Настоящий протокол описывает создание 3D-моделей опухолевых культур из первичных раковых клеток и оценку их чувствительности к лекарственным средствам с использованием анализов жизнеспособности клеток и микроскопических исследований.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Настоящий протокол описывает создание 3D-моделей опухолевых культур из первичных раковых клеток и оценку их чувствительности к лекарственным средствам с использованием анализов жизнеспособности клеток и микроскопических исследований.
Несмотря на замечательные успехи в понимании биологии опухоли, подавляющее большинство кандидатов на онкологические препараты, участвующие в клинических испытаниях, терпят неудачу, часто из-за отсутствия клинической эффективности. Эта высокая частота неудач подчеркивает неспособность современных доклинических моделей предсказывать клиническую эффективность, главным образом из-за их неадекватности в отражении гетерогенности опухоли и микроокружения опухоли. Эти ограничения могут быть устранены с помощью 3-мерных (3D) культуральных моделей (сфероидов), созданных из образцов опухолей человека, полученных от отдельных пациентов. Эти 3D-культуры представляют реальную биологию лучше, чем установленные клеточные линии, которые не отражают гетерогенность опухоли. Кроме того, 3D-культуры лучше, чем 2-мерные (2D) модели культур (монослойные структуры), поскольку они воспроизводят элементы опухолевой среды, такие как гипоксия, некроз и клеточная адгезия, и сохраняют естественную форму и рост клеток. В настоящем исследовании был разработан метод получения первичных культур раковых клеток от отдельных пациентов, которые являются 3D и растут в многоклеточных сфероидах. Клетки могут быть получены непосредственно из опухолей пациента или ксенотрансплантатов, полученных от пациентов. Метод широко применим к солидным опухолям (например, толстой кишки, молочной железы и легких), а также является экономически эффективным, поскольку он может быть выполнен в полном объеме в типичной лаборатории исследования рака / клеточной биологии, не полагаясь на специализированное оборудование. Представлен протокол генерации 3D-моделей опухолевых культур (многоклеточных сфероидов) из первичных раковых клеток и оценки их чувствительности к лекарственным препаратам с использованием двух взаимодополняющих подходов: анализа жизнеспособности клеток (МТТ) и микроскопических исследований. Эти многоклеточные сфероиды могут быть использованы для оценки потенциальных кандидатов в лекарства, выявления потенциальных биомаркеров или терапевтических мишеней, а также для исследования механизмов ответа и резистентности.
Исследования in vitro и in vivo представляют собой взаимодополняющие подходы к разработке методов лечения рака. Модели in vitro позволяют контролировать большинство экспериментальных переменных и облегчают количественный анализ. Они часто служат недорогими платформами для скрининга, а также могут использоваться для механистических исследований1. Однако их биологическая значимость по своей сути ограничена, поскольку такие модели лишь частично отражают микроокружение опухоли1. Напротив, модели in vivo, такие как ксенотрансплантаты, полученные от пациента (PDX), фиксируют сложность микроокружения опухоли и больше подходят для трансляционных исследований и индивидуализации лечения у пациентов (т.е. исследования реакции на лекарства в модели, полученной от отдельного пациента)1. Однако модели in vivo не способствуют высокопроизводительным подходам к скринингу лекарств, поскольку экспериментальные параметры не могут контролироваться так же жестко, как модели in vitro, и потому что их разработка требует много времени, труда и средств 1,2.
Модели in vitro доступны уже более 100 лет, а клеточные линии доступны уже более 70 лет3. Однако за последние несколько десятилетий сложность доступных моделей солидных опухолей in vitro резко возросла. Эта сложность варьируется от 2-мерных (2D) моделей культивирования (монослойных структур), которые являются либо укоренившимися клеточными линиями, полученными из опухоли, либо первичными клеточными линиями, до более поздних подходов, включающих 3-мерные (3D) модели1. В 2D-моделях ключевое различие между установленными и первичными клеточными линиями4. Установленные клеточные линии увековечены; Таким образом, одна и та же клеточная линия может использоваться во всем мире в течение многих лет, что с исторической точки зрения облегчает сотрудничество, накопление данных и разработку многих стратегий лечения. Однако генетические аберрации в этих клеточных линиях накапливаются с каждым проходом, что ставит под угрозу их биологическую значимость. Кроме того, ограниченное количество доступных клеточных линий не отражает гетерогенность опухолей у пациентов 4,5. Первичные линии раковых клеток получают непосредственно из резецированных образцов опухолей, полученных с помощью биопсии, плеврального выпота или резекций. Таким образом, первичные линии раковых клеток более биологически значимы, поскольку они сохраняют элементы микроокружения опухоли и характеристики опухоли, такие как межклеточное поведение (например, перекрестные помехи между здоровыми и раковыми клетками) и стволовые фенотипы раковых клеток. Однако репликативная способность первичных клеточных линий ограничена, что приводит к узкому времени культивирования и ограничивает количество опухолевых клеток, которые могут быть использованы для анализов 4,5.
Модели, использующие 3D-культуры, более биологически значимы, чем модели 2D-культур, поскольку сохраняются условия in vivo. Таким образом, 3D-модели культур сохраняют естественную форму и рост клеток и воспроизводят элементы опухолевой среды, такие как гипоксия, некроз и клеточная адгезия. Наиболее часто используемые 3D-модели в исследованиях рака включают многоклеточные сфероиды, структуры на основе скаффолдов и культуры с матрицей 4,6,7.
Настоящий протокол генерирует 3D-модели опухолевых культур (многоклеточных сфероидов) из первичных раковых клеток и оценивает их чувствительность к лекарственным средствам с использованием двух взаимодополняющих подходов: анализа жизнеспособности клеток (МТТ) и микроскопических исследований. Репрезентативные результаты, представленные в настоящем документе, относятся к раку молочной железы и толстой кишки; Тем не менее, этот протокол широко применим к другим типам солидных опухолей (например, холангиокарциноме, раку желудка, легких и поджелудочной железы), а также является экономически эффективным, поскольку он может быть выполнен полностью в типичной лаборатории исследования рака / клеточной биологии, не полагаясь на специализированное оборудование. Многоклеточные сфероиды, полученные с использованием этого подхода, могут быть использованы для оценки потенциальных кандидатов на лекарственные средства, выявления потенциальных биомаркеров или терапевтических мишеней, а также для исследования механизмов ответа и резистентности.
Этот протокол разделен на три раздела: (1) генерация, сбор и подсчет сфероидов при подготовке к их использованию в качестве модели для тестирования эффективности лекарств; (2) анализ МТТ для оценки эффективности лекарственного средства на сфероидах; и (3) микроскопическая оценка морфологических изменений после обработки сфероидов лекарственными препаратами в качестве еще одного подхода к оценке эффективности лекарственного средства (рис. 1).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Сбор образцов опухолей человека, используемых для первичных культур опухолевых клеток, проводился в соответствии с протоколами, одобренными институциональным наблюдательным советом (IRB) в Медицинском центре им. Рабина, с письменного информированного согласия пациентов. Пациенты, имеющие право на участие в исследовании, включали взрослых и детей мужского и женского пола с неметастатическим раком молочной железы, толстой кишки, печени, легких, нейроэндокринным раком, раком яичников или поджелудочной железы, любым детским раком или любым метастатическим раком. Единственным критерием исключения является отсутствие возможности дать информированное согласие.
1. Генерация и сбор сфероидов
ПРИМЕЧАНИЕ: Выделение первичных опухолевых клеток может быть выполнено, как описано Kodak et al.8. Важно отметить, что первичные опухолевые клетки, используемые для генерации сфероидов, могут быть получены непосредственно из образцов пациентов, полученных с помощью биопсии, резекции и т. д., или косвенно с использованием образцов опухолей из моделей ксенотрансплантата пациента (PDX), как описано Moskovits et al.9.
2. Анализ эффективности лекарственного средства (анализ МТТ)
ПРИМЕЧАНИЕ: Подробнее см. van Meerloo et al.13. Кроме того, для анализа МТТ необходимо использовать только среду для культивирования клеток, а не «3D-питательную среду» (добавление матрицы базальной мембраны не требуется и потенциально может помешать анализу МТТ).
3. Мониторинг и анализ морфологических изменений сфероидов
ПРИМЕЧАНИЕ: Что касается анализа МТТ, в этой оценке следует использовать только среду для культивирования клеток, а не «3D-питательную среду» (добавление матрицы базальной мембраны не является необходимым и потенциально может помешать анализу).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этом протоколе представлены процедуры получения гомогенной культуры сфероидов из первичных опухолевых клеток, количественной оценки эффективности препарата на культуре сфероидов (анализ МТТ) и определения влияния исследуемых препаратов на морфологию сфероидов. Представлены данные репрезентативных экспериментов на сфероидах, полученных из культур клеток рака толстой кишки и молочной железы. Аналогичные эксперименты были проведены с использованием других типов опухолей, включая холангиокарциному, рак желудка, легких и по...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Настоящий протокол описывает простой способ получения 3D-первичных клеточных культур (сфероидов), полученных из образцов опухолей человека. Эти сфероиды могут быть использованы для различных анализов, включая оценку потенциальных кандидатов на лекарства и комбинации лекарств, идентификацию потенциальных биомаркеров или терапевтических мишеней, а также исследование механизмов ответа и резистентности. В протоколе используются либо первичные опухолевые клетки, полученные непосредственно из образцов пациентов, либо опухолевы...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам раскрывать нечего.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 5 Фторурацил | TEVA Израиль | лот 16c22NA | Фторурацил, Адручил |
| Аккутаза | Gibco | A1110501 | StemPro Accutase Диссоциация клеток |
| Цисплатин | TEVA Израиль | 20B06LA | Abiplatin, |
| Cultrex | Trevigen | 3632-010-02 | Матрица базальной мембраны, тип 3 |
| ДМСО (диметилсульфоксид) | Sigma Aldrich | D2650-100ML | |
| Фетальная бычья сыворотка (FBS) | Thermo Fisher Scientific | 2391595 | |
| Flurometer Считыватель ИФА | Biotek | Synergy H1 | Gen5 3.11 |
| Соляная кислота (HCl) | Sigma Aldrich | 320331 | для остановки решения |
| ImageJ | National Institutes of Health, Bethesda, MD, США | Версия 1.52a | Программное обеспечение с открытым исходным кодом ImageJ |
| Isopropanol | Gadot | P180008215 | для остановки раствора |
| L-глутамина | Gibco | 1843977 | |
| MTT | Sigma Aldrich | M5655-1G | 3-(4,5-диметилтиазол-2-ил)-2,5-дифенилтетразолия бромид |
| Заменимые аминокислоты | Gibco | 11140050 | |
| Palbociclib | Med Chem Express | CAS # 571190-30-2 | |
| PBS | Gibco | 14190094 | фосфатно-солевой буфер Дульбекко (DPBS)* Без пенициллина кальция и магния |
| – стрептомицин | Invitrogen | 2119399 | |
| безфенольный RPMI 1640 | Biological industries, Израиль | 01-103-1A | |
| Резервуар для пипетирования | Alexred | RED LTT012025 | |
| питательная среда RPMI-1640 | Gibco | 11530586 | |
| Sunitinib | Med Chem Express | CAS # 341031-54-7 | |
| Трастузумаб | F. Hoffmann - La Roche Ltd, Базель, Свизерланд | 10172154 IL | Герцептин |
| Трипан синий 0,5% раствор | Биологическая промышленность, Израиль | 03-102-1B | |
| Сверхнизкая насадка 96 лунок | пластина Greiner Bio-one | 650970 | |
| Vinorelbine | Ebewe | 11733027-03 | Navelbine |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.