Konwencjonalne modele hodowli komórkowych 2D są niezbędnymi narzędziami w badaniach nad rakiem do badania progresji i terapii raka1. Modele te nie tylko pozwalają na kontrolowanie warunków eksperymentalnych w celu zbadania mechanizmów molekularnych i komórkowych leżących u podstaw rozwoju i progresji raka, ale także zapewniają opłacalne i stosunkowo szybkie wyniki eksperymentalne. Ich zastosowanie jest jednak ograniczone ze względu na ograniczoną różnorodność komórkową w mikrośrodowisku guza (TME), której nie można podsumować w współpłaszczyznowej naturze modeli monokulturowych2. Dodatkowo, modele hodowli komórkowych oferują zbyt uproszczone środowisko w porównaniu do ludzkiego ciała3. W związku z tym, aby lepiej zrozumieć progresję raka i opracować skuteczne metody leczenia, naukowcy zwrócili się ku innowacyjnym modelom, które mają na celu dokładne odtworzenie TME w naturze. W związku z tym utrzymanie wierności rodzimym nowotworom ma kluczowe znaczenie w tych modelach. Biorąc pod uwagę skomplikowaną naturę nowotworu, każde znaczące odchylenie od pierwotnego guza może wprowadzić nieprzewidziane zmienne, które mogą zakłócić sensowne wnioski na temat zachowania guza.
Chociaż ksenoprzeszczepy pochodzące od pacjentów (PDX) pojawiły się jako system modelowy, który pozwala na monitorowanie postępu nowotworu in vivo, pewne ograniczenia kwestionują, jak dobrze rozwinięty guz podsumowuje biologię ludzkiego raka4. Na przykład czerniak TME zawiera komórki odpornościowe naciekające nowotwór i komórki zrębu. Po pasażowaniu jako ksenoprzeszczep, komórki nienowotworowe od pacjenta będą stopniowo tracone, co może wybrać adaptacje, które różnią się od tych w guzach pacjenta. Chociaż ograniczenia te można złagodzić, wykonując ograniczone pasażki PDX in vivo, różnice między gatunkami mogą nadal stwarzać ryzyko zmian genetycznych w PDX, które odbiegają od zmian w rodzimym guzie5. Co więcej, modele PDX są zwykle ustalane u myszy z obniżoną odpornością, aby zapobiec odrzuceniu tkanek ludzkich. Ogranicza to możliwość badania roli układu odpornościowego gospodarza w nowotworach, zwłaszcza w badaniach immunoterapeutycznych6. My i inni wszczepiliśmy PDX w "humanizowane" myszy7,8. Jednak ustalenie modeli PDX u humanizowanych myszy jest czasochłonne i kosztowne. Opracowanie pojedynczego modelu PDX na podstawie próbki guza pacjenta może zająć od kilku miesięcy do lat, co ogranicza szybkość i skalę badań. Pomimo tych ograniczeń, wykazano, że modele PDX dokładnie reprezentują biologię TME, dzięki czemu są szeroko wykorzystywane do opracowywania terapii przeciwnowotworowych, medycyny spersonalizowanej i immunoterapii, między innymi9.
Alternatywna technika hodowli 3D, która się pojawiła, to organoid pochodzący od pacjenta (PDO), gdzie świeżo wycięty guz pacjenta jest hodowany w celu stworzenia modeli, które utrzymują heterogeniczność fenotypową, histoarchitekturę i komunikację międzykomórkową10. Jego zdolność do bliskiego przypominania rodzimych nowotworów została wcześniej wykazana, gdzie hodowane organoidy z nieinwazyjnego raka pęcherza moczowego (NMIBC) i inwazyjnego raka pęcherza moczowego (MIBC) z powodzeniem podsumowały kluczowe aspekty nowotworów rodzicielskich11. Ze względu na swój potencjał i zalety w porównaniu z innymi modelami, PDO oferują szeroką gamę dostosowanych zastosowań, których brakuje innym modelom, w tym między innymi badanie i rozwój inhibitorów immunologicznych punktów kontrolnych wraz z terapiami komórkowymi i celowanymi. Na przykład wcześniej używaliśmy organoidów pochodzących od pacjentów z czerniakiem (MPDO) do badania zdolności limfocytów naciekających nowotwór (TIL) do ekspansji przez IL-2 i przeciwciała anty-PD1 (αPD-1). Wyniki pokazały, że TIL namnażane przez IL-2 i αPD-1 nie tylko miały większą liczbę, ale mogły również skutecznie infiltrować MPDO i zabijać komórki czerniaka z większą wydajnością niż TIL ekspandowane przy użyciu innych metod12. Inne grupy wykazały podobne wyniki, w których użycie anty-PD-1 i/lub anty-PD-L1 prowadzi do tego, że TIL pozostają funkcjonalne w PDO, co z kolei prowadzi do zabijania nowotworów13. Dodatkowo, nasza grupa wykorzystała również MPDO do oceny zdolności infiltracji i zabijania komórek T γδ14. Możliwość zastosowania PDO obejmuje szeroki zakres obszarów, w tym ekspansję TIL, badania cytotoksyczności i badania przesiewowe małych cząsteczek. Wszystkie te aplikacje podkreślają potencjał i użyteczność, jakie daje ten model. W związku z tym opisujemy szczegółowy protokół hodowli MPDO.