Het bepalen van de optimale frequentie voor remmende kankercellen gebruiken Tumor Behandeling Fields (TTFields)
4 mei 2017
Tumorbehandelingsvelden (TTFields) zijn een effectieve anti-tumorbehandelingsmodaliteit die wordt geleverd via de continue, niet-invasieve toepassing van lage intensiteit, intermediaire frequentie, afwisselende elektrische velden. TTFields applicatie op cellijnen door gebruik te maken van een TTFields in vitro applicatiesysteem maakt het mogelijk de optimale frequentie te bepalen die leidt tot de hoogste reductie in celtellingen.
Het algemene doel van het TTFields in vitro-toepassingssysteem is om hun effect op kankercellen van verschillende tumortypen te onderzoeken, om de klinische toediening van TTFields te begeleiden en het behandelingsresultaat te optimaliseren. Deze methode kan helpen bij het bepalen van het effect van verschillende TTField-parameters op kankercellen. Het grote voordeel van deze techniek is dat het preklinische identificatie mogelijk maakt van de meest effectieve TTField-frequentie die de groei van een specifiek kankercel-lijn remmt, die uiteindelijk bij mensen kan worden toegepast.
Door een kleine wijziging in deze techniek is het mogelijk om de werkzaamheid van de gecombineerde behandeling van TTField en andere behandelingsmodaliteiten te testen, zoals chemotherapie-middelen en bestralingstherapie. De procedure zal worden gedemonstreerd door Yaara Porat, een onderzoeker van ons team. Om te beginnen, installeert u TTFields-schalen met deksels op een basisplaat en bereidt u een extra acht schalen voor die worden gebruikt voor het kweken van controlecellen.
Plaats een steriele dekglas van twee millimeter op de bodem van elke schaal. Breng vervolgens vijf maal 10 tot de vierde U-87 MG-cellen in één milliliter DMEM-medium. Het juiste aantal cellen dat in elke schaal wordt geplaatst, hangt af van de eigenschappen van de gebruikte cellijn.
Het is cruciaal om het vóór het experiment te kalibreren om celovergroei te voorkomen. Pipet 200 microliters van de celsuspensie op elke dekglas zodat er een druppel op het oppervlak wordt gevormd en dek de schalen af met hun deksels. Incubeer alle schalen een nacht bij 37 graden Celsius, 5% koolstofdioxide om de cellen te laten hechten.
Zodra de cellen zijn gehecht, zuigt u het medium van de dekglassen met behulp van een 200 microliters pijp uit, en pipet vervolgens voorzichtig twee milliliter compleet groeimedium op elke schaal. Tik zachtjes met een steriele pijptip op de randen van het dekglas om eventuele luchtbellen die onder het glas zijn gevangen, los te laten. Incubeer daarna de cellen bij 37 graden Celsius, 5% koolstofdioxide tot het begin van de TTFields-behandeling.
Om de TTFields-behandeling te starten, verwijdert u de basisplaat uit de 37 graden Celsius-incubator en plaatst u deze in een gekoelde koolstofdioxide-incubator. De temperatuur van de gekoelde incubator bepaalt de intensiteit van het elektrische veld. Het is belangrijk om de juiste intensiteit te gebruiken, die afhankelijk is van de gevoeligheid van de cellen voor TTFields.
Sluit vervolgens een vlakke kabel vrouwelijke connector aan op de basisplaat en zet de TTFields-generator aan. Open de software die is gewijd aan het TTFields in vitro-toepassingssysteem. Nadat u een nieuwe studie heeft gedefinieerd door de namen van het experiment en de experimentator in te voeren, past u de frequentie en de doeltemperatuur voor elke schaal aan.
Klik op de startknop om de TTFields-behandeling in de software te starten en controleer of alle schalen lichtblauw verschijnen op de monitor, wat hun juiste verbinding bevestigt. Om de verbinding opnieuw tot stand te brengen, drukt u voorzichtig de schaal naar beneden en roteert u deze langzaam heen en weer totdat de schaal lichtblauw op het scherm verschijnt. Na 24 uur behandeling, stopt u het experiment in de software door op pauze te klikken.
Koppel de vlakke kabelconnector los van de basisplaat en plaats vervolgens de basisplaat in de laminaire stromingskast, verwijder vervolgens de basisplaat met de schalen en de controlecellen die onder standaardcondities zijn gekweekt uit hun incubators. Vervang het medium in alle schalen met vers compleet groeimedium, plaats vervolgens de controlecellen in een 37 graden Celsius, 5% koolstofdioxide-incubator en plaats de basisplaat terug in de gekoelde incubator. Sluit de basisplaat opnieuw aan op de generator.
Vervolg de behandeling door op de continueerknop te klikken. Zodra de behandeling is voltooid, beëindigt u het experiment door op de einde experiment-knop in de software te klikken en slaat u de geüploade gegevens op. Nadat u de TTFields-generator hebt uitgeschakeld, koppelt u de vlakke kabel los van de basisplaat en verwijdert u het systeem uit de incubator.
Druk neer en draai de keramische schaal tegen de klok in om deze los te maken van de basisplaat. Breng vervolgens aseptisch de TTFields-behandelde en controle dekglassen over naar steriele petrischalen met vers medium voor verdere evaluatie. Om het effect van de TTFields-behandeling te evalueren, verwijdert u het medium van elke dekglasbevattende schaal en voegt u vervolgens 0,5 milliliter 0,25% trypsine/EDTA toe, en incubeer de schalen bij 37 graden Celsius, 5% koolstofdioxide totdat de cellen loskomen van het dekglasoppervlak.
Neutraliseer de trypsine met 0,5 milliliter compleet groeimedium en suspendeer de cellen opnieuw door voorzichtig met de suspensie op en neer te pipetten. Ten slotte telt u de cellen door middel van flowcytometrie. Hier worden de resultaten gepresenteerd van de frequentiescan die is uitgevoerd in A2780-cellen, waarbij de frequentie-afhankelijke invloed van TTFields op de groei en clonogene capaciteit van de bestudeerde cellen wordt onthuld.
De meest prominente behandelingseffectiviteit werd waargenomen toen de frequentie van 200 kilohertz werd toegepast. De effectiviteit van de TTFields-behandeling die werd uitgevoerd bij twee verschillende intensiteiten, werd onderzocht in OVCAR-3-cellen. De studie toont een duidelijk verband tussen de toegepaste intensiteit en het behandelingsresultaat, met de grotere groeiremmende activiteit van de hogere veldintensiteit.
Ongeacht de toegepaste veldintensiteit, werd het sterkste effect van de TTFields-behandeling waargenomen bij de frequentie van 200 kilohertz. Zodra deze techniek is beheerst, kan deze in minder dan 30 minuten per dag worden uitgevoerd. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden mediaverlies te voorkomen en de schalen gebalanceerd te houden bij het overbrengen van de incubator naar de kap en terug.
Na toepassing van TTFields kunnen andere methoden, zoals flowcytometrie
Overzicht
Tumor Treating Fields (TTFields) zijn een niet-invasieve behandelmethode die gebruikmaakt van elektrische velden met een lage intensiteit en een gemiddelde frequentie om tumorgroei te remmen. Deze studie onderzoekt de toepassing van TTFields op diverse kankercellijnen om behandelingsfrequenties te optimaliseren en klinische resultaten te verbeteren.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Oncologie
- Celbiologie
- Elektrofysiologie
Achtergrond
- TTFields worden continu toegediend aan kankercellen.
- Ze kunnen worden gecombineerd met andere behandelingen, zoals chemotherapie.
- De techniek maakt preklinische identificatie van effectieve frequenties mogelijk.
- Inzicht in de effecten van TTFields kan klinische toepassingen sturen.
Doel van de Studie
- Om de effecten van TTFields op verschillende tumortypen te onderzoeken.
- Om de optimale TTFields-frequenties voor specifieke kankercellijnen te bepalen.
- Om de effectiviteit van gecombineerde behandelingen met TTFields te beoordelen.
Gebruikte methoden
- Voorbereiding van celculturen in TTFields-schalen.
- Toepassing van TTFields met behulp van een specifiek softwaresysteem.
- Monitoring van celgroei en levensvatbaarheid na de behandeling.
- Flowcytometrie voor celtelling en analyse.
Belangrijkste resultaten
- Een optimale frequentie van 200 kHz vertoonde een significante groeiremming.
- Een hogere veldintensiteit correleerde met een grotere behandelingsdoelmatigheid.
- TTFields-behandeling demonstreerde frequentie-afhankelijke effecten op cellijnen.
- De techniek kan efficiënt dagelijks binnen 30 minuten worden uitgevoerd.
Conclusies
- TTFields kunnen de groei van kankercellen effectief remmen.
- Het identificeren van optimale frequenties is cruciaal voor klinische toepassingen.
- Verdere studies kunnen gecombineerde behandelstrategieën onderzoeken.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de industrie
Het identificeren van de optimale frequentie voor Tumor Treating Fields (TTFields) maakt preklinische risicoreductie van een niet-invasieve modaliteit mogelijk door een mechanistisch verband vast te stellen tussen elektrische veldparameters en de remming van de groei van kankercellen. Deze frequentieoptimalisatie ondersteunt de validatie van het doelwit door een reproduceerbaar, dosisresponsief effect aan te tonen in eierstok- en glioomcellijnen, wat bijdraagt aan go/no-go-beslissingen in de vroege ontdekkingsfase. De benadering biedt een schaalbaar, kwantitatief kader voor het evalueren van biofysische interventies in oncologische pijplijnen.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het mogelijk om therapeutische hypothesen te onderzoeken door specifieke TTField-frequenties te koppelen aan meetbare reducties in celproliferatie en clonogene overleving.
- Operationele waarde: Biedt een gestandaardiseerd in vitro systeem voor frequentiescreening dat biologische ambiguïteit in studies naar targetmodulatie vermindert.
- Voorspellende waarde: Ondersteunt portfolio-triage door frequenties met maximale groeiremming te identificeren, wat helpt bij de prioritering van kandidaten voor verdere ontwikkeling.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Klaarheid voor analyse: Genereert kwantitatieve, frequentieafhankelijke resultaten via celtellingen en clonogene assays, wat een betrouwbare evaluatie van verbindingen of modaliteiten mogelijk maakt.
- Reproduceerbaarheid: Het in vitro applicatiesysteem voor TTFields waarborgt een consistente toediening van wisselende elektrische velden in orthogonale richtingen, wat bijdraagt aan de standaardisatie van de analyse.
- Schaalbaarheid: Compatibel met meerdere kankercellijnen (bijv. U-87 MG, A2780, OVCAR-3), waardoor parallelle frequentiescreening in ziekterelevante modellen mogelijk is.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Translationele continuïteit: Identificeert 200 kHz als de optimale inhiberende frequentie voor eierstok- en gliomcellen, wat een preklinische basis biedt voor de selectie van klinische TTFields-parameters.
- Mechanistische risicoreductie: Demonstreert frequentieafhankelijke effecten op de groei van kankercellen, waardoor onzekerheid in het mechanistische begrip voor in vivo-testen wordt verminderd.
- Risico-gecorrigeerde vooruitgang: Maakt datagestuurde beslissingen mogelijk over TTFields-parameters voor combinatiestudies met chemotherapie of bestraling, wat het voorspellende vertrouwen in preklinische modellen verbetert.
Integratie van Pipeline & Workflow
Het in vitro applicatiesysteem voor TTFields past binnen het continuüm van ontdekking, van targetvalidatie via lead-identificatie tot preklinische evaluatie, en biedt een herbruikbaar platform voor het beoordelen van biofysische interventies in de oncologie.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing door systematische variatie van de TTField-frequentie en -intensiteit mogelijk te maken om dosis-responsrelaties bij de inhibitie van kankercellen te verduidelijken.
- Screening: Levert assay-klare, kwantitatieve output (celtellingen, clonogene overleving) die vergelijking van behandelcondities over verschillende frequenties en intensiteiten mogelijk maakt.
- Analytics: Genereert meetbare, frequentieafhankelijke eindpunten die statistische vergelijking en rangschikking van condities in preklinische studies faciliteren.
- Translational Research: Verbindt bevindingen over frequentieoptimalisatie met klinische translatie door parameters met maximale effectiviteit in relevante kankermodellen te identificeren.
- Enterprise Reuse: Vestigt een gestandaardiseerde, herbruikbare workflow voor frequentieoptimalisatie die toepasbaar is op meerdere kankertypen en therapeutische modaliteiten.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen in het TTFields-mechanisme door het vaststellen van een duidelijke frequentie-responserelatie bij de remming van de groei van kankercellen.
- Operationele waarde: Waarborgt reproduceerbaarheid via gestandaardiseerde voorbereiding van schalen, veldtoediening en omgevingscontroles (temperatuur, CO₂).
- Strategische waarde: Verbetert de kapitaalefficiëntie door een vroege identificatie van optimale TTFields-parameters mogelijk te maken, waardoor biologische risico's in een late fase van de ontwikkeling worden verminderd.
- Impact op portfolio: Ondersteunt de risico-gecorrigeerde prioritering van TTFields-gebaseerde interventies door preklinisch bewijs te leveren van frequentiespecifieke effectiviteit.
Overwegingen voor Implementatie
- Vereist expertise in celkweek, steriele techniek en het bedienen van TTFields-apparatuur, inclusief softwaregestuurde aanpassing van frequentie en intensiteit.
- Afhankelijk van gespecialiseerde instrumentatie: TTFields-generator, basisplaat, platte kabelconnector, keramische petrischalen met een hoge diëlektrische constante en een gekoelde incubator voor intensiteitscontrole.
- Noodzaak tot standaardisatie tussen teams van de celplaatdichtheid, het mediumvolume en de behandelduur om reproduceerbare frequentieresponsgegevens te garanderen.
- Overwegingen bij aanpassing omvatten het valideren van de compatibiliteit van keramische schalen en de adhesie van dekglasplaatjes bij diverse kankercellijnen met variërende groeieigenschappen.
- Praktische beperkingen omvatten de noodzaak voor zorgvuldige hantering om morsen van media te voorkomen en de balans van de schalen te behouden tijdens overplaatsingen tussen incubatoren en veiligheidskabinetten.
