Xenografting van primaire patiëntkankerof menselijke kankercellijnen in modelorganismen is een veel gebruikte techniek om tumorprogressie en gedrag in vivo, tumorreactie op de behandeling van geneesmiddelen en de interactie van kankercellen met de micro-omgeving te bestuderen. Traditioneel worden cellen xenografted in immuun-gecompromitteerde muizen, en dit blijft de standaard in het veld. Dit modelsysteem heeft echter verschillende beperkingen, zoals hoge kosten, lage replicerengetallen, moeilijkheden bij het nauwkeurig kwantificeren van tumorlast in vivo en de langere tijd die het kost om tumoren te laten enten en medicijntests te voltooien. In de afgelopen jaren, zebravis zijn ontstaan als een alternatieve xenograft model, met de eerste wordt gemeld in 2005, met groene fluorescerende eiwitten (GFP) gelabeld menselijke melanoom cellijnen getransplanteerd in blastula-stadium embryo's1,2. Meer recent, 2 dagen na de bevruchting (dpf) zebravis larven zijn gebruikt als xenograft ontvangers om controle van anatomische locatie van injectie en voor gebruik in hoge resolutie in vivo beeldvorming van tumor interactie met de omringende micro-omgeving3,4.
Zebravissen bieden vele voordelen als een xenograft model. Ten eerste kunnen volwassen zebravis worden gehuisvest en snel worden gekweekt in grote hoeveelheden tegen relatief lage kosten. Elk paar volwassen zebravis kan honderden larvevissen per week produceren. Vanwege hun kleine omvang kunnen deze larve zebravissen worden onderhouden in 96-putplaten voor high-throughput drug screening. Larven hoeven niet te worden gevoed tijdens een typisch xenograft-experiment, omdat hun dooierzak de voedingsstoffen biedt om ze hun eerste week van het leven te ondersteunen. Bovendien hebben zebravissen pas om 7 dpf een volledig functioneel immuunsysteem, wat betekent dat ze geen bestraling of immunosuppressieve regimes nodig hebben voorafgaand aan de xenograft-injectie. Ten slotte zorgen optisch heldere zebravislijnen voor hoge resolutie beeldvorming van tumor-micro-omgeving interacties.
Misschien wel de meest veelbelovende toepassing van zebravissen als een xenograft model is de mogelijkheid om high-throughput drug screening uit te voeren op menselijke kanker monsters op een manier die niet mogelijk is met behulp van een ander model organisme. Larven absorberen medicijnen uit het water via de huid, waardoor het gemak van toediening van geneesmiddelenwordt verbeterd 5. Omdat dieren worden onderhouden in 96-put platen, meestal in 100−300 μL water, schermen vereisen kleinere hoeveelheden drugs in vergelijking met muizen. Momenteel zijn er verschillende methoden voor standaardisatie en kwantificering van het effect van geneesmiddelen op de menselijke tumorlast bij zebravissen, waarvan sommige praktischer zijn dan andere voor het opschalen van enkelvoudige medicijntests tot screening met een hoge doorvoer. Sommige groepen scheiden bijvoorbeeld vis in eencellige suspensie en kwantificeren fluorescerende of gekleurde tumorcellen door individuele druppels van de suspensie te beeldvorming en fluorescentie te kwantificeren met behulp van een semi-geautomatiseerde ImageJ-macro4. Een semi-geautomatiseerde whole-larimaging methode werd ontwikkeld waarin larve vissen werden vastgesteld in 96-put platen en afgebeeld met behulp van een omgekeerde fluorescerende microscoop voor de herschikking van samengestelde beelden en kwantificering van tumorcel foci6. Beide testen zijn vrij arbeidsintensieve methoden voor kwantificering, die heeft gemaakt echt high-throughput drug screening in zebrafish xenograft modellen onpraktisch.
Dit probleem is aangepakt door de ontwikkeling van de Vertebrate Automated Screening Technology (VAST) Bioimager and Large Particle (LP) Sampler, een fluorescentiemicroscoop uitgeruste beeldverwerkingseenheid en geautomatiseerde sampler unit (Figuur 1 en Tabel van Materialen), dat is een echt geautomatiseerde methode voor high-throughput beeldvorming van zebravissen larven7,8,9. Met deze eenheid worden vissen verdoofd, automatisch bemonsterd van een 96-well plaat, gepositioneerd in een capillaire en gedraaid in de ingestelde oriëntatie op basis van een vooraf ingestelde gebruiker voorkeur, afgebeeld, en vervolgens ofwel terug geplaatst in dezelfde put van een nieuwe 96-well plaat voor verdere studies of weggegooid. Het combineren van deze beeldvormende technologie met zebravissen xenografts kan zorgen voor de mogelijkheid van gepersonaliseerde geneeskunde die high-throughput drug screening van grote drug samengestelde bibliotheken tegen individuele patiënt tumoren gebruikt. Zebrafish xenografts bieden ook een grootschalige en goedkope methode voor het testen van zowel toxiciteit en werkzaamheid van nieuwe verbindingen in vivo. Zebravissen kunnen worden gebruikt als een voorlopige screening stap alvorens over te gaan tot muis xenograft modellen.
We hebben een gestroomlijnde workflow ontwikkeld voor xenografting primary patient leukemie cellen in zebravissen en het uitvoeren van high-throughput drug schermen met geautomatiseerde beeldvorming en kwantificering, die kan worden toegepast op elke andere primaire patiënt tumorcellen of kankercelllijn. Deze workflow maakte gebruik van een fluorescentiemicroscoop uitgeruste imaging unit en geautomatiseerde sampler unit om te verbeteren op de huidige standaardisatie en kwantificering methoden en biedt een geautomatiseerd alternatief voor eerdere, meer arbeidsintensieve methoden voor het kwantificeren van tumormassa in vivo.