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Research Article
Florian Bürtin1, Stephanie Matschos2, Friedrich Prall3, Christina S. Mullins2, Mathias Krohn2, Michael Linnebacher2
1Department of General, Visceral, Vascular and Transplantation Surgery,University Medical Center Rostock, University of Rostock, 2Molecular Oncology and Immunotherapy, Department of General, Visceral, Vascular and Transplantation Surgery,University Medical Center Rostock, 3Institute of Pathology,University Medical Center Rostock
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
No trabalho a seguir, descrevemos os passos consecutivos necessários para o estabelecimento de um grande biobanco de câncer colorretal e pâncreas.
À luz do crescente conhecimento sobre as propriedades inter-individuais e a heterogeneidade dos cânceres, o campo emergente da medicina personalizada requer uma plataforma para pesquisas pré-clínicas. Nos últimos anos, estabelecemos um biobanco de cânceres colorretais e pancreáticos compostos por tecido tumoral primário, tecido normal, soro, linfócitos sanguíneos periféricos isolados (PBL), xenoenxertos derivados do paciente (PDX), bem como linhas de células cancerígenas primárias e secundárias. Como o tecido tumoral original é limitado e a taxa de estabelecimento de linhas primárias de células cancerígenas ainda é relativamente baixa, o PDX permite não apenas a preservação e extensão do biobanco, mas também a geração de linhas de células cancerígenas secundárias. Além disso, os modelos PDX provaram ser o modelo in vivo ideal para testes de drogas pré-clínicos. No entanto, o biobanco requer uma preparação cuidadosa, diretrizes rigorosas e uma infraestrutura bem sintonizada. Colectomia, duodenopancreatectomia ou amostras de metástases resseccionadas são coletadas imediatamente após a ressecção e transferidas para o departamento de patologia. Respeitando a prioridade de um relatório histopatológico imparcial, a critério do patologista assistente que realiza as dissecções, pequenas peças tumorais e tecido não tumoral são colhidos.
Partes necrosas são descartadas e o tecido tumoral restante é cortado em cubos pequenos e idênticos e criopreservados para uso posterior. Além disso, uma pequena parte do tumor é picada e tensa para a cultura primária das células cancerígenas. Além disso, amostras de sangue colhidas do paciente pré e pós-operatório são processadas para obtenção de soro e PBLs. Para o enxerto PDX, os espécimes criopreservados são descongelados e implantados subcutâneamente nos flancos de camundongos imunodeficientes. O PDX resultante recapitula a histologia dos tumores "doadores" e pode ser usado para xenoenxerto subsequente ou criopreservado para uso posterior. No trabalho a seguir, descrevemos as etapas individuais de criação, manutenção e administração de um grande biobanco de câncer colorretal e pâncreas. Além disso, destacamos os detalhes cruciais e ressalvas associados ao biobanco.
Nos últimos anos, o conhecimento acumulado das propriedades morfológicas, clínicas e genéticas dos cânceres levou à concepção do câncer como uma doença heterogênea e individual. Consequentemente, a caracterização mutacional das neoplasias, além de características clínicas e patológicas, ganhou importância para a tomada de decisões clínicas e muitas terapias-alvo foram desenvolvidas para diversas alterações moleculares. Por exemplo, a eficácia do cetuximabe no tratamento do câncer colorretal pode ser prevista pela análise do estado mutacional KRAS e PIK3CA 1. A medicina de precisão visa uma abordagem personalizada para fornecer a maior resposta ao tratamento em cada paciente e evitar a toxicidade de terapias ineficientes2. Os biobancos contêm tecidos, sangue e outros materiais biológicos de pacientes com câncer, que estão ligados aos dados clínicos e, portanto, são uma excelente ferramenta para a pesquisa de câncer translacional. Devido ao grande número de amostras clínicas, os biobancos permitem a detecção de mutações raras, mas potencialmente drogáveis, o que proporciona novas oportunidades de tratamento para o paciente individual3.
Para cobrir o mais amplo possível um espectro de pesquisa oncológica, não restringimos nossa atividade apenas na colheita de amostras, mas focamos no estabelecimento de linhas de células cancerígenas derivadas do paciente e xenoenxertos (PDX). As linhas tradicionais de células 2D continuam a ser a pedra de canto da pesquisa in vitro e são a principal escolha para os exames de drogas em larga escala4,5. Além disso, a análise da linha celular é muitas vezes mais fácil, mais barata e mais facilmente disponível. Além disso, uma vez que os linfócitos periféricos derivados do paciente (PBL) estão disponíveis, também a imunologia tumoral pode ser estudada in vitro6. No entanto, a maioria dos medicamentos recém-desenvolvidos com uma promissora efetividade pré-clínica em experimentos in vitro ou in vivo, têm mostrado resultados decepcionantes em ensaios clínicos7. Em contrapartida, estudos pré-clínicos baseados em estudos PDX in vivo têm refletido a atividade clínica de agentes antineoplásicos muito mais fielmente8. Uma vez que o tecido PDX reflete de perto as propriedades histológicas e moleculares do tumor doador, os modelos PDX são uma boa maneira de propagar as quantidades muitas vezes muito limitadas de tecido tumoral viável para manter a integridade de um biobanco e permitir a troca de amostras entre grupos de pesquisa e instituições. Além disso, as linhas celulares cancerígenas derivadas do tecido PDX podem ser estabelecidas significativamente mais fáceis do que as linhas primárias de célulascancerígenas 9. Nos últimos anos, nosso grupo de trabalho estabeleceu um biobanco integrado integral de câncer colorretal e pâncreas, padronizando e otimizando o fluxo de trabalho para todas as amostras biológicas em questão(Figura 1).

Figura 1: Fluxo de trabalho e organização do biobanco Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
O estudo seguinte foi aprovado pelo conselho de revisão institucional do Centro Médico Universitário Rostock (II HV 43/2004, A 45/2007, A 2018-0054, A 2019-0187 e A 2019-0222). Além disso, todos os procedimentos veterinários relevantes foram aprovados pelo Landesamt für Landwirtschaft, Lebensmittelsicherheit und Fischerei Mecklenburg-Vorpommern sob os números de registro LALLF M-V/TSD/ 7221.3-2-020/17 e 7221.3-1-007/19.
1. Pré-requisitos experimentais
2. Coleta de amostras
3. Processamento de soro
4. Isolamento do PBL por centrifugação gradiente de densidade
NOTA: Trabalhe paralelamente a cada uma das duas seringas de 20 mL.
5. Processamento de tecidos
NOTA: Comece com a geração de amostras congeladas de pulmão e tecido saudável para manter a integridade dos ácidos nucleicos.
6. Cultura celular primária
7. Geração PDX
8. PDX colheita e processamento
9. Biobank e gestão de dados
| Localização/nome do laboratório | entidade do câncer | número de caso consecutivo | especificação | número consecutivo |
| C=colorretal | _Met=Metástase | |||
| P=pâncreas | _Tu=Tumor | |||
| Exemplo: HROC389_Met2 = Rostock, câncer colorretal, caso 389, segunda metástase | ||||
Tabela 1: Definição do ID da amostra.
| ID tumoral | Armazenamento prévio em N2 (=f) | Número de passagem (=T) | número de mouse consecutivo (=M) |
| Exemplo: HROP12 fT0 M1 = Rostock, câncer de pâncreas, caixa 12, gerado a partir de tecido primário congelado, primeira passagem, rato 1. | |||
Tabela 2: Definição do ID PDX.
Em nossas mãos, a taxa de estabelecimento de culturas celulares primárias (Figura 2A & B) foi de 12,9% em uma grande série9. A maioria das tentativas de isolar células tumorais expansíveis de amostras resseccionadas cirúrgicas recentes falhou devido à falta de crescimento ou contaminação precoce. O estabelecimento de linha celular foi considerado bem-sucedido após 3 passagens com crescimento constante em condições de cultura padrão (DMEM, 10% FCS, navio de cultura padrão) e validação da diferenciação epitelial via FACS-analysis10. As linhas celulares derivadas dos tumores PDX (Figura 2C & D) apresentaram maior taxa de estabelecimento de 23,6%, o que também se deve à possibilidade de tentativas repetitivas em contraste com os tumores primários ressecados9. No entanto, algumas culturas mistas (Figura 2E) não podem ser livres do crescimento fibroblástico ou mesmo são perdidas devido ao crescimento fibroblástico(Figura 2F).

Figura 2: Cultura celular. Linhas primárias de células cancerígenas, derivadas de uma metástase do caso de câncer de cólon HROC313, passagem 21 (A) e caso de câncer de pâncreas HROP88, passagem 5 (B). Linhas cancerígenas derivadas do PDX do PDX HROC285 T0 M2 (D) e do pâncreas PDX HROP10 T5 M2, passagem 4 (E). Cultura mista de fibroblastos e células cancerígenas do câncer de pâncreas HROP75, passagem 8 (C) e crescimento excessivo fibroblástico (F). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Considerando mudanças no protocolo de geração de PDX, cepas de camundongos usadas e também experimentadores ao longo de vários anos, bem como grandes diferenças na quantidade de tecido tumoral disponível para enxercimento, não é trivial dar a taxa de sucesso global da geração PDX. Em uma série muito recente de experimentos de geração PDX realizados por dois pesquisadores (S.M. e F.B.), foram observadas taxas primárias de crescimento de 63% para PDX colorretal (uma histologia exemplar que pode ser retratada a partir da Figura 3A) e 48% para pdx pancreático (Figura 3B). O crescimento de linfomas murinos ou humanos no local da implantação é relativamente raro, mas pode imitar o crescimento bem sucedido do PDX(Figura 3C). Além do exame histopatológico, a concordância entre os modelos PDX e seus pacientes doadores foi regularmente confirmada pela análise de repetição de tandem curto (STR)(Figura 3D). Até os dias atuais, o biobanco compreende >50 modelos colorretal primário e >50 secundários, 3 linhas primárias e 6 de células cancerígenas pancreáticas secundárias, bem como >150 modelos PDX colorático e 19 pancreáticos.

Figura 3: Comparação histológica representativa do colorretal (A) e do PDX pancreático (B). Linfoma humano no local de implantação imitando o crescimento do PDX (C). Teste de identidade genética de um modelo PDX (HROC430 T1 M2) para o tecido tumoral do paciente original (HROC430Tu) por análise de repetição de tandem curto (STR). Comparação dos nove STR loci, vWA, THO1, TPOX, CSF1 PO (corante FAM) e D5S818, D13S317, D7S820, D16S539 (corante HEX) usando MULTIPLEX PCR com primers fluorescentes rotulados após a eletroforese capilar confirmou concordância genética do PDX e tumor de doadores (D). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
nenhum.
No trabalho a seguir, descrevemos os passos consecutivos necessários para o estabelecimento de um grande biobanco de câncer colorretal e pâncreas.
Nós gentilmente reconhecemos Jenny Burmeister, nossa assistente gráfica, para a gravação e edição do vídeo. Além disso, agradecemos aos nossos colegas do departamento cirúrgico e patológico pela colaboração de longa data. Agradecemos também a Marcus Müller, gerente de produção do Centro de TI e Mídia da Universidade de Rostock, pelo fornecimento do equipamento de gravação de áudio e pelo refino da qualidade do som.
FINANCIAMENTO: A Fundação Alemã de Auxílio ao Câncer (DKH e.V.), o número de subvenção 108446, e o número de subvenção TBI-V-1-241-VBW-084 do estado Mecklenburg-Vorpommern financiaram parcialmente esta pesquisa.
| Bacillol® AF; 1L | Bode, Hartmann | REF 973380 | |
| tubo de centrífuga PP de desinfecção, 15ml; Greiner Bio | One | GBO Cat. Nº:188271 | tubo de centrífuga |
| Tubo de centrífuga PP, 50ml, estéril | Sarstedt | Número do pedido: 62.547.254 | tubo de centrífuga |
| BD DiscarditTM II Seringa 20ml | BD | REF 300296 | coleta de sangue |
| Soro 7,5ml Sarstedt Monovette | Sarstedt | Número do item: 01.1601 | coleta de sangue |
| pipeta sorológica 10ml | Sarstedt | REF 86.1254.001 | transferência de líquidos |
| Pipetboy ratiolab® accupetta | Ratiolab | Número do artigo: transferência de líquidos RL3200300 | |
| PIPETBOY acu 2 | Integra Biosciences | VWR Cat.No: 613-4438 | transferência de líquidos |
| DPBS; sem Ca & Mg | Pan Biotech | Cat. No.: P04-36500 | lavando |
| Pancoll humano | Pan Biotech | Cat. Nº: P04-60500 | centrifugação de gradiente de densidade |
| DMEM/F12 (Dulbecco' s Modified Eagle Medium) | PAN Biotech | Cat. N.º: P04-41500 | cultivo de células |
| FBS Good Forte (soro bovino filtrado) | PAN Biotech | Cat. No.: P40-47500 | cultivo de células |
| L-Glutamina 200mM | PAN Biotech | Cat. Nº: P04-80100 | cultivo de células |
| Tripsina / EDTA | PAN Biotech | Cat. N.º: P10-023100 | cultivo de células |
| DMSO (Dimetil Sulfoxid para cultura de células) | PanReac AppliChem | VWR Cat.No: A3672.0250 | congelamento de células |
| Freezer Medium (FCS com 10% DMSO) | criotubo--- | congelamento de células | de fabricação própria |
| - CryoPure 2ml | Sarstedt | 72380 | congelamento de células |
| poços placa de cultura de células; estéril; com tampa | Greiner bio-one | Nº de gato: 657 160 | cultivo de células |
| Placa de Petri 92 x 16 mm, PS, sem cames | Sarstedt | Cat. N.º: 82.1472.001 | |
| lâminas cirúrgicas estéreis | para preparação de tecidosB.Braun (Aesculap) | REF BB510 | preparação de tecidos |
| BD DiscarditTM II Seringa 10ml | BD | REF 309110 | filtro de célulaspara preparação de |
| tecidos; amarelo; 100µ m | Falcon | REF 352360 | preparação de tecido |
| CoolCell | biocisão | Número do item: 210004 | recipiente de resfriamento com -1° C/min |
| Dewar embarcação de transporte modelo 27 B, 2 l, 138 mm | KGW | Cat. Nº: HT39.1 | sistema de transporte |
| Ponta de pipeta 200µ l | Sarstedt | REF 70.760.002 | transferência de líquido |
| Ponta do filtro 1000µ l | Sarstedt | REF 70.762.411 | pipeta de transferência de líquido |
| 200µ l, amarelo | Eppendorf | Cat. Nº: 3121 000.082 | pipetade transferência de líquido |
| 1000µ l, azul | Eppendorf | Cat. Nº: 3121 000.120 | incubadorade transferência de líquidos |
| BB 6220 | Heraeus | Cat.-No.: placa | de aquecimento paracultivo de células | 51012839
| PRÄ ZITHERM | Harry Gestigkeit GmbH | --- | microscópio de aquecimento |
| Zeiss Primo Vert | Carl Zeiss MicroImaging GmbH | Número de série. 3842000839 | culturas de células de imagem |
| Bancada estéril Fluxo seguro 1,8 nunc | nunc GmbH & Co. KG | ---freezer | de bancada de trabalho estéril |
| -80° C | Kryotec-Kryosafe GmbH | --- | armazenamento de amostras |
| Balança eletrônica MP-300 | Chyo | --- | Scale |
| BD Micro-fine, seringa de insulina U100 | BD | REF 324826 | anestésico de injeção |
| Rompun 2%; 25ml | Número de aprovação Bayer | : 6293841.00.00 | anestesia |
| Ketamin 100 mg/ml, 25ml | CP-Pharma GmbH | número de aprovação: 401650.00.00 | anestesia |
| GES3S Reader | Datamars | não disponível | leitor RFID |
| ISO-Transponder FDX-B (1,4x8mm) | Peddymark | --- | chip RFID |
| Cotrim-ratiopharm® Ampullen SF 480 mg/5 ml | Ratiopharm | PZN-03928197 | antibiótico água potável |
| Placa de aquecimento #FM-20 42x28cm | Dragon | --- | heating |
| Lâmpada de aquecimento | Petra elétrica, Burgau | --- | heating |
| Pomada para os olhos e nariz (5% Dexpantenol) Bepanthen | Bayer | PZN-01578675 | Pinça anatômicade proteção para os olhos |
| B.Braun Aesculap | BD21 OU | instrumentos cirúrgicos | |
| cirúrgica | B.Braun Aesculap | BD50 1 R | |
| instrumentos cirúrgicos tesoura | B.Braun Aesculap | BC05 6R | agulha para instrumentos cirúrgicos |
| suporte | B.Braun Aesculap | BH1 1 OU | instrumentos cirúrgicos |
| Prolene 5-0 | Ethicon | XN8870. Material | desutura cirúrgica | P32
| Opsite umidade vapor permable spray curativo | Smith& Sobrinho | REF 66004978, PZN- 02063507 | material de sutura cirúrgica |
| Campo adesivo de abertura | Barreira | REF 904622 | estéril OP |
| Gazin®; estéril; 10x10 cm | Lohmann& Rauscher | REF 18506 | tecido OP estéril |
| Raucotupf aplicadores com ponta de algodão | Lohmann& Aplicador Rauscher | REF 11969 | |
| Corning® Matriz de Membrana Poral | Matrigel Corning | Cat.-No.: 354234 | Solução de iodo daMatriz de Membrana Embasamento |
| Braunol (7,5g iodopovidona) | B.Braun Melsungen AG | Número do item: 18839 | desinfecção |
| MACS® Solução de armazenamento de tecidos | Miltenyi Biotec GmbH | Nº do pedido:130-100-008 | solução de armazenamento |
| Formafix 4% | Grimm med. Logistik GmbH | Número do item: solução | de fixação | F10010G
| Software FreezerworksBasic | Dataworks Development, Inc | --- | organização de amostra |
| Impressora Zebra TLP 2844 Impressora | --- | etiquetas | Zebra |