Цель этого протокола заключается в оценке специфичности противоопухолевых препаратов в пробирке с использованием смешанных культур , содержащих как опухолевые и не опухолевые клетки.
Методическая статья
Оценка специфичности противоопухолевых препаратов
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Процедура оценки специфичности противоопухолевых препаратов в пробирке с использованием культур , содержащих как опухолевые , так и не-опухолевые клетки демонстрируется. Ключевым элементом является количественное определение опухоли специфических генетических изменений по отношению к универсальной последовательности с использованием цифрового анализа ПЦР с двойным зондом и последующий расчет доли опухолевых клеток. Анализ проводят на культуре, содержащей клетки опухоли налаженной линии и шипами в неопухолевых клетках. Смешанной культуры обрабатывают тестируемого лекарственного средства в различных концентрациях. После обработки ДНК получают непосредственно из уцелевших адгезивных клеток в лунки 96-луночных планшетов с использованием простой и недорогой способ, и подвергают двойной зонд цифровой ПЦР для измерения опухолеспецифичного генетического изменения и универсальной ссылочной последовательности , В данной демонстрации, гетерозиготным делеция гена NF1 используется в качестве опухолеспецифичного генетических изменений иген RPP30 в качестве контрольного гена. Используя отношение NF1 / RPP30, рассчитывалась доля опухолевых клеток. Поскольку дозозависимое изменение доли опухолевых клеток обеспечивает индикацию в пробирке на специфичность препарата, этот генетический и на основе клеток для анализа ин витро, вероятно , имеют потенциал применения в лекарственных препаратах. Кроме того, для персонализированного рака ухода, это genetic- и на основе клеток инструмент может способствовать оптимизации адъювантной химиотерапии с помощью тестирования эффективности и специфичности кандидатов лекарственных средств с использованием первичных культур отдельных опухолей.
Введение
Терапевтическое воздействие противоопухолевых препаратов на опухолевые клетки связано с различными нежелательными токсическими эффектами на неопухолевые клетки. Токсические эффекты трудно оценить в лаборатории, в основном из-за отсутствия подходящих инструментов1. Клеточные культуры, содержащие как опухолевые, так и неопухолевые клетки, обеспечат потенциальный ресурс in vitro для оценки специфичности или селективности лекарственного препарата, что может пролить свет на клиническую токсичность. Тем не менее, традиционные анализы in vitro, такие как анализы пролиферации или жизнеспособности, измеряют влияние препарата на общее количество клеток, но не могут разделить эффект на часть на опухолевые клетки и часть на неопухолевые клетки. Например, 50%-ное уменьшение общего количества клеток в культуре, состоящей на 50% из опухолевых клеток и на 50% из неопухолевых клеток, может означать гибель всех опухолевых клеток, гибель всех неопухолевых клеток или, что более вероятно, гибель частей и тех, и других при различных соотношениях.
Также из-за этой технической проблемы, первичные культуры, содержащие опухолевые и неопухолевые стромальные клетки, часто непригодны для тестирования лекарств. С другой стороны, из-за этой клеточной гетерогенности первичные культуры гораздо больше похожи на свои исходные опухоли, чем клональные клетки в установленных клеточных линиях. Что еще более важно, первичные культуры специфичны для пациента и могут обеспечить индивидуализированное тестирование на наркотики2-4.
Таким образом, важным вопросом является разработка метода определения доли опухолевых клеток в смешанных культурах, включая первичные культуры. Для решения этой задачи было задумано генетическое решение, основанное на определении количественного отношения опухолевой генетической особенности к универсальной референсной последовательности. Исходя из этого соотношения, можно рассчитать долю опухолевых клеток в смешанной культуре.
Это исследование иллюстрирует процедуру использования генетического и клеточного инструмента для оценки специфичности противоопухолевых препаратов, включая (1) приготовление смешанной культуры из опухолевых клеток установленной линии и неопухолевых фибробластов, (2) обработку смешанной культуры тестируемым препаратом, (3) подготовку ДНК для цифровой ПЦР, (4) определение отношения опухолеспецифической гетерозиготной делеции к референсной последовательности с использованием цифрового ПЦР-анализа с двойным зондом, (5) расчет пропорций опухолевых клеток при каждой концентрации препарата и (6) составление дозозависимого изменения доли опухолевых клеток.
Протокол
1. Подготовка Mix культуры, содержащей оба опухолевых клеток и неопухолевых клеток
- Использование опухолевых клеток из установленной клеточной линии MPNST S462 5. Используйте фибробласты в качестве неопухолевых клеток 6,7
- Культура как опухолевые клетки и фибробласты в стандартной среде DMEM с добавлением 10% фетальной бычьей сыворотки (BSA), 3 мМ глутамина, 0,1 мМ 2-меркаптоэтанола, 500 ед / мл пенициллина, 500 мкг / мл стрептомицина и 1 мМ пирувата натрия при 37 ° C и 5% СО 2 5-7. В суб-слияния, сбора клеток с 0,05% трипсина и сосчитать их с помощью гемоцитометра.
- Смешать 400 опухолевых клеток и 1600 не-опухолевые клетки вместе в каждую лунку планшета для культуры в 96-луночный в 0,2 мл среды. Принимая во внимание быстрый рост опухолевых клеток в течение периода лечения в течение 5 дней, начальная часть опухолевых клеток была установлена на уровне 25%. Настройка 4 размножается для каждой концентрации лекарственного средства. Инкубируйте клетки при 37 ° С и 5% СО 2 O / N.
2. Druг Лечение
- Используйте Нилотиниб в качестве испытуемого лекарственного средства. Подготовка исходных растворов 0, 2, 4 и 20 мМ нилотиниба в ДМСО. Развести каждый из них в 200 раз в 5 мл среды DMEM, давая 2-кратно концентрированной наркоторговцев растворами 0, 10, 20 и 100 мкМ 6,7.
- Удалить 0,1 мл среды из каждой лунки и добавляют по 0,1 мл среды, содержащей лекарственного средства. Конечные концентрации 0, 5, 10 и 50 мкМ. Продолжить инкубацию клеток в питательной среде, содержащей препарат в течение 5 дней.
- В конце лечения, осмотрите прикрепленные клетки с использованием фазового контрастного микроскопа и снимать фотографии. Аспирируйте среду прочь, мыть пережившие адгезионные клетки один раз с 0,2 мл PBS.
3. Подготовка ДНК для цифровой ПЦР
- Клетки лизировать с использованием HotShot 8.
- Добавить 50 мкл раствора щелочного лизиса (25 мМ NaOH, 0,2 мМ ЭДТА) в каждую лунку. Уплотнение лунки фольгой. Инкубируйте планшет при 95 ° С в печи или на нагревательной пластине в течение 30 мин. Проверьте под MICRoscope, чтобы убедиться, что не более неповрежденные клетки оставались на поверхности лунок. В случае, если клетки не лизировали полностью, увеличьте время нагрева или добавить моющее средство. Зафиксировать их один раз при -20 ° C также усиливает разрушения клеток.
- Добавляют 50 мкл нейтрализующим раствором (40 мМ Трис-HC, рН 4,0) в каждую лунку. Перенос всех лизатов Into U-формы лунки пластины ПЦР и сухой в заряднника ПЦР при 95 & deg; С в течение 10 до 30 мин. Развести лизатов с 20 мкл дистиллированной воды.
- Обессоливания с помощью отброшенных-диализ 9
- используют мембранные фильтры со средним размером пор 0,025 мкм.
- Поплавок фильтр на дистиллированной воде с блестящей стороной вверх в лунки 12-луночного планшета. Влажный фильтр в течение 5 мин. Обратите внимание, чтобы избежать пузырьков воздуха между фильтром и водой.
- Пипеткой восстановленные лизаты каждого образца из стадии 3.1.4 осторожно на на каждую из 4-х областей фильтра. Закройте планшет и диализ в течение от 30 до 60 мин.
- Отсасывать воду под фильтром, не переворачивая фильтр и не тревожа капли.
- Передача лизата-капли в лунки новой ПЦР-пластины. Сушат ДНК-капель при нагревании при 95 ° С в течение от 10 до 30 мин в заряднника ПЦР. Развести лизатов в 10 мкл воды.
4. Цифровой ПЦР
- Размораживайте компоненты, такие как ДНК, буфер и анализируемой смеси при комнатной температуре, со спином вниз в течение 10 сек при максимальной силе любого доступного центрифугу (например, VWR мини-центрифуга), а затем сохранить их на льду.
- Подготовка мастер - смеси , содержащей все компоненты , за исключением ДНК (таблица 1). Рассмотрим мертвый объем и рассчитать основную смесь примерно на 10% больше, чем необходимая сумма.
Примечание: Используйте праймеры и зонды, используемые в коммерческом наборе. - Vortex мастер смеси, спином вниз в течение 10 сек при максимальной силе любого доступного центрифугу (например, VWR мини-центрифуги) и отказаться от 15 мкл до каждоголунку планшета 96-ПЦР. Добавить все лизат (который содержит ДНК) каждого образца в лунки, содержащие базовую смесь. Передача 20 мкл каждой реакционной смеси в скважину на образце стороне картриджа при КТ.
- Распределить 70 мкл генератора капель масла в каждую лунку на стороне масла картриджа. Закройте картридж с прокладкой и поместить всю установку в генератор капель. Начало капельного поколения.
- Передача 40 мкл капельно-раствора в лунки 96-луночного ПЦР планшета. Уплотнение пластины с фольгой и поместите пластину в термоячейке ПЦР. Установите крышку-температуру при 105 ° С и рамп скорость при 2 ° С / сек. Выполните ПЦР с использованием параметров в таблице 2. После того , как ПЦР, перенести пластину в считывающее капельным и начать читать. В качестве альтернативы, хранить пластины при 4 ° С в течение до 24 часов.
5. Расчет Доля опухолевых клеток
- Загрузите цифровые данные ПЦР и выполнять автоматические Analysявляется.
- Контроль результатов каждого анализа вручную путем проверки одномерное и 2-мерное распределение положительных и отрицательных капель, и уверен, что они хорошо разделены и пороговые линии были в правильных позициях. Исключить результаты, не отвечающие критериям, например, нет четкого разделения положительных и отрицательных капель, из дальнейшего анализа. Скопируйте полученный коэффициент NF1 / RPP30 в листе Excel.
- Вычислить долю опухолевых клеток как: 2 х (1- NF1 / RPP30).
6. Дозозависимый Изменение Доля опухолевых клеток
- Для каждого лекарственной концентрации, вычислить среднее и стандартное отклонение от 4-х повторах. Участок средства и стандартные отклонения против наркоторговцев концентраций.
Результаты
Качество ДНК получают с использованием комбинированных HotShot / Drop-диализ является достаточным для удовлетворительной цифровой ПЦР (рис 1B). Для 2000 фибробластов, примерно 3000 ± 500 положительных капель были получены, что соответствует 75% от ожидаемых 4000 экземпляров (в двух экземплярах в одной ячейке). В этом исследовании опухолевые клетки от установленной линии MPNST S462 , которые , как известно, имеют гетерозиготных делецию гена NF1 5. Это 50% -ное снижение дозы генов явно обнаруживается двойной цифровой ПЦР (рис 1B). В отличие от этого, две копии этого гена были измерены в фибробластах. Эта генетическая разница между опухолевыми и неопухолевых клеток позволяет рассчитать долю опухолевых клеток в смешанных культурах (рисунок 2). Путем измерения относительной дозы гена NF1 к RPP30, доля опухолевых клеток в смешанной культуре может быть определенав каждой лекарственной концентрации (рисунок 3).
Рисунок 1. Цифровой ПЦР. (A) иллюстрация принципа. (В) Анализ двойного зонда показывает уменьшенное количество гена мишени (NF1) в опухолевых клетках MPNST S462 по отношению к гену ссылка (RPP30). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 2. Рассчитано Доля опухолевых клеток. Опухолевые клетки и неопухолевой клетки смешивали в различных соотношениях и высевали в каждую лунку 96-пластины. После того, как вложение O / N, клетки лизируют остроумияч HotShot / Drop-диализ и обессоленной лизаты были подвергнуты цифровой ПЦР , который дал соотношение NF1 / RPP30. Основание на этом соотношении, вычисляли процент опухолевых клеток в каждую лунку. Среднее значение и стандартное отклонение доли опухолевых клеток рассчитывали из 4 реплицируется на каждом настроенному пропорции. Рассчитанные пропорции опухолевых клеток (Y-ось) в виде зависимости от заданных пропорциях вверх (ось х). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 3. дозовозависимое Изменение пропорций опухолевых клеток. (А) дозозависимое снижение видимых жизненно важных клеток. (В) , доля опухолевых клеток (среднее значение и стандартное отклонение 4 повторах) , рассчитанной из Отношение NF1: RPP30, снижение в диапазоне 0 - 10 мкМ. При самой высокой дозе 50 мкМ, несколько жизненно важных клеток были оставлены, вероятно , из - за токсического действия на все клетки. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
. Рисунок 4. Разделительный Реакция опухолевых клеток от таковой неопухолевых клеток (A) , жизнеспособность или / и пролиферации всех клеток можно измерить с помощью обычных анализов; Доля опухолевых клеток может быть определена с помощью процедуры показано в настоящем исследовании. (В) с помощью двух параметров, ответ всех клеток в смешанной культуре к лекарственному средству можно разделить на реакции опухолевых клеток и реакции неопухолевых клеток..com / файлы / ftp_upload / 53752 / 53752fig4large.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
| 1 Реакция | ||
| 2 х ddPCR СУПЕРМИКС | 12 | |
| Анализ смеси для NF1 | 1.2 | |
| Анализ смеси для RPP30 | 1.2 | |
| HaeIII | 0,6 | |
| Промежуточный итог | 15 | Мастер смесь |
| ДНК | 9 | |
| Всего | 24 | Заключительный ПЦР Смесь |
Таблица 1 Настройка Dual ddPCR Реакция
| шаг | действие | температура | Время | циклы |
| 1 | Polymстереть активацию | 95 ° C | 10 минут | 1 |
| 2 | денатурация ДНК | 94 ° C | 30 сек | 40 |
| 3 | Отжиг / exetension | 60 ° C | 1 мин | |
| 4 | полимеразной деактивация | 98 ° C | 10 минут | 1 |
| 5 | Удержание (по желанию) | 4 ° C |
Таблица 2 Параметры PCR Cycler
Обсуждение
Ключевым шагом в этом genetic- и на основе клеток инструментом для оценки специфичности лекарственного средства в пробирке является определение доли опухолевых клеток с использованием одного или более опухольспецифические генетические особенности. В отличие от обычных фенотипических признаков 7, генетические особенности характерны, стабильны и легко поддаются количественному определению . Например, опухоль-специфичный мутагенез или число копий изменение присутствует исключительно в опухолевых клетках, но не в неопухолевых клетках. Такая генетическая клеймо может быть надежно и точно количественно, например, с использованием цифровой ПЦР, как показано в этом исследовании.
Для цифровой ПЦР, высокая чистота ДНК не является существенным. Тем не менее, обессоливание и удаление ингибирующих молекулы необходимы, которые могут быть достигнуты с помощью капельного диализа с использованием соответствующего фильтра. Комбинированный лизис и раскрывающихся диализ является простым и быстрым, не требует каких-либо специальных инструментов и, следовательно, могут быть выполнены в любой стандартной лаборатории. Если клетки не Breaа K, дополнительное лечение можно считать такие, как замораживание клеток при -20 ° С, при добавлении моющего средства или / и с помощью протеазы.
В настоящем исследовании, гетерозиготного делеция гена NF1 был использован в качестве признака опухолеспецифичного для количественной оценки. Аналогичным образом, могут быть также использованы делеции других генов или локусов. Кроме того, мутации могут также быть использованы для количественной оценки опухолевых клеток. В таком случае, цифровые ПЦР-анализы для мутантом и нормальные аллели должны быть тщательно проверены, чтобы гарантировать их специфичность в отношении каждого из них.
Дозозависимый доля опухолевых клеток обеспечивает индикацию для лекарственной специфичности или селективности. Кроме того, это также дает возможность извлекающий реакцию опухолевых клеток из ответа общего количества клеток смешанной культуры к лекарственному средству (рисунок 4). Эта стратегия извлечения обеспечивает решение для поставленной технической задачи в использовании первичных культур (который содержит в себе как опухоль и нетн-опухолевых клеток) для тестирования наркотиков.
Genetic- и на основе клеток в пробирке инструмента показано в настоящем исследовании , поэтому может иметь потенциал применения (1) в лекарственной открытия , где она обеспечивает платформу для оценки специфичности лекарственного средства или селективности в пробирке и (2) в персонализированного лечения рака , где его позволяет проводить тестирование лекарств в первичных культурах и , следовательно , может способствовать лекарственной селекции в адъювантной химиотерапии 4. Кроме того, фармакологический механизм лекарственного средства могут быть изучены с помощью этого инструмента, так как определенные генетические изменения или множественные генетические изменения могут последовать в течение лекарственной терапии.
Трудность в использовании индивидуализированных первичных культур является отсутствие универсальной генетической особенностью для количественной оценки опухолевых клеток. Тем не менее, с сегодняшнего продвижения в целом-генома, наиболее часто видоизмененные гены и регионы известны общие опухолей. Например, среди головы и шеиопухоли, 71%, 23% и 22% имеют мутации в TP53, FAT1 и гены CDKN2A, а 60%, 34% и 26% имеют делеции в гене регионах CDKN2A, STK11 и PTEN, соответственно 10. Скрининг от 5 до 10 таких генов или / и регионов посредством целенаправленного секвенирование / или цифровой ПЦР будет, следовательно, скорее всего, идентифицировать один или более генетических изменений, которые могут быть использованы для определения количества опухолевых клеток в полученной первичной культуре. Другим ограничением является часто недостаточное количество резекции опухоли для создания первичных культур.
Несмотря на выгодные особенности и перспективно применение потенциала genetic- и на основе клеток в пробирке инструмента, его ограничения следует иметь в виду , и его в пробирке природы следует подчеркнуть. Например, дифференциальные эффекты или цитотоксичность препарата на опухолевые клетки могут скорее из-за разницы в типах клеток (фибробласты против шванновских клеток) или ихразличного происхождения (от разных людей). Чем сильнее воздействие препарата на опухолевые клетки, чем на неопухолевых клетках также может быть связано с тем, что бывший растут быстрее, чем последний. Самое главное, что клетки in vitro на поведение отличается , чем клетки в организме человека и , следовательно, результаты оценки ин витро часто не имеют или только частично отражают реальную клиническую ситуацию. Таким образом, эффективность, цитотоксичность и специфичность препаратов, полученных для культивируемых клеток, являются скорее биомаркеров природы, но не имеют надежности доклинически измеренной эффективности антибиотиков. Тем не менее, переход от клеточных линий смешанных культур и / или первичных культур является шагом вперед в оценке наркотиков эффект и специфичности / селективности в лабораторных условиях . При обширных усилий, в условиях лабораторных можно найти , что позволяет разумную корреляцию данных в пробирке с реальными ответами пациентов, по крайней мере , для некоторых лекарств.
Раскрытие информации
Процедура защищена патентом (10 2013 221 452, Германия)
Благодарности
Г-жа Альстер, г-н Honrath и д-р Цзян ценят за их выдающуюся техническую помощь. Также понятно, доктор Фольц и исследовательская группа доктора Dandri для обеспечения доступа к их цифровым устройствам PCR.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Мембранный фильтр диаметром 25 мм | Merk-Millipore | VSWP 02500 | Для капельного диализа |
| ddPCR анализ для NF1 | BioRad | dHsaCP1000177 | FAM-меченый |
| ddPCR анализ для RPP30 | BioRad | dHsaCP2500350 | HEX-меченый |
| QX200 | BioRad | 186-4001 | В исследовании использовалась предыдущая версия QX, которая больше не доступна. Замена QX200 |
| Капельное масло | BioRad | 186-3005 | |
| Cartriges | BioRad | 186-3004 | |
| Прокладки | BioRad | 186-3009 | |
| Держатель Cartrige | BioRad | 186-3051 | |
| Колючая фольга | BioRad | 181-4040 |
Ссылки
- Caponigro, G., Sellers, W. R. Advances in the preclinical testing of cancer therapeutic hypotheses. Nat Rev Drug Discov. 10 (3), 179-187 (2011).
- McMillin, D. W., Negri, J. M., Mitsiades, C. S. The role of tumour-stromal interactions in modifying drug response: challenges and opportunities. Nat Rev Drug Discov. 12 (3), 217-228 (2013).
- Wilding, J. L., Bodmer, W. F. Cancer cell lines for drug discovery and development. Cancer Res. 74 (9), 2377-2384 (2014).
- Edwards, A. M., et al. Preclinical target validation using patient-derived cells. Nat Rev Drug Discov. 14 (3), 149-150 (2015).
- Frahm, S., et al. Genetic and phenotypic characterization of tumor cells derived from malignant peripheral nerve sheath tumors of neurofibromatosis type 1 patients. Neurobiol Dis. 16 (1), 85-91 (2004).
- Jiang, W., et al. Efficacy and selectivity of nilotinib on NF1-associated tumors in vitro. J Neurooncol. 116 (2), 231-236 (2014).
- Jiang, W., Mautner, V. F., Friedrich, R. E., Kluwe, L. Preclinical assessment of the anticancer drug response of plexiform neurofibroma tissue using primary cultures. J Clin Neurol. 11 (2), 172-177 (2015).
- Montero-Pau, J., Gomez, A., Munoz, J. Application of an inexpensive and high-throughput genomic DNA extraction method for the molecular ecology of zooplanktonic diapausing eggs. Limnology and Oceanography-Methods. 6, 218-222 (2008).
- Saraswat, M., Grand, R. S., Patrick, W. M. Desalting DNA by drop dialysis increases library size upon transformation. Biosci Biotechnol Biochem. 77 (2), 402-404 (2013).
- Iglesias-Bartolome, R., Martin, D., Gutkind, J. S. Exploiting the head and neck cancer oncogenome: widespread PI3K-mTOR pathway alterations and novel molecular targets. Cancer Discov. 3, 722-725 (2013).
Перепечатки и разрешения
Теги
Специфичность противоопухолевых препаратованализ методом цифровой ПЦРдоля опухолевых клетоксоотношение NF1/RPP30детекция с использованием двух зондовобработка клеточных культурметод экстракции ДНКобессоливание методом капельного диализаанализ с помощью генератора капельизмерение зависимости «доза — ответ»
