Hier beschrijven we een eenvoudige live beeldvormingsbenadering voor het kwantificeren van de gevoeligheid van van patiënt-afgeleide tumororganoïden voor ioniserende straling.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Hier beschrijven we een eenvoudige live beeldvormingsbenadering voor het kwantificeren van de gevoeligheid van van patiënt-afgeleide tumororganoïden voor ioniserende straling.
Bestralingstherapie (RT) is een van de pijlers van de moderne klinische behandeling van kanker. Niet alle soorten kanker zijn echter even gevoelig voor bestraling, vaak (maar niet altijd) vanwege verschillen in het vermogen van kwaadaardige cellen om oxidatieve DNA-schade te herstellen zoals opgewekt door ioniserende stralen. Klonogene assays worden al tientallen jaren gebruikt om de gevoeligheid van gekweekte kankercellen voor ioniserende bestraling te beoordelen, grotendeels omdat bestraalde kankercellen vaak op een vertraagde manier sterven die moeilijk te kwantificeren is met kortetermijnflowcytometrie of microscopie-ondersteunde technieken. Helaas kunnen clonogene testen niet als zodanig worden gebruikt voor complexere tumormodellen, zoals patiënt-afgeleide tumororganoïden (PDTO's). Inderdaad, het bestralen van gevestigde PDTO's hoeft niet noodzakelijkerwijs hun groei als meercellige eenheden op te heffen, tenzij hun stengelachtige compartiment volledig is uitgeroeid. Bovendien is het mogelijk dat het bestralen van PDTO-afgeleide eencellige suspensies de gevoeligheid van kwaadaardige cellen voor RT in de context van gevestigde PDTO's niet goed recapituleert. Hier beschrijven we een aanpassing van conventionele klonogene assays waarbij gevestigde PDTO's worden blootgesteld aan ioniserende straling, gevolgd door dissociatie van één cel, remissie in geschikte kweekomstandigheden en live beeldvorming. Niet-bestraalde (controle) PDTO-afgeleide stamachtige cellen hervormen groeiende PDTO's met een PDTO-specifieke efficiëntie, die op een dosisafhankelijke manier negatief wordt beïnvloed door doorstraling. Onder deze omstandigheden kunnen de efficiëntie en groeisnelheid van PDTO's worden gekwantificeerd als een maat voor radiogevoeligheid op time-lapse-beelden die zijn verzameld totdat controle-PDTO's een vooraf bepaalde ruimtebezetting bereiken.
Uitwendige bestralingstherapie (RT) is een van de steunpilaren van de moderne oncologie en weerspiegelt niet alleen een uitgesproken antikankeractiviteit die gepaard gaat met een goed gedefinieerd spectrum van over het algemeen beheersbarebijwerkingen1, maar ook een uitzonderlijk wijdverbreide klinische beschikbaarheid (de meeste kankercentra in ontwikkelde landen zijn uitgerust met moderne lineaire versnellers voor uitwendige bundel RT)2. In overeenstemming met dit idee wordt RT wereldwijd met succes gebruikt voor zowel curatieve doeleinden, meestal in de context van ziekte in een vroeg stadium 3,4, als palliatieve toepassingen, om symptomen (bijv. pijn) van uitgezaaide tumoren in te dammen5. Dat gezegd hebbende, zijn niet alle maligniteiten even gevoelig voor RT, wat een weerspiegeling is van een aantal intrinsieke en micro-omgevingskenmerken van kankercellen 6,7,8,9. Als een op zichzelf staand voorbeeld zijn verschillende kanker-geassocieerde genetische en epigenetische veranderingen die van invloed zijn op DNA-herstel en redoxhomeostase in verband gebracht met verhoogde of verminderde intrinsieke radiosensitiviteit, grotendeels als gevolg van het vermogen van RT om kankercellen te doden door directe en reactieve zuurstofspecies (ROS)-afhankelijke schade aan DNA en andere macromoleculen te veroorzaken 10,11,12,13.
In de afgelopen decennia zijn clonogene tests routinematig gebruikt om de stralingsgevoeligheid van gekweekte menselijke en muizenkankercellen te beoordelen 14,15,16. Inderdaad, terwijl chemotherapeutica en andere stressfactoren vaak kwaadaardige cellen op een vrij snelle manier doden, veroorzaakt RT die in klinisch relevante doses wordt gebruikt meestal een vertraagde vorm van celdood die niet eenvoudig kan worden gekwantificeerd met kortetermijnflowcytometrie of microscopie-ondersteunde technieken, zoals het meten van de cellulaire opname van vitale kleurstoffen (die selectief dode cellen kleuren) 24-72 uur na blootstelling aan een cytotoxische stimulus17. Clonogene assays zijn niet alleen eenvoudig en afhankelijk van vrij goedkope reagentia, maar zijn ook bijzonder handig omdat ze de implementatie van het zogenaamde "lineaire kwadratische" model mogelijk maken, een vrij eenvoudig wiskundig hulpmiddel voor de kwantitatieve analyse van RT-dosisrespons18,19. Op dezelfde manier hebben gekweekte kankercellen (met inbegrip van gevestigde cellijnen en primaire, van de patiënt afgeleide cellen) een handig platform geboden voor het testen van verschillende aspecten van de kankerbiologie, met inbegrip van (maar niet beperkt tot) gevoeligheid voor behandeling op een vrij eenvoudige maar vereenvoudigde manier, met als belangrijkste beperking de afwezigheid van een gestructureerde tumormicro-omgeving (TME)20, 21. okt. Tweedimensionale kankercelculturen zijn inderdaad intrinsiek niet in staat om cel-celcommunicatie en interacties met de extracellulaire matrix en zoals ze zich voordoen bij kankerte recapituleren 22,23. Patiënt-afgeleide tumororganoïden (PDTO's) zijn naar voren gekomen als tumormodellen die een dergelijke beperking ten minste gedeeltelijk omzeilen 24,25,26.
Helaas kunnen conventionele klonogene testen niet worden gebruikt om de stralingsgevoeligheid van PDTO's te beoordelen. Aan de ene kant hoeft het bestralen van gevestigde PDTO's hun groei als meercellige eenheid niet noodzakelijkerwijs in gevaar te brengen, tenzij hun stengelachtige compartiment - dat verantwoordelijk is voor de vorming en rijping van PDTO's maar een verhoogde resistentie tegen DNA-schade vertoont in vergelijking met meer gedifferentieerde PDTO-samenstellende cellen27 - volledig wordt uitgeroeid. Aan de andere kant is het mogelijk dat het bestralen van PDTO-afgeleide eencellige suspensies de radiogevoeligheid van PDTO-samenstellende (inclusief stamachtige) cellen zoals vertoond in de context van gevormde PDTO's, niet goed recapituleert. Hier beschrijven we een techniek die gebruikmaakt van live beeldvorming van PDTO's bij borstkanker om de PDTO-vormende werkzaamheid en groeisnelheid te controleren van PDTO-afgeleide cellen die eerder zijn blootgesteld aan ioniserende bestraling in vergelijking met hun niet-bestraalde tegenhangers. Met de vereiste variaties die grotendeels de differentiële biologie van individuele PDTO's weerspiegelen (bijv. vereisten voor kweekmedia, groeisnelheid), verwachten we dat dit protocol geschikt zal zijn voor de studie van radiosensitiviteit in een breed panel van PTDO's van zowel borst- als niet-borstoorsprong.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De reagentia en apparatuur die in het onderzoek worden gebruikt, staan vermeld in de materiaaltabel.
1. Organoïde cultuur
OPMERKING: TNBC#1 PDTO's werden in ons laboratorium vastgesteld op basis van tumorweefsel dat operatief werd verwijderd van een patiënt met triple-negatieve borstkanker (TNBC) die geïnformeerde toestemming gaf om deel te nemen aan een biobankprotocol (IRB21-06023682). Na validatie door histologie en RNA-sequencing (RNAseq) worden TNBC#1 PDTO's gekweekt in 66% matrigeldruppels (zogenaamde 'domes') in verrijkt DMEM/F12-kweekmedium (Tabel 1) en elke 2-3 weken gepasseerd in een verhouding van 1:2-1:1028.
2. Straling
3. Dissociatie
4. Live beeldvorming
5. Beoordeling
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
TNBC#1 PDTO's werden blootgesteld aan een enkele stralingsdosis van 0 (niet-bestraalde controles), 2 Gy, 4 Gy, 6 Gy, 8 Gy of 10 Gy op dag 0. Onmiddellijk daarna werden PDTO's gedissocieerd om een eencellige suspensie te verkrijgen voor elke experimentele aandoening. PDTO-afgeleide cellen werden vervolgens gezaaid in platen met 48 putjes binnen 66% matrigelkoepels (elk 50 μL) die in het midden van de putjes werden afgezet, in 3 technische replicaten per aandoening. De platen werden in een...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Hier beschrijven we een aanpassing van conventionele clonogene assays die gebruik maakt van PDTO's voor borstkanker en live beeldvorming om PDTO-radiogevoeligheid te kwantificeren op basis van (1) de persistentie van PTDO-vormende stamachtige cellen bij PDTO-bestraling in vitro, en (2) de groeisnelheid van de PDTO's die deze cellen (kunnen) genereren. Cruciale stappen van dit protocol zijn onder meer (1) het opzetten van PDTO's voor een koepelbezetting die een goede levensvatbaa...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Niet gerelateerd aan dit werk, SCF heeft/heeft onderzoekscontracten met Merck, Varian, Bristol Myers Squibb, Celldex, Regeneron, Eisai en Eli-Lilly, en heeft consulting/adviserende honoraria ontvangen van Bayer, Bristol Myers Squibb, Varian, Elekta, Regeneron, Eisai, AstraZeneca, MedImmune, Merck US, EMD Serono, Accuray, Boehringer Ingelheim, Roche, Genentech, AstraZeneca, View Ray en Nanobiotix. Niet gerelateerd aan dit werk, heeft SD consulting/advisory honoraria ontvangen van Lytix Biopharma, EMD Serono, Ono Pharmaceutical, Genentech en Johnson & Johnson Enterprise Innovation Inc., en heeft/heeft onderzoekscontracten met Lytix Biopharma, Nanobiotix en Boehringer-Ingelheim. LG heeft/had onderzoekscontracten met Lytix Biopharma, Promontory en Onxeo, heeft consulting/advisory honoraria ontvangen van Boehringer Ingelheim, AstraZeneca, OmniSEQ, Onxeo, The Longevity Labs, Inzen, Imvax, Sotio, Promontory, Noxopharm, EduCom en de Luke Heller TECPR2 Foundation, en heeft Promontory aandelenopties.
Wij danken Raymond Briones en Wen H. Shen (Weill Cornell Medical College, New York, NY, USA) voor hun hulp bij de ontwikkeling van dit protocol. Dit werk werd ondersteund door een Transformative Breast Cancer Consortium Grant van het Amerikaanse DoD BCRP (#W81XWH2120034, PI: Formenti).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 40 µm mesh filter | Thomas Scientific | 1164H35 | |
| B27 | Invitrogen | 17504-044 | |
| Cellometer Auto T4 Bright Field Cell Counter | Nexcelom | ||
| DMEM F/12 | Corning | 12634-010 | |
| Epidermal Growth Factor hEGF | Peprotech | AF-100-15 | |
| EVOS FL Digital Inverted Fluorescence Microscope | Thermo Fisher Scientific | 12-563-460 | |
| FGF10 | Peprotech | 100-26 | |
| FGF7 | Peprotech | 100-19 | |
| GlutaMax | Invitrogen | 35050061 | |
| Hepes | Invitrogen | 15630-080 | |
| IncuCyte software 2021A | Sartorius | versie: 2021A | |
| Incucyte SX1 | Sartorius | model SX1 | |
| Incucyte gevalideerde 48-wells plaat | Corning | 3548 | |
| Matrigel | Discovery Labware | 354230 | |
| nAc | Sigma Aldrich | A9165-5G | |
| Nicotinamide | Sigma-Aldrich | N0636 | |
| Noggin | Aangeschaft bij het Englander Institute for Precision Medicine, Weill Cornell, NY, USA | ||
| Niet-behandelde 6-wells plaat | Cellstar | 657 185 | |
| NR (Heregulin) | Peprotech | 100-03 | |
| p38 MAP inhibitor p38i SB202190 | Sigma Aldrich | S7067 | |
| PBS | Corning | 21-040-CV | |
| PenStrep | Invitrogen | 15140-122 | |
| Primocin | Invivogen | ant-pm-1 | |
| Rspondin Media | Aangeschaft bij het Englander Institute for Precision Medicine, Weill Cornell, NY, USA | ||
| Small Animal Radiation Research Platform (SARRP) | Xstrahl Ltd | ||
| TGFbeta Receptor Inhibitor A83-01 | Tocris | 2939 | |
| Trypan blauw kleurmiddel (0,4%) | Gibco | 15250-61 | |
| TrypLE | Gibco | 112605-028 | |
| Y-27632 (RhoKi) | Selleck | S1049 |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.