Zaproponowano różne podejścia w celu identyfikacji lub usuwania komórek mysich z ksenoprzeszczepów guzów ludzkich, na przykład kombinację przeciwciał swoistych dla myszy przeciwko CD45 i MHC klasy I. Jednakże za pomocą tych kombinacji wykrywano jedynie subpopulacje komórek mysich, podczas gdy proponowana kombinacja wykryła komórki mysie wykazujące ekspresję CD45 i MHC klasy I, a także pozostałe komórki mysie znalezione w tkankach docelowych transplantacji (Rysunek 1). Dzięki zastosowaniu tej nowej kombinacji przeciwciał do magnetycznego sortowania komórek, możliwe było wyizolowanie ludzkich komórek nowotworowych niezależnie od typu guza (Rysunek 2).
Komórki otrzymane w wyniku procedury usuwania komórek mysich opartej na magnetycznej separacji komórek mogły być hodowane, co prowadziło do uzyskania czystych kultur ludzkich komórek nowotworowych (Rycina 4). Ponadto, z tej samej próbki można było uzyskać i hodować żywe komórki mysie. Oprócz usuwania komórek mysich, podczas usuwania komórek mysich (MCD) usuwane były również zanieczyszczenia (Rycina 3).
Całkowite usunięcie komórek mysich, jak również usunięcie zanieczyszczeń, prowadzi do poprawy wyników dalszych analiz molekularnych. Wykazano to poprzez porównanie wyników sekwencjonowania całego eksomu (WES) przeprowadzonego na fragmentach guzów w masie oraz na próbkach pozbawionych komórek mysich, pochodzących z trzech różnych modeli ksenoprzeszczepów nowotworowych pochodzenia pacjenta (Ryciny 5–9). Nasze dane wskazują, że usunięcie komórek mysich przed przeprowadzeniem WES w próbkach guzów ksenoprzeszczepionych nie tylko znacząco zwiększa całkowitą liczbę odczytów (Rycina 5) ale także znacznie zmniejsza liczbę odczytów pochodzących od gospodarza zmapowanych do ludzkiego genomu referencyjnego (Rysunek 6B)Ponieważ te błędnie zmapowane odczyty mysie często zakłócają wyznaczanie SNP, zaobserwowaliśmy znaczną redukcję fałszywie przewidzianych SNP po zastosowaniu MCD. (Ryciny 7–8)Wreszcie wykazaliśmy, że usuwanie odczytów pochodzenia mysiego in silico za pomocą metod bioinformatycznych nie może w pełni zastąpić procedury eksperymentalnej, ponieważ w przypadku wszystkich odczytów nie było możliwe jednoznaczne przypisanie do gatunku pochodzenia na podstawie sekwencji. Co więcej, procedura in silico nie była w stanie skorygować poprawionej jakości i towarzyszącego jej wyższego pokrycia odczytów w obrębie in vitro próbki zredukowane (Rysunek 9).

Rycina 1. Opracowanie koktajlu przeciwciał rozpoznających wszystkie komórki mysie w wielu narządach14. Przeprowadzono badania przesiewowe w wielu narządach, w tym w skórze, płucach, mózgu, nerkach i mięśniach szkieletowych. Narządy te stanowią główne tkanki docelowe dla ksenotransplantacji. Kombinacje, takie jak te rozpoznające mysie epitopy CD45 i MHC klasy I, były już stosowane w celu eliminacji komórek mysich po ksenotransplantacji. Jednakże kombinacje markerów te rozpoznawały jedynie podzbiór komórek mysich we wszystkich analizowanych tkankach. W poprzednich badaniach przesiewowych zidentyfikowano kombinację pięciu przeciwciał, która umożliwia kompleksowe wykrywanie wszystkich komórek pochodzenia mysiego. Panel ten obejmuje erytrocyty i jest niezależny od tkanki pochodzenia (A, B oraz dane niepokazane). Zmodyfikowano na podstawie14. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 2. Niezawodna i szybka eliminacja komórek mysich15. Konjugaty kombinacji przeciwciał z superparamagnetycznymi nanocząsteczkami zostały wykorzystane do opracowania zoptymalizowanego protokołu eliminacji komórek mysich z ludzkich ksenoprzeszczepów nowotworowych za pomocą magnetycznego sortowania komórek (magnetycznej separacji komórek) (A). Ten nowy protokół pozwolił na usunięcie > 99% zanieczyszczających komórek mysich w czasie krótszym niż 20 min, niezależnie od typu nowotworu. Frakcje komórek uzyskane w procedurze magnetycznej separacji komórek zostały znakowane koktajlem przeciwciał pan-mouse oraz przeciwciałem specyficznym dla człowieka przeciwko CD326 (EpCAM) (B). Zmodyfikowano na podstawie15. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 3. Izolacja ludzkich komórek glejaka. Do izolacji ludzkich komórek glejaka z mózgu dorosłej myszy zastosowano zestaw Mouse Cell Depletion Kit. Podczas dysocjacji tkanki nerwowej zazwyczaj powstaje duża ilość debrisu. MCDK skutecznie usuwa martwe komórki i debris, co obrazuje wykres zależności wielkości komórek od ich ziarnistości. Dzięki zastosowaniu tego koktajlu koniugatów możliwe było wyeliminowanie > 99% zanieczyszczających komórek mysich oraz > 60% debrisu. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rycina 4. Usuwanie komórek mysich ułatwia dalsze hodowle ludzkich komórek nowotworowych14. Fibroblasty mysie często utrudniają hodowlę ludzkich komórek nowotworowych po dysocjacji przeszczepionych tkanek lub prowadzą do powstania kultur heterogenicznych. Fibroblasty przywierają i namnażają się efektywniej, przez co przerastają komórki docelowe. Zaburza to analizy hodowli komórkowych in vitro (np. testy cytotoksyczności leków), ponieważ w większości przypadków matematyczna korekta efektów wynikających z zanieczyszczenia komórkami mysimi jest niemożliwa. Frakcje negatywne (B) i pozytywne (C) po usunięciu komórek mysich hodowano przez trzy dni, utrwalono i zabarwiono na specyficzny dla myszy marker fibroblastów (wimentynę) oraz specyficzny dla ludzi marker nowotworowy CD326 (EpCAM). Jako kontrolę, hodowano i zabarwiono również oryginalną frakcję zawierającą nieposeparowane komórki (A). Nawet po trzech dniach hodowli w frakcji negatywnej (B) obserwowano niemal czystą populację ludzkich komórek nowotworowych, podczas gdy frakcja niesortowana (A) została niemal całkowicie przerostowana przez fibroblasty. Do frakcji pozytywnej (C) utracono jedynie niewielką część komórek docelowych. Zmodyfikowano na podstawie14. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 5. Sekwencjonowanie całego egzomu (WES) próbek nowotworowych przed i po usuwaniu komórek mysich (MCD)15. Przeprowadzono WES w trzech różnych modelach ksenoprzeszczepów pochodzących z ludzkiego raka nerki, płuca i pęcherza moczowego, aby ocenić wpływ MCD na jakość danych sekwencjonowania następnej generacji. DNA z całej masy guza oraz z wyizolowanych komórek nowotworowych po usuwaniu komórek mysich wykorzystano do generowania bibliotek sekwencjonowania z wychwytem egzomu przy użyciu zestawu do wychwytu egzomu. Do sekwencjonowania na sekwenatorze pulpitowym zastosowano zestaw odczynników do sekwenatora pulpitowego (150 cykli), aby wygenerować odczyty par końców (paired-end reads) o długości 75 bp. W próbkach po usunięciu komórek mysich zaobserwowano istotny wzrost (p < 0.05) gęstości klastrów (A) oraz średni wzrost liczby odczytów o 33% (B), co wskazuje na poprawę jakości próbek. Odpowiednio, silną redukcję debris i martwych komórek po MCD można było również wykazać w analizie cytometrii przepływowej (patrz Rysunek 3). Zmodyfikowano z15. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 6. Usuwanie komórek mysich (MCD) znacznie redukuje liczbę błędnie zmapowanych odczytów mysich po sekwencjonowaniu całego egzomu (WES)15. Ponieważ oligonukleotydy do przechwytywania stosowane w celowanym wzbogacaniu sekwencji kodujących białka zostały zaprojektowane w oparciu o genom ludzki, oczekiwano wstępnego wzbogacenia fragmentów DNA pochodzenia ludzkiego z mieszaniny komórek mysich i ludzkich. Aby ocenić liczbę oligonukleotydów do przechwytywania, które mogłyby ulec hybrydyzacji krzyżowej z mysim DNA genomowym, przeprowadziliśmy wyszukiwania BLAST dla każdej pojedynczej sondy do szybkiego przechwytywania egzomu przeciwko genomowi mysiemu. Wynikowe parametry dopasowania wykorzystano do określenia możliwej hybrydyzacji krzyżowej. W zależności od progów selekcji (długość dopasowania, liczba niedopasowań, liczba przerw), przewidzieliśmy reaktywność krzyżową 5 - 10% sond do przechwytywania z transkryptami mysimi (dane nie pokazano). Po przycięciu adapterów (trimmomatic v0.3216), zmapowaliśmy odczyty ze wszystkich próbek przeciwko genomom ludzkiemu i mysiemu (bwa v0.7.1217) i określiliśmy ich przypuszczalne pochodzenie na podstawie odpowiednich parametrów dopasowania (powłoka LINUX, wiersz poleceń Perl) (A). Średnio 12% odczytów pochodzących z próbek guza zbiorczego przypisano komórkom mysim. Ilość tę można było zredukować do 0,3% poprzez wcześniejsze usunięcie komórek mysich (B). Ponieważ średnio 15% odczytów pochodzenia mysiego błędnie zmapowało się do genomu ludzkiego, co odpowiada 1,9% całkowitych odczytów w próbkach guza zbiorczego i 0,04% w izolowanych komórkach nowotworowych, można oczekiwać silnego pozytywnego wpływu usuwania komórek mysich na analizy następcze. Rysunek 6B obrazuje szczegółowe przypisanie odczytów dla guza zbiorczego i izolowanych ludzkich komórek nowotworowych pochodzących z ksenoprzeszczepu raka pęcherza moczowego. Zmodyfikowano z15. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 7. MCD znacząco redukuje liczbę błędnie przewidzianych SNP15. Aby określić wpływ odczytów mysich zmapowanych do ludzkiego genomu, ustalono liczbę przewidzianych SNP dla próbek ksenoprzeszczepów przed i po MCD. Ponieważ do porównania nie było dostępnych zdrowych tkanek, SNP zdefiniowano jako różnicę między sekwencjonowaną próbką a genomem referencyjnym (hg19). Po usunięciu duplikatów odczytów przeprowadzono identyfikację SNP oraz INDEL18, ograniczając ją do regionów docelowych zestawu do wychwytywania egzomu. 63 ± 10% wszystkich SNP przewidzianych dla próbek guza masowego nie było już wykrywanych po usunięciu komórek mysich, natomiast 18 ± 1% było specyficznych dla wyizolowanych ludzkich komórek nowotworowych (A). Podczas gdy pierwsze były spowodowane głównie przez błędnie zmapowane odczyty mysie, drugie wydawały się być wykrywane dzięki większej liczbie odczytów i w konsekwencji wyższemu pokryciu w próbkach wyizolowanych ludzkich komórek nowotworowych. Efekt ten był widoczny również w przypadku przewidzianych INDEL (B). Zmodyfikowano na podstawie15. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 8. MCD poprawia predykcję wysokowpływowych SNP15. (A) Przedstawiono wpływ MCD na predykcję SNP w obrębie eksonu kodującego białko genu POLA119. Podczas gdy błędnie zmapowane odczyty mysie spowodowały szereg fałszywie zpredykowanych SNP w masie ksenoprzeszczepu raka nerki, SNP te zniknęły po zastosowaniu MCD. Ponadto MCD poprawiło predykcję wysokowpływowych SNP. Na przykład odczyty mysie zmapowane do ludzkiego genomu referencyjnego w próbce z masy guza doprowadziły do błędnego zpredykowania zniszczenia kodonu startowego genu GRIA3 (B). Zmodyfikowano na podstawie15. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.

Rycina 9. In silico Usuwanie odczytów pochodzenia mysiego nie może w pełni zastąpić IIn Vitro MCD15. Odczyty, co do których przewidywano, że pochodzą od myszy, zostały usunięte z danych sekwencyjnych drogą obliczeniową, a następnie powtórzono proces wyznaczania SNP. Dzięki temu podejściu liczba SNP przewidywanych dla próbek guza zbiorczego uległa znacznemu zmniejszeniu z 63% do 8,5% całkowitej liczby SNP (porównać z Rysunek 8). Jednakże to in silico podejście nie mogło całkowicie zastąpić in vitro MCD, zwłaszcza jeśli weźmie się pod uwagę poprawioną jakość próbek oraz towarzyszący temu wzrost liczby odczytów i pokrycia. Zmodyfikowano z15. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.