В настоящем протоколе описан метод создания мышиной модели ксенотрансплантата (PDX), полученной от пациента, с использованием ткани остеосаркомы человека.
Методическая статья
* These authors contributed equally
В настоящем протоколе описан метод создания мышиной модели ксенотрансплантата (PDX), полученной от пациента, с использованием ткани остеосаркомы человека.
Остеосаркома является наиболее распространенной первичной злокачественной опухолью костей у детей и подростков. Несмотря на разработку новых планов лечения в последние годы, прогноз для пациентов с остеосаркомой существенно не улучшился. Поэтому крайне важно создать надежную доклиническую модель с высокой точностью. Модель ксенотрансплантата (PDX), полученная от пациента, точно сохраняет генетические, эпигенетические и гетерогенные характеристики злокачественных новообразований человека для каждого пациента. Следовательно, PDX-модели считаются аутентичными моделями in vivo для изучения различных видов рака в трансформационных исследованиях. В данной статье представлен комплексный протокол создания и поддержания мышиной модели PDX, которая точно отражает морфологические особенности остеосаркомы человека. Это включает в себя немедленную трансплантацию свежерезецированной ткани остеосаркомы человека мышам с ослабленным иммунитетом с последующим последующим пассажированием. Описанная модель служит платформой для изучения роста, лекарственной устойчивости, рецидива и метастазирования остеосаркомы. Кроме того, он помогает в скрининге целевых терапевтических средств и создании персонализированных схем лечения.
Остеосаркома является первичным злокачественным новообразованием костей, происходящим из межкостных долевых клеток, и чаще всего встречается у подростков, а также у детей. Часто возникает в эпифизе длинного диафиза и характеризуется высокой злокачественностью, ранним метастазированием, плохим прогнозом 1,2. Метастазирование в легкие является основной причиной смерти у пациентов с остеосаркомой. 5-летняя выживаемость пациентов с неметастатической остеосаркомой составляет 65%-70%3. Однако за последние 40 лет 5-летняя выживаемость (только у 20%) пациентов с метастатической остеосаркомой существенно не улучшилась, а у 25% пациентов с остеосаркомой метастазы на момент постановки диагноза4. В настоящее время достигнут консенсус в отношении препаратов первой линии для лечения остеосаркомы, но все еще существуют значительные различия в схеме химиотерапии и времени лечения. Важно проводить доклинические эксперименты на основе соответствующих животных моделей для получения более эффективных схем химиотерапии.
В настоящее время модели, обычно используемые для доклинических экспериментов по остеосаркоме, включают клеточную культуру на основе клеточной линии in vitro и ксенотрансплантаты in vivo (CDX), а также ксенотрансплантаты, полученные от пациента (PDX)6,7.
Клеточные линии удобны для культивирования и использования в исследованиях in vitro, а также для трансплантации иммунодефицитным мышам для создания моделей CDX8. Тем не менее, клеточные линии, культивируемые in vitro, могут неточно отражать гетерогенность злокачественных новообразований и индивидуальные особенности пациентов из-за потенциальных мутаций, которые возникают для адаптации к среде культивирования in vitro во время повторных пассажей. Кроме того, у них отсутствует микроокружение и иммунная система, необходимые для роста и развития опухоли in vivo. Несмотря на то, что модели CDX имеют некоторые преимущества по сравнению с культурами клеток in vitro, они все же могут не полностью отражать индивидуальные особенности пациентов с остеосаркомой, хотя опухолевые ткани, полученные с помощью моделей CDX, имеют ограниченную внутриопухолевую гетерогенность и представительство иммунной системы по сравнению с клеточными линиями, культивируемыми in vitro 9. Поэтому создание доклинической модели с высокой точностью имеет решающее значение.
Модели PDX предполагают немедленную трансплантацию свежерезецированных раковых тканей человека мышам с иммунодефицитом. Этот метод позволяет достоверно сохранить генетические, эпигенетические и гетерогенные характеристики злокачественных новообразований человека у каждого пациента, даже после последовательных пассажей у мышей. Кроме того, известно, что модели PDX позволяют точно предсказывать последующие клиническиеисходы10, что делает их ценными инструментами для создания индивидуализированных методов лечения и продвижения исследований в области точной медицины11.
В данной работе описана процедура создания модели PDX у иммунодефицитных мышей путем трансплантации ткани остеосаркомы человека. Такие модели служат платформами для проведения доклинических экспериментов по остеосаркоме.
Все исследования, связанные с человеческими тканями, были одобрены Комитетом по обзору институциональной этики больницы Лунхуа, аффилированной с Шанхайским университетом традиционной китайской медицины (Шанхай, Китай) (2013LC52), и было получено письменное информированное согласие пациентов в соответствии с Хельсинкской декларацией. Номер IACUC для этого исследования на животных — PZSHUTCM221017013. Четырехнедельные самцы мышей CAnN.Cg-Foxn1nu/Crl получали облученную диету для грызунов с двойным львом GB 14924.3 и стерильную воду, а также помещали в клетку для мышей IVC по пять мышей в клетке в условиях SPF с 12-часовым циклом свет/темнота. Таблица материалов содержит подробную информацию обо всех материалах, реактивах и инструментах, используемых в данном протоколе.
1. Подготовка тканей при остеосаркоме человека
Примечание: В этом исследовании ткань остеосаркомы человека была резецирована12 из поражения бедренной кости 15-летнего пациента с остеосаркомой перед химиотерапией.
2. Создание PDX-моделей методом трансплантации ткани остеосаркомы в области фланга мыши
3. Забор опухолевых тканей PDX
4. Патологоанатомическое исследование первичных клинических и PDX опухолевых тканей
В этом протоколе подробно описана процедура создания мышиной модели PDX с сохранением морфологических особенностей остеосаркомы человека после немедленной трансплантации свежерезецированной ткани остеосаркомы человека и последующих пассажей у мышей. Здесь была успешно создана мышиная модель PDX с использованием ткани остеосаркомы человека.
На рисунке 3А показана репрезентативная мышь PDX в точке P0 через два месяца после трансплантации ткани бедренной остеосаркомы от 15-летнего пациента. На рисунке 3B изображена репрезентативная мышь PDX в P1 через месяц после трансплантации ткани PDX в P0. На рисунке 3C показана репрезентативная мышь PDX в P2 через месяц после трансплантации PDX ткани в P1. На рисунке 3D показана репрезентативная мышь PDX в P3 через месяц после трансплантации ткани PDX в P2.
Мышей приносили в жертву методом шейного вывиха после ингаляции CO2 , когда размер опухоли достигал 1500мм3 для сбора тканей опухоли PDX. Опухолевые ткани клинических пациентов и мышей затем были погружены в парафин и подвергнуты H&E окрашиванию. Репрезентативное изображение окрашивания опухолевой ткани пациента с помощью H&E показано на рисунке 4A. Репрезентативные изображения окрашивания H&E тканей опухолей PDX мышей в точках P0, P1 и P2 показаны на рисунках 4B, C, D. Признаки остеосаркомы, характеризующиеся мелкими клетками с круглыми гиперхроматическими ядрами в опухолевых тканях родительского клинического пациента, сохранялись в установленных PDX на P0, P1 и P2.

Рисунок 1: Хирургические инструменты. (А) Скальпель. (В,В) Офтальмологический пинцет. (D) Офтальмологические ножницы. (E) Игла для наложения швов. (F) Линия наложения швов. (G) Прямой иглодержатель. (H) Маркировочное перо. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Создание модели PDX. (A) Место трансплантации ткани остеосаркомы в области бока мыши помечено маркером. (B) Был сделан разрез длиной 5 мм от кожи до подкожной клетчатки. (В) Тупое расслоение и трансплантация тканей при остеосаркоме. (D) Зашитый разрез. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: Рост PDX, первоначально трансплантированного с тканью остеосаркомы бедренной кости от 15-летнего пациента. (A) PDX установлен путем трансплантации ткани остеосаркомы человека (P0). (B) PDX устанавливается путем трансплантации ткани PDX в точке P0 (P1). (C) PDX устанавливается путем трансплантации ткани PDX в P1 (P2). (D) PDX устанавливается путем трансплантации ткани PDX в P2 (P3). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 4: Окрашивание гематоксилин-эозином (H&E) срезов тканей из первичных клинических тканей и тканей PDX. При окрашивании H&E были выявлены гистологические особенности (А) остеосаркомы бедренной кости у 15-летнего пациента, (В) PDX у P0, (C) PDX у P1, (D) PDX у P2. Масштабные линейки: (A-D) 100 мкм; (E-H) 20 μм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Модели PDX могут имитировать характеристики рака человека и сохранять большее сходство с первичной опухолью, включая генетические и геномные изменения, гистологию, гетерогенность и профиль экспрессии генов 16,17,18,19. Таким образом, они сохраняют молекулярные фенотипы и генотипы онкологических больных, обеспечивая инновационные подходы к изучению биологии и оценке потенциальных терапевтических средств. Эти подходы включают доклинический скрининг новых противоопухолевых препаратов с очень похожими ответами на реальные клинические ответы, выявление биомаркеров лекарственной устойчивости, скрининг чувствительных препаратов при выборе персонализированной схемы клинического лечения и прогнозирование исходов для пациентов. Кроме того, процесс создания моделей PDX относительно прост и не требует специального оборудования.
В этом исследовании была успешно создана мышиная модель PDX с использованием тканей остеосаркомы человека. Выявлен ряд ключевых аспектов успешного создания PDX-модели с тканями остеосаркомы человека. Во-первых, трансплантируемость тканей остеосаркомы человека у мышей вполне возможна, что позволяет изучать биологию остеосаркомы человека в мышиной системе. Высокая скорость образования опухолей может быть связана с использованием иммунодефицитных мышей, у которых отсутствует функциональная иммунная система, что позволяет трансплантированным клеткам остеосаркомы пролиферировать без отторжения. Более того, это исследование продемонстрировало, что модель PDX поддерживает гистологию исходных тканей остеосаркомы человека. Морфология опухоли и гистопатологические особенности были сходными между первичной опухолью пациента и опухолями PDX. Это указывает на то, что модель PDX точно повторяет остеосаркому, что делает ее ценным инструментом для изучения прогрессирования остеосаркомы, метастазирования и ответа на лечение.
Тем не менее, при моделировании PDX необходимо учесть несколько ключевых моментов. Во-первых, ткани остеосаркомы человека, используемые для трансплантации, должны быть свежерезецированы и должны быть сохранены в тканевом защитном растворе как можно скорее. Предпочтительно завершить трансплантацию в течение 12 ч после резекции, хотя активность опухолевых клеток в тканях остеосаркомы человека, хранящихся в тканевом защитном растворе, может сохраняться не более 24 ч16. Во-вторых, для максимального сохранения молекулярных фенотипов и генотипов пациентов предпочтительно использовать опухолевые ткани пациентов, не получавших химиотерапию, хотя ткани остеосаркомы человека от пациентов, получивших химиотерапию один-два раза, могут быть успешно пересажены мышам с иммунодефицитом. Кроме того, активность опухолевых клеток будет низкой, если пациент получит несколько химиотерапий, что приведет к неудачному моделированию трансплантации; Тем не менее, ткани остеосаркомы от пациентов с рецидивом могут иметь более высокую скорость успешного образования опухоли после трансплантации иммунодефицитным мышам, чем ткани остеосаркомы от пациентов с первоначальным диагнозом. В-третьих, трансплантация тканей остеосаркомы чуть ниже дермы кожи улучшит скорость образования опухолей у иммунодефицитных мышей21.
Важно признать ограничения этого исследования. Во-первых, цикл становления модели PDX длительн и занимает 4-12 недель от трансплантации до образования опухоли22. Во-вторых, информация, связанная с инициацией и этиологией опухоли, может отсутствовать, потому что полностью развитые ткани остеосаркомы раковых клеток трансплантируются, а редкие субклоны или геномные изменения могут быть потеряны в процессе трансплантации. Полногеномное секвенирование опухолей PDX и сравнение с образцами пациентов было бы ценным для оценки генетической точности модели23. В-третьих, клетки-хозяева мыши могут проникать в опухоли, потенциально влияя на активность опухолевых клеток9. В-четвертых, модель PDX имеет частоту отказов около 50%24,25. Наконец, в некоторых случаях метастазирование рака не может быть изучено из-за отсутствия метастазирования опухолевых клеток после трансплантации иммунодефицитным мышам26.
В заключение, это исследование подтверждает успешное создание мышиной модели PDX с использованием тканей остеосаркомы человека. Эта модель точно повторяет гистопатологические особенности исходной опухоли, предоставляя ценный инструмент для изучения биологии остеосаркомы и тестирования потенциальных методов лечения. Дальнейшие исследования с использованием этой модели PDX улучшат наше понимание остеосаркомы и приведут к разработке более эффективных стратегий для этих пациентов.
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.
Эта работа поддерживается грантами от (1) Национального фонда естественных наук (81973877 и 82174408); (2) Проект строительства Шанхайского высокоприоритетного исследовательского центра (2022ZZ01009); (3) Национальная программа ключевых исследований и разработок Китая (2020YFE0201600); (4) Шанхайский центр совместных инноваций по промышленной трансформации подготовки к ТКМ в больницах и (5) исследовательские проекты в рамках бюджета Шанхайского университета традиционной китайской медицины (2021LK047).
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 10% нейтральный раствор формалина | Wuhan Saiweier Biotechnology Co., Ltd | G1101-500ml | Фиксация тканей |
| Автоклав | Япония Hiryama Company | HVE-50 | Стерилизация хирургических инструментов |
| CAnN.Cg-Foxn1nu/Crl | Shanghai SLAC Laboratory Animal Co, Ltd. | / | |
| Штангенциркуль | для животных Yantai Green Forest Tools Co., Ltd. | 034180A | Измерьте объем опухоли |
| Чашка (60 мм) | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | 430166, Corning | Образец размещения во время трансплантации |
| Дезинфицирующее ватное средство | Shanghai Honglong Industrial Co., Ltd. | 20230627 | Дезинфекция кожи мышей |
| Одноразовые стерильные перчатки | Guilin Hengbao Health Protection Co., Ltd. | YT21131 | Стерильная операция |
| Двойной лев Облученная диета для грызунов | Сучжоу Шуанши Экспериментальная технология кормов для животных Co., Ltd. | GB 14924.3 | Корм для животных |
| Электронные весы | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | 1-2000 | Взвешивать вес опухоли |
| Eosin | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | E4009-25G | Гематоксилин эозин краситель |
| Гематоксилин | Шанхай Gengyun Biotechnology Co., Ltd | H3136-25G | гематоксилин эозин краситель |
| Изофлуран | Шэньчжэнь RWD Life Technology Co., Ltd | VETEASY | Мышиная анестезия |
| Клетка для мышей IVC | Сучжоу Обезьяний Король Животных Экспериментальное оборудование Технология Ко., Лтд. | HH-MMB-2 | Барьер для животных |
| Mark pen | Zebra Trading (Shenzhen) Co., Ltd. | YYST5 | Отметьте хирургический разрез |
| Olympus Оптический микроскоп Olympus Японская | компания Olympus | BH20 | Сканируйте срезы ткани |
| Офтальмологическая мазь | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | SOICOEYEGRL | Избегайте сухости глаз мышей во время анестезии |
| Офтальмологические ножницы | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | Y00030 JZ | Разрежьте кожу |
| Офтальмологический пинцет | Shanghai NianYue Biotechnology Co., Ltd | BS-ZER-S-100 Biosharp | Hold остеосаркома тканей во время |
| трансплантации | Парафин Jiangsu Shitai Experimental Equipment Co., Ltd. | 80200-0015 | при остеосаркоме |
| Lyca Microsystem (Shanghai) Trading Co., Ltd. | RM2235 | Секция тканей при остеосаркоме | |
| физиологический раствор | Гуанчжоу Jinsheng Biotechnology Co., Ltd. | 605-004057 | Промывка и временное хранение тканей остеосаркомы |
| Скальпели | Завод хирургических инструментов Shanghai Medical Devices (Group) Co., Ltd. | J11010-10# JZ | Отделение тканей остеосаркомы и выполнение хирургических разрезов |
| Стерильный капюшон | Thermo Fisher Technology (China) Co., Ltd. | ECO0.9 | Хирургический операционный стол |
| стерильные хирургические простыни | Henan Huayu Medical Equipment Co., Ltd. | 20160090 | Обеспечить стерильную хирургическую зону |
| Прямой иглодержатель | Shanghai Gengyun Biotechnology Co., Ltd | J31050 JZ | Шов для раны |
| Линия швов | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd | F3124 | Шов для раны |
| Игла для швов | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd | F3124 | Шов для раны |
| Защитный раствор для тканей | Nanjing Shenghang Biotechnology Co., Ltd | BC-CFM-03 | Поддержание активности клеток тканей |
| Tube (50 мл) | Shanghai Baisai, Biotechnology Co., Ltd. | BLD-BL2002500 | Установка раствора для фиксации формалина |