ここで提示する前立腺上皮オルガノイドにおける薬理学的応答を研究するためのプロトコルである。オルガノイドは生体内生物学によく似ており、患者の遺伝学を再現し、魅力的なモデルシステムとなっています。前立腺オルガノイドは、野生型前立腺、遺伝子操作されたマウスモデル、良性ヒト組織、および進行前立腺癌から確立することができる。
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ここで提示する前立腺上皮オルガノイドにおける薬理学的応答を研究するためのプロトコルである。オルガノイドは生体内生物学によく似ており、患者の遺伝学を再現し、魅力的なモデルシステムとなっています。前立腺オルガノイドは、野生型前立腺、遺伝子操作されたマウスモデル、良性ヒト組織、および進行前立腺癌から確立することができる。
ここで提示するプロトコルは、前立腺上皮オルガノイドにおける薬力学、幹細胞電位、および癌分化を研究するためのプロトコルである。前立腺オルガノイドは、前立腺上皮に似た定義された培地で成長したアンドロゲン応答性の3次元(3D)培養物である。前立腺オルガノイドは、野生型および遺伝子操作マウスモデル、良性ヒト組織、および進行前立腺癌から確立することができる。重要なことに、患者由来のオルガノイドは遺伝学および生体内腫瘍生物学の腫瘍によく似ている。さらに、オルガノイドはCRISPR/Cas9およびshRNAシステムを使用して遺伝的に操作することができる。これらの制御遺伝学は、ゲノム型および突然変異プロファイルが薬理学的応答に及ぼす影響を迅速に検査するためのプラットフォームとしてオルガノイド培養を魅力的にする。しかし、実験プロトコルは、再現可能な結果を得るために、オルガノイド培養物の3D性質に特異的に適合する必要があります。ここで説明する詳細なプロトコルは、オルガノイド形成能力を決定するために播種アッセイを行うための。その後、このレポートは、薬剤治療を行い、生存率測定、タンパク質分離、およびRNA単離を介して薬理学的応答を分析する方法を示す。最後に、このプロトコルは、皮下移植を用いて異種移植およびその後の生体内成長アッセイのためのオルガノイドを調製する方法を記述する。これらのプロトコルは、再現性の高いデータを生成し、3Dカルチャーシステムに広く適用可能です。
薬剤耐性は、がん治療における主要な臨床問題の一つです。転移性前立腺癌(PCa)治療は、主にアンドロゲンシグナル伝達軸に向けられる。次世代の抗アンドロゲン療法(例えば、エンザルタミドおよびアビラテロン)は大きな臨床的成功を示したが、事実上すべてのPCaは最終的にアンドロゲン非依存状態、または去勢耐性前立腺癌(CRPC)に向かって進行する。
CRPCの最近のゲノムおよび転写プロファイリングは、前立腺癌における抵抗性の3つの一般的なメカニズムがあることを明らかにした:1)アンドロゲン受容体(AR)シグナル伝達1の回復をもたらす突然変異を活性化する;2)バイパスシグナル伝達の活性化は、グルココルチコイド受容体(GR)の活性化がARシグナル伝達2の損失を補償することができる次世代抗アンドロゲン療法抵抗のための前臨床モデルで例示されるように;そして3)最近同定された系統可塑性の過程で、腫瘍細胞が薬物標的に依存する細胞型からこれに依存しない別の細胞型に系統を切り替えて抵抗性を獲得する(PCaでは、AR陰性として表される)および/または神経内分泌疾患 [NEPC])3,4.しかしながら、薬剤耐性を引き起こす分子機構は理解されていない。さらに、獲得した抗アンドロゲン耐性は、悪用され得る治療上の脆弱性につながる可能性があります。したがって、患者の表現型および遺伝子型を模倣するモデルシステムにおける薬物応答を評価することが不可欠である。
前立腺オルガノイドは、定義された培地を有する3Dタンパク質マトリックス中で成長した組織異性培養物である。重要なことに、前立腺オルガノイドは、マウスまたはヒト起源の良性および癌組織から確立することができ、それらは生体内5、6に見られる形膜および遺伝性特徴を保持する。重要なことに、抗アンドロゲン感受性PCaおよびCRPC細胞の両方がオルガノイドの現在のコンペンディウムで表される。さらに、前立腺オルガノイドはCRISPR/Cas9およびshRNA5を使用して容易に遺伝的に操作される。したがって、前立腺オルガノイドは、薬物応答を試験し、抵抗機構を解明するための適切なモデルシステムである。ここでは、薬物検査を行い、前立腺オルガノイドを用いて薬理学的応答を分析するための詳細なプロトコルについて説明する。
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このプロトコルに記載されているすべての作業は、以前に確立されたマウスオルガノイドおよび患者由来オルガノイドで行われてきた。すべての動物の仕事は、メモリアルスローンケタリングがんセンターの研究動物資源センター(IACUC:06-07-012)のガイドラインに従って行われました。すべての患者由来組織は、メモリアルスローンケタリングがんセンター(IRB:12001)の規則と規則に従って収集されました。
1. 中・バッファーの準備
2. オルガノイドの単離、酵素消化、確立
3. オルガノイド形成能力の評価
注:オルガノイドを生成できる細胞のパーセンテージを決定するために、播種アッセイは、幹/前駆体電位のプロキシとして行うことができる。オルガノイド形成能は、生存率アッセイの細胞播種数を定義する上でも重要である。
4. オルガノイドの薬理学的応答の決定
5. オルガノイドからのRNA分離
注:市販のカラムベースの方法は、RNAの良好な量と品質をもたらします。良好な量RNAを確保するには、サンプルごとに少なくとも1つのドームを使用します。ただし、3つのドームを使用することをお勧めします, 12ウェルプレートの単一の井戸に播種することができます.
6. オルガノイドからのタンパク質分離
注:タンパク質単離の場合、ホスファターゼおよびプロテアーゼ阻害剤を含む標準的なRIPA緩衝液を調製する(材料表)。少なくとも3つのドームを使用することをお勧めします, これは、単一の12ウェルで播種することができます。
7. オルガノイドを伴う細胞生存率アッセイ
注:細胞生存率は、市販の細胞生存率アッセイキットおよびルミノメーターを用いて評価することができる。製造元の指示に従ってバッファを準備します。条件ごとに5つの反復が推奨されます:24ウェルプレートの1ウェルで1つの35°L基底膜マトリックスドームからなる1つの反復。
8. 異種移植のためのオルガノイドの調製
注:オルガノイドは、免疫不全動物および等生マウスの両方における皮下移植にも適しています。注入されたオルガノイドが生体内で区別可能であることを保証するために、構成的に発現するフルオロフォア5でオルガノイドにラベルを付ける。オルガノイドライン間で移植効率が異なるため、注射あたり5 x105細胞から2x106細胞を用いた移植実験を行うことをお勧めします。
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シード効率
オルガノイド形成能力は表現型および遺伝子型によって決定される。野生型(WT)前立腺基底細胞は優れたオルガノイド形成能力を示した(30%-40%)発光細胞と比較して (3%)(図 1A)。オルガノイドの確立後、形成能力は劇的に増加した。典型的には、WTオルガノイドに由来する細胞の25%〜30%が新しいオルガノイドを形成することができる(図1B)。CRISPR/Cas9媒介性Pten(PtenΔ/Δ)またはp53(p53Δ/Δ)は、オルガノイド形成能力のわずかな増加をもたらした。p53とPtenの両方の損失は、さらに形成能力を増加させた(図1B)。
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抗アンドロゲン耐性の基礎となる分子機構を理解し、潜在的な治療上の脆弱性を発見するには、前立腺癌を模倣したモデル系における薬理学的応答の検査が必要です。ここで説明する詳細なプロトコルは、患者由来および遺伝子操作された前立腺オルガノイドにおける薬理学的応答の信頼性の高い分析と、下流アプリケーション用のこれらのオルガノイドサンプルの調製のための詳細なプロトコルです。
このプロトコルには 2 つの重要な手順があります。1つ目は、オルガノイドの播種効率と増殖速度を決定することです。オルガノイドの成長速度は大きく異なります。これは、マウス由来のオルガノイドがヒト由来オルガノイドよりも約2倍速く成長するので、種に依存する。種とは別に、成長速度は遺伝子型と表現型に依存する。しかし、播種効率および成長速度が決定されるとき、このプロトコルはすべての前立腺オルガノイドタイプに合わせていることができる。
2 番目の重要なステップは、タンパク質マトリックスベースの 3D 培養を使用して、その後の下流アプリケーションに備えています。めっき時の基底膜マトリ...
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C.L.Sはノバルティスの取締役会に勤務しています。ORIC医薬品の共同創設者であり、エンザルタミドとアパルタミドの共同発明者である。アギオス、バイジーン、ブループリント、カラムグループ、フォゴーン、ハウスリーファーマ、ネクセック、KSQ、ペトラ、およびPMVの科学アドバイザーです。2014年にジェネンテック/ロシュが購入したセラゴンの共同創設者です。W.R.K.はオルガノイド技術の共同発明者および特許保有者です。
K.P. は NIH 1F32CA236126-01 によってサポートされています。C.L.S. は HHMI によってサポートされています。CA193837;CA092629;CA224079;CA155169;CA008748;そしてスターがんコンソーシアム。W.R.K.はオランダ癌財団/KWF Buit 2015-7545と前立腺癌財団PCF 17YOUN10によってサポートされています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| A83-01 | Tocris | 2939 | オルガノイド培地成分 最終濃度 200 nM |
| ADMEM/F12 | Gibco/Life technologies | 12634028 | オルガノイド培地成分 |
| B27 | Gibco/Life technologies | 17504-044 | オルガノイド培地成分 |
| 細胞培養プレート | フィッシャー | 657185 | |
| 細胞力価 Glo | Promega | G7571 | |
| DHT | Sigma-Aldrich | D-073 | オルガノイド培地成分: 最終濃度 1 nM |
| DMSO | フィッシャー | BP231-100 | |
| EGF | Peprotech | 315-09 | オルガノイド培地成分: 最終濃度 50 ng/ml (マウス用)、5 ng/nl (ヒト |
| 用) FGF10 | Peprotech | 100-26 | ヒト特異的オルガノイド培地 成分: 最終濃度 10 ng/ml |
| FGF2 | Peprotech | 100-18B | ヒト特異的オルガノイド培地成分: 最終濃度 5 ng/ml |
| グルタマックス | Gibco/Life technologies | 35050079 | オルガノイド培地成分 |
| HEPES | 自社製 | N/A | オルガノイド培地成分: 最終濃度 10 mM |
| マトリゲル (成長因子低減 &Phenol Red free) | Corning | CB-40230C | オルガノイド培地成分 |
| N-アセチルシステイン | Sigma-Aldrich | A9165 | オルガノイド培地成分: 最終濃度 1.25 mM |
| ニコチンアミド | Sigma-Aldrich | N0636 | ヒト特異的オルガノイド培地成分: 最終濃度 10 mM |
| NOGGIN | Peprotech または安定トランスフェクション 293t 細胞と Noggin コンストラクト (Karthaus et al. 2014) | 120-10C | オルガノイド培地成分: 最終濃度 10% 馴化培地または 100 ng/ml |
| ペニシリン/ストレプトアビジン | ジェミニ バイオプロダクツ | 400-109 | オルガノイド培地成分 |
| ホスパターゼ阻害剤 | メルクミリポアーゼ阻害剤 メルクミリポア | 524629 | |
| プロスタグランジン E2 | トクリス | 3632464 | |
| プロテアーゼ阻害剤 | メルクミリポア | 539131 | |
| R-SPONDIN | Peprotechまたは安定トランスフェクトされた293t細胞とR-Spondin1コンストラクト(Karthaus et al. 2014) | 120-38 | オルガノイド培地成分:最終濃度 10%コンダニード培地または500 ng/ml |
| RIPAバッファー | Merck | 20-188 | |
| RNA-easy minikit | Qiagen | 74104 | |
| SB202190 | Sigma-Aldrich | 152121-30-7 | ヒト特異的オルガノイド培地成分:最終濃度10 μM |
| TryplE | ThermoFisher | 12605036 | |
| Y-27632 | Selleckchem | S1049 | オルガノイド培地成分: 最終濃度 10 μメートル |
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