이 프로토콜은 유세포 분석을 사용한 약물 반응 평가 지침과 함께 일시적 면역 억제 제브라피시 배아의 세포주 및 신선한 환자 물질에서 인간 급성 림프구 백혈병(ALL) 이종이식편을 생성하고 문제를 해결하기 위한 단계별 지침을 제공합니다. 실험 파이프라인은 고형 종양에도 적용할 수 있습니다.
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이 프로토콜은 유세포 분석을 사용한 약물 반응 평가 지침과 함께 일시적 면역 억제 제브라피시 배아의 세포주 및 신선한 환자 물질에서 인간 급성 림프구 백혈병(ALL) 이종이식편을 생성하고 문제를 해결하기 위한 단계별 지침을 제공합니다. 실험 파이프라인은 고형 종양에도 적용할 수 있습니다.
제브라피시 이종이식은 인간의 암 발병 기전을 조사하고 개별 약물 반응을 예측하기 위한 중추적인 기술입니다. 이 문서는 치료 반응의 고해상도 단세포 분석을 위해 유세포 분석을 활용하여 일시적 면역 억제 제브라피시 배아에서 원발성 B세포 전구체 급성 림프구 백혈병(BCP-ALL) 환자 샘플 또는 불멸 세포주를 확장하기 위한 간소화된 프로토콜(ZefiX)을 소개합니다. 고형 종양 생착제와 비교했을 때, 백혈병 세포는 분석 중 대식세포 및 호중구 분화 인자의 모르폴리노 안티센스 올리고뉴클레오티드 기반 억제로부터 상당한 이익을 얻습니다. 해리된 이식 세포의 유세포 분석을 통해 치료 후 세포별로 세포 수, 증식 속도 및 활력을 정밀하게 평가할 수 있습니다. 이 접근법은 베네토클락스(venetoclax) 및 다사티닙(dasatinib)과 같은 표적 치료제를 사용하여 검증되었으며, 관련 환자 샘플의 임상 기록 및 기존 2D 배양 대조군과 비교하여 치료 결과를 확인했습니다. 특히 이 프로토콜은 임상 의사 결정 일정에 맞춰 7일 이내에 완료됩니다. 이 방법론은 고형 종양을 포함한 다양한 암 유형에서 선별된 약물을 테스트하는 데 적용할 수 있으므로 개인화된 치료 전략을 지원합니다. 그러나 제브라피시 배아의 약동학적 제약으로 인해 평가할 수 있는 약물의 수에 대한 제한을 고려해야 합니다.
제브라피시 이종이식은 암 발병기전을 이해하고 약물 반응을 예측하기 위한 중요한 생체 내 모델이 되었습니다 1,2,3,4,5. 동물 모델은 전임상 약물 검사에서 여전히 중요하며, 제브라피시 모델은 높은 처리량과 비용 효율성을 포함하여 다른 in vivo 시스템에 비해 상당한 이점을 제공합니다 6,7,8. 이 모델은 또한 분자 표적 치료 및 CAR-T 세포 요법을 포함한 맞춤형 치료 반응 예측에 도움이 될 수 있습니다 9,10,11,12.
BCP-ALL은 배양에서 일차 환자 세포를 확장하는 것이 여전히 어려운 과제이기 때문에 제브라피시 이종 이식의 이점을 특히 활용할 수 있습니다13. ALL에서 새로운 치료 접근법이 필요하다는 것은 부인할 수 없는 사실입니다. BCP-ALL을 앓고 있는 소아의 관해율이 80%-85%로 높음에도 불구하고, 재발성 또는 불응성 질환 환자의 장기 생존율은 약 30%-60%14,15,16에 불과합니다. 이러한 경우, 제안된 파이프라인을 사용한 약물 검사를 임상 환경에 통합하여 최적의 환자 특이적 치료법을 식별할 수 있습니다14,15. 이러한 맞춤형 접근 방식은 여러 약물 내성을 다룰 때 중요할 수 있으며, 심각한 부작용이 있는 효과가 없거나 최적이 아닌 약물을 피함으로써 환자의 치료 부담을 크게 줄일 수 있습니다.
몇 가지 기능으로 인해 제브라피시 배아 이종 이식이 적합한 모델입니다. 인간과 제브라피시 간의 유전적 유사성(70%의 유전적 상동성과 84%의 질병 관련 유전자 공유)은 유전자-약물 상호작용 연구를 뒷받침한다17. 따라서 형질전환 숙주 배아를 사용하면 약물 감수성에 영향을 미치는 유전적 소인을 밝힐 수 있습니다18. 또는 특정 유전자 변형이 있는 세포를 이식하여 약물 민감성 또는 내성이 체외 결과와 일치하는지 여부를 평가할 수 있습니다. 제브라피시 배아 이종이식편은 또한 약물의 잠재적인 전신 효과에 대한 통찰력을 제공합니다. 생후 2-3일 된 배아의 장기 발달은 완전히 성숙하지 않았지만, 장기는 정확하게 국소화되어 있으며 성체 배아와 부분적으로 세포 구성을 공유합니다19.
이 모델의 또 다른 장점으로는 생착에 필요한 암세포가 몇 개에 불과하고, 생후 5일 이내에 영양을 공급할 필요가 없기 때문에 숙주 배아를 유지하는 것이 간단하며, 배아의 투명성과 크기로 인해 주입 성공을 빠르게 평가할 수 있다는 점이 있습니다. 이 발달 단계에서는 선천면역만이 활성화되어 효율적인 생착을 촉진한다는 것이 독특한 특징이다20. 여기에 설명된 ZefiX 프로토콜(그림 1의 요약 참조)에서 면역결핍은 대식세포와 호중구 분화를 차단하는 spi1 및 csf3r을 표적으로 하는 안정적인 Morpholino 안티센스 올리고뉴클레오티드를 사용하여 생후 첫 4일 동안 선천면역 체계를 억제함으로써 더욱 향상됩니다 21,22,23.
이 프로토콜은 주로 고형 종양 이식을 위해 개발되었으며 일반적으로 전체 마운트 이미징 기반 약물 반응 평가 방법을 사용하는 이전의 제브라피시 이종 이식 프로토콜과도 다릅니다. ZefiX는 BCP-ALL 세포와 같은 액체 암세포에 최적화되어 있으며, 신선 또는 신선 냉동 환자 물질을 확장하는 데 성공적으로 사용되었습니다21. ZefiX는 또한 조직 해리에 적합한 효소를 선택하여 부착 암세포에 맞게 조정할 수 있습니다.
또 다른 주요 장점은 유세포 분석을 사용한 다운스트림 분석으로, (i) 많은 수의 이식 세포를 신속하게 처리할 수 있어 단일 세포 수준에서 강력한 통계 분석이 가능하고, (ii) 개별 세포에서 증식 속도 및 생존율을 동시에 평가할 수 있으며, (iii) 유세포 분석기는 임상 연구 환경에서 일반적으로 사용할 수 있습니다. 몇 시간 내에 단일 세포 수준에서 이식 세포의 약물 반응을 평가할 수 있습니다. 재현성을 보장하기 위해 이 프로토콜은 준비부터 이식, 유세포 분석까지 표준화된 파이프라인을 제공하여 일주일 이내에 모든 세포에서 약물 반응을 예측할 수 있습니다.
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모든 제브라피시 실험은 Charité-Universitätsmedizin Berlin Research Institutes for Experimental Medicine 지침 및 공식 기관을 준수합니다. 모든 연구는 수정 후 6일(dpf)< 제브라피시 배아를 대상으로 했으며, 이는 동물보호법(Protection of Animals Act)에서 면제되었습니다. 제브라피시(Danio rerio)는 표준 프로토콜에 따라 독일 베를린에 있는 Charité-Universitätsmedizin의 동물 시설에서 사육 및 유지되었습니다. 그들은 14 시간의 빛과 10 시간의 어두운 주기로 28 ° C에서 보관되었습니다. 모든 실험에는 AB 또는 TüLF 균주의 야생형 물고기가 사용되었습니다.
참고: ZefiX를 적용하기 전에 원하는 각 약물에 대한 최적의 치료 조건을 설정하려면 몇 가지 필요한 단계가 포함됩니다. 먼저, 기존 2D 배양 시스템 내에서 적절한 세포주를 사용하여 각 약물의 절반 최대 억제 농도(IC50)를 측정합니다. 이전 경험에 비추어 볼 때, ZefiX 치료를 위한 효과적인 약물 농도는 일반적인 세포 배양 조건에서 사용되는 것보다 5배 - 50배 더 높을 수 있습니다21,24. 생착된 배아를 치료하기 전에, 확립된 농도 범위를 사용하여 이식되지 않은 숙주 배아 내의 독성을 평가하는 것이 필수적입니다. 독성을 평가한 후, 세포주가 생착된 배아를 2D 배양에서 이전에 측정된 IC50 값의 약 50배에 달하는 다양한 약물 농도에 노출시킵니다. 이식된 세포가 IC50의 최대 100배까지 투여되어도 반응을 보이지 않는 경우, 해당 약물은 ZefiX에 효과가 없는 것으로 간주될 수 있습니다. 잠재적으로 효능을 향상시키기 위한 한 가지 옵션은 배아에 이식하기 직전에 약물로 이식 세포를 사전 조건화하는 것입니다25. 여기에 사용된 모든 솔루션은 표 1을 참조하십시오.
1. 1일차: 실험 준비
2. 2일차: 모르폴리노 주사
3. 3일차: 탈융모
4. 4일차: 이종이식 및 약물치료
5. 이식
6. 7일차
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신선 냉동 1차 BCP-ALL 세포 샘플의 이종 이식 및 약물 처리를 포함하여 ZefiX 프로토콜에 대한 자세한 과학적 평가는 이전에 발표된 원고21을 참조하십시오. 지역 의료 연구 윤리 위원회에 의해 ALL-REZ BFM 2002 임상시험(NCT00114348) 및 ALL-REZ BFM 레지스트리 및 바이오뱅크(EA2/055/12)에 대한 추가 연구의 일환으로 전임상 약물 검사를 위한 연구에 환자 샘플을 사용할 수 있도록 승인되었으며, 국가 당국에 의한 IntReALL SR 2010 국제 임상시험(NCT01802814)도 승인되었습니다. 환자 및/또는 그 보호자가 등록된 해당 임상시험 또는 등록부를 통해 사전 동의서를 받았습니다.
그림 2는 주입 전 아가로스 접시에서 배아 정렬의 예를 보여주며, 이는 주입 과정을 간소화하는 데 도움이 됩니다. 주사는 발달 중인 심장을 둘러싼 구멍을 ...
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제브라피시 배아는 높은 처리 능력과 비용 효율성으로 인해 약물 스크리닝 및 암 연구에서 점점 더 인기 있는 이종 이식 모델이 되었습니다. 이러한 이종이식편은 중개 의학의 중요한 기둥으로서 전임상 연구 및 의사 결정을 돕는 유망한 역할을 합니다 9,21. 그러나 인간 백혈병 세포 확장 및 치료를 위한 제브라피시 이종 이식 모델은 고형 종양 이식편에 대한 광범위한 작업에 비해 과소 대표되고 있습니다. 이 프로토콜은 백혈병 연구에서 제브라피시 이종이식편을 활용하면서 고형 종양에 사용할 수 있도록 적응할 수 있는 자세한 지침을 제공합니다.
일관된 암세포 이식을 달성하는 것은 어려울 수 있으며, 표준화된 분석과 더 높은 통계적 신뢰성의 필요성이 강조되고 있습니다. 이 프로토콜은 문제 해결 권장 사항과 함께 준비, 이식 및 다...
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모든 저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
이 연구는 Deutsche Forschungsgemeinschaft(DFG, 독일 연구 재단)의 지원을 받았으며, CRC1588 Collaborative Research Center , 프로젝트 번호 493872418 및 베를린 Dr. Kleist Stiftung, Deutsche José Carreras Leukämie Stiftung(R03/2016), Berliner Krebsgesellschaft(HEFF201633KK) 및 German Cancer Consortium(DKTK, Joint Funding Call 2016)의 지원을 받았습니다. 원고를 비판적으로 읽어준 율리아 쾨프케(Julia Köppke)와 마레이케 볼프(Mareike Wolff)에게 감사한다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 페트리 접시 (10cm) | Greiner | P7237 | |
| 7-AAD 생존도 염색 솔루션 | Invitrogen | 00-6993-50 | |
| Agarose (LE, 분석 등급) | Biozym | ||
| 공기 압력 인젝터 | Narishige | IM400 | 외부 가스 공급 |
| 장치 Alexa Fluor 488 항인간 CD19 항체 | Biolegend | 302219 | |
| Annexin 결합 완충액 | Biolegend | 422201 | 또는 APC |
| Annexin V | Biolegend | 640941 | |
| Capillaries (10 cm, OD 1.0 mm, 필라멘트 포함) | WPIINC | TW100F-4 | 1.0 OD; 0.75 ID |
| 세포 배양 플라스크 (T-175) | Sarstedt | 83,39,12,002 | |
| CellTrace Violet | Invitrogen | C34557 | |
| 디메틸 설폭사이드 (DMSO) | Roth | A994.1 | |
| Dispase II | Sigma Aldrich | D4693-1g | |
| DNase I | AppliChem GmbH | A3778 | |
| Eppendorf tubes (1.5 ml) | Eppendorf | 30120086 | |
| FACS tube (폴리스티렌 라운드 botton 튜브 with Cell strainer Cap, 5 ml) | Falcon | 352235 | |
| Falcon tube (50 ml) | Falcon | 352070 | |
| Fetal calf serum (FCS) | Sigma Aldrich | C8056 | |
| 미세 메쉬 필터 ( 10 & 마이크로; m) | PluriStrainer | 435001050 | |
| 파인 메쉬 필터 ( 20 & 마이크로; m) | PluriStrainer | 431002040 | |
| 유세포 분석기 | Becton Dickinson | BD LSRFortessa X-20 | |
| 형광 실체 현미경 | Leica | ||
| 형광 실체 현미경 카메라 | Leica | M165 FC | 카메라 : DFC7000 T |
| Hank' s 균형 잡힌 소금 용액 (HBSS, 칼슘 및 마그네슘 무료) | Sigma Aldrich | 88284 | |
| 주입형 (제브라피쉬 MI/이식 키트) | World Precision Instruments | Z-MOLDS | |
| 주사 바늘 (필라멘트 없음) | 생물 의학 기구 | VZIPbl-20-10-55 | 제브라피쉬 주사 피펫, 무딘, OD: 20μ 남 ± 1, TL : ~ 10mm, PL : 55mm, 유리 : BM100T-10P |
| 매크로 원심 분리기 | Eppendorf | ||
| 마이크로 원심 분리기 | |||
| Morpholino (csf3r) | Gene Tools LLC | csf3r (GAAGCACAAGCGA GACGGATGCCA) | |
| Morpholino (spi1) | Gene Tools LLC | spi1 (GATATACTGATAC TCCATTGGTGGT) | |
| Papain | Sigma Aldrich | P3125 | |
| 페니실린-스트렙토마이신(Penstrep; 10.000 U/ml) | Gibco | 15140122 | |
| 플레이트 (4-well) | Greiner Bio one | 657160 | |
| 플레이트(96웰) | Greiner Bio one | 657180 | |
| Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 1640 Medium | Gibco | 21875-034 | |
| Tricaine (MS-222) | 시그마 알드리치 | E10521-50G | 에티-3 아미노벤조에이트 메탄설페네이 |
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