RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ru_RU
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Здесь приведен подробный протокол для определения органоидов молочной железы человека из резекций опухоли молочной железы пациента или нормальной ткани молочной железы. Протокол содержит исчерпывающие пошаговые инструкции по культивированию, замораживанию и размораживанию органоидов молочной железы, полученных от пациентов.
Рак молочной железы является сложным заболеванием, которое было классифицировано на несколько различных гистологических и молекулярных подтипов. Органоиды опухолей молочной железы, полученные от пациентов, разработанные в нашей лаборатории, состоят из смеси нескольких популяций клеток, полученных из опухоли, и, таким образом, представляют собой лучшее приближение к разнообразию опухолевых клеток и среде, чем установленные 2D-линии раковых клеток. Органоиды служат идеальной моделью in vitro , позволяющей взаимодействовать между клетками и внеклеточным матриксом, которые, как известно, играют важную роль в межклеточных взаимодействиях и прогрессировании рака. Органоиды, полученные от пациентов, также имеют преимущества перед мышиными моделями, поскольку они имеют человеческое происхождение. Кроме того, было показано, что они повторяют геномную, транскриптомную, а также метаболическую гетерогенность опухолей пациентов; Таким образом, они способны представлять сложность опухоли, а также разнообразие пациентов. В результате они готовы предоставить более точную информацию об обнаружении и проверке мишеней, а также анализах чувствительности к лекарственным средствам. В этом протоколе мы предоставляем подробную демонстрацию того, как органоиды молочной железы, полученные от пациента, создаются из резецированных опухолей молочной железы (раковых органоидов) или ткани молочной железы, полученной из редуктивной маммопластики (нормальные органоиды). Затем следует всесторонний отчет о 3D-культуре органоидов, расширении, прохождении, замораживании, а также размораживании культур органоидов молочной железы, полученных от пациентов.
Рак молочной железы (РМЖ) является наиболее часто встречающимся злокачественным новообразованием у женщин: по оценкам, в 2022 году в Соединенных Штатах будет диагностировано 287 850 новых случаев1. Несмотря на недавние достижения в области раннего выявления с ежегодными скринингами, таргетной терапией и лучшим пониманием генетической предрасположенности, он является второй по значимости причиной смерти от рака у женщин в Соединенных Штатах, с > 40 000 смертей ежегодно от рака молочной железы1. Рак молочной железы в настоящее время классифицируется на несколько подтипов на основе гистопатологической и молекулярной оценки первичной опухоли. Лучшая стратификация подтипов улучшила результаты лечения пациентов с вариантами лечения для конкретных подтипов2. Например, идентификация HER2 как протоонкогена3 привела к разработке трастузумаба, который сделал этот высокоагрессивный подтип управляемым у большинства пациентов4. Дальнейшие исследования генетики и транскриптомики этого сложного заболевания с учетом специфики пациента помогут в разработке и прогнозировании более эффективных персонализированных схем лечения для конкретного пациента 2,5. Органоиды, полученные от пациентов (PDO), являются многообещающей новой моделью для получения информации о раке на молекулярном уровне, выявления новых мишеней или биомаркеров и разработки новых стратегий лечения 6,7,8.
PDO представляют собой многоклеточные трехмерные (3D) структуры, полученные из недавно резецированных первичных образцов тканей 8,9. Они выращиваются трехмерно, будучи встроенными в гидрогелевую матрицу, обычно состоящую из комбинации белков внеклеточного матрикса (ECM), и, следовательно, могут использоваться для изучения взаимодействий опухолевой клетки с ECM. PDO представляют разнообразие пациентов и повторяют клеточную гетерогенность и генетические особенности опухоли10,11,12. Будучи моделями in vitro, они позволяют проводить генетические манипуляции и высокопроизводительные скрининги лекарств13,14,15. Кроме того, PDO могут быть правдоподобно использованы для оценки чувствительности пациента к лекарственным средствам и стратегий лечения параллельно с клиникой и помогают прогнозировать результаты лечения пациентов16,17,18. Помимо химиотерапии, некоторые органоидные модели также использовались для изучения индивидуальных реакций пациентов на химиолучевую терапию19,20. Учитывая многообещающую применимость PDO для исследований и клинического использования, Национальный институт рака инициировал международный консорциум The Human Cancer Models Initiative (HCMI)21 для создания и предоставления этих новых моделей рака, полученных из опухолей. Многие из органоидных моделей различных типов рака, разработанных с помощью HCMI, доступны через Американскую коллекцию типовых культур (ATCC)22.
Было показано, что нормальные органоиды молочной железы состоят из различных популяций эпителиальных клеток, присутствующих в молочной железе 11,23, и, таким образом, служат отличными моделями для изучения основных биологических процессов, анализа мутаций-драйверов, вызывающих онкогенез, и для исследований происхождения раковых клеток 6,15 . Органоидные модели опухолей молочной железы были использованы для идентификации новых мишеней, которые обнадеживают перспективы для разработки новых методов лечения, особенно для резистентных опухолей24,25,26. Используя ксенотрансплантат пациента (PDX) и соответствующие модели органоидов, полученных из PDX (PDxO) резистентных к лечению опухолей молочной железы, Guillen et al. показали, что органоиды являются мощными моделями для точной медицины, которые могут быть использованы для параллельной оценки реакции на лекарства и принятия решений о прямой терапии28. Кроме того, разработка новых методов совместного культивирования ЗОП с различными иммунными клетками27,28,29, фибробластами 30,31 и микробами 32,33 дает возможность изучить влияние микроокружения опухоли на прогрессирование рака. В то время как многие такие методы совместного культивирования активно внедряются для PDO, полученных из опухолей поджелудочной железы или колоректальных опухолей, аналогичные установленные методы совместного культивирования PDO молочной железы были зарегистрированы только для естественных клеток-киллеров34 и фибробластов35.
Первый биобанк из >100 органоидов, полученных от пациентов, представляющих различные подтипы рака молочной железы, был разработан группой Ханса Клеверса36,37. В рамках этих усилий группа Clevers также разработала первую сложную питательную среду для роста органоидов молочной железы, которая в настоящее время широко используется36. Последующее исследование предоставило всесторонний отчет о создании и культивировании PDO молочной железы и органоидных ксенотрансплантатов, полученных от пациентов (PDOX)38. Лаборатория Welm разработала большую коллекцию моделей BC PDX и PDxO, которые культивируются в сравнительно более простой питательной среде, содержащей эмбриональную бычью сыворотку (FBS) и меньшее количество факторов роста39,40. Мы независимо разработали и охарактеризовали большой массив наивных моделей органоидов рака молочной железы11 и участвовали в разработке моделей BC PDO в рамках инициативыHCMI 21. Здесь мы стремимся предоставить практическое руководство с подробным описанием методологии, используемой нами при создании систем моделей органоидов молочной железы, полученных от пациентов.
Резекции опухолей у пациентов с раком молочной железы вместе с дистальными и прилегающими нормальными тканями были получены от Northwell Health в соответствии с протоколами Институционального наблюдательного совета IRB-03-012 и IRB 20-0150 и с письменного информированного согласия пациентов.
ПРИМЕЧАНИЕ: Все процедуры, упомянутые ниже, были выполнены в комнате культуры тканей млекопитающих BSL2, предназначенной для образцов пациентов, после одобрения комитета по биобезопасности. Все процедуры должны выполняться в соответствии с протоколами безопасности, поддерживающими асептические условия в шкафах биобезопасности. Каждая стадия центрифугирования выполняется при комнатной температуре (RT), если не указано иное. Ткани / органоиды и матричные запасы базальной мембраны всегда помещаются на лед, если не указано иное. Новые тарелки инкубируют в течение ночи для предварительного разогрева. Нанесение куполов на предварительно разогретые плиты обеспечивает наилучшие результаты для получения округлых куполов, которые не сплющиваются при нанесении покрытия или не отрываются позже от поверхности плиты.
1. Средняя подготовка и рецепты
| Реагент | Концентрация запасов | Окончательная концентрация |
| Усовершенствованный DMEM/F12 | 1x | 1x |
| ГлутаМакс | В 100 раз | 1x |
| ХЕПЕС | 1 м | 10 мМ |
| Пенициллин-стрептомицин | 10 000 ЕД/мл; 10 000 мкг/мл | 100 ЕД/мл; 100 мкг/мл |
| Реагент | Концентрация запасов | Окончательная концентрация |
| Среда Ad-DF+++ | 1x | 1x |
| Р-спондин на собственном производстве | 100% | 10% |
| Дополнение B-27 | В 50 раз | 1x |
| Никотинамид | 1 м | 5 мМ |
| НАК | 500 мМ | 1,25 мМ |
| Примоцин | 50 мг/мл | 50 мкг/мл |
| Башка | 100 мкг/мл | 100 нг/мл |
| ЭФР человека | 5 мкг/мл | 5 нг/мл |
| Герегулин человека β1/Неврегулин1 | 75 мкг/мл | 37,5 нг/мл |
| Y-27632 дигидрохлорид (Rho-киназа) | 100 мМ | 5 мкМ |
| А83-01 | 5 мМ | 500 нМ |
| Человеческий FGF-7 | 100 мкг/мл | 5 нг/мл |
| Человеческий FGF-10 | 1 мг/мл | 20 нг/мл |
| П38И | 30 мМ | 498 нМ |
2. Определение опухоли молочной железы / нормальных органоидов из резецированной ткани (рис. 1)
| Количество лунок на плиту | Матрица базальной мембраны на купол (мкл) | Среда на лунку (мкл) |
| 6 | 300 | 3000 |
| 12 | 100 | 1000 |
| 24 | 50 | 500 |
| 48 | 25 | 250 |
| 96 | 10 (подвеска вместо купола) | 100 |
3. Пассирование и расширение органоидов молочной железы, полученных от пациентов, в культуре
4. Замораживание органоидов молочной железы, полученных от пациента
5. Размораживание органоидов молочной железы, полученных от пациента
Мы создали биобанк органоидов опухолей молочной железы, полученных от пациентов, включающий различные подтипы11. Кроме того, мы установили несколько нормальных органоидных линий молочной железы, полученных из образцов тканей редуктивной маммопластики или смежной/дистальной нормальной груди у пациентов с РМЖ, используя подход, описанный на рисунке 1.
Различные органоидные линии опухолей молочной железы, полученные от пациентов, различаются по морфологии (рис. 2) и скорости роста (рис. 3). Нормальные органоиды молочной железы и несколько установленных нами органоидов, полученных из ранней протоковой карциномы in situ (DCIS), напоминают нормальную структуру молочной железы с центральным просветом, окруженным протоковыми клетками (рис. 2A, B). Органоиды, полученные из инвазивной лобулярной карциномы (рис. 2C), имеют тенденцию образовывать слабо прикрепленные виноградные грозди, как сообщалось ранее в других лабораториях36,43. Между тем, органоиды, полученные из инвазивных протоковых карцином (гормональный рецептор-положительный и тройной отрицательный рак молочной железы), имеют тенденцию образовывать плотные, большие и круглые органоиды (рис. 2D, E). Органоиды фиксировали 4% параформальдегидом с последующим встраиванием в 2% агарозные формы. Затем в них вставляли парафин, а срезы размером 10 мкм окрашивали гематоксилином и эозином (как описано в Bhatia et al.11) для наблюдения за морфологией.
Чтобы продемонстрировать различия в скорости роста различных органоидных линий опухоли молочной железы, полученных от пациентов, 1000 жизнеспособных одиночных клеток были помещены в 10% суспензионный раствор матричного матрикса базальной мембраны на 96-луночную пластину, с шестью репликами для определения жизнеспособности клеток в разные моменты времени для мониторинга роста в течение 12 дней (рис. 3B ). Образование органоидов измеряли с помощью анализа жизнеспособности люминесцентных клеток на 3, 6, 9 и 12-й дни с базовым показанием на 1-й день после нанесения покрытия. На рисунке 3А показаны изображения в светлом поле тех же органоидов, расширенных в 6-луночных пластинах с течением времени. Некоторые линии органоидов, полученные от пациентов, имеют время удвоения 2 дня, в то время как некоторые занимают 5 дней (рис. 3B).

Рисунок 1: Установление органоидов молочной железы, полученных от пациента. (A) Схематическое изображение основных этапов в установлении опухолей молочной железы или нормальных органоидов, полученных от пациентов. (B) Репрезентативные изображения, показывающие рост органоидов опухоли молочной железы, полученных от пациентов DS117T, от укоренения (отрывок 0) до долгосрочного культивирования (пассаж 12). Синие стрелки = волокнистый материал, желтые стрелки = мусор / мертвые клетки, а красные стрелки = поддерживающие типы клеток из микроокружения (в основном фибробласты). Масштабная линейка = 100 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: Органоиды молочной железы, полученные от пациентов, представляющие различные подтипы. Верхняя панель: морфологические различия между органоидными линиями, полученными из опухолей молочной железы пациенток (B-E) различных гистопатологических и молекулярных подтипов. (A) На рисунке представлены органоиды, полученные из нормальной ткани молочной железы человека, полученной после операции по восстановительной маммопластике. Масштабная линейка = 50 мкм. Нижняя панель: окрашенные H&E изображения тех же линий органоидов. Масштабная линейка = 100 мкм. Аббревиатура: TNBC = тройной негативный рак молочной железы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Рост в культуре различных органоидов опухолей молочной железы, полученных от пациентов. Репрезентативные изображения яркого поля и кривые жизнеспособности клеток (A и B), измеренные с помощью люминесцентного анализа жизнеспособности клеток, показывающего рост в культуре различных органоидных линий опухоли молочной железы пациента в течение 12 дней. Масштабная линейка = 50 мкм. Полосы погрешностей представляют собой SEM для n = 6. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Здесь приведен подробный протокол для определения органоидов молочной железы человека из резекций опухоли молочной железы пациента или нормальной ткани молочной железы. Протокол содержит исчерпывающие пошаговые инструкции по культивированию, замораживанию и размораживанию органоидов молочной железы, полученных от пациентов.
Мы хотели бы поблагодарить членов лаборатории Спектора за критические дискуссии на протяжении всей этой работы. Мы благодарим Нормана Сакса и Ханса Клеверса (Hans Clevers) из Института Хубрехта, Нидерланды за то, что они изначально предоставили нам свой протокол культивирования органоидов. Мы выражаем признательность Совместным ресурсам по гистологии и микроскопии Онкологического центра CSHL за услуги и техническую экспертизу (NCI 2P3OCA45508). Мы благодарим доктора Цин Гао за помощь в подготовке гистологического образца. Мы благодарны за поддержку доктору Карен Кострофф (Northwell Health) за предоставление пациентам образцов опухолей. Мы также высоко ценим усилия команды Northwell Health Biobanking по сбору образцов и благодарим пациентов и их семьи за пожертвование тканей для исследований. Это исследование было поддержано CSHL / Northwell Health (D.L.S.), NCI 5P01CA013106-Project 3 (D.L.S.) и Leidos Biomedical HHSN26100008 (Дэвид Тувесон и D.L.S.).
| 15 мл конические пробирки | VWR | 525-1068 | |
| 175 см2 колба для культуры тканей | VWR (Corning) | 29185-308 | |
| 37 ° C ванна | с бортами | ||
| 37 ° C CO2 инкубатор | |||
| 50 мл конические пробирки | VWR | 525-1077 | |
| 50 мл система вакуумной фильтрации (0,22 &; m Фильтр) | Millipore Sigma | SCGP00525 | SCGP00525 |
| 500 мл Фильтрующий блок с быстрым потоком, 0,2 &; m мембрана aPES, диаметр 75 мм | Nalgene | 566-0020 | |
| 6-луночные культуральные планшеты | Greiner Cellstar | 82050-842 | |
| 75 см<суп>2суп> колба для культуры тканей | VWR (Corning) | 29185-304 | |
| 96-луночные непрозрачные планшеты | Corning | 353296 | для анализа КТГ |
| A83-01 | Tocris | 2939 | |
| Advanced DMEM/F12 | Gibco | 12634-010 | |
| B-27 дополнение | Life Technologies | 12587010 | |
| BioTek Synergy H4 Hybrid Microplate Reader | Fisher Scientific (Agilent) | Для двойного анализа люциферазы и анализа КТГ | |
| BSA фракция V (7,5%) | Thermo Fisher | 15260037 | |
| Cell Titer-Glo (CTG) Реагент | Promega | G9683 | для анализа жизнеспособности люминесцентных клеток |
| Центрифуга | Eppendorf | 5804 | |
| Коллагеназа из Clostridium histolyticum | Millipore Sigma | C5138 | Type IV |
| Cryolabels | Amazon | DTCR-1000 | Прямая термическая криометка, белая, 1,05 x 0,5 " |
| Cryovials | Simport Scientific Inc. | T311-1 | |
| Countess 3 Автоматизированный счетчик клеток | Thermo Fisher | AMQAX2000 | |
| DMEM, высокий уровень глюкозы, пируват | Thermo Fisher (Gibco) | 11995040 | |
| Двойная люциферазная репортерная система | Promega | E1910 | |
| Dulbecco' s Фосфатно-солевой буфер (1X) | Gibco | 14190-144 | DPBS |
| Эпидермальный фактор роста (hEGF) | Peprotech | AF-100-15 | |
| Фетальная сыворотка крупного рогатого скота (FBS) | Corning | 35-010-CV | |
| FGF-10 (человек) | Peprotech | 100-26 | |
| FGF-7/KGF (человек) | Peprotech | 100-19 | |
| GlutaMax | Life Technologies | 35050061 | |
| HEK293T ячейки | ATCC | CRL-3216 | Для анализа TOPFlash |
| HEK293T-HA-Rspondin1-Fc клетки | R& D Systems | 3710-001-01 | Cultrex HA-R-Spondin1-Fc 293T клетки |
| HEPES | Life Technologies | 15630-080 | |
| Heregulinβ-1 (человек) | Peprotech | 100-03 | |
| Matrigel Growth Factor Reduced (GFR) матрица базальной мембраны (~10 мг/мл белка) | Corning | 356231 | без фенол-красного, без LDEV; матрица базальной мембраны |
| Mr. Frosty Контейнер для заморозки клеток | Thermo Fisher | 5100-0001 | |
| Набор для обнаружения микоплазмы | Lonza | LT07-418 | |
| N-ацетил-l-цистеин | Millipore Sigma | A9165 | |
| Nalgene Быстроточные стерильные одноразовые фильтрующие блоки с мембранами PES | Thermo Fisher | 166-0045 | |
| Никотинамид | Millipore Sigma | N0636 | |
| Noggin (человек) | Peprotech | 120-10C | |
| P1000, P200, P10 пипетки с наконечниками | |||
| p38 MAPK ингибитор (p38i) SB 202190 | Millipore Sigma | S7067 | |
| Парапленка | прозрачная пленка | ||
| Пенициллин-стрептомицин | Life Технологии | 15140122 | |
| Плазмида1: pRL-SV40P | Addgene | 27163 | |
| Плазмида2: M51 Super 8x FOPFlash | Addgene | 12457 | |
| Плазмида3: M50 Super 8x TOPFlash | Addgene | 12456 | |
| pluriStrainer 200 µ m | pluriSelect | 43-50200-01 | |
| Примоцин | Инвивоген | ANT-PM-1 | |
| Восстанавливающая среда для заморозки клеточной культуры | Thermo Fisher (Gibco) | 12648-010 | среда для заморозки клеток |
| Буфер для лизиса эритроцитов | Millipore Sigma | 11814389001 | |
| R-спондина кондиционированная среда | Собственное или коммерческое от Peprotech | 120-38 | |
| Скальпель (No10) | Шейкер Sklar Instruments | Jun-10 | |
| (Incu-shaker Mini) | Benchmark | H1001-M | |
| TGF-β ингибитор рецепторов A 83-01 | Tocris | 2939 | |
| Трипановый синий краситель (0.4%) | Gibco | 15250-061 | |
| Фермент TrypLE Express (1X), фенол красный | Life Technologies | 12605028 | клетку диссоциативный реактив |
| X-tremeGENE 9 ДНК трансфекционный реактив | Millipore Sigma | 6365779001 | |
| Y-27632 Дигидрохлорид (RhoKi) | Abmole Bioscience | Y-27632 | |
| Zeocin | Thermo Fisher | R25001 |