IDH1 돌연변이 미만성 저등급 신경교종은 배양이 어려운 희귀 종양입니다. IDH1 돌연변이 단백질 발현을 보존하고 수개월 동안 배양을 유지하는 간단한 비효소 외식 방법을 소개합니다. 중요한 것은 이 기술이 동결 보존된 종양에 작용하여 신경교종 연구에 귀중한 자원을 제공한다는 것입니다.
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IDH1 돌연변이 미만성 저등급 신경교종은 배양이 어려운 희귀 종양입니다. IDH1 돌연변이 단백질 발현을 보존하고 수개월 동안 배양을 유지하는 간단한 비효소 외식 방법을 소개합니다. 중요한 것은 이 기술이 동결 보존된 종양에 작용하여 신경교종 연구에 귀중한 자원을 제공한다는 것입니다.
가장 흔한 원발성 뇌종양인 미만성 신경교종은 조직병리학적 기준과 유전적 돌연변이에 따라 낮은 등급과 높은 등급으로 분류됩니다. 미만성 저등급 신경교종은 하위 집합을 구성하며, 주로 젊은 성인을 괴롭히고 높은 등급의 신경교종에 걸리기 쉽습니다. 미만성 저등급 신경교종에는 성상세포종(astrocytomas)과 희소돌기아교종(oligodendrogliomas)의 두 가지 주요 유형이 있으며, 각각 뚜렷한 유전적 및 조직학적 특징에 의해 정의됩니다. 이러한 종양은 특징적으로 대사 효소 IDH1의 돌연변이 변이를 보여 세포 분화를 방해합니다. 이들은 이질성이며, 증식성 줄기세포와 더 분화되고 정지된 신경교세포를 모두 포함합니다.
환자 특이적인 체외 종양 모델은 발암 메커니즘을 밝히고 맞춤형 치료를 위한 약물 선택을 맞춤화할 수 있는 상당한 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 IDH1 돌연변이 저등급 신경교종에 특화된 신뢰할 수 있는 시험관 내 모델이 없기 때문에 기초 및 중개 연구에 차질이 빚어지고 있습니다. 여기에서는 효소 해리 없이 IDH1 돌연변이 종양을 정의된 배지에서 외식식물로 배양하는 간단한 방법을 제시합니다. 이러한 외식은 IDH1 돌연변이 단백질 발현뿐만 아니라 ASCL1(MASH1), OLIG1 및 OLIG2와 같은 희소돌기아교세포 전구 세포 및 성상세포(GFAP, SOX9)에 대한 마커를 유지하면서 장기간 지속될 수 있습니다. 또한 DMSO의 동결된 종양에서도 확립할 수 있습니다. 이러한 배양은 약물 스크리닝, 비디오 현미경 검사 및 유전자 연구를 위한 귀중한 플랫폼 역할을 할 수 있으므로 이러한 까다로운 종양을 이해하고 치료하는 데 있어 발전을 촉진할 수 있습니다. 또한 IDH1 돌연변이 세포주를 유도할 수 있는 잠재력을 제공합니다.
미만성 신경교종은 가장 흔한 원발성 뇌종양입니다. 이 종양은 매우 강도 높은 치료(수술, 방사선 및 화학 요법)에도 불구하고 현재 치료가 불가능합니다.1. 신경교종 형성이 뇌에 거주하는 성체 줄기 또는 신경교전구세포에서 유래한다는 가설을 뒷받침하는 증거가 증가하고 있습니다2. 교모세포종이 가장 공격적인 유형이지만, 미만성 저등급 신경교종(DLGG, 2등급 종양)도 널리 퍼져 있습니다(미만성 신경교종의 15%)1,3. DLGG는 천천히 성장하고 백질 관을 따라 이동하는데, 이는 이 '확산' 신생물의 특징4입니다. 이러한 DLGG는 치료에도 불구하고 재발하는 경우가 매우 많아 결국 높은 등급의 악성 종양(3등급 및 4등급)으로 진행됩니다5.
DLGG는 isocitrate dehydrogenase 1 또는 2 유전자(IDH1 또는 IDH2)의 missense 돌연변이를 특징으로 하며, 이로 인해 온코메타볼라이트 2-하이드록시글루타레이트(2HG)가 비정상적으로 생성됩니다. 이것은 후성유전학적 장애를 통해 세포 분화를 방해합니다.regulations6. IDH1 돌연변이 신경교종은 더 아형으로 분류됩니다: 성상세포종은 일반적으로 ATRX 및 P53에 돌연변이가 있는 반면, 희소돌기아교종은 1p19q deletions7을 특징으로 합니다. 이러한 종양은 종양 세포의 이질성을 나타냅니다. 단세포 RNA 염기서열분석 및 면역 분석은 이러한 종양 내에서 줄기세포 유사, 성상세포 유사 및 희소돌기아교세포 유사 표현형을 나타내는 다양한 종양 세포 집단을 밝혀냈습니다8,9.
쉽게 구할 수 있는 장기 배양 및 세포주의 이점을 누리는 교모세포종과 달리, IDH1 돌연변이 종양을 조사하기 위해 맞춤화된 세포 도구가 현저히 부족합니다1. 이는 치료제 개발을 진전시키고 IDH1 돌연변이 신경교종 형성 및 질병 진행에 대한 이해를 심화하는 데 중요한 장애물이 됩니다. 전통적인 혈청 성장 세포주는 오랫동안 사용되었지만 원래 종양을 부적절하게 복제하여 변형된 전사 프로파일을 나타냅니다. 또는 2D 또는 3D 종양체 모델에 관계없이 무혈청 배양 조건은 종양 세포의 전사 프로필과 생체 내 표현형(예: 정상 뇌 조직으로의 침입)을 보다 효과적으로 보존합니다10,11.
또한 환자의 수술 표본에서 파생된 단기 세포 배양은 종양의 분자 프로필과 세포 다양성을 보존하므로 세포주에 비해 종양의 생물학적 특성을 더 잘 나타낼 수 있습니다12. 본 연구에서는 신경교종 연구 및 치료제 개발을 위한 개선된 in vitro model의 필요성을 해결하기 위해 IDH1 돌연변이 미만성 저등급 신경교종 배양을 신선 또는 냉동 환자 절제술에서 유래한 외식식물로 배양하는 간단한 비효소적 방법을 소개합니다. 또한 IDH1 돌연변이 세포주를 유도할 수 있는 잠재력을 제공합니다.
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본 프로토콜에 사용된 종양 조각은 환자의 동의를 얻어 윤리적으로 승인되고 특성이 잘 정의된 수집물로부터 확보되었습니다. 본 연구는 Gliomacult: 저등급 신경교종의 특성 분석 및 일차 배양(프로젝트 번호 RECH/P722/1-5)이라는 제목의 프로젝트 하에 수행되었으며, 2023년 8월 28일 종양 바이오뱅크의 과학 위원회로부터 승인을 받았습니다.
1. 배양 플레이트 준비
참고: 이 단계들은 무균 조직 배양 층류 후드 내에서 수행하십시오.
2. 배지
3. 절편 준비

그림 1: 종양 절편 배양 절차. WHO 2021 분류에 따라 grade II 성상세포종(astrocytoma)으로 진단된 44세 환자로부터 미만성 저등급 신경교종 절제 조직을 얻었다. 해당 종양은 IDH1 변이(Exon 4 c.395 G>A, p.Arg132His)와 TP53 변이(Exon 8 c.843_844delinsGT, p.Asp281_Arg282delinsGluHis)를 보였으며, ATRX 염색은 음성이었다. TERT 유전자의 Ets/TCF 결합 부위(C250T 및 C228T)에서는 변이가 검출되지 않았다. (A) 작업 표면은 쿨팩으로 구성되어 샘플의 변성을 최소화하고 생물학적 구성 요소의 생존력을 유지하는 환경을 제공한다. 이러한 주의 사항은 조직의 품질과 무결성을 보존하는 데 중요하다. (B) 병원에서 실험실로의 샘플 운송은 얼음 위에서 이루어져야 한다. (C) 종양 절제 조각. 화살표는 배양에 가장 적합한 부분을 나타낸다. (D) 분쇄할 가장 적절한 부위를 선택하기 위해 종양 박리가 수행된다. 본 연구진의 경험에 따르면, 백질은 일반적으로 성공적인 절편 배양을 생성할 가능성이 낮다. (E) 가위로 기계적 분쇄를 거친 후 15 mL 튜브에 담긴 직경 약 1-2 mm³의 종양 조각들. (F) 적절한 파종(seeding)에 필요한 종양 조각의 수가 24-well 플레이트의 웰별로 표시되어 있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
4. 다진 종양의 동결 보존 및 해동
참고: 냉동 보존은 오염이나 외식물 배양 손실에 대비한 백업을 확보하거나, 추후에 종양 샘플을 처리하기 위해 수행합니다.
5. 배양 세포의 계대 배양
참고: 일단 조직편이 정착되면, 비디오 현미경 관찰이나 면역 염색에 사용할 수 있습니다. 또는, 종양 세포가 조직편 밖으로 이동하여 건강한 상태로 보인다면, 효소 분해를 통해 조직편을 계대 배양한 후 추가 실험을 위해 웰에 다시 파종할 수 있습니다. 하지만 본 프로토콜은 반복적인 계대 배양을 위해 설계된 것이 아니라는 점에 유의하십시오. 일반적으로 종양 세포가 노화되거나 사멸하기 전까지 단 한 번의 계대 배양만 시도할 수 있습니다. 모든 조직편 배양이 성공적으로 계대 배양되는 것은 아닙니다.
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며칠 후, 일부 종양 조각이 웰 표면에 부착되어 엑스플란트로부터 세포 성장이 시작됩니다. 초기 분주 후 종양 성장 세포가 나타날 때까지 걸리는 시간은 샘플마다 다릅니다. 초기 배양물에는 흔히 상당한 양의 세포 파편이 포함되어 있어 생존 세포의 존재 여부를 평가하기 어렵습니다. 따라서 배양은 최소 4주 동안 유지해야 합니다. 세포가 성장하기 시작하면, 양극성 또는 다극성 외형을 가진 길쭉한 세포들이 관찰됩니다(그림 2B,C).
냉동 보존된 분쇄 종양을 해동할 때, 엑스플란트 배양(explant culture)의 성공률이 약간 감소할 수 있습니다. 냉동 보존의 영향을 정확하게 정량화하지는 않았으나, 성공률의 감소는 미미한 것으로 보입니다. 다음 세 가지 사례에서 확인할 수 있듯이, 신선한 종양 유래 세포와 냉동 보존된 종양 유래 세포 간의 세포 형태에서 유의미한 차이는 관찰되지 않았습니다.
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IDH1 돌연변이 저등급 신경교종의 인비트로(in vitro) 및 전임상 모델을 개발하는 것은 이러한 종양의 느린 성장 속도와 IDH 돌연변이로 인해 발생하는 광범위한 게놈 및 후성유전체 변화를 재현하는 복잡성으로 인해 특히 어렵습니다. 더욱이, 이러한 침윤성 종양 세포는 면역 세포, 내피 세포, 교세포 및 신경 세포를 포함한 주변 세포들과 활발하게 상호작용하며, 생존을 위해 이들에게 의존할 가능성이 있습니다. 이러한 복잡한 상호작용은 실험실 환경에서 재현하기 어렵습니다.
IDH1 변이 저등급 신경교종에 대한 새로운 생물학적 통찰력을 밝히고 혁신적인 치료제 개발을 촉진하기 위해서는 인간 질병의 복잡성을 충실히 재현하는 모델을 구축하는 것이 필수적입니다. 교모세포종과 같은 고등급 신경교종에 비해, 현재 IDH 변이 신경교종에 사용할 수 있는 in vitro 모델은 상대적으로 적습니다. 대부분의 IDH1 변이 세포주는 역형성 희소돌기아교종(예: BT260 및 BT23...
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저자는 선언할 이해 상충이 없습니다.
여기에 사용된 종양 조각은 몽펠리에 대학 병원(CRB@chu-montpellier.fr)의 생물 자원 센터에서 관리하는 신선한 조직 샘플의 신경학 컬렉션의 일부입니다. 이 연구는 J. P. Hugnot 교수(프로젝트 번호. RECH/P722/1-5). 이 연구는 La ligue contre le cancer, ARC(Association for Cancer Research), ARTC, ARTC SUD, Les Etoiles dans la mer, EMBALL'ISO, Région Occitanie, INCA의 지원을 받았습니다. K.A.C는 멕시코 국립인문과학기술위원회(CONAHCYT)와 프랑스 뇌종양연구협회(ARTC)의 지원을 받고 있습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| Anti-ASCL1 | BD Pharmingen™ | 556604 희석 1:500 | |
| Anti-ATRX | Sigma-Aldrich | HPA001906 | 희석 1:100 |
| Anti-CD68 | Agilent | M081401-2 | 희석 1:500 |
| Anti-GFAP | Aves Labs | AB_2313547 | 희석 1:500 |
| Anti-IBA1 | Fujifilm Wako 항체 | 019-19741 | Dilituion 1:1000 |
| Anti-IDH1 (R132H) 마우스 단클론 항체 | Dianova | DIA-H09 | |
| Anti-Ki67 | BD Pharmingen™ | 556003 | 딜리투이온 1:1000 |
| 안티 올리그1 | R& D 시스템® | AF2417 | Dulituion 1:300 |
| Anti-OLIG2 | Sigma-Aldrich | MABN50 | 희석 1:250 |
| Anti-SOX9 | Abcam® | EPR14335-78 | 희석 1:100 |
| B-27 보충제 (50개), 비타민 A 뺀 | 값 Thermo Fisher Scientific | 12587010 | |
| 소 혈청 알부민 (BSA) | CiteAb | A-421-100 | |
| Ciprofloxacin HCl | Sigma-Aldrich | PHR1044-1G | |
| CoolCell | Corning® | 432000 | 세포 동결 용기, 12 x 1 mL 또는 2 mL 극저온 바이알용 |
| 커버 슬립 Ø, 13 mm | Karl Hecht™ 보조&거래; | ||
| 디메틸 설폭사이드 (DMSO) | 시그마-알드리치 | D8418 | |
| DMEM/F-12, 글루타민 없음 | Thermo Fisher Scientific | 21331020 | |
| DNAse I | 시그마-알드리치 | 10104159001 | |
| 둘베코&프라임; s 인산염 완충 식염수(PBS) 1x | Sigma-Aldrich | D8537 | |
| Falcon 100mm TC 처리 세포 배양 접시 | Corning® | ||
| Falcon 24-웰 클리어 플랫 바텀 | Corning® | 353047 | TC 처리된 멀티웰 세포 배양 플레이트, 뚜껑 포함, 멸균 |
| Fungin | InvivoGen | ant-fn-1 | |
| Gentamicin | Thermo Fisher Scientific | 15750-037 | |
| Heparin | Sigma-Aldrich | H3149-100KU | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H-3375 | |
| Human EGF | PeproTech | AF-100-15-1MG | |
| Human FGF-basic | PeproTech | 100-18B-1MG | |
| Laminin | Sigma-Aldrich | L2020 | |
| L-Glutamine | Thermo Fisher Scientific | 25030-024 | |
| N-2 보충제 (100x) | Thermo Fisher Scientific | 17502-048 | |
| PDL | Sigma-Aldrich | P7886 | |
| Serum acrodisc 37 mm 주사기 필터 GF/0.2 µ m Supor | PALL Corporation | 4525 | |
| 트립신 억제제 | Thermo Fisher Scientific | 17075-029 | |
| 트립신-EDTA (0.05%), 페놀 레드 | Thermo Fisher Scientific | 25300054 | |
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