Традиционные двумерные модели клеточных культур являются важными инструментами в исследованиях рака для изучения прогрессирования рака и его терапии1. Эти модели не только позволяют в контролируемых экспериментальных условиях исследовать молекулярные и клеточные механизмы, лежащие в основе развития и прогрессирования рака, но и обеспечивают экономически эффективные и относительно быстрые экспериментальные результаты. Их использование, однако, ограничено из-за ограниченного клеточного разнообразия в опухолевом микроокружении (ТМЭ), которое не может быть воспроизведено в компланарном характере монокультурных моделей2. Кроме того, модели клеточных культур предлагают чрезмерно упрощенную среду по сравнению с человеческим телом3. Таким образом, чтобы лучше понять прогрессирование рака и разработать эффективные методы лечения, исследователи обратились к инновационным моделям, которые нацелены на то, чтобы точно повторить ТМЭ в природе. Следовательно, поддержание верности нативным опухолям имеет первостепенное значение в этих моделях. Учитывая сложную природу рака, любое значительное отклонение от исходной опухоли может привести к непредвиденным переменным, которые могут исказить значимые выводы о поведении опухоли.
В то время как ксенотрансплантаты, полученные от пациента (PDX), стали модельной системой, позволяющей отслеживать прогрессирование опухоли in vivo, некоторые ограничения ставят под сомнение то, насколько хорошо развитая опухоль повторяет биологию ракачеловека. Например, меланома TME содержит инфильтрирующие опухоль иммунные клетки и стромальные клетки. При прохождении в виде ксенотрансплантата нераковые клетки пациента будут постепенно теряться, что может привести к адаптациям, отличающимся от тех, которые используются в опухолях пациента. Хотя эти ограничения могут быть смягчены путем выполнения ограниченного пассажа PDX in vivo, различия между видами все же могут представлять риск генетических изменений PDX, которые отклоняются от таковых у нативной опухоли5. Кроме того, PDX-модели обычно создаются на мышах с ослабленным иммунитетом для предотвращения отторжения тканей человека. Это ограничивает возможность изучения роли иммунной системы хозяина в развитии рака, особенно в иммунотерапевтических исследованиях6. Мы и другие привили PDX «гуманизированным» мышам 7,8. Тем не менее, создание PDX-моделей на гуманизированных мышах занимает много времени и денег. Разработка одной модели PDX на основе образца опухоли пациента может занять от нескольких месяцев до нескольких лет, что ограничивает скорость и масштаб исследования. Несмотря на эти ограничения, было показано, что модели PDX точно представляют биологию ТМЭ, таким образом, широко используются для разработки методов лечения рака, персонализированной медицины и иммунотерапии, среди прочего9.
Альтернативным методом 3D-культивирования является органоид пациента (PDO), при котором свежерезецированная опухоль пациента культивируется для создания моделей, поддерживающих фенотипическую гетерогенность, гистоархитектуру и межклеточные коммуникации. Его способность быть очень похожим на нативные опухоли была продемонстрирована ранее, когда культивируемые органоиды из немышечно-инвазивного (NMIBC) и мышечно-инвазивного рака мочевого пузыря (MIBC) успешно повторили ключевые аспекты родительских опухолей11. Благодаря своему потенциалу и преимуществам по сравнению с другими моделями, PDO предлагают широкий спектр специализированных приложений, которых нет в других моделях, включая, помимо прочего, изучение и разработку ингибиторов иммунных контрольных точек наряду с клеточной и таргетной терапией. Например, ранее мы использовали органоиды, полученные от пациентов с меланомой (MPDOs), для изучения способности инфильтрирующих опухоль лимфоцитов (TILs) расширяться антителами IL-2 и анти-PD1 (αPD-1). Результаты показали, что TILs, расширенные IL-2 и αPD-1, не только имеют большее количество, но также могут успешно инфильтровать MPDO и убивать клетки меланомы с более высокой эффективностью, чем TILs, расширенные другими методами. Другие группы показали аналогичные результаты, когда использование анти-PD-1 и/или анти-PD-L1 приводит к тому, что TILs остаются функциональными в PDO, что впоследствии приводит к уничтожению опухоли13. Кроме того, наша группа также использовала MPDO для оценки инфильтрации γδ Т-клеток и их убивающей способности14. Применимость PDO охватывает широкий спектр областей, включая расширение TIL, исследования цитотоксичности и скрининг малых молекул. Все эти приложения подчеркивают потенциал и удобство использования, которые предоставляет эта модель. Таким образом, мы описываем подробный протокол для культуры MPDO.