Aqui, detalhamos uma abordagem direta de imagem ao vivo para quantificar a sensibilidade dos organoides tumorais derivados do paciente à radiação ionizante.
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Artigo de método
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Aqui, detalhamos uma abordagem direta de imagem ao vivo para quantificar a sensibilidade dos organoides tumorais derivados do paciente à radiação ionizante.
A radioterapia (RT) é um dos pilares do tratamento clínico moderno do câncer. No entanto, nem todos os tipos de câncer são igualmente sensíveis à irradiação, muitas vezes (mas nem sempre) devido às diferenças na capacidade das células malignas de reparar danos oxidativos ao DNA provocados por raios ionizantes. Os ensaios clonogênicos têm sido empregados há décadas para avaliar a sensibilidade das células cancerígenas cultivadas à irradiação ionizante, principalmente porque as células cancerígenas irradiadas geralmente morrem de maneira tardia que é difícil de quantificar com técnicas assistidas por citometria de fluxo ou microscopia de curto prazo. Infelizmente, os ensaios clonogênicos não podem ser empregados como tal para modelos tumorais mais complexos, como organoides tumorais derivados de pacientes (PDTOs). De fato, a irradiação de PDTOs estabelecidos pode não necessariamente anular seu crescimento como unidades multicelulares, a menos que seu compartimento semelhante a um tronco seja completamente erradicado. Além disso, a irradiação de suspensões unicelulares derivadas de PDTO pode não recapitular adequadamente a sensibilidade das células malignas à RT no contexto de PDTOs estabelecidos. Aqui, detalhamos uma adaptação de ensaios clonogênicos convencionais que envolve a exposição de PDTOs estabelecidos à radiação ionizante, seguida de dissociação de célula única, replaqueamento em condições de cultura adequadas e imagens ao vivo. As células-tronco derivadas de PDTO não irradiadas (controle) reformam PDTOs em crescimento com uma eficiência específica de PDTO, que é influenciada negativamente pela irradiação de maneira dose-dependente. Nessas condições, a eficiência de formação de PDTO e a taxa de crescimento podem ser quantificadas como uma medida de radiossensibilidade em imagens de lapso de tempo coletadas até que as PDTOs de controle atinjam uma ocupação de espaço predefinida.
A radioterapia de feixe externo (RT) é um dos pilares da oncologia moderna, refletindo não apenas uma atividade anticancerígena pronunciada associada a um espectro bem definido de efeitos colaterais geralmente gerenciáveis1, mas também uma disponibilidade clínica excepcionalmente ampla (a maioria dos centros de câncer nos países desenvolvidos está equipada com aceleradores lineares modernos para RT de feixe externo)2. Em consonância com essa noção, a RT é globalmente empregada com sucesso tanto para fins curativos, geralmente no contexto da doença em estágio inicial 3,4, quanto para aplicações paliativas, para conter sintomas (por exemplo, dor) de tumores metastáticos5. Dito isto, nem todas as malignidades são igualmente sensíveis à RT, refletindo uma série de características intrínsecas e microambientais das células cancerígenas 6,7,8,9. Como um exemplo autônomo, várias alterações genéticas e epigenéticas associadas ao câncer que influenciam o reparo do DNA e a homeostase redox foram associadas ao aumento ou diminuição da radiossensibilidade intrínseca, refletindo em grande parte a capacidade da RT de matar células cancerígenas, causando danos diretos e dependentes de espécies reativas de oxigênio (ROS) ao DNA e outras macromoléculas 10,11,12,13.
Nas últimas décadas, ensaios clonogênicos têm sido rotineiramente empregados para avaliar a radiossensibilidade de células cancerígenas humanas e murinas cultivadas 14,15,16. De fato, enquanto os quimioterápicos e outros estressores geralmente matam células malignas de maneira bastante rápida, a RT empregada em doses clinicamente relevantes na maioria das vezes provoca uma forma retardada de morte celular que não pode ser simplesmente quantificada com técnicas assistidas por citometria de fluxo ou microscopia de curto prazo, como medir a captação celular de corantes vitais (que coram seletivamente as células mortas) 24-72 h após a exposição a um estímulo citotóxico17. Além de serem simples e dependerem de reagentes bastante baratos, os ensaios clonogênicos têm sido particularmente convenientes, pois permitem a implementação do chamado modelo "quadrático linear", que é uma ferramenta matemática bastante simples para a análise quantitativa da resposta à dose de RT18,19. Na mesma linha, as células cancerígenas cultivadas (incluindo linhagens celulares estabelecidas, bem como células primárias derivadas de pacientes) forneceram uma plataforma conveniente para testar vários aspectos da biologia do câncer, incluindo (mas não se limitando a) sensibilidade ao tratamento de maneira bastante direta, mas simplificada, sendo uma das principais limitações a ausência de um microambiente tumoral estruturado (TME) 20 , 21. De fato, as culturas de células cancerígenas bidimensionais são intrinsecamente incapazes de recapitular as comunicações e interações célula-célula com a matriz extracelular e como ocorrem no câncer22,23. Os organoides tumorais derivados de pacientes (PDTOs) surgiram como modelos tumorais que, pelo menos em parte, contornam essa limitação 24,25,26.
Infelizmente, os ensaios clonogênicos convencionais não podem ser empregados para avaliar a radiossensibilidade das PDTOs. Por um lado, a irradiação de PDTOs estabelecidos pode não comprometer necessariamente seu crescimento como uma unidade multicelular, a menos que seu compartimento semelhante a um tronco - que é responsável pela formação e maturação de PDTOs, mas exibe maior resistência a danos ao DNA em comparação com células compostas por PDTO mais diferenciadas27 - seja completamente erradicado. Por outro lado, a irradiação de suspensões unicelulares derivadas de PDTO pode não recapitular adequadamente a radiossensibilidade das células que compõem PDTO (incluindo células-tronco), conforme exibido no contexto de PDTOs formadas. Aqui, detalhamos uma técnica que aproveita imagens ao vivo de PDTOs de câncer de mama para monitorar a eficácia na formação de PDTO e a taxa de crescimento de células derivadas de PDTO previamente expostas à irradiação ionizante em comparação com suas contrapartes não irradiadas. Com as variações necessárias refletindo amplamente a biologia diferencial de PDTOs individuais (por exemplo, requisitos de meios de cultura, taxa de crescimento), esperamos que este protocolo seja adequado para o estudo da radiossensibilidade em um amplo painel de PTDOs de origem mamária e não mamária.
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Os reagentes e equipamentos utilizados no estudo estão listados na Tabela de Materiais.
1. Cultura organoide
NOTA: Os PDTOs TNBC#1 foram estabelecidos em nosso laboratório com base em tecido tumoral removido cirurgicamente de uma paciente com câncer de mama triplo-negativo (TNBC) que forneceu consentimento informado para participar de um protocolo de biobanco (IRB21-06023682). Após validação por histologia e sequenciamento de RNA (RNAseq), os PDTOs TNBC # 1 são cultivados em gotas de matrigel a 66% (as chamadas 'cúpulas') em meio de cultura DMEM / F12 enriquecido (Tabela 1) e passados a cada 2-3 semanas na proporção de 1: 2-1: 1028.
2. Radiação
3. Dissociação
4. Imagem ao vivo
5. Análise
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Os PDTOs TNBC#1 foram expostos a uma dose única de radiação de 0 (controles não irradiados), 2 Gy, 4 Gy, 6 Gy, 8 Gy ou 10 Gy no dia 0. Imediatamente após, os PDTOs foram dissociados para obter uma suspensão unicelular para cada condição experimental. As células derivadas de PDTO foram semeadas em placas de 48 poços dentro de cúpulas de matrigel de 66% (50 μL cada) depositadas no centro dos poços, em 3 repetições técnicas por condição. As placas foram colocadas em um sistema de imagem ao vivo e fotografadas a cada 6 h usa...
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Aqui, descrevemos uma adaptação de ensaios clonogênicos convencionais que aproveita PDTOs de câncer de mama e imagens ao vivo para quantificar a radiossensibilidade do PDTO com base em (1) a persistência de células-tronco formadoras de PTDO após a irradiação de PDTO in vitro e (2) a taxa de crescimento dos PDTOs que essas células (podem) gerar. As etapas críticas deste protocolo incluem (1) o estabelecimento de PDTOs para uma ocupação de cúpula que permita boa viabilidade, (2) e...
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Sem relação com este trabalho, o SCF é/tem mantido contratos de pesquisa com a Merck, Varian, Bristol Myers Squibb, Celldex, Regeneron, Eisai e Eli-Lilly, e recebeu honorários de consultoria/assessoria da Bayer, Bristol Myers Squibb, Varian, Elekta, Regeneron, Eisai, AstraZeneca, MedImmune, Merck US, EMD Serono, Accuray, Boehringer Ingelheim, Roche, Genentech, AstraZeneca, View Ray e Nanobiotix. Sem relação com este trabalho, a SD recebeu honorários de consultoria/assessoria da Lytix Biopharma, EMD Serono, Ono Pharmaceutical, Genentech e Johnson & Johnson Enterprise Innovation Inc., e é/tem mantido contratos de pesquisa com a Lytix Biopharma, Nanobiotix e Boehringer-Ingelheim. Não relacionada a este trabalho, a LG é/tem mantido contratos de pesquisa com a Lytix Biopharma, Promontory e Onxeo, recebeu honorários de consultoria/assessoria da Boehringer Ingelheim, AstraZeneca, OmniSEQ, Onxeo, The Longevity Labs, Inzen, Imvax, Sotio, Promontory, Noxopharm, EduCom e Luke Heller TECPR2 Foundation, e detém opções de ações da Promontory.
Agradecemos a Raymond Briones e Wen H. Shen (Weill Cornell Medical College, Nova York, NY, EUA) por sua ajuda no desenvolvimento deste protocolo. Este trabalho foi apoiado por uma Concessão Transformativa do Consórcio de Câncer de Mama do US DoD BCRP (#W81XWH2120034, PI: Formenti).
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 40 µ Filtro de malha M | Thomas Scientific | 1164H35 | |
| B27 | Invitrogen | 17504-044 | |
| Celômetro Auto T4 Contador de Células de Campo Brilhante | Nexcelom | ||
| DMEM F/12 | Corning | 12634-010 | |
| Fator de Crescimento Epidérmico hEGF | Peprotech | AF-100-15 | |
| EVOS FL Microscópio de Fluorescência Digital Invertido | Thermo Fisher Scientific | 12-563-460 | |
| FGF10 | Peprotech | 100-26 | |
| FGF7 | Peprotech | 100-19 | |
| GlutaMax | Invitrogen | ||
| Hepes | Invitrogen | 15630-080 | |
| Software IncuCyte 2021A | Versão Sartorius | : 2021A | |
| Incucyte SX1 | Modelo SX1 | Incucyte | |
| validado 48 placa de poços | Corning | 3548 | |
| Matrigel | Discovery Labware | 354230 | |
| nAc | Sigma Aldrich | A9165-5G | |
| Nicotinamida | Sigma-Aldrich | N0636 | |
| Noggin | Comprado do Englander Institute for Precision Medicine, Weill Cornell, NY, EUA | ||
| Placa de 6 poços não tratada | Cellstar | 657 185 | |
| NR (Heregulin) | Peprotech | 100-03 | |
| p38 inibidor de MAP p38i SB202190 | Sigma Aldrich | S7067 | |
| PBS | Corning | 21-040-CV | |
| PenStrep | Invitrogen | 15140-122 | |
| Primocin | Invivogen | ant-pm-1 | |
| Rspondin Media | Comprado do Englander Institute for Precision Medicine, Weill Cornell, NY, EUA Plataforma de | ||
| Pesquisa de Radiação de Pequenos Animais (SARRP) | Inibidor | ||
| Ltd TGFbeta | |||
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