Zrozumienie wymagań niezbędnych do pomyślnego wzrostu CSF-CTCs ex vivo jest przedmiotem ciągłych badań. W związku z tym uważa się, że kluczowe znaczenie ma zapewnienie niezbędnych czynników naśladujących mikrośrodowisko płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF)22. Ludzkie komórki oponowe (HMCs) wydzielają do CSF szereg czynników wzrostu, w tym FGF-2, EGF, IGFBP2 i IGFBP6, a jak wiadomo, wspierają one wzrost komórek CTC12,13,14,23,24. Dlatego w celu zidentyfikowania potencjalnie ważnych komponentów niezbędnych do przeżycia CTC przeprowadzono analizę tablicy cytokin ludzkich w pożywce warunkowanej przez HMC. Rzeczywiście, w pożywce hodowanej z HMC zaobserwowano zwiększoną ekspresję kilku czynników wzrostu (Rycyna 3A). Przykładem są czynnik stymulujący kolonie granulocytów i makrofagów (GM-CSF), VEGF-A oraz białka wiążące IGF (IGFBP2, 3, 4 i 6).
Komponenty komórkowe płynu mózgowo-rdzeniowego pobrane od pacjentów mogą składać się z wielu typów komórek, takich jak CTC, komórki odpornościowe i fibroblasty. Komórki inne niż CTC z czasem przestaną się pasażować. Zazwyczaj komórki, które namnażają się pomyślnie i pozostają w fazie proliferacji, to komórki nowotworowe (M-LMD). Potwierdzenie, że komórki rosnące w hodowli są rzeczywiście komórkami M-LMD, można przeprowadzić za pomocą detekcji ekspresji MLANA metodą IF oraz analiz transkryptomicznych, co zostało wykazane we wcześniejszych badaniach7.
W celu przeprowadzenia dowodu koncepcji wykazującego potencjalne zastosowanie i użyteczność ustalonych linii PD-CSF-CTC in vitro oraz in vivo, wykorzystano analizę sekwencjonowania RNA pojedynczych komórek (scRNA-seq); wyniki ujawniły kilka genów, które zostały wzbogacone i zachowane w porównaniu z niehodowanymi komórkami CSF-CTCs pobranymi od pacjentów7. Dwa z nich to receptorowa tyrozynowa kinaza białkowa ErbB3 oraz IGF-1R, które mają wpływ na progresję czerniaka i oporność na chemioterapię25,26,27.
Aby sprawdzić, czy odgrywają one rolę w przeżywalności PD-CSF-CTC, przeprowadzono test proliferacji z użyciem fioletu krystalicznego na komórkach PD-CSF-CTC traktowanych zatwierdzonymi przez FDA lekami: tukatynibem i ceritynibem, które celują odpowiednio w ErbB28 i IGF-1R7,29. Przeciwciało anty-IGFBP2 zastosowano jako kontrolę pozytywną, która powinna hamować wzrost kultur PD-CSF-CTC. Wyniki wykazały, że brak IGFBP2 lub IGF-1R był skuteczny w ograniczaniu proliferacji PD-CSF-CTCs (Rycyna 3B). Biorąc pod uwagę, że sygnalizacja MAPK znajduje się poniżej IGF-1R, w trzech liniach M-LMD PD-CSF-CTC przeprowadzono również barwienie żywych komórek kalceiną-AM oraz testy przeżywalności MTT, traktując je ceritynibem lub inhibitorami MAPK – dabrafenibem i trametynibem – lub kombinacją wszystkich trzech leków. Dane wykazały, że żywotność wszystkich trzech linii komórkowych została znacząco zredukowana przez ceritynib, podczas gdy dabrafenib i trametynib wywołały mieszane efekty (Rycyna 3C). Wynik traktowania dabrafenibem i trametynibem był zaskakujący. Wszystkie trzy linie PD-CSF-CTC pochodziły od pacjentów z M-LMD posiadających mutację BRAFV600E7. Może to sugerować efekt nabytej chemorezystencji CSF-CTC, co powinno zostać zbadane w przyszłości.
Następnie, jako przykład wykorzystania PD-CSF-CTCs in vivo, utworzono mysie modele M-LMD poprzez dokaleczenie dokanałowe różnej liczby PD-CSF-CTCs. Wyznaczono mediany czasu przeżycia myszy (Rycina 3D). Aby zwizualizować progresję M-LMD, linie PD-CSF-CTC oznaczono markerem bioluminescencyjnym, takim jak system reporterowy NL21, a następnie obrazowano za pomocą BLI (Rycina 2C). Lokalizację przerzutów LMD wykazano również metodą immunohistochemii, stosując białko melan-A (MLANA)30 jako marker komórek czerniaka (Rycina 3E). Jako dowód koncepcji w celu przetestowania strategii terapeutycznych przeciwko M-LMD in vivo, kohorty mysie z M-LMD otrzymywały codzienną doustną monoterapię ceritinibem lub trametinibem, bądź kombinację dabrafenibu i trametinibu lub ceritinibu i trametinibu. Kohorta kontrolna (nieleczona) w ramach porównania otrzymywała doustnie sól fizjologiczną. Wyniki wykazały istotnie wydłużone przeżycie (Rycina 3F) i opóźnione wykrycie choroby (Rycina 3G) w kohorcie leczonej ceritinibem i trametinibem (mediana przeżycia dla nieleczonego M-LMD: 28.5 dni vs. mediana przeżycia dla M-LMD leczonego ceritinibem i trametinibem: 38.5 dni; wartość P = 0.0052). Dane te podkreślają potencjalną użyteczność opracowanych linii M-LMD PD-CSF-CTC w prowadzeniu badań przedklinicznych w celu określenia skuteczności nowych środków terapeutycznych.

Rysunek 1: Schematyczny przegląd procesu tworzenia linii krążących komórek nowotworowych z płynu mózgowo-rdzeniowego pochodzących od pacjenta (PD-CSF-CTCs). Płyn mózgowo-rdzeniowy (CSF) od pacjentów może być pobierany poprzez punkcję lędźwiową, zbiornik Ommaya lub szybką autopsję. Poprzez serię propagacji in vitro oraz in vivo, każdy etap generuje pośrednią hodowlę CSF-CTC (tj. CSF-CTC pacjenta, hodowlę in vitro, hodowlę in vivo) aż do ustanowienia linii PD-CSF-CTC. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Przykłady hodowli in vitro i in vivo CSF-CTC pochodzących od pacjentów z M-LMD. (A) Reprezentatywne obrazy w świetle przechodzącym pokazujące wzrost kolonii CSF-CTC z M-LMD in vitro w 6. i 9. tygodniu w pożywce warunkowanej komórkami HMC. Pasek skali: 1000 µm. (B) Obrazy MRI w 4. i 8. tygodniu po inokulacji dokanałowej PD-CSF-CTC; pomyślne ustanowienie mysiego modelu M-LMD. Żółte strzałki wskazują powiększone komory i możliwy wodogłowie w tej myszy z M-LMD. (C) Reprezentatywna wizualizacja BLI rozwoju M-LMD u myszy. Rysunek został zaadaptowany z pracy Law et al.7. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Rycina 3: Linie PD-CSF-CTC są wykorzystywane w różnych eksperymentach przedklinicznych do badania M-LMD. (A) Ludzki panel cytokinowy wykazujący wzrost różnych wydzielanych czynników wzrostu (np. IGFBPs, VEGF-A oraz GM-CSF) w pożywkach hodowlanych (MenCM) w obecności ludzkich komórek opon mózgowych (HMCs). (B) Zeskanowany obraz testu proliferacji komórek z użyciem fioletu krystalicznego w celu określenia skuteczności przeciwciała przeciwko IGFBP2, tucatynibu oraz ceritynibu wobec jednej z linii PD-CSF-CTC. W warunkach kontrolnych zastosowano podanie nośnika. Eksperyment przeprowadzono w trzech powtórzeniach. (C) Test przeżywalności komórek trzech różnych ustanowionych linii PD-CSF-CTC (od pacjentów 09, 12 i 16) in vitro. Komórki traktowano ceritynibem (cer), kombinacją dabrafenybu (dab) + trametynibu (tra), cer + tra lub wszystkimi trzema lekami. Komórki zebrano po 72 h od leczenia. Barwienie Calcein-AM wykorzystano do wizualizacji żywotności komórek, a test MTT do określenia przeżywalności komórek. Do analizy statystycznej zastosowano test t dla prób zależnych. Paski skali: 20 µm. (D) Krzywa przeżywalności w mysim modelu M-LMD. Myszy NSG inokulowano dostrojkowo (via cisterna magna) jedną z linii PD-CSF-CTC w dawkach 10 000, 20 000 i 50 000 komórek. Wyznaczono medianę przeżycia myszy z M-LMD. (E) Wykrywanie MLANA, markera czerniaka, metodą IHC w przekrojach mózgu myszy z M-LMD. Pozytywny sygnał MLANA stwierdzono w oponach mózgowych (zabarwienie na czerwono; wskazane żółtymi strzałkami), natomiast w normalnym (zdrowym) mózgu nie stwierdzono wzrostu nowotworu (negatywny wynik dla MLANA). Paski skali: 200 µm. (F) Reprezentatywny eksperyment dotyczący skuteczności w kohortach myszy z M-LMD, którym codziennie podawano doustnie sól fizjologiczną, cer, tra, dab/tra lub cer/tra. Wyznaczono przeżywalność myszy. Do analizy statystycznej zastosowano test log-rank (Mantela-Coxa). (G) Reprezentatywne obrazy BLI postępu M-LMD w ciągu 5 tygodni, porównujące kohorty myszy z M-LMD leczone solą fizjologiczną (kontrola) vs. leczone cer/tra. Panel (C) ryciny został zaadaptowany z pracy Law i wsp.7. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Tabela 1: Podsumowanie klinicznych CSF-CTC uzyskanych do hodowli ex vivo u pacjentów z M-LMD. Tabela podsumowująca dane 11 pacjentów z M-LMD, u których podjęto próby propagacji CSF-CTC. Pacjenci wymienieni w tabeli zostali wcześniej opisani w pracy Law et al.7. Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.