Obecny protokół opisuje metodę tworzenia mysiego modelu ksenoprzeszczepu pochodzącego od pacjenta (PDX) przy użyciu ludzkiej tkanki kostniakomięsaka.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Obecny protokół opisuje metodę tworzenia mysiego modelu ksenoprzeszczepu pochodzącego od pacjenta (PDX) przy użyciu ludzkiej tkanki kostniakomięsaka.
Kostniakomięsak jest najczęstszym pierwotnym złośliwym nowotworem kości u dzieci i młodzieży. Pomimo opracowania nowych planów leczenia w ostatnich latach, rokowanie dla pacjentów z kostniakomięsakiem nie uległo znacznej poprawie. Dlatego tak ważne jest stworzenie solidnego modelu przedklinicznego o wysokiej wierności. Model ksenoprzeszczepu pochodzącego od pacjenta (PDX) wiernie zachowuje genetyczne, epigenetyczne i heterogeniczne cechy nowotworów złośliwych u każdego pacjenta. W związku z tym modele PDX są uważane za autentyczne modele in vivo do badania różnych nowotworów w badaniach transformacji. W artykule przedstawiono kompleksowy protokół tworzenia i utrzymywania mysiego modelu PDX, który dokładnie odzwierciedla cechy morfologiczne ludzkiego kostniakomięsaka. Polega to na natychmiastowym przeszczepieniu świeżo wyciętej tkanki ludzkiego kostniakomięsaka myszom z obniżoną odpornością, a następnie kolejnym pasażowaniu. Opisany model służy jako platforma do badania wzrostu, oporności na leki, nawrotu i przerzutów kostniakomięsaka. Dodatkowo pomaga w badaniach przesiewowych docelowych terapii i ustalaniu spersonalizowanych schematów leczenia.
Kostniakomięsak jest pierwotnym nowotworem złośliwym kości wywodzącym się z komórek płata międzykostnego i występuje najczęściej zarówno u młodzieży, jak i u dzieci. Często występuje w nasadach trzonu długiego i charakteryzuje się wysoką złośliwością, wczesnymi przerzutami i złym rokowaniem1,2. Przerzuty do płuc są główną przyczyną zgonów pacjentów z kostniakomięsakiem. 5-letni wskaźnik przeżycia pacjentów z kostniakomięsakiem bez przerzutów wynosi 65%-70%3. Jednak w ciągu ostatnich 40 lat 5-letni wskaźnik przeżycia (tylko 20%) pacjentów z kostniakomięsakiem z przerzutami nie uległ znacznej poprawie, a 25% pacjentów z kostniakomięsakiem ma przerzuty w momencie diagnozy4. Obecnie leki pierwszego rzutu stosowane w leczeniu kostniakomięsaka osiągnęły konsensus, ale nadal istnieją znaczące różnice w schemacie chemioterapii i czasie leczenia5. Ważne jest przeprowadzenie eksperymentów przedklinicznych w oparciu o odpowiednie modele zwierzęce w celu uzyskania bardziej skutecznych schematów chemioterapii.
Obecnie, modele powszechnie używane w eksperymentach przedklinicznych kostniakomięsaka obejmują hodowle komórkowe in vitro oparte na liniach komórkowych i ksenoprzeszczepy in vivo pochodzące od komórek (CDX), a także ksenoprzeszczepy pochodzące od pacjentów (PDX)6,7.
Linie komórkowe są wygodne do hodowli i wykorzystania w badaniach in vitro, lub do przeszczepu myszom z niedoborem odporności w celu stworzenia modeli CDX8. Jednak linie komórkowe hodowane in vitro mogą nie odzwierciedlać dokładnie niejednorodności nowotworów złośliwych i indywidualnych cech pacjentów ze względu na potencjalne mutacje, które występują w celu przystosowania się do środowiska hodowli in vitro podczas powtarzających się pasaży. Dodatkowo brakuje im mikrośrodowiska i układu odpornościowego niezbędnych do wzrostu i rozwoju guza in vivo. Chociaż modele CDX oferują pewne zalety w porównaniu z hodowlą komórkową in vitro, nadal mogą nie odzwierciedlać w pełni indywidualnych cech pacjentów z kostniakomięsakiem, chociaż tkanki nowotworowe uzyskane z modeli CDX mają ograniczoną heterogeniczność wewnątrznowotworową i reprezentację układu odpornościowego w porównaniu z liniami komórkowymi hodowanymi in vitro9. Dlatego kluczowe znaczenie ma stworzenie modelu przedklinicznego o wysokiej wierności.
modele PDX obejmują natychmiastowe przeszczepienie świeżo wyciętych ludzkich tkanek nowotworowych myszom z niedoborem odporności. Metoda ta pozwala na wierne zachowanie genetycznych, epigenetycznych i heterogenicznych cech nowotworów złośliwych człowieka u każdego pacjenta, nawet po kolejnych pasażach u myszy. Co więcej, modele PDX są znane z dokładnego przewidywania późniejszych wyników klinicznych10, co czyni je cennymi narzędziami do tworzenia zindywidualizowanych terapii i rozwoju badań nad medycyną precyzyjną11.
Ta praca opisuje procedurę tworzenia modelu PDX u myszy z niedoborem odporności poprzez przeszczepienie ludzkiej tkanki kostniakomięsaka. Takie modele służą jako platformy do prowadzenia eksperymentów przedklinicznych dotyczących kostniakomięsaka.
Wszystkie badania z udziałem tkanek ludzkich zostały zatwierdzone przez Instytucjonalną Komisję Oceny Etyki Szpitala Longhua, powiązanego z Shanghai University of Traditional Chinese Medicine (Shanghai, China) (2013LC52), a pisemna świadoma zgoda została uzyskana od pacjentów zgodnie z Deklaracją Helsińską. Liczba IACUC dla tego badania na zwierzętach wynosi PZSHUTCM221017013. Czterotygodniowe samce myszy CAnN.Cg-Foxn1nu / Crl zostały zaopatrzone w podwójny lew Napromieniowana dieta dla gryzoni GB 14924.3 i sterylną wodę i zostały umieszczone w klatce dla myszy IVC z pięcioma myszami na klatkę, w warunkach SPF z 12-godzinnym cyklem światła / ciemności. Tabela materiałów zawiera szczegółowe informacje o wszystkich materiałach, odczynnikach i instrumentach użytych w tym protokole.
1. Przygotowanie tkanki ludzkiego kostniakomięsaka
UWAGA: W tym badaniu, tkanka ludzkiego kostniakomięsaka została wycięta12 z uszkodzenia kości udowej 15-letniego pacjenta z kostniakomięsakiem przed chemioterapią.
2. Tworzenie modeli PDX poprzez przeszczep tkanki kostniakomięsaka w okolicy boku myszy
3. Zbiór tkanek nowotworowych PDX
4. Badanie patologiczne pierwotnych tkanek klinicznych i tkanek guza PDX
Niniejszy protokół opisuje szczegółową procedurę tworzenia modelu mysiego PDX, zachowującego cechy morfologiczne ludzkiego osteosarcoma po bezpośrednim przeszczepieniu świeżo wyresekowanej tkanki ludzkiego osteosarcoma oraz kolejnych pasażach u myszy. W ramach opracowanej metody pomyślnie stworzono model mysi PDX z wykorzystaniem tkanki ludzkiego osteosarcoma.
Rysunek 3A przedstawia reprezentatywną mysz PDX w generacji P0, dwa miesiące po transplantacji tkanki kostniaka udowego od 15-letniego pacjenta. Rysunek 3B przedstawia reprezentatywną mysz PDX w generacji P1, miesiąc po transplantacji tkanki PDX z generacji P0. Rysunek 3C przedstawia reprezentatywną mysz PDX w generacji P2, miesiąc po transplantacji tkanki PDX z generacji P1. Rysunek 3D przedstawia reprezentatywną mysz PDX w generacji P3, miesiąc po transplantacji tkanki PDX z generacji P2.
Myszy uśpiono metodą zwichnięcia kręgów szyjnych po inhalacji CO2 w momencie, gdy rozmiar guza osiągnął 1 500 mm3, w celu pobrania tkanek guza PDX. Tkanki guzów od pacjentów klinicznych oraz z myszy zostały następnie zatopione w parafinie i poddane barwieniu H&E. Reprezentatywny obraz barwienia H&E tkanki guza pacjenta klinicznego przedstawiono na Rysunku 4A. Reprezentatywne obrazy barwienia H&E tkanek guzów mysich PDX w generacjach P0, P1 i P2 przedstawiono na Rysunku 4B,C,D. Cechy osteosarkomy, charakteryzujące się małymi komórkami z okrągłymi, hiperchromatycznymi jądrami w macierzystych tkankach guzów pacjentów klinicznych, zostały zachowane w ustanowionych modelach PDX w generacjach P0, P1 i P2.

Rycina 1: Instrumenty chirurgiczne. (A) Skalpel. (B,C) Pęsety okulistyczne. (D) Nożyczki okulistyczne. (E) Igła chirurgiczna. (F) Nić chirurgiczna. (G) Prosty igłotrzymacz. (H) Marker. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 2: Utworzenie modelu PDX. (A) Miejsce transplantacji tkanki kostniakomięsaka w okolicy boku myszy zostaje zaznaczone markerem. (B) Wykonano nacięcie skóry o długości 5 mm aż do tkanki podskórnej. (C) Rozdzielenie tępe i transplantacja tkanki kostniakomięsaka. (D) Zaszyte nacięcie. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 3: Wzrost PDX pierwotnie przeszczepionego z tkanką osteosarcoma kości udowej od 15-letniego pacjenta. (A) PDX ustanowiony poprzez przeszczepienie ludzkiej tkanki osteosarcoma (P0). (B) PDX ustanowiony poprzez przeszczepienie tkanki PDX z etapu P0 (P1). (C) PDX ustanowiony poprzez przeszczepienie tkanki PDX z etapu P1 (P2). (D) PDX ustanowiony poprzez przeszczepienie tkanki PDX z etapu P2 (P3). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 4: Barwienie hematoksyliną i eozyną (H&E) przekrojów tkankowych z pierwotnych tkanek klinicznych oraz tkanek PDX. Barwienie H&E wykazało cechy histologiczne (A) osteosarcoma kości udowej u 15-letniego pacjenta, (B) PDX w generacji P0, (C) PDX w generacji P1, (D) PDX w generacji P2. Paski skali: (A-D) 100 µm; (E-H) 20 µm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Modele PDX mogą symulować charakterystykę nowotworów u ludzi i zachowywać większe podobieństwo do guza pierwotnego, w tym zmiany genetyczne i genomowe, histologię, heterogeniczność i profil ekspresji genów 16,17,18,19. W związku z tym zachowują fenotypy molekularne i genotypy pacjentów z rakiem, zapewniając innowacyjne podejścia do badania biologii i oceny potencjalnych terapii. Podejścia te obejmują przedkliniczne badania przesiewowe nowych leków przeciwnowotworowych o bardzo podobnych odpowiedziach do rzeczywistych odpowiedzi klinicznych, wykrywanie biomarkerów oporności na leki, badania przesiewowe leków wrażliwych w spersonalizowanym doborze schematu leczenia klinicznego oraz przewidywanie wyników pacjentów20. Co więcej, proces tworzenia modeli PDX jest stosunkowo prosty i nie wymaga specjalnego sprzętu.
W tym badaniu udało się ustalić mysi model PDX przy użyciu tkanek ludzkiego kostniakomięsaka. Ujawniono kilka kluczowych aspektów pomyślnego ustanowienia modelu PDX z tkankami ludzkiego kostniakomięsaka. Po pierwsze, możliwość przeszczepu tkanek ludzkiego kostniakomięsaka u myszy jest wykonalna, co umożliwia badanie biologii ludzkiego kostniakomięsaka w układzie mysim. Wysokie tempo powstawania guza można przypisać zastosowaniu myszy z niedoborem odporności pozbawionych funkcjonalnego układu odpornościowego, co pozwala przeszczepionym komórkom kostniakomięsaka na proliferację bez odrzucenia. Co więcej, badanie to wykazało, że model PDX zachował histologię oryginalnych tkanek ludzkiego kostniakomięsaka. Morfologia guza i cechy histopatologiczne były podobne między pierwotnym guzem pacjenta a guzami PDX. Wskazuje to, że model PDX dokładnie podsumowuje kostniakomięsaka, co czyni go cennym narzędziem do badania progresji kostniakomięsaka, przerzutów i odpowiedzi na leczenie.
Jednak podczas modelowania PDX należy zwrócić uwagę na kilka kluczowych punktów. Po pierwsze, tkanki ludzkiego kostniakomięsaka używane do przeszczepu muszą być świeżo wycięte i powinny być przechowywane w roztworze ochronnym tkanek tak szybko, jak to możliwe. Zaleca się zakończenie przeszczepu w ciągu 12 godzin po resekcji, chociaż aktywność komórek nowotworowych w tkankach ludzkiego kostniakomięsaka przechowywanych w roztworze ochronnym tkanek może być utrzymana maksymalnie przez 24 godziny16. Po drugie, lepiej jest używać tkanek nowotworowych od pacjentów, którzy nie otrzymali chemioterapii, aby maksymalnie zachować fenotypy molekularne i genotypy pacjentów, chociaż tkanki ludzkiego kostniakomięsaka od pacjentów, którzy otrzymali chemioterapię raz lub dwa razy, można z powodzeniem przeszczepić myszom z niedoborem odporności. Co więcej, aktywność komórek nowotworowych będzie słaba, jeśli pacjent otrzyma wiele chemioterapii, co prowadzi do niepowodzenia modelowania przeszczepu; Jednak tkanki kostniakomięsaka od pacjentów z nawrotem mogą mieć wyższy wskaźnik pomyślnego tworzenia guza po przeszczepieniu myszom z niedoborem odporności niż tkanki kostniakomięsaka od pacjentów zdiagnozowanych początkowo. Po trzecie, przeszczepienie tkanek kostniakomięsaka tuż pod skórą właściwą skóry poprawi tempo tworzenia się guza u myszy z niedoborem odporności21.
Ważne jest, aby zdać sobie sprawę z ograniczeń tego badania. Po pierwsze, cykl tworzenia modelu PDX jest długi i trwa 4-12 tygodni od przeszczepu do powstania guza22. Po drugie, informacje związane z inicjacją i etiologią guza mogą być nieobecne, ponieważ w pełni rozwinięte tkanki kostniakomięsaka z komórek rakowych są przeszczepiane, a rzadkie subklony lub zmiany genomowe mogą zostać utracone podczas procesu przeszczepu. Sekwencjonowanie całego genomu guzów PDX i porównanie z próbkami pobranymi od pacjentów byłoby cenne dla oceny wierności genetycznej modelu23. Po trzecie, mysie komórki gospodarza mogą infiltrować nowotwory, potencjalnie wpływając na aktywność komórek nowotworowych9. Po czwarte, model PDX ma wskaźnik awaryjności na poziomie około 50%24,25. Wreszcie, w niektórych przypadkach, przerzuty raka nie mogą być badane ze względu na brak przerzutów komórek nowotworowych po przeszczepieniu myszom z niedoborem odporności26.
Podsumowując, badanie to potwierdza pomyślne ustanowienie mysiego modelu PDX przy użyciu tkanek ludzkiego kostniakomięsaka. Model ten wiernie odwzorowuje cechy histopatologiczne pierwotnego guza, stanowiąc cenne narzędzie do badania biologii kostniakomięsaka i testowania potencjalnych metod leczenia. Dalsze badania z wykorzystaniem tego modelu PDX poszerzą naszą wiedzę na temat kostniakomięsaka i zaowocują opracowaniem skuteczniejszych strategii dla tych pacjentów.
Autorzy deklarują brak sprzecznych interesów finansowych.
Ta praca jest wspierana przez granty od (1) National Nature Science Foundation (81973877 i 82174408); (2) Projekt budowy Centrum Badawczego o Najwyższym Priorytecie w Szanghaju (2022ZZ01009); (3) Krajowy Kluczowy Program Badawczo-Rozwojowy Chin (2020YFE0201600); (4) Szanghajskie Centrum Innowacji Współpracy w Transformacji Przemysłowej Przygotowania TCM w Szpitalu oraz (5) Projekty badawcze w ramach budżetu Uniwersytetu Tradycyjnej Medycyny Chińskiej w Szanghaju (2021LK047).
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 10% neutralny roztwór formaliny | Wuhan Saiweier Biotechnology Co., Ltd | G1101-500ml | Napraw tkanki |
| Autoklaw | Japonia Hiryama Company | HVE-50 | Narzędzia chirurgiczne do sterylizacji |
| CAnN.Cg-Foxn1nu/Crl | Shanghai SLAC Laboratory Animal Co, Ltd. | / | Suwmiarka dla zwierząt |
| Yantai Green Forest Tools Co., Ltd. | 034180A | Zmierz objętość guza | |
| Naczynie (60 mm) | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | 430166, Corning | Umieszczenie próbki podczas przeszczepu |
| Waciki dezynfekujące | Shanghai Honglong Industrial Co., Ltd. | 20230627 | Dezynfekcja skóry myszy |
| Jednorazowe sterylne rękawiczki | Guilin Hengbao Health Protection Co., Ltd. | YT21131 | Sterylna operacja |
| Podwójny lew Napromieniowana dieta dla gryzoni | Suzhou Shuangshi Experimental Animal Feed Technology Co., Ltd. | GB 14924.3 | Pasza dla zwierząt |
| Waga elektroniczna | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | 1-2000 | Zważ masę guza |
| Eosin | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | E4009-25G | Hematoksylina eozyna barwienie |
| Hematoxylin | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | H3136-25G | Hematoksylina eozyna barwnik |
| Isoflurane | Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd | Znieczulenie myszy VETEASY | |
| Klatka na myszy IVC | Suzhou Monkey King Animal Experimental Equipment Technology Co., Ltd. | HH-MMB-2 | Długopis z barierą dla zwierząt |
| Zebra Trading (Shenzhen) Co., Ltd. | YYST5 | Zaznacz nacięcie chirurgiczne | |
| Mikroskop optyczny Olympus | Japońska firma Olympus | BH20 | Skanuj plastry tkanek Maść |
| okulistyczna | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | SOICOEYEGRL | Unikaj suchych oczu myszy podczas znieczulenia |
| Nożyczki okulistyczne | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | Y00030 JZ | Wytnij skórę |
| Pęseta okulistyczna | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | BS-ZER-S-100 Biosharp | Przytrzymaj tkanki kostniakomięsaka podczas przeszczepu |
| Parafina | Jiangsu Shitai Sprzęt eksperymentalny Co., Ltd. | 80200-0015 | Zakopana kostniakomięsak |
| maszyna do krojenia parafiny | Lyca Microsystem (Shanghai) Trading Co., Ltd. | RM2235 | Sekcja tkankowa kostniakomięsaka |
| sól fizjologiczna | Guangzhou Jinsheng Biotechnology Co., Ltd. | 605-004057 | Płukanie i tymczasowe przechowywanie skalpeli tkankowych kostniakomięsaka |
| Fabryka | narzędzi chirurgicznych Shanghai Medical Devices (Group) Co., Ltd. | J11010-10# JZ | Oddzielenie tkanki kostniakomięsaka i wykonanie nacięć chirurgicznych |
| Sterylny kaptur | Thermo Fisher Technology (China) Co., Ltd. | ECO0.9 | Stół operacyjny |
| sterylne obłożenia chirurgiczne | Henan Huayu Medical Equipment Co., Ltd. | 20160090 | Zapewnij sterylny obszar chirurgiczny |
| Prosty uchwyt igły | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | J31050 JZ | Zszyj ranę |
| Linia do szycia | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd | F3124 | Zszyj ranę |
| Igła do szycia | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd | F3124 | Zszyj ranę |
| Roztwór ochronny tkanek | Nanjing Shenghang Biotechnology Co., LTD | BC-CFM-03 | Utrzymuj aktywność komórek tkankowych |
| Rurka (50 ml) | Shanghai Baisai, Biotechnology Co., Ltd. | BLD-BL2002500 | Zainstaluj roztwór do utrwalania formaliny |