患者のBMPC標本および骨転移性前立腺癌の異種移植片の三次元培養は、嚢胞、回転楕円および複雑な腫瘍様オルガノイドをもたらす元の腫瘍の機能的不均一性を維持する。本稿は、異種患者由来サンプルの3D培養とIFCを用いた解析のための最適化戦略とプロトコルを提供します。
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患者のBMPC標本および骨転移性前立腺癌の異種移植片の三次元培養は、嚢胞、回転楕円および複雑な腫瘍様オルガノイドをもたらす元の腫瘍の機能的不均一性を維持する。本稿は、異種患者由来サンプルの3D培養とIFCを用いた解析のための最適化戦略とプロトコルを提供します。
ヒト患者の腫瘍標本からのオルガノイドの三次元(3D)培養および前立腺癌の患者由来異種移植片(PDX)モデルは、患者由来オルガノイド(PDO)と呼ばれ、そのメカニズムを研究するための貴重な資源である。前立腺癌の腫瘍形成と転移。彼らの主な利点は、彼らがそうしない従来の細胞株と比較して、元の組織の特徴的なゲノムと機能的不均一性を維持することです。さらに、PDOの3D培養は、個々の患者に対する薬物治療の影響を予測するために使用することができ、パーソナライズされた医療への一歩です。これらの利点にもかかわらず、いくつかのグループは、異なる患者のサンプルに必要な可能性のあるPDO培養条件の広範な最適化のために、この方法を日常的に使用しています。我々は、我々の前立腺癌骨転移PDXモデル、PCSD1が、抗アンドロゲン療法に対するドナー患者の骨転移の抵抗を再現したことを以前に実証した。我々は、PCSD1 3Dオルガノイドを用いて、抗アンドロゲン抵抗性のメカニズムをさらに特徴付けた。PDXおよびPDOモデルの現在発表されている研究の概要に続いて、我々は最適化された培養条件でドーム型または浮遊基基盤膜(例えば、マトリゲル)球を用いたPDOの3D培養のためのステップバイステッププロトコルを記述する。インビボでは、ヒストロジーのための細胞処理と画像化と細胞処理も記載されている。このプロトコルは、ウェスタンブロット、共培養、等を含む他の用途のためにさらに最適化することができ、薬剤耐性、腫瘍形成、転移および治療薬に関する3D培養PDOの特性を探索するために使用することができる。
三次元培養オルガノイドは、生体内アーキテクチャ、細胞機能性および元の組織の遺伝的シグネチャを再現する可能性に注目されている1,2,3,4,5.最も重要なことは、患者腫瘍組織または患者由来異種移植片(PDX)モデルから確立された3Dオルガノイドは、腫瘍形成に関する細胞シグナル伝達のメカニズムを理解し、各細胞集団6、7、8、9、10、11、12、13に対する薬物治療の効果を決定する貴重な機会を提供する。Drostら5は泌尿器科の分野で広く採用されているヒトおよびマウス前立腺オルガノイドの確立のための標準プロトコルを開発した。また、3Dオルガノイドのさらなる特徴付けに多大な努力が行われ、腫瘍形成および転移の詳細なメカニズムを理解するために4,12,14,15.3D オルガノイド培養のための以前に確立され、広く受け入れられているプロトコルに加えて、我々は最適化された培養条件の3つの異なるドミン法を用いてPDOの3D培養のためのステップバイステップのプロトコルをここに記述する。
本稿では、3Dオルガノイドを骨転移性前立腺癌(BMPC)の元生体モデルとして確立した。これらの培養物に使用される細胞は、前立腺癌サンディエゴ(PCSD)シリーズから来て、患者前立腺癌骨転移性腫瘍組織(PCSD18およびPCSD22)または患者由来異種移植片(PDX)腫瘍モデル(PCSD1、PCSD13、およびPCSD17という名前のサンプル)から直接得られた。前立腺癌細胞の自発的な骨転移は遺伝子組み換えマウスモデル16ではまれであるため、ヒト腫瘍細胞の雄Rag2---γc-/-マウスへの直接の大腿内注射を使用して、骨転移性前立腺癌のPDXモデルを確立した17。
異種患者腫瘍細胞または異種移植片由来の患者から3Dオルガノイドが確立されたら、前立腺腫瘍細胞としての同一性を確認し、3Dオルガノイド培養でそれらの表現型を決定することが不可欠です。免疫蛍光化学(IFC)は、各細胞におけるその中のタンパク質発現の可視化を可能にし、特定の細胞集団2、4に対する潜在的な機能を示すことが多い。一般に、組織や細胞を含むサンプルの大部分に対するIFCプロトコルは、簡単で完全に最適化されています。しかし、細胞密度およびオルガノイドの数は、従来の培養物よりも有意に低くすることができる。したがって、オルガノイドのIFCプロトコルは、サンプル内のすべてのオルガノイドのパラフィンに適切な処理と埋め込みを確実にするために追加のステップを必要とします。アガロースの埋め込み前プロセスの追加手順と、特にオルガノイドのサンプルが所望よりも低い細胞密度を有する場合に、オルガノイド上のIFCの成功率を増加させるスライド上のセクション化オルガノイドの位置を標識するヒントを説明する。
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この研究は、カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)機関審査委員会(IRB)のガイドの勧告に厳密に従って行われました。IRB #090401承認は、UCSD機関審査委員会(IRB)から、研究目的で患者から外科検体を収集するために受け取りました。各患者からインフォームド・コンセントを得て、手術骨前立腺癌転移標本は大腿骨の病的骨折の整形外科修復から得られた。動物プロトコルは、カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)の動物福祉および制度的動物ケアおよび使用委員会(IACUC)が#S10298承認されたプロトコルの下で行われました。機械的および酵素的に解離した患者腫瘍組織からの細胞は、前に説明したように6〜8週齢の雄Rag2-/-γc-/-マウスに大腿内注射した。異種移植片腫瘍体積は、生体内生物発光イメージングシステムおよびキャリパー測定を用いて決定した。2.0cmまでの腫瘍増殖(IACUCによって承認された最大許容サイズ)に、腫瘍は3Dオルガノイドの確立のために収穫された。
注:図1は、実験手順の各ステップに対して3Dオルガノイドとプロトコル番号を確立するためのワークフローを示しています。
1. 患者由来異種移植片(PDX)腫瘍組織の処理
注:これは、異種移植片マウスモデルに由来する腫瘍のオルガノイド確立のための最初のステップです。このプロトコルは、Drostら5によって以前の出版物から適合され、我々はオルガノイド培地に血清補充を含むように培地条件を変更しました。
2. 患者原発腫瘍組織の処理
注:これはオルガノイドの確立のための最初のステップです。
3. プレートに取り付けられた円形ドームを形成する
注: この原稿では、図1および図2に示すように、細胞ペレットと基底膜(例えば、Matrigel)の混合物からドームを作る3つの方法について説明します。ステップ2-4では、細胞と基細胞膜は、基細胞膜の凝固を防ぐために氷の上に保持する必要があります。
4. プレートに取り付けられた円形ドームから浮遊ドームを形成する
5. フローティングビーズの形成
注:このプロトコルは、基細胞膜、媒体、オルガノイドの混合物がビーズのように見えるので、浮遊ビーズとして命名されています。
6. インビボオルガノイド顕微鏡を用いた画像ステッチ8
注:特定の顕微鏡は、セルプレート(エッジ壁)の外周に到達することができません。したがって、画像ステッチ時にはセルプレートの周囲に近いウェルを使用することをお勧めします。
7. 組織学のためのオルガノイド処理:アガローススピンダウン法
注: このプロトコルは、以前の出版物から Vlachogiannis ら7.我々は、正常にオルガノイドのすべての集団を埋め込むためにアガロース埋め込みを含むステップを追加しました。
8. オルガノイドの組織学と免疫蛍光性細胞化学(IFC)
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3Dオルガノイドは、骨転移性前立腺癌(BMPC)の由来異種移植片(PDX)モデルから、ならびに患者の骨転移性前立腺癌組織から直接確立された(図4)。簡単に言えば、BMPCのPDXモデルは、大腿内(IF)が雄Rag2----c-----マウスに腫瘍細胞を注入することによって確立され、PDX腫瘍を採取し、この原稿に記載されているように処理した。図4に示すように、PCSDシリーズのPDX腫瘍組織は、このプロトコルを使用して形成された嚢胞、回転楕円、およびより高い複雑性オルガノイドとして現れる差動表現型を有する3Dオルガノイドをもたらした。
25の高解像度10倍の拡大画像からのステッチ画像は、地下膜とオルガノイドのドーム全体を示した(図5)。画像解析ソフトウェアを使用して、特定のサイズよりも大きい細胞または細胞クラスターを選別するか、または回転楕円体または嚢胞を手動で選...
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前立腺癌細胞の骨転移に由来する3Dオルガノイドは、依然として比較的稀である。ここでは、BMPCのシリアル3D患者由来オルガノイド(PTO)を正常に確立するための戦略およびさらに最適化されたプロトコルについて説明する。さらに、プロトコルはIFCおよびIHC分析のための低い細胞密度のサンプルのオルガノイドを確保するために記述されている。嚢胞、回転楕円体およびより複雑なオルガノイドの形態の差動表現型は、このプロトコルが患者のヘテロゴノス腫瘍細胞集団が細胞表現型および構造を保持することを可能にする培養条件を提供することを示す。従って、ここで述べる培養条件は、FBS血清補充で5種の修飾を加えたもので、患者のBMPC由来細胞の培養に最適であることが示された。
私たちの最適化されたプロトコルは、3Dオルガノイド培養をセットアップするために、原発性またはPDX腫瘍組織からの限られた出発物質からの複数のエンドポイントを備えた実験のために実用的です。一般に、患者原発腫瘍組織からの3Dオルガノイドの確立は、PDX腫瘍組織からの3Dオルガノイドの確立よりも少...
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サンヒー・リーとクリスティーナ・A・M・ジェイミーソンは、JoVE Methodsコレクションのゲスト編集者です。
この研究は、レオとアンアルバート慈善財団とJM財団によって支援されました。カリフォルニア大学サンディエゴ・ムーアズがんセンターのメンバー、ジンヤン博士、ケイ・T・ヨン博士は、マイクロトームとランドール・フレンチ外科部の技術的専門知識を利用してくれたことに感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1 mL ピペットマン | ギルソン | F123602 | |
| 1 mL シリンジ | BD シリンジ | 329654 | |
| 1.5 mL チューブ | スペクトラム ラボ 製品 | 941-11326-ATP083 | |
| 25G ニードル | BD プレシジョングライド ニードル | 305122 | |
| 4% パラホルムアルデヒド (PFA) | Alfa Aesar | J61899 | |
| 70% エタノール (EtOH) | VWR | BDH1164-4LP | |
| A83-01 | トクリスバイオサイエンス | 2939 | |
| アキュマックス | ・イノベーティブ・セル・テクノロジーズ(株) | AM105 | |
| adDMEM | Life Technologies | 12634010 | |
| Agarose | Lonza | 50000 | |
| 抗体 -サイトケラチン 5 | Biolegend | 905901 | |
| サイトケラチン 8 | Biolegend | 904801 | |
| B27 | Life Technologies | 17504044 | |
| Bioluminescence イメージングシステム IVIS 200 | Perkin Elmer Inc | IVIS 200 | |
| 細胞培養プレート - 24 ウェル | Costar | 3524 | |
| 細胞培養プレート - 48 ウェル | Costar | 3548 | |
| 細胞培養プレート - 6 ウェル | Costar | 3516 | |
| 細胞解離溶液, Accumax | Innovative Cell Technologies, Inc. | AM105 | |
| 細胞回収ソリューション | コーニング | 354253 | |
| セルスクレーパー | Sarstedt | 83.180 | |
| セルストレーナー | Falcon (Corning) | 352350 | |
| CO2 インキュベーター | Fisher Scientific | 3546 | |
| DAPI | ベクター Vectashield | H-1200 | |
| DHT | Sigma-Aldrich | D-073-1ML | |
| dPBS | コーニング/セルグロ | 21-031-CV | |
| EGF | ペプロテック | AF-100-15 | |
| FBS | ジェミニ バイオプロダクツ | 100-106 | |
| FGF10 | ペプロテック | 100-26 | |
| FGF2 | ペプロテック | 100-18B | |
| 鉗子 | デンビル サイエンティフィック | S728696 | |
| Glutamax | Gibco | 35050-061 | |
| HEPES | Gibco | 15630-080 | |
| LSカラム | Miltenyi | 130-0420401 | |
| 磁気カラムセパレータ: QuadroMACS セパレータ | Miltenyi | 130-090-976 | |
| マーカー | VWR | 52877-355 | |
| マトリゲル (成長因子低減) | Mediatech Inc. (コーニング) | ||
| マトリゲル(高濃度) | BD(フィッシャーサイエンティフィック) | CB354248 | |
| 顕微鏡イメージングソフトウェア、キーエンス | BZ-X800(最新ソフトウェア)BZ-X700(旧ソフトウェア) | ||
| 顕微鏡、キーエンス | BZ-X700(2016-2017年型)/BZ-X710(2018-2019年型) | ||
| マウス細胞枯渇キット | Miltenyi | 130-104-694 | |
| N-アセチルシステイン | Sigma-Aldrich | A9165-5G | |
| ニコチンアミド | Sigma-Aldrich | N0636-100G | |
| Noggin | PeproTech | 120-10C | |
| OCT Compound | Tissue-TEK | 4583 | |
| Parafilm | American National Can | N/A | |
| Pen-Strep | Mediatech Inc. (Corning) | 30-002-CI-1 | |
| 1 mL用ピペットチップ(ブルーチップ) | Fisherbrand Redi-Tip | 21-197-85 | |
| プランジャー(3 mLシリンジから) | BDシリンジ | 309657 | |
| Prostaglandin E2 | Tocris Bioscience | 2296 | |
| R-Spondin 1 | Trevigen | 3710-001-01 | |
| SB2021190 | Sigma-Aldrich | S7076-25MG | |
| スモールテーブルトップ遠心分離機 | ThermoFisher Scientific | 75002426 | |
| ウォーターバス | フィッシャーSci | 2320 | |
| Y-27632二塩酸塩 | Abmole Bioscience | M1817 |
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