Obecny protokół opisuje generowanie modeli hodowli 3D guzów z pierwotnych komórek nowotworowych i ocenę ich wrażliwości na leki za pomocą testów żywotności komórek i badań mikroskopowych.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Obecny protokół opisuje generowanie modeli hodowli 3D guzów z pierwotnych komórek nowotworowych i ocenę ich wrażliwości na leki za pomocą testów żywotności komórek i badań mikroskopowych.
Pomimo znacznych postępów w zrozumieniu biologii nowotworów, zdecydowana większość kandydatów na leki onkologiczne wchodzących w próby kliniczne kończy się niepowodzeniem, często z powodu braku skuteczności klinicznej. Ten wysoki wskaźnik niepowodzeń rzuca światło na niezdolność obecnych modeli przedklinicznych do przewidywania skuteczności klinicznej, głównie ze względu na ich nieadekwatność w odzwierciedlaniu heterogeniczności guza i mikrośrodowiska guza. Ograniczeniom tym można zaradzić za pomocą trójwymiarowych (3D) modeli hodowlanych (sferoid) ustalonych na podstawie próbek ludzkich guzów pochodzących od indywidualnych pacjentów. Te kultury 3D reprezentują rzeczywistą biologię lepiej niż ustalone linie komórkowe, które nie odzwierciedlają heterogeniczności guza. Co więcej, hodowle 3D są lepsze niż dwuwymiarowe (2D) modele hodowli (struktury jednowarstwowe), ponieważ replikują elementy środowiska guza, takie jak niedotlenienie, martwica i adhezja komórek, oraz zachowują naturalny kształt i wzrost komórek. W niniejszym badaniu opracowano metodę przygotowania pierwotnych kultur komórek nowotworowych od indywidualnych pacjentów, które są 3D i rosną w sferoidach wielokomórkowych. Komórki mogą pochodzić bezpośrednio z guzów pacjenta lub ksenoprzeszczepów pochodzących od pacjenta. Metoda ma szerokie zastosowanie w przypadku guzów litych (np. okrężnicy, piersi i płuc), a także jest opłacalna, ponieważ można ją wykonać w całości w typowym laboratorium badawczym / biologii komórki bez polegania na specjalistycznym sprzęcie. W niniejszym artykule przedstawiono protokół generowania modeli hodowli 3D nowotworów (sferoid wielokomórkowych) z pierwotnych komórek nowotworowych i oceny ich wrażliwości na leki przy użyciu dwóch uzupełniających się podejść: testu żywotności komórek (MTT) i badań mikroskopowych. Te wielokomórkowe sferoidy mogą być wykorzystywane do oceny potencjalnych kandydatów na leki, identyfikacji potencjalnych biomarkerów lub celów terapeutycznych oraz badania mechanizmów odpowiedzi i oporności.
Badania in vitro i in vivo reprezentują komplementarne podejścia do opracowywania metod leczenia raka. Modele in vitro pozwalają na kontrolę większości zmiennych eksperymentalnych i ułatwiają analizy ilościowe. Często służą one jako tanie platformy przesiewowe i mogą być również wykorzystywane do badań mechanistycznych1. Jednak ich znaczenie biologiczne jest z natury ograniczone, ponieważ takie modele tylko częściowo odzwierciedlają mikrośrodowisko guza1. Natomiast modele in vivo, takie jak ksenoprzeszczepy pochodzące od pacjenta (PDX), oddają złożoność mikrośrodowiska guza i są bardziej odpowiednie do badań translacyjnych i indywidualizacji leczenia u pacjentów (tj. badania odpowiedzi na leki w modelu pochodzącym od indywidualnego pacjenta)1. Jednak modele in vivo nie sprzyjają wysokoprzepustowym podejściom do badań przesiewowych leków, ponieważ parametry eksperymentalne nie mogą być kontrolowane tak ściśle, jak w modelach in vitro, a ich opracowanie jest czasochłonne, pracochłonne i kosztowne1,2.
Modele in vitro są dostępne od ponad 100 lat, a linie komórkowe są dostępne od ponad 70 lat3. Jednak w ciągu ostatnich kilku dekad złożoność dostępnych modeli in vitro guzów litych dramatycznie wzrosła. Ta złożoność waha się od dwuwymiarowych (2D) modeli hodowli (struktury jednowarstwowe), które są albo ustalonymi liniami komórkowymi pochodzącymi z nowotworu, albo pierwotnymi liniami komórkowymi, do nowszych podejść obejmujących modele trójwymiarowe (3D)1. W modelach 2D kluczowe jest rozróżnienie między ustalonymi i pierwotnymi liniami komórkowymi4. Ustalone linie komórkowe są uwiecznione; W związku z tym ta sama linia komórkowa może być wykorzystywana na całym świecie przez wiele lat, co z perspektywy historycznej ułatwia współpracę, gromadzenie danych i opracowywanie wielu strategii leczenia. Jednak aberracje genetyczne w tych liniach komórkowych kumulują się z każdym przejściem, pogarszając w ten sposób ich znaczenie biologiczne. Co więcej, ograniczona liczba dostępnych linii komórkowych nie odzwierciedla heterogeniczności nowotworów u pacjentów4,5. Pierwotne linie komórek rakowych pochodzą bezpośrednio z wyciętych próbek guza uzyskanych za pomocą biopsji, wysięku opłucnowego lub resekcji. Dlatego pierwotne linie komórek rakowych są bardziej istotne biologicznie, ponieważ zachowują elementy mikrośrodowiska guza i cechy guza, takie jak zachowania międzykomórkowe (np. Wzajemne oddziaływanie między zdrowymi i nowotworowymi komórkami) oraz podobne do macierzystych fenotypy komórek rakowych. Jednak zdolność replikacyjna pierwotnych linii komórkowych jest ograniczona, co prowadzi do wąskiego czasu hodowli i ogranicza liczbę komórek nowotworowych, które można wykorzystać do analiz4,5.
Modele korzystające z kultur 3D są bardziej istotne biologicznie niż modele hodowlane 2D, ponieważ warunki in vivo są zachowane. W ten sposób modele hodowli 3D zachowują naturalny kształt i wzrost komórek oraz replikują elementy środowiska guza, takie jak niedotlenienie, martwica i adhezja komórek. Najczęściej używane modele 3D w badaniach nad rakiem obejmują sferoidy wielokomórkowe, struktury oparte na rusztowaniach i kultury osadzone w matrycy4,6,7.
Obecny protokół generuje modele hodowli 3D guzów (wielokomórkowe sferoidy) z pierwotnych komórek nowotworowych i ocenia ich wrażliwość na leki za pomocą dwóch uzupełniających się podejść: testu żywotności komórek (MTT) i badań mikroskopowych. Reprezentatywne wyniki przedstawione w niniejszym dokumencie dotyczą raka piersi i jelita grubego; Jednak protokół ten ma szerokie zastosowanie w przypadku innych typów guzów litych (np. raka dróg żółciowych, raka żołądka, płuc i trzustki) i jest również opłacalny, ponieważ można go wykonać w całości w typowym laboratorium badawczym / biologii komórki bez polegania na specjalistycznym sprzęcie. Wielokomórkowe sferoidy wygenerowane przy użyciu tego podejścia mogą być wykorzystane do oceny potencjalnych kandydatów na leki, identyfikacji potencjalnych biomarkerów lub celów terapeutycznych oraz badania mechanizmów odpowiedzi i oporności.
Ten protokół jest podzielony na trzy sekcje: (1) generacja, zbieranie i liczenie sferoid w ramach przygotowań do ich użycia jako modelu do testowania skuteczności leków; (2) Test MTT w celu oceny skuteczności leku na sferoidach; oraz (3) mikroskopowa ocena zmian morfologicznych po leczeniu sferoid lekami jako inne podejście do oceny skuteczności leku (Rysunek 1).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Pobieranie próbek ludzkich guzów używanych do hodowli pierwotnych komórek nowotworowych zostało przeprowadzone zgodnie z protokołami zatwierdzonymi przez instytucjonalną komisję rewizyjną (IRB) w Centrum Medycznym Rabin za pisemną świadomą zgodą pacjentów. Pacjenci kwalifikujący się do udziału w badaniu obejmowali dorosłych i dzieci płci męskiej i żeńskiej z rakiem piersi, jelita grubego, wątroby, płuc, raka neuroendokrynnego, jajnika lub trzustki, dowolnego raka dziecięcego lub dowolnego raka z przerzutami. Jedynym kryterium wykluczającym był brak zdolności do wyrażenia świadomej zgody.
1. Generowanie i zbieranie sferoid
UWAGA: Izolację pierwotnych komórek nowotworowych można przeprowadzić zgodnie z opisem Kodak et al.8. Co ważne, pierwotne komórki nowotworowe używane do generowania sferoid mogą pochodzić bezpośrednio z próbek pacjenta uzyskanych w wyniku biopsji, resekcji itp., lub pośrednio przy użyciu próbek guza z modeli ksenoprzeszczepów pochodzących od pacjenta (PDX), jak opisano przez Moskovits et al.9.
2. Test skuteczności leku (test MTT)
UWAGA: Aby uzyskać szczegółowe informacje, zobacz van Meerloo et al.13. Ponadto w teście MTT należy użyć tylko pożywki do hodowli komórkowych, a nie "pożywki do hodowli 3D" (dodanie macierzy błony podstawnej nie jest konieczne i może potencjalnie zakłócić test MTT).
3. Monitorowanie i analiza zmian morfologicznych w sferoidach
UWAGA: Jeśli chodzi o test MTT, w tej ocenie powinna być używana tylko pożywka do hodowli komórkowych, a nie "pożywka do hodowli 3D" (dodanie macierzy błony podstawnej nie jest konieczne i mogłoby potencjalnie zakłócić analizę).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Niniejszy protokół przedstawia procedury generowania homogenicznej kultury sferoidów z pierwotnych komórek nowotworowych, ilościowej oceny skuteczności leków w kulturze sferoidów (test MTT) oraz określania wpływu badanych leków na morfologię sferoidów. Przedstawiono dane z reprezentatywnych eksperymentów przeprowadzonych na sferoidach wygenerowanych z kultur komórek raka jelita grubego i piersi. Podobne eksperymenty wykonano z wykorzystaniem innych typów nowotworów, w tym cholangiokarcinoma oraz raka żołądka, płuc i trzu...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Niniejszy protokół opisuje prostą metodę generowania pierwotnych kultur komórkowych 3D (sferoidów) pochodzących z próbek ludzkich guzów. Sferoidy te mogą być wykorzystywane do różnych analiz, w tym do oceny potencjalnych kandydatów na leki i kombinacji leków, identyfikacji potencjalnych biomarkerów lub celów terapeutycznych oraz badania mechanizmów odpowiedzi i oporności. W protokole wykorzystuje się pierwotne komórki nowotworowe pochodzące bezpośrednio z próbek pobranych od pacjentów lub komórki nowotworowe z modeli PDX...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 5 Fluorouracyl | TEVA Izrael | partia 16c22NA | Fluorouracyl, Adrucil |
| Accutase | Gibco | A1110501 | StemPro Accutase Dysocjacja komórek |
| Cisplatyna | TEVA Izrael | 20B06LA | Abiplatyna, |
| Cultrex | Trevigen | 3632-010-02 | Matryca błony podstawnej, typ 3 |
| DMSO (dimetylosulfotlenek) | Sigma Aldrich | D2650-100ML | |
| Płodowa surowica bydlęca (FBS) | Termo Fisher Scientific | 2391595 | |
| Flurometr Czytnik ELISA | Biotek | Synergy H1 | Gen5 3.11 |
| Kwas solny (HCl) | Sigma Aldrich | 320331 | do rozwiązania zatrzymującego |
| ImageJ | National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA& | nbsp; Wersja 1.52a | Oprogramowanie typu open source ImageJ |
| Isopropanol | Gadot | P180008215 | do roztworu zatrzymującego |
| L-glutaminę | Gibco | 1843977 | |
| MTT | Bromek 3-(4,5-dimetylotiazol-2-ylo)-2,5-difenylotetrazoliowy Sigma Aldrich M5655-1G Bromek 3-(4,5-dimetylotiazol-2-ylo)-2,5-difenylotetrazolium | ||
| Aminokwasy endogenne | Gibco | 11140050 | |
| Palbociclib | Med Chem Express | CAS # 571190-30-2 | |
| PBS | Gibco | 14190094 | Sól fizjologiczna buforowana fosforanem Dulbecco (DPBS)*Bez penicyliny wapniowo-magnezowej |
| – Streptomycyna | Invitrogen | 2119399 | |
| Bez fenolu RPMI 1640 | Przemysł biologiczny, Izrael | 01-103-1A | |
| Zbiornik pippetowy | Alexred | RED LTT012025 | |
| Pożywka hodowlana RPMI-1640 | Gibco | 11530586 | |
| Sunitinib | Med Chem Express | CAS # 341031-54-7 | |
| Trastuzumab | F. Hoffmann - La Roche Ltd, Bazylea, Switherland | 10172154 IL | Herceptin |
| Trypan blue 0,5% roztwór | Przemysł biologiczny, Izrael | 03-102-1B | |
| 96-dołkowa płytka o bardzo niskim nasadce | Greiner Bio-one | 650970 | |
| Vinorelbine | Ebewe | 11733027-03 | Navelbine |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.