Tutaj szczegółowo opisujemy proste podejście do obrazowania na żywo do ilościowego określenia wrażliwości organoidów nowotworowych pochodzących od pacjentów na promieniowanie jonizujące.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Tutaj szczegółowo opisujemy proste podejście do obrazowania na żywo do ilościowego określenia wrażliwości organoidów nowotworowych pochodzących od pacjentów na promieniowanie jonizujące.
Radioterapia (RT) jest jednym z filarów nowoczesnego klinicznego leczenia raka. Jednak nie wszystkie typy nowotworów są jednakowo wrażliwe na napromienianie, często (ale nie zawsze) z powodu różnic w zdolności komórek nowotworowych do naprawy oksydacyjnych uszkodzeń DNA wywołanych przez promienie jonizujące. Testy klonogenne są stosowane od dziesięcioleci do oceny wrażliwości hodowanych komórek nowotworowych na promieniowanie jonizujące, głównie dlatego, że napromieniowane komórki rakowe często umierają w sposób opóźniony, który jest trudny do określenia ilościowego za pomocą krótkoterminowej cytometrii przepływowej lub technik wspomaganych mikroskopią. Niestety, testy klonogenne nie mogą być stosowane jako takie w przypadku bardziej złożonych modeli nowotworów, takich jak organoidy nowotworowe pochodzące od pacjenta (PDTO). Rzeczywiście, napromienianie ustalonych PDTO niekoniecznie musi zahamować ich wzrost jako jednostek wielokomórkowych, chyba że ich przedział podobny do łodygi zostanie całkowicie wyeliminowany. Co więcej, napromienianie zawiesin jednokomórkowych pochodzących z PDTO może nie odzwierciedlać prawidłowo wrażliwości komórek nowotworowych na RT w kontekście ustalonych PDTO. W tym miejscu szczegółowo opisujemy adaptację konwencjonalnych testów klonogennych, która obejmuje wystawienie ustalonych PDTO na promieniowanie jonizujące, a następnie dysocjację pojedynczych komórek, ponowne posiewanie w odpowiednich warunkach hodowli i obrazowanie na żywo. Nienapromieniowane (kontrolne) komórki macierzyste pochodzące z PDTO reformują rosnące PDTO ze skutecznością specyficzną dla PDTO, na którą napromienianie ma negatywny wpływ w sposób zależny od dawki. W tych warunkach wydajność formowania PDTO i tempo wzrostu można określić ilościowo jako miarę wrażliwości na promieniowanie na obrazach poklatkowych zebranych do momentu, gdy kontrolne PDTO osiągną wcześniej określone zajętość przestrzeni.
Radioterapia wiązką zewnętrzną (RT) jest jednym z filarów nowoczesnej onkologii, odzwierciedlając nie tylko wyraźną aktywność przeciwnowotworową związaną z dobrze zdefiniowanym spektrum ogólnie możliwych do opanowania skutków ubocznych1, ale także wyjątkowo powszechną dostępność kliniczną (większość ośrodków onkologicznych w krajach rozwiniętych jest wyposażona w nowoczesne akceleratory liniowe dla RT wiązki zewnętrznej)2. Zgodnie z tym pojęciem, RT jest z powodzeniem stosowany na całym świecie zarówno w celach leczniczych, zazwyczaj w kontekście wczesnego stadium choroby3,4, jak i zastosowań paliatywnych, w celu powstrzymania objawów (np. bólu) z guzów przerzutowych5. To powiedziawszy, nie wszystkie nowotwory złośliwe są jednakowo wrażliwe na RT, co odzwierciedla szereg cech wewnętrznych komórek rakowych i mikrośrodowiska6,7,8,9. Jako samodzielny przykład, różne zmiany genetyczne i epigenetyczne związane z rakiem, wpływające na naprawę DNA i homeostazę redoks, zostały powiązane ze zwiększoną lub zmniejszoną wewnętrzną wrażliwością na radiowrażliwość, w dużej mierze odzwierciedlając zdolność RT do zabijania komórek rakowych poprzez powodowanie bezpośrednich i zależnych od reaktywnych form tlenu (ROS) uszkodzeń DNA i innych makrocząsteczek10,11,12,Rozdział 13.
W ciągu ostatnich dziesięcioleci, testy klonogenne były rutynowo stosowane do oceny wrażliwości na promieniowanie hodowanych ludzkich i mysich komórek rakowych14,15,16. Rzeczywiście, podczas gdy chemioterapeutyki i inne czynniki stresogenne często zabijają komórki nowotworowe w dość szybki sposób, RT stosowane w klinicznie istotnych dawkach najczęściej wywołują opóźnioną formę śmierci komórki, której nie można po prostu określić ilościowo za pomocą krótkoterminowej cytometrii przepływowej lub technik wspomaganych mikroskopią, takich jak pomiar wychwytu komórkowego ważnych barwników (które selektywnie barwią martwe komórki) 24-72 godziny po ekspozycji na bodziec cytotoksyczny17. Oprócz tego, że są proste i opierają się na raczej niedrogich odczynnikach, testy klonogenne są szczególnie wygodne, ponieważ pozwalają na implementację tak zwanego "liniowego modelu kwadratowego", który jest dość prostym narzędziem matematycznym do analizy ilościowej odpowiedzi na dawkę RT18,19. W podobny sposób, hodowane komórki nowotworowe (w tym ustalone linie komórkowe, a także pierwotne komórki pochodzące od pacjentów) zapewniły wygodną platformę do testowania różnych aspektów biologii raka, w tym (ale nie tylko) wrażliwości na leczenie w dość prosty, ale uproszczony sposób, przy czym jednym z głównych ograniczeń jest brak ustrukturyzowanego mikrośrodowiska guza (TME)20, 21. Rzeczywiście, dwuwymiarowe hodowle komórek nowotworowych są z natury niezdolne do podsumowania komunikacji komórka-komórka i interakcji z macierzą zewnątrzkomórkową i tak, jak to zachodzi w raku22,23. Organoidy nowotworowe pochodzące od pacjentów (PDTO) pojawiły się jako modele nowotworów, które przynajmniej częściowo obchodzą takie ograniczenie24,25,26.
Niestety, konwencjonalne testy klonogenne nie mogą być stosowane do oceny radiowrażliwości PDTO. Z jednej strony, napromienianie ustalonych PDTO niekoniecznie musi zagrozić ich wzrostowi jako jednostki wielokomórkowej, chyba że ich przedział podobny do łodygi - który jest odpowiedzialny za tworzenie i dojrzewanie PDTO, ale wykazuje zwiększoną odporność na uszkodzenia DNA w porównaniu z bardziej zróżnicowanymi komórkami składającymi się z PDTO27- zostanie całkowicie wyeliminowany. Z drugiej strony, napromienianie zawiesin pojedynczych komórek pochodzących z PDTO może nie odzwierciedlać prawidłowo wrażliwości na promieniowanie komórek tworzących PDTO (w tym komórek macierzystych), jak wykazano w kontekście utworzonych PDTO. W tym miejscu szczegółowo opisujemy technikę, która wykorzystuje obrazowanie na żywo PDTO raka piersi do monitorowania skuteczności tworzenia PDTO i tempa wzrostu komórek pochodzących z PDTO, które wcześniej były narażone na promieniowanie jonizujące w porównaniu z ich nienapromieniowanymi odpowiednikami. Ze względu na wymagane odchylenia w dużej mierze odzwierciedlające zróżnicowaną biologię poszczególnych PDTO (np. wymagania dotyczące pożywek hodowlanych, tempo wzrostu), spodziewamy się, że protokół ten będzie odpowiedni do badania wrażliwości na promieniowanie w szerokim panelu PTDO zarówno pochodzenia sutkowego, jak i niesutkowego.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Odczynniki i sprzęt użyte w badaniu są wymienione w Tabeli Materiałów.
1. Hodowla organoidów
UWAGA: TNBC#1 PDTO zostały stworzone w naszym laboratorium na podstawie tkanki nowotworowej usuniętej chirurgicznie od pacjentki z potrójnie ujemnym rakiem piersi (TNBC), która wyraziła świadomą zgodę na udział w protokole biobankowania (IRB21-06023682). Po walidacji histologicznej i sekwencjonowaniu RNA (RNAseq), TNBC#1 PDTO są hodowane w 66% kroplach matrigelu (tak zwanych "kopułach") we wzbogaconej pożywce hodowlanej DMEM/F12 (Tabela 1) i pasażowane co 2-3 tygodnie w stosunku 1:2-1:1028.
2. Promieniowanie
3. Dysocjacja
4. Obrazowanie na żywo
5. Analiza
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
PDTO z linii TNBC#1 poddano jednorazowej dawce promieniowania o wartości 0 (kontrole niepromieniowane), 2 Gy, 4 Gy, 6 Gy, 8 Gy lub 10 Gy w dniu 0. Bezpośrednio po tym PDTO poddano dysocjacji w celu uzyskania zawiesiny pojedynczych komórek dla każdego stanu eksperymentalnego. Następnie komórki pochodzące z PDTO wysiano na płytki 48-dołkowe w kopułkach z 66% matrigelu (po 50 µL każda), umieszczonych w centrum dołków, w 3 powtórzeniach technicznych na każdy stan. Płytki umieszczono w systemie obrazowania na żywo i obrazowan...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W tym miejscu opisujemy adaptację konwencjonalnych testów klonogennych, które wykorzystują PDTO raka piersi i obrazowanie na żywo do ilościowego określenia wrażliwości na promieniowanie PDTO w oparciu o (1) trwałość komórek macierzystych tworzących PTDO po napromieniowaniu PDTO in vitro oraz (2) tempo wzrostu PDTO, które te komórki (mogą) wytwarzać. Kluczowe etapy tego protokołu obejmują (1) ustanowienie PDTO dla zajętości kopuły umożliwiającej dobrą żywotność, (2) narażenie PDTO na promieniowanie jonizujące w r...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Niezależnie od tej pracy, SCF posiada umowy badawcze z firmami Merck, Varian, Bristol Myers Squibb, Celldex, Regeneron, Eisai i Eli-Lilly, a także otrzymał honoraria konsultingowe/doradcze od Bayer, Bristol Myers Squibb, Varian, Elekta, Regeneron, Eisai, AstraZeneca, MedImmune, Merck US, EMD Serono, Accuray, Boehringer Ingelheim, Roche, Genentech, AstraZeneca, View Ray i Nanobiotix. Niezależnie od tej pracy, SD otrzymało honoraria konsultingowe/doradcze od Lytix Biopharma, EMD Serono, Ono Pharmaceutical, Genentech i Johnson & Johnson Enterprise Innovation Inc., a także posiada / posiada kontrakty badawcze z Lytix Biopharma, Nanobiotix i Boehringer-Ingelheim. Niezależnie od tej pracy, LG posiada umowy badawcze z Lytix Biopharma, Promontory i Onxeo, otrzymało honoraria konsultingowe/doradcze od Boehringer Ingelheim, AstraZeneca, OmniSEQ, Onxeo, The Longevity Labs, Inzen, Imvax, Sotio, Promontory, Noxopharm, EduCom i Luke Heller TECPR2 Foundation oraz posiada opcje na akcje Promontory.
Dziękujemy Raymondowi Brionesowi i Wen H. Shenowi (Weill Cornell Medical College, Nowy Jork, NY, USA) za pomoc w opracowaniu tego protokołu. Prace te zostały wsparte grantem Transformative Breast Cancer Consortium z BCRP Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych (#W81XWH2120034, PI: Formenti).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 40 i mikro; m filtr siatkowy | Thomas Scientific | 1164H35 | |
| B27 | Invitrogen | 17504-044 | |
| Celometr Auto T4 Licznik komórek Bright Field | Nexcelom | ||
| DMEM F/12 | Corning | 12634-010 | |
| Naskórkowy czynnik wzrostu hEGF | Peprotech | AF-100-15 | |
| EVOS FL Cyfrowy mikroskop fluorescencji odwróconej | Thermo Fisher Scientific | 12-563-460 | |
| FGF10 | Peprotech | 100-26 | |
| FGF7 | Peprotech | 100-19 | |
| GlutaMax | Invitrogen | ||
| Hepes | Invitrogen | 15630-080 | |
| Oprogramowanie IncuCyte 2021A | Wersja Sartorius | : 2021A | |
| Incucyte SX1 | Sartorius | model SX1 | |
| Zweryfikowana przez Incucyte 48-dołkowa płytka | Corning | 3548 | |
| Oprogramowanie laboratoryjne | Matrigel | 354230 | |
| nAc | Sigma Aldrich | A9165-5G | |
| Nikotynamid | Sigma-Aldrich | N0636 | |
| Noggin | Zakupiony w Englander Institute for Precision Medicine, Weill Cornell, NY, USA | ||
| Nieleczona płytka 6-dołkowa | Cellstar | 657 185 | |
| NR (Heregulina) | Peprotech | 100-03 | |
| p38 Inhibitor MAP p38i SB202190 | Sigma Aldrich | S7067 | |
| PBS | Corning | 21-040-CV | |
| PenStrep | Invitrogen | 15140-122 | |
| Primocin | Invivogen | ant-pm-1 | |
| Rspondin Media | Zakupiony od Englander Institute for Precision Medicine, Weill Cornell, NY, USA | ||
| Platforma Badań nad Promieniowaniem Małych Zwierząt (SARRP) | Xstrahl Ltd | ||
| Inhibitor receptora TGFbeta A83-01 | Tocris | 2939 | |
| Barwienie błękitem trypanowym (0,4%) | Gibco | 15250-61 | |
| TrypLE | Gibco | 112605-028 | |
| Y-27632 (RhoKi) | Selleck | S1049 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.