Het huidige protocol beschrijft de methode voor het opstellen van een patiënt-afgeleid xenotransplantaat (PDX) muismodel met behulp van humaan osteosarcoomweefsel.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Het huidige protocol beschrijft de methode voor het opstellen van een patiënt-afgeleid xenotransplantaat (PDX) muismodel met behulp van humaan osteosarcoomweefsel.
Osteosarcoom is de meest voorkomende primaire kwaadaardige bottumor bij kinderen en adolescenten. Ondanks de ontwikkeling van nieuwe behandelplannen in de afgelopen jaren, is de prognose voor osteosarcoompatiënten niet significant verbeterd. Daarom is het van cruciaal belang om een robuust preklinisch model met hoge betrouwbaarheid op te zetten. Het van de patiënt afgeleide xenotransplantaat (PDX) -model behoudt getrouw de genetische, epigenetische en heterogene kenmerken van menselijke maligniteiten voor elke patiënt. Bijgevolg worden PDX-modellen beschouwd als authentieke in vivo modellen voor het bestuderen van verschillende vormen van kanker in transformatiestudies. Dit artikel presenteert een uitgebreid protocol voor het maken en onderhouden van een PDX-muismodel dat de morfologische kenmerken van humaan osteosarcoom nauwkeurig weerspiegelt. Dit omvat de onmiddellijke transplantatie van vers verwijderd menselijk osteosarcoomweefsel in immuungecompromitteerde muizen, gevolgd door opeenvolgende passaging. Het beschreven model dient als een platform voor het bestuderen van de groei, resistentie tegen geneesmiddelen, terugval en metastase van osteosarcoom. Bovendien helpt het bij het screenen van de doeltherapieën en het opstellen van gepersonaliseerde behandelschema's.
Osteosarcoom is een primaire botmaligniteit afkomstig van interossale kwabcellen en komt het meest voor bij zowel adolescenten als kinderen. Het komt vaak voor in de epifyse van de lange diafyse en wordt gekenmerkt door hoge maligniteit, vroege metastase en slechte prognose 1,2. Longmetastase is de belangrijkste doodsoorzaak bij patiënten met osteosarcoom. De 5-jaarsoverleving van patiënten met niet-gemetastaseerd osteosarcoom is 65%-70%3. In de afgelopen 40 jaar is de 5-jaarsoverleving (slechts 20%) van patiënten met gemetastaseerd osteosarcoom echter niet significant verbeterd, en 25% van de osteosarcoompatiënten heeft metastasen op het moment van diagnose4. Momenteel hebben de eerstelijnsgeneesmiddelen voor de behandeling van osteosarcoom een consensus bereikt, maar er zijn nog steeds significante verschillen in het chemotherapieregime en de behandelingstijd5. Het is belangrijk om preklinische experimenten uit te voeren op basis van geschikte diermodellen om effectievere chemotherapieregimes te verkrijgen.
Momenteel omvatten modellen die vaak worden gebruikt voor preklinische experimenten met osteosarcoom in vitro celcultuur en in vivo celafgeleide xenotransplantaten (CDX), evenals patiëntafgeleide xenotransplantaten (PDX)6,7.
De cellijnen zijn geschikt voor kweek en voor gebruik in in vitro studies, of voor transplantatie in immunodeficiënte muizen om CDX-modellen op te stellen8. Het is echter mogelijk dat in vitro gekweekte cellijnen de heterogeniteit van maligniteiten en de individuele kenmerken van patiënten niet nauwkeurig weerspiegelen als gevolg van mogelijke mutaties die optreden om zich aan te passen aan de in-vitrocultuuromgeving tijdens herhaalde passages. Bovendien missen ze de micro-omgeving en het immuunsysteem die nodig zijn voor tumorgroei en -ontwikkeling in vivo. Hoewel CDX-modellen enkele voordelen bieden ten opzichte van in vitro celcultuur, weerspiegelen ze mogelijk nog steeds niet volledig de individuele kenmerken van osteosarcoompatiënten, hoewel tumorweefsels verkregen uit CDX-modellen een beperkte intratumorale heterogeniteit en vertegenwoordiging van het immuunsysteem hebben in vergelijking met cellijnen die in vitro zijn gekweekt 9. Daarom is het van cruciaal belang om een preklinisch model met hoge betrouwbaarheid op te stellen.
PDX-modellen omvatten de onmiddellijke transplantatie van vers weggesneden menselijk kankerweefsel in immunodeficiënte muizen. Deze methode zorgt voor het getrouw behoud van genetische, epigenetische en heterogene kenmerken van menselijke maligniteiten voor elke patiënt, zelfs na opeenvolgende passages bij muizen. Bovendien is bekend dat PDX-modellen latere klinische resultaten nauwkeurig voorspellen10, waardoor ze waardevolle hulpmiddelen zijn voor het creëren van geïndividualiseerde behandelingen en het bevorderen van onderzoek naar precisiegeneeskunde11.
Dit werk beschrijft de procedure voor het opzetten van een PDX-model bij immunodeficiënte muizen door menselijk osteosarcoomweefsel te transplanteren. Dergelijke modellen dienen als platforms voor het uitvoeren van preklinische experimenten voor osteosarcoom.
Alle onderzoeken met menselijke weefsels zijn goedgekeurd door de Institutional Ethics Review Committee van het Longhua Hospital, verbonden aan de Shanghai University of Traditional Chinese Medicine (Shanghai, China) (2013LC52), en er is schriftelijke geïnformeerde toestemming verkregen van de patiënten in overeenstemming met de Verklaring van Helsinki. Het IACUC-nummer voor deze dierstudie is PZSHUTCM221017013. Vier weken oude mannelijke CAnN.Cg-Foxn1nu/Crl-muizen werden voorzien van double lion Irradiated Knaagdier Diet GB 14924.3 en steriel water, en werden gehuisvest in IVC-muizenkooi met vijf muizen per kooi, onder SPF-omstandigheden met een licht/donker-cyclus van 12 uur. De materiaaltabel bevat gedetailleerde informatie over alle materialen, reagentia en instrumenten die in dit protocol worden gebruikt.
1. Bereiding van menselijk osteosarcoomweefsel
OPMERKING: In deze studie werd het menselijke osteosarcoomweefsel12 verwijderd van de dijbeenlaesie van een 15-jarige osteosarcoompatiënt vóór chemotherapie.
2. Opstellen van PDX-modellen door osteosarcoom weefseltransplantatie in de flankregio van de muis
3. Verzameling van PDX-tumorweefsels
4. Pathologisch onderzoek van primair, klinisch en PDX-tumorweefsel
Dit protocol beschrijft de gedetailleerde procedure voor het opstellen van een PDX-muismodel, waarbij de morfologische kenmerken van humaan osteosarcoom behouden blijven na onmiddellijke transplantatie van vers verwijderd menselijk osteosarcoomweefsel en opeenvolgende passages bij muizen. Hier werd met succes een PDX-muismodel opgesteld met behulp van humaan osteosarcoomweefsel.
Figuur 3A toont een representatieve muis van PDX op P0, twee maanden na de transplantatie van femoraal osteosarcoomweefsel van een 15-jarige patiënt. Figuur 3B toont een representatieve muis van PDX op P1, een maand na transplantatie van PDX-weefsel op P0. Figuur 3C toont een representatieve muis van PDX op P2, een maand na transplantatie van PDX-weefsel op P1. Figuur 3D illustreert een representatieve muis van PDX op P3, een maand na transplantatie van PDX-weefsel op P2.
Muizen werden geofferd met behulp van de cervicale dislocatiemethode na inhalatie van CO2 wanneer de tumorgrootte 1.500mm3 bereikte om de PDX-tumorweefsels te verzamelen. De tumorweefsels van klinische patiënten en muizen werden vervolgens ingebed in paraffine en onderworpen aan H&E-kleuring. Een representatief H&E-kleuringsbeeld van tumorweefsel van de klinische patiënt wordt weergegeven in figuur 4A. Representatieve H&E-kleuringsbeelden van PDX-muistumorweefsels op P0, P1 en P2 worden weergegeven in figuur 4B,C,D. De kenmerken van osteosarcoom, gekenmerkt door kleine cellen met ronde, hyperchromatische kernen in de tumorweefsels van de klinische patiënt van de ouders, werden gehandhaafd in gevestigde PDX's op P0, P1 en P2.

Figuur 1: Chirurgische instrumenten. (A) Scalpel. (B,C) Oogheelkundig pincet. (D) Oogheelkundige schaar. (E) Hechtnaald. (F) Hechtdraad. (G) Rechte naaldhouder. (H) Markeerstift. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Opstelling van het PDX-model. (A) De osteosarcoomweefseltransplantatieplaats in het flankgebied van de muis is gelabeld met een markeerpen. (B) Er werd een incisie van 5 mm gemaakt van de huid naar het onderhuidse weefsel. (C) Stompe dissectie en osteosarcoom weefseltransplantatie. (D) Gehechte incisie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Groei van PDX oorspronkelijk getransplanteerd met femoraal osteosarcoomweefsel van een 15-jarige patiënt. (A) PDX vastgesteld door transplantatie van het menselijke osteosarcoomweefsel (P0). (B) PDX tot stand gebracht door transplantatie van het PDX-weefsel op P0 (P1). (C) PDX tot stand gebracht door transplantatie van het PDX-weefsel op P1 (P2). (D) PDX tot stand gebracht door transplantatie van het PDX-weefsel op P2 (P3). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Hematoxyline-Eosine (H&E) kleuring van weefselcoupes van primaire klinische en PDX-weefsels. H&E-kleuring detecteerde histologische kenmerken van (A) femoraal osteosarcoom bij de 15-jarige patiënt, (B) PDX op P0, (C) PDX op P1, (D) PDX op P2. Schaal balken: (A-D) 100 μm; (E-H) 20 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
De PDX-modellen kunnen de kenmerken van menselijke kankers simuleren en meer gelijkenis met de primaire tumor behouden, inclusief genetische en genomische veranderingen, histologie, heterogeniteit en genexpressieprofiel 16,17,18,19. Daarom behouden ze de moleculaire fenotypes en genotypen van kankerpatiënten, waardoor ze innovatieve benaderingen bieden voor het bestuderen van biologie en het evalueren van mogelijke therapieën. Deze benaderingen omvatten preklinische screening van nieuwe geneesmiddelen tegen kanker met zeer vergelijkbare reacties op echte klinische reacties, het detecteren van biomarkers voor geneesmiddelresistentie, het screenen van gevoelige geneesmiddelen in gepersonaliseerde klinische behandelingsregimeselectie en het voorspellen van patiëntresultaten20. Bovendien is het installatieproces van PDX-modellen relatief eenvoudig en vereist het geen speciale apparatuur.
Deze studie heeft met succes een PDX-muismodel opgezet met behulp van menselijke osteosarcoomweefsels. Verschillende belangrijke aspecten van het succesvol opzetten van een PDX-model met menselijk osteosarcoomweefsel werden onthuld. Ten eerste is de transplanteerbaarheid van menselijk osteosarcoomweefsel bij muizen haalbaar, waardoor de biologie van menselijk osteosarcoom in een muizensysteem kan worden bestudeerd. De hoge tumorvormingssnelheid kan worden toegeschreven aan het gebruik van immunodeficiënte muizen zonder functioneel immuunsysteem, waardoor getransplanteerde osteosarcoomcellen zich kunnen vermenigvuldigen zonder afstoting. Bovendien toonde deze studie aan dat het PDX-model de histologie van de oorspronkelijke menselijke osteosarcoomweefsels handhaafde. De morfologie van de tumor en de histopathologische kenmerken waren vergelijkbaar tussen de tumor van de primaire patiënt en de PDX-tumoren. Dit geeft aan dat het PDX-model osteosarcoom nauwkeurig recapituleert, waardoor het een waardevol hulpmiddel is voor het bestuderen van osteosarcoomprogressie, metastase en respons op behandelingen.
Er moeten echter verschillende belangrijke punten worden aangepakt tijdens PDX-modellering. Ten eerste moeten menselijke osteosarcoomweefsels die voor transplantatie worden gebruikt, vers worden verwijderd en zo snel mogelijk in een weefselbeschermende oplossing worden bewaard. Het verdient de voorkeur om de transplantatie binnen 12 uur na resectie te voltooien, hoewel de activiteit van tumorcellen in de menselijke osteosarcoomweefsels die in de weefselbeschermende oplossing zijn opgeslagen, maximaal 24 uur16 kan worden gehandhaafd. Ten tweede verdient het de voorkeur om tumorweefsel te gebruiken van patiënten die geen chemotherapie hebben gekregen om de moleculaire fenotypes en genotypes van patiënten maximaal te behouden, hoewel menselijk osteosarcoomweefsel van patiënten die een of twee keer chemotherapie hebben gekregen, met succes kan worden getransplanteerd in immunodeficiënte muizen. Bovendien zal de activiteit van tumorcellen slecht zijn als een patiënt meerdere chemotherapieën krijgt, wat leidt tot het mislukken van de transplantatiemodellering; Osteosarcoomweefsels van recidiverende patiënten kunnen echter een hogere succesvolle tumorvormingssnelheid hebben nadat ze in immunodeficiënte muizen zijn getransplanteerd dan osteosarcoomweefsels van patiënten die aanvankelijk werden gediagnosticeerd. Ten derde zal het transplanteren van osteosarcoomweefsels net onder de dermis van de huid de tumorvormingssnelheid bij immunodeficiënte muizen verbeteren21.
Het is belangrijk om de beperkingen van deze studie te erkennen. Ten eerste is de vestigingscyclus van het PDX-model lang en duurt 4-12 weken van transplantatie tot tumorvorming22. Ten tweede kan informatie met betrekking tot tumorinitiatie en etiologie afwezig zijn omdat volledig ontwikkelde osteosarcoomweefsels van kankercellen worden getransplanteerd en zeldzame subklonen of genomische veranderingen verloren kunnen gaan tijdens het transplantatieproces. Sequencing van het hele genoom van PDX-tumoren en vergelijking met patiëntmonsters zou waardevol zijn om de genetische getrouwheid van het model te beoordelen23. Ten derde kunnen gastheercellen van muizen tumoren infiltreren, waardoor de activiteit van tumorcellen mogelijk wordt beïnvloed9. Ten vierde heeft het PDX-model een uitvalpercentage van ongeveer 50%24,25. Ten slotte kan kankermetastase in sommige gevallen niet worden bestudeerd vanwege de afwezigheid van tumorcelmetastasen na te zijn getransplanteerd in immunodeficiënte muizen26.
Concluderend valideert deze studie de succesvolle oprichting van een PDX-muismodel met behulp van menselijke osteosarcoomweefsels. Dit model recapituleert getrouw de histopathologische kenmerken van de oorspronkelijke tumor en biedt een waardevol hulpmiddel voor het verkennen van de biologie van osteosarcoom en het testen van mogelijke therapieën. Verdere studies met behulp van dit PDX-model zullen ons begrip van osteosarcoom vergroten en resulteren in de ontwikkeling van effectievere strategieën voor deze patiënten.
De auteurs verklaren dat er geen concurrerende financiële belangen zijn.
Dit werk wordt ondersteund door subsidies van (1) de National Nature Science Foundation (81973877 en 82174408); (2) bouwproject van het Shanghai Top Priority Research Center (2022ZZ01009); (3) Nationaal belangrijk R&D-programma van China (2020YFE0201600); (4) Shanghai Collaborative Innovation Center of Industrial Transformation of Hospital TCM Preparation en (5) Onderzoeksprojecten binnen het budget van de Shanghai University of Traditional Chinese Medicine (2021LK047).
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 10% formalin neutral solution | Wuhan Saiweier Biotechnology Co., Ltd | G1101-500ml | Fix de weefsels |
| Autoclaaf | Japan Hiryama Company | HVE-50 | Sterisatie chirurgische instrumenten |
| CAnN.Cg-Foxn1nu/Crl | Shanghai SLAC Laboratory Animal Co, Ltd. | / | Dier |
| Meetlat | Yantai Green Forest Tools Co., Ltd. | 034180A | Meet het tumorvolume |
| Schotel (60mm) | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | 430166, Corning | Plaatsing van monsters tijdens transplantatie |
| Ontsmettingswatten | Shanghai Honglong Industrial Co., Ltd. | 20230627 | Ontsmet de huid van muizen |
| Sterile wegwerphandschoenen | Guilin Hengbao Health Protection Co., Ltd. | YT21131 | Steriele operatie |
| Double lion bestraalde knaagdiervoeding | Suzhou Shuangshi Experimental Animal Feed Technology Co., Ltd. | GB 14924.3 | Diervoeder |
| Elektronische weegschaal | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | 1-2000 | Weeg het gewicht van de tumor |
| Eosine | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | E4009-25G | Hematoxyline eosine kleurstof |
| Hematoxyline | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | H3136-25G | Hematoxyline eosine kleurstof |
| Isofluraan | Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd | VETEASY | Muisanesthesie |
| IVC's muizenkooi | Suzhou Monkey King Animal Experimental Equipment Technology Co., Ltd. | HH-MMB-2 | Dierbarriere |
| Markeerpen | Zebra Trading (Shenzhen) Co., Ltd. | YYST5 | Markeer de chirurgische incisie |
| Olympus optisch microscoop | Japanese Olympus Company | BH20 | Scan weefselsneden |
| Oogzalf | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | SOICOEYEGRL | Voorkom droge ogen van muizen tijdens anesthesie |
| Oogheelkundige scharen | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | Y00030 JZ | Snij de huid |
| Oogheelkundige pincetten | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | BS-ZER-S-100 Biosharp | Houd osteosarcoomweefsels vast tijdens transplantatie |
| Paraffine | Jiangsu Shitai Experimental Equipment Co., Ltd. | 80200-0015 | Begraven osteosarcoomweefsel |
| Paraffine snijmachine | Lyca Microsystem (Shanghai) Trading Co., Ltd. | RM2235 | Osteosarcoomweefselsectie |
| fysiologische zoutoplossing | Guangzhou Jinsheng Biotechnology Co., Ltd. | 605-004057 | Spoel en tijdelijke opslag van osteosarcoomweefsel |
| Schilfers | Surgical Instrument Factory of Shanghai Medical Devices (Group) Co., Ltd. | J11010-10# JZ | Scheiden van osteosarcoomweefsel en het maken van chirurgische incisies |
| Steriele kap | Thermo Fisher Technology (China) Co., Ltd. | ECO0.9 | Chirurgische operatietafel |
| steriele chirurgische lakens | Henan Huayu Medical Equipment Co., Ltd. | 20160090 | Bied een steriele operatiegebied |
| Naaldhouder | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | J31050 JZ | Naai de wond |
| Hechtdraad | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd | F3124 | Naai de wond |
| Hechtnaald | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd | F3124 | Naai de wond |
| Weefselbeschermingsoplossing | Nanjing Shenghang Biotechnology Co., LTD | BC-CFM-03 | Behoud de activiteit van weefselcellen |
| Buis (50 mL) | Shanghai Baisai, Biotechnology Co., Ltd. | BLD-BL2002500 | Installeer formolfixatie-oplossing |