di riferimento per il trattamento dei tumorisolidi 1. Tuttavia, nonostante l'uso su larga scala nei pazienti, l'efficacia clinica di questi farmaci varia ampiamente perché molti tumori solidi presentano o generano resistenza a questeterapie o alla fine generano resistenza a queste terapie. In molti casi ciò è dovuto alla natura estremamente eterogenea dei tumori solidi, anche tra lo stesso tipo di cancro3. Una comprensione più approfondita delle relazioni cellulari che si verificano nei tumori solidi è fondamentale per generare modalità di trattamento migliorate. Pertanto, identificare i meccanismi esatti e le interazioni che alimentano e sostengono questa resistenza è al centro della ricerca sul cancro. Qui, puntiamo a sviluppare un metodo che consenta un'analisi spaziale integrata dell'espressione di proteine e RNA all'interno di tessuti intatti per caratterizzare meglio queste complesse interazioni cellulari.
Il microambiente tumorale (TME) è composto dai componenti cellulari e strutturali non cancerosi che modellano la crescita tumorale e la risposta immunitaria, inclusi fibroblasti associati al cancro, cellule immunitarie infiltranti, componenti vascolari e la matriceextracellulare 4. Recentemente è diventato evidente che la composizione e l'organizzazione del TME influenzano fortemente se i tumori sono permissivi o resistenti all'infiltrazione immunitaria, uno dei principali fattori che determinano la rispostaall'immunoterapia 5. In molti tumori, un fenotipo di "deserto immunitario", caratterizzato da un basso numero di cellule T e dalla presenza di popolazioni mieloidi altamente immunosoppressive, è correlato con una scarsa risposta alle terapie di bloccodei checkpoint 6,7. La segnalazione chemoquina governa molte di queste dinamiche di reclutamento. Ad esempio, CXCL1 e CCL2 attraggono cellule mieloidi immunosoppressive, mentre l'asse CXCR3-CXCL9/CXCl10 recluta sia cellule T citotossiche che regolatorie neltumore 8. Di conseguenza, l'ambiente di segnalazione specifico per nicchia può influenzare potentemente il fenotipo e la funzione cellulare. Ad esempio, nei pazienti oncologici al coloretto, l'asse CCL5-CCR5 controlla la funzione soppressiva dei macrofagi associati al tumore (TAM) e bloccare questo segnale orienta la TAM verso un fenotipo anti-tumorigeno e si correla con risposte clinichemigliorate 9. Inoltre, interazioni dirette tra cellule immunitarie, fibroblasti associati al cancro e/o cellule tumorali tramite ICAM e PDL-1 possono indurre esaurimento immunitario e una smussazione dell'immunitàantitumorale 10. Insieme, questi risultati sottolineano l'importanza delle analisi risolte spazialmente per comprendere come il TME influenzi l'efficacia terapeutica.
L'imaging immunofluorescente (IF) rimane un approccio fondamentale per visualizzare l'espressione proteica e le interazioni cellula-cellula nei tessuti. Il campo è passato dai tradizionali IF a 3-4 colori a flussi di lavoro di imaging ad alto contenuto che si basano su colorazione e imaging iterativo. In questi metodi, grandi dataset vengono generati tramite cicli ripetuti di marcatura degli anticorpi, imaging e inattivazione o rimozione dei fluorofori, in modo che ulteriori marcatori possano essere colorati e immagiati11. Iterative Whiteing Extends Multiplexity (IBEX) è stata recentemente introdotta come piattaforma di imaging iterativo facile da usareed economica 12. Compatibile con l'uso di anticorpi commerciali e microscopi convenzionali, IBEX utilizza boroidrido di litio (LiBH 4) per ridurre la fluorescenza dei coloranti più comunemente usati senza danneggiare gli epitopi tissutali, permettendo l'acquisizione di fino a 75 parametri per un singolotessuto 13. Le immagini ottenute da questa colorazione ciclica sono allineate utilizzando il software open-source SimpleITK per produrre dataset compositi adatti ad analisi spaziali ad alta dimensione.
Complementari alla fenotipizzazione a livello proteico, i metodi trascrittomici spaziali possono fornire informazioni preziose sullo stato trascrizionale delle cellule nel loro ambiente nativo. In particolare, l'ibridazione in-situ (ISH) è una tecnica popolare per identificare la localizzazione di sequenze di DNA o RNA in uno specificotessuto 11. RNAscope è un approccio ISH ben consolidato che utilizza sonde con una chimica Z unica per amplificare specificamente i trascritti di RNA a risoluzione di singola molecola ed è compatibile con molti tipi diversidi campioni 14. Come piattaforma ampiamente adottata e disponibile commercialmente tramite Advanced Cell Diagnostics (ACD), RNAscope offre sonde validate contro una vasta gamma di bersagli, semplificando la progettazione sperimentale per applicazioni diverse.
Si può ottenere una visione più completa dell'identità e delle funzioni cellulari combinando la rilevazione di proteine e RNA all'interno dello stesso tessuto. Le proteine secrete a breve durata, come citochine e chemimochine, tradizionalmente non hanno una colorazione affidabile degli anticorpi da parte dell'IHC, ma informazioni sulla loro espressione possono essere ottenute quantificando i loro trascritti di mRNA. I precedenti tentativi di co-rilevare RNA e proteina, come l'IHC cromogenica convenzionale o la TSA-OPAL, sono stati limitati da amplificazione non lineare del segnale e da protocolli di recupero antigenico, che richiedevano moltotempo. Rispetto a questi approcci, il metodo Bex-Plex consente la rilevazione simultanea di proteine e RNA ad alto plex preservando il contesto spaziale e la morfologia nucleare per una registrazione accurata delle immagini.
Qui presentiamo "Bex-Plex", un protocollo che integra le piattaforme IBEX e RNAscope per la caratterizzazione simultanea e quantificabile degli stati trascrizionali e traslazionali delle cellule all'interno dei loro tessuti nativi. In Bex-Plex, i tessuti incorporati in OCT fissi subiscono il protocollo standard IBEX seguito da un flusso di lavoro RNAscope HiPlex leggermente modificato, in cui il recupero del bersaglio viene eseguito a 60°C con un tempo di incubazione di 1 ora rispetto all'incubazione originale a 99°C di 5 minuti. Questo preserva l'architettura dei nuclei, permettendo un allineamento accurato dei marcatori fiduciali quando si registrano le immagini separate dai cicli IF e ISH in uno solo. Questo protocollo è più adatto per studi che richiedono un'analisi spaziale simultanea dell'espressione di proteine e RNA in tessuti intatti, in particolare quando la disponibilità tissutale è limitata o quando la conservazione dell'architettura spaziale è critica, come nell'analisi del microambiente tumorale o negli studi di profilazione immunitaria.
Utilizzando reagenti ampiamente disponibili e compatibili con la maggior parte delle piattaforme di imaging, Bex-Plex può essere eseguito da qualsiasi ricercatore tecnicamente formato, familiare con l'imaging fluorescente e con accesso a un microscopio convenzionale. Il protocollo presentato qui è ottimizzato per campioni congelati fissi. Attualmente, il protocollo è stato convalidato su tessuti congelati fissi e potrebbero essere necessarie ulteriori ottimizzazioni per l'applicazione ad altri tipi di campioni come FFPE o campioni clinici umani.
Questo flusso di lavoro sarà prezioso in qualsiasi contesto in cui il tessuto sia limitato o prezioso, come biopsie tissutali o esperimenti su animali con un campione limitato, così come per il fenotipaggio di cellule che potrebbero essere difficili da estrarre con tecniche dissociative. Bex-Plex fornisce informazioni simultanee e quantificabili sui profili trascrizionali e traslazionali delle singole cellule mantenendo il loro contesto spaziale, dati unici e unici per rispondere alle domande sulle relazioni e le interferenze tra cellule nel loro ambiente originale.