Ten artykuł opisuje metody generowania, leczenia lekami i analizy eksplantatów pochodzących od pacjentów do oceny reakcji na leki nowotworowe w żywym, istotnym dla pacjenta, przedklinicznym systemie modelowym.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten artykuł opisuje metody generowania, leczenia lekami i analizy eksplantatów pochodzących od pacjentów do oceny reakcji na leki nowotworowe w żywym, istotnym dla pacjenta, przedklinicznym systemie modelowym.
Zrozumienie oporności na leki i opracowanie nowych strategii uwrażliwiania na wysoce oporne nowotwory zależy od dostępności odpowiednich modeli przedklinicznych, które mogą dokładnie przewidzieć reakcje pacjentów. Jedną z wad istniejących modeli przedklinicznych jest brak możliwości kontekstowego zachowania mikrośrodowiska ludzkiego guza (TME) i dokładnego odwzorowania heterogeniczności wewnątrznowotworowej, co ogranicza kliniczne tłumaczenie danych. W przeciwieństwie do tego, reprezentując kulturę żywych fragmentów ludzkich nowotworów, platforma eksplantatu pochodzącego od pacjenta (PDE) umożliwia badanie reakcji na leki w trójwymiarowym (3D) kontekście, który jak najdokładniej odzwierciedla patologiczne i architektoniczne cechy pierwotnych guzów. Poprzednie doniesienia z PDE udokumentowały zdolność platformy do odróżniania nowotworów chemowrażliwych od chemoopornych i wykazano, że ta segregacja jest predyktorem reakcji pacjentów na tę samą chemioterapię. Jednocześnie PDE dają możliwość zbadania molekularnych, genetycznych i histologicznych cech nowotworów, które przewidują reakcje na leki, identyfikując w ten sposób biomarkery stratyfikacji pacjentów, a także nowatorskie podejścia interwencyjne do uwrażliwiania opornych nowotworów. W tym artykule szczegółowo opisano metodologię PDE, od pobrania próbek od pacjentów po analizę punktów końcowych. Zawiera szczegółowy opis metod pozyskiwania eksplantacji i hodowli, podkreślając warunki dostosowane do potrzeb poszczególnych nowotworów, w stosownych przypadkach. W przypadku analizy punktów końcowych nacisk kładziony jest na multipleksowaną immunofluorescencję i obrazowanie wielospektralne w celu profilowania przestrzennego kluczowych biomarkerów zarówno w obszarach guza, jak i zrębu. Łącząc te metody, możliwe jest wygenerowanie ilościowych i jakościowych danych dotyczących odpowiedzi na leki, które można powiązać z różnymi parametrami kliniczno-patologicznymi, a tym samym potencjalnie wykorzystać do identyfikacji biomarkerów.
Opracowanie skutecznych i bezpiecznych środków przeciwnowotworowych wymaga odpowiednich modeli przedklinicznych, które mogą również dostarczyć wglądu w mechanizmy działania, co może ułatwić identyfikację biomarkerów predykcyjnych i farmakodynamicznych. Niejednorodność między- i wewnątrznowotworowa1,2,3,4,5 i TME6,7,8,9,10,11,12 są znane z tego, że wpływają na reakcje leków przeciwnowotworowych, a wiele istniejących przedklinicznych modeli raka, takich jak linie komórkowe, organoidy i modele mysie, nie jest w stanie w pełni uwzględnić tych kluczowych cech. "Idealny" model to taki, który może podsumować złożone interakcje przestrzenne komórek złośliwych i niezłośliwych w obrębie guzów, a także odzwierciedlić regionalne różnice w obrębie guzów. Ten artykuł skupia się na PDE jako nowej platformie, która może spełnić wiele z tych wymagań13.
Pierwszy przykład użycia ludzkich PDE, znanych również jako histokultury, pochodzi z późnych lat 80., kiedy Hoffman et al. wygenerowali wycinki świeżo wyciętych ludzkich guzów i wyhodowali je w matrycy kolagenowej14,15. Wiązało się to z opracowaniem systemu hodowli 3D, który zachowywał architekturę tkanek, zapewniając utrzymanie komponentów zrębu i interakcji komórkowych w TME. Nie dekonstruując oryginalnego guza, Hoffman i wsp.16 ogłosili nowe podejście do badań translacyjnych i od tego czasu wiele grup zoptymalizowało różne metody eksplantacji w celu zachowania integralności tkanki i generowania dokładnych danych dotyczących odpowiedzi na leki17,18,19,20,21,22,23,24, chociaż pewne różnice między protokołami są oczywiste. Butler i wsp. hodowali eksplantaty w gąbkach żelatynowych, aby pomóc w dyfuzji składników odżywczych i leków przez próbkę20,21,25, podczas gdy Majumder i in. stworzyli ekosystem nowotworowy, hodując eksplantaty na matrycy złożonej z białek guza i zrębu w obecności autologicznej surowicy pochodzącej od tego samego pacjenta22, 23.
Niedawno, nasza grupa stworzyła protokół, w którym eksplantaty są generowane przez fragmentację guzów na kawałkio rozmiarach 3 - 2 - 3 mm, które są następnie umieszczane bez dodatkowych składników na przepuszczalnych membranach na granicy powietrze-ciecz systemu hodowli24. Podsumowując, te liczne badania wykazały, że PDE pozwalają na hodowlę nienaruszonych, żywych fragmentów ludzkich guzów, które zachowują architekturę przestrzenną i regionalną heterogeniczność pierwotnych guzów. W oryginalnych eksperymentach eksplantaty lub hodowle histologiczne były zwykle poddawane homogenizacji po leczeniu farmakologicznym, po czym do homogenizowanych próbek stosowano różne testy żywotności, takie jak test odpowiedzi na lek w kulturze histogenicznej20,21, test MTT (bromek 3-(6)-2,5-difenylotetrazoliowy), test dehydrogenazy mleczanowej lub test oparty na resazurynie26,27,28. Niedawny postęp w technikach analizy punktów końcowych, szczególnie w patologii cyfrowej, rozszerzył repertuar testów końcowych i testów, które można wykonać na eksplantatorach29,30. Aby zastosować te nowe technologie, zamiast homogenizacji, eksplantaty są utrwalane w formalinie, zatopiane w parafinie (FFPE), a następnie analizowane przy użyciu technik barwienia immunologicznego, co umożliwia profilowanie przestrzenne. Przykłady tego podejścia zostały udokumentowane dla niedrobnokomórkowego raka płuca (NSCLC), raka piersi, raka jelita grubego i eksplantatów międzybłoniaka, przy czym barwienie immunohistochemiczne markera proliferacji, Ki67, i markera apoptotycznego, rozszczepionej polimerazy rybozy poli-ADP (cPARP), zastosowano do monitorowania zmian w proliferacji komórek i śmierci komórki24,31,32,33,34.
Multipleksowana immunofluorescencja jest szczególnie podatna na profilowanie przestrzenne reakcji leków w eksplantatach w punkcie końcowym35. Na przykład, możliwe jest zmierzenie relokalizacji i rozkładu przestrzennego określonych klas komórek odpornościowych, takich jak makrofagi lub limfocyty T, w TME po leczeniu farmakologicznym13,36,37,38, i zbadać, czy środek terapeutyczny może sprzyjać przejściu z "zimnego guza" do "gorącego guza"39. W ostatnich latach grupa ta skupiła się na wyprowadzaniu PDE z różnych typów nowotworów (NSCLC, rak nerki, rak piersi, rak jelita grubego, czerniak) oraz testowaniu szeregu środków przeciwnowotworowych, w tym chemioterapii, inhibitorów małocząsteczkowych i inhibitorów immunologicznych punktów kontrolnych (ICI). Metody analizy punktów końcowych zostały zoptymalizowane tak, aby obejmowały immunofluorescencję multipleksową, aby umożliwić przestrzenne profilowanie biomarkerów żywotności, a także biomarkerów dla różnych składników TME.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Pobieranie tkanek
2. Przygotowanie roślin
3. Leczenie odwykowe
4. Przetwarzanie histologiczne
5. Barwienie hematoksyliną i eozyną (H&E)
6. Barwienie immunologiczne
UWAGA: Następujące kroki powinny być wykonane w RT, chyba że zaznaczono inaczej.
7. Skanowanie
UWAGA: Skanowanie preparatów zostało przeprowadzone przy użyciu wielospektralnego automatycznego systemu obrazowania (zobacz Tabelę Materiałów).
8. Analiza
UWAGA: Poniższy protokół ilustruje metodę analizy fenotypu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Obrazowanie wielospektralne histologicznych skrawków barwionych metodą mIF umożliwia identyfikację i fenotypowanie poszczególnych populacji komórkowych oraz rozpoznanie komponentów nowotworowych i zrębowych w mikrośrodowisku guza (TME) eksplantu (Rysunek 2). Obrazowanie wielospektralne jest szczególnie przydatne w analizie tkanek o wysokiej wewnętrznej autofluorescencji, takich jak tkanki o wysokiej zawartości kolagenu, ponieważ pozwala na dekonwolucję sygnału autofluorescencji od innych syg...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W artykule opisano metody wytwarzania, leczenia i analizy PDE oraz podkreślono zalety platformy jako systemu modelu przedklinicznego. Posiew ex vivo świeżo wyciętego guza, który nie wiąże się z jego dekonstrukcją, pozwala na zachowanie architektury guza13,24, a tym samym oddziaływań przestrzennych składników komórkowych w TME, a także niejednorodności wewnątrznowotworowej. Metoda ta pokazuje, w jaki sposób, przy użyciu markera specyficznego dla nowotworu, można z...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nic do ujawnienia
Dziękujemy chirurgom i patologom z University Hospitals of Leicester NHS Trust za dostarczenie chirurgicznej wyciętej tkanki nowotworowej. Dziękujemy również ośrodkowi Histologii w ramach Core Biotechnology Services za pomoc w przetwarzaniu tkanek i cięciu bloków tkankowych FFPE oraz firmie Kees Straatman za wsparcie w stosowaniu Vectra Polaris. Badania te były wspierane i finansowane przez Explant Consortium składające się z czterech partnerów: Uniwersytetu w Leicester, Jednostki Toksykologicznej MRC, Cancer Research UK Therapeutic Discovery Laboratories oraz LifeArc. Dodatkowego wsparcia udzieliło CRUK-NIHR Leicester Experimental Cancer Medicine Centre (C10604/A25151). Finansowanie GMO, CD i NA zostało zapewnione przez program Breast Cancer Now's Catalyst Programme (2017NOVPCC1066), który jest wspierany przez fundusze firmy Pfizer.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Kwas octowy | Sigma | 320099 | Odczynnik barwiący |
| Rozcieńczalnik przeciwciał / Blok, 1x | Perkin Elmer | ARD1001EA | Rozcieńczalnik/bufor blokujący przeciwciało |
| Barnstead NANOpure Diamond | Barnstead | Ultra Pure (UP) H2O machine | |
| Monohydrat kwasu cytrynowego | Sigma-Aldrich | C7129 | Odczynnik do buforu cytrynianowego |
| Costar Płytki do hodowli wielodołkowych komórek | Corning Incorporated | 3516 | 6 płytek wielodołkowych |
| DAPI Dilactate | Life Technologies | D3571 | |
| 100 x 17 mm Dish, Nunclon Delta | ThermoFisher Scientific | 150350 | Naczynie o średnicy 100 mm do hodowli tkankowych |
| DMEM (1x) Dubelcco's Modified Eagle Medium + 4,5 g/L D-Glucose + 110 mg/ml Pirogronian sodu | Gibco (Life Technologies) | 10569-010 | Pożywka do hodowli tkankowych (500 mL) |
| mocująca DPX | VWR | 360294H | Podłoże montażowe |
| Mocowanie DPX | Merck | 6522 | Podłoże montażowe |
| Kwas etylenodiaminotetraoctowy (EDTA) | Sigma-Aldrich | 3609 | Odczynnik do buforu TE |
| Eosin | CellPath | RBC-0100-00A | Odczynnik barwiący |
| Płodowa surowica bydlęca | Gibco | 10500-064 | Do stosowania w hodowlach tkankowych medium |
| 37% Formaldehyd | Fisher (Acros) | 119690010 | 10% Formalina |
| iGenix, kuchenka mikrofalowa IG2095 | iGenix | IG2095 | Kuchenka mikrofalowa używana do odzyskiwania antygenu |
| Przemysłowy spirytus metylowy (IMS) | Genta Medical | 199050 | 99% Przemysłowy alkohol denaturowany (IDA) |
| InForm Zaawansowane oprogramowanie do analizy obrazu | Akoya Biosciences | InForm | |
| Leica ASP3000 Tissue Processor | Leica Biosystems | Automatyczny próżniowy procesor tkankowy | |
| Leica Arcadia H i C | Leica Biosystems | Kąpiel woskowa do wbudowywania | |
| Leica RM2125RT | Leica Biosystems | Mikrotom obrotowy | |
| Marker liniowy Leica ST4040 | Leica Biosystems | H& E stainer | |
| Mayer's Haematoxylin | Sigma | GHS132-1L | Odczynnik do barwienia |
| Millicell Cell Culture Inserts, 30 mm, hydrofilowy PTFE, 0,4 &mikro; m | Merck Milipore | PICMORG50 | Organotypowy dysk do hodowli |
| Novolink Polymer Detection System | Leica Biosystems | RE7150-K | DAB staining: |
| OPAL 480 | Akoya Biosciences | FP1500001KT | Fluorofor z rozcieńczalnikiem dimetylosulfotlenku (DMSO |
| )OPAL 520 | Akoya Biosciences | FP1487001KT | Fluorofor z rozcieńczalnikiem dimetylosulfotlenku (DMSO) |
| OPAL 570 | Akoya Biosciences | FP1488001KT | Fluorofor z rozcieńczalnikiem dimetylosulfotlenku (DMSO |
| )OPAL 620 | Akoya Biosciences | FP1495001KT | Fluorophore z rozcieńczalnikiem dimetylosulfotlenku (DMSO) |
| OPAL 650 | Akoya Biosciences | FP1496001KT | Fluorofor z rozcieńczalnikiem dimetylosulfotlenku (DMSO) |
| OPAL 690 | Akoya Biosciences | FP1497001KT | Fluorofor z rozcieńczalnikiem dimetylosulfotlenku (DMSO |
| )OPAL 780 / OPAL TSA-DIG Odczynnik | Akoya Biosciences | FP1501001KT | Fluorophore z rozcieńczalnikiem dimetylosulfotlenku (DMSO) i odczynnikiem TSA-DIG |
| Opal Polymer HRP Ms Plus Rb, 1x | Perkin Elmer | ARH1001EA | HRP |
| polimerpenicylina/streptomycyna roztwór roztworu | Fisher Scientific | 11548876 | Do stosowania w hodowlach tkankowych medium |
| PhenoChart Whole Slide Contextual Viewer | Oprogramowanie Akoya Biosciences | PhenoChart | Viewer do skanowanych obrazów |
| Fosforanowe tabletki soli fizjologicznej | Thermo Scientific Oxoid | BR0014G | PBS |
| strong>1x Plus Amplification Dilurent | Perkin Elmer | FP1498 | Rozcieńczalnik fluoroforowy |
| Prolong Diamond Antiblade | Invitrogen | P36961 | Nośnik montażowy średni |
| przesuwny | Perkin Elmer | Aby załadować szkiełka do hotelu Slide Carrier w celu skanowania za pomocą Vectra Polaris | |
| Sodium Chloride | Fisher Scientific | S/3160/63 | 10% Formalina |
| Sodium Wodoroxide granulki | Fisher Scientific | S/4920/53 | Odczynnik do buforu cytrynianowego |
| Tenatex Hardenened Wax - Różowy (500 g) | KEMDENT | 1-601 | Wosk powierzchniowy do zębów |
| Thermo Scientific Shandon Sequenza Slide Rack do Centrum Barwienia Immunologicznego | Fisher Scientific | 10098889 | Uchwyt do szkiełek i klipsów do prowadnic |
| Thermo Scientific Plastikowe osłony Shandon | Fisher Scientific | 11927774 | Klipsy do slajdów |
| Tris(hydroksymetylo)aminometan (Tris) | Sigma-Aldrich | 252859 | Odczynnik do buforu TE |
| VectaShield | Vecta Laboratories | H-1000-10 | Medium |
| montażoweVectra Skaner do slajdów Polaris | Perkin Elmer | Vectra Skaner Polaris | Slide |
| Xylene | Genta Medical | XYL050 | Środek do usuwania wosku |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.