В этой статье мы подробно описываем простой подход к визуализации в реальном времени для количественной оценки чувствительности опухолевых органоидов пациента к ионизирующему излучению.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
* These authors contributed equally
В этой статье мы подробно описываем простой подход к визуализации в реальном времени для количественной оценки чувствительности опухолевых органоидов пациента к ионизирующему излучению.
Лучевая терапия (ЛТ) является одним из основных элементов современного клинического лечения рака. Тем не менее, не все типы рака одинаково чувствительны к облучению, часто (но не всегда) из-за различий в способности злокачественных клеток восстанавливать окислительные повреждения ДНК, вызванные ионизирующими лучами. Клоногенные анализы использовались на протяжении десятилетий для оценки чувствительности культивируемых раковых клеток к ионизирующему облучению, в основном потому, что облученные раковые клетки часто умирают с задержкой, которую трудно количественно оценить с помощью методов краткосрочной проточной цитометрии или микроскопии. К сожалению, клоногенные анализы не могут быть использованы как таковые для более сложных моделей опухолей, таких как опухолевые органоиды (PDTO), полученные от пациента. Действительно, облучение укоренившихся PDTO не обязательно может привести к прекращению их роста как многоклеточных единиц, если их стеблевидный компартмент не будет полностью уничтожен. Кроме того, облучение суспензий одиночных клеток, полученных из PDTO, может не отражать должным образом чувствительность злокачественных клеток к ОТ в контексте установленных PDTO. В данной статье мы подробно описываем адаптацию традиционных клоногенных анализов, которая включает в себя воздействие ионизирующего излучения на устоявшиеся PDTO с последующей диссоциацией одиночных клеток, повторным покрытием в подходящих условиях культивирования и визуализацией в реальном времени. Необлученные (контрольные) стволовые клетки, полученные из PDTO, реформируют растущие PDTO с PDTO-специфической эффективностью, на которую отрицательно влияет облучение дозозависимым образом. В этих условиях эффективность и скорость роста PDTO могут быть количественно оценены как мера радиочувствительности на покадровых изображениях, собранных до тех пор, пока контрольные PDTO не достигнут заданного пространства заполнения.
Дистанционная лучевая терапия (ЛТ) является одним из столпов современной онкологии, отражая не только выраженную противоопухолевую активность, связанную с четко определенным спектром в целом управляемых побочных эффектов1, но и исключительно широкую клиническую доступность (большинство онкологических центров в развитых странах оснащены современными линейными ускорителями для дистанционной лучевой лучевой терапии)2. В соответствии с этим представлением, ЛТ успешно применяется во всем мире как в целях лечения, как правило, в контексте ранних стадий заболевания3,4, так и в качестве паллиативного применения для сдерживания симптомов (например, боли) метастатических опухолей5. Тем не менее, не все злокачественные новообразования одинаково чувствительны к ЛТ, отражая ряд внутренних и микроэкологических особенностей раковых клеток 6,7,8,9. В качестве отдельного примера можно привести различные связанные с раком генетические и эпигенетические изменения, влияющие на репарацию ДНК и окислительно-восстановительный гомеостаз, которые были связаны с повышением или понижением внутренней радиочувствительности, в значительной степени отражающей способность ОТ убивать раковые клетки, вызывая прямое и зависимое повреждение ДНК и других макромолекул 10,11,12,13.
В течение последних десятилетий для оценки радиочувствительности культивируемых раковых клеток человека и мышей регулярно применялись клоногенные анализы 14,15,16. Действительно, в то время как химиотерапевтические препараты и другие стрессоры часто убивают злокачественные клетки довольно быстрым образом, ЛТ, применяемые в клинически значимых дозах, чаще всего вызывают отсроченную форму гибели клеток, которую невозможно просто количественно измерить с помощью методов кратковременной проточной цитометрии или микроскопии, таких как измерение поглощения клетками жизненно важных красителей (которые избирательно окрашивают мертвые клетки) через 24-72 часа после воздействия цитотоксическогостимула. Помимо того, что клоногенные анализы просты и основаны на довольно недорогих реагентах, они особенно удобны, поскольку они позволяют реализовать так называемую «линейную квадратичную» модель, которая является достаточно простым математическим инструментом для количественного анализа реакции на дозу ОТ18,19. Аналогичным образом, культивируемые раковые клетки (включая установленные клеточные линии, а также первичные клетки, полученные от пациента) обеспечили удобную платформу для тестирования различных аспектов биологии рака, включая (но не ограничиваясь) чувствительность к лечению довольно простым, но упрощенным способом, одним из основных ограничений является отсутствие структурированного микроокружения опухоли (TME)20. 21. Действительно, двумерные культуры раковых клеток по своей природе неспособны повторять межклеточные коммуникации и взаимодействия с внеклеточным матриксом, как это происходит при раке22,23. Опухолевые органоиды (PDTO), полученные от пациентов, появились в качестве моделей опухолей, которые, по крайней мере, частично обходят это ограничение 24,25,26.
К сожалению, обычные клоногенные анализы не могут быть использованы для оценки радиочувствительности PDTO. С одной стороны, облучение укоренившихся PDTO не обязательно может поставить под угрозу их рост как многоклеточной единицы, если не будет полностью уничтожен их стволовой компартмент, который отвечает за образование и созревание PDTO, но демонстрирует повышенную устойчивость к повреждению ДНК по сравнению с более дифференцированными клетками, композиционирующимиPDTO27. С другой стороны, облучение суспензий одиночных клеток, полученных из PDTO, не может должным образом компенсировать радиочувствительность PDTO-компонующих (в том числе стволовых) клеток, как это проявляется в контексте сформированных PDTO. В этой статье мы подробно описываем метод, который использует визуализацию PDTO рака молочной железы в реальном времени для мониторинга эффективности PDTO-образования и скорости роста клеток, полученных из PDTO, ранее подвергшихся ионизирующему облучению, по сравнению с их необлученными аналогами. С учетом требуемых вариаций, в значительной степени отражающих дифференциальную биологию отдельных PDTO (например, потребности в питательных средах, скорость роста), мы ожидаем, что этот протокол будет подходящим для изучения радиочувствительности в широкой группе PTDO как молочного, так и немолочного происхождения.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Реагенты и оборудование, использованные в исследовании, перечислены в Таблице материалов.
1. Органоидная культура
ПРИМЕЧАНИЕ: TNBC#1 PDTO были созданы в нашей лаборатории на основе опухолевой ткани, удаленной хирургическим путем у пациента с трижды негативным раком молочной железы (TNBC), который дал информированное согласие на участие в протоколе биобанкинга (IRB21-06023682). После валидации с помощью гистологии и секвенирования РНК (RNAseq) PDTO TNBC#1 культивируют в 66% каплях матрицы (так называемых «куполах») в обогащенной культуральной среде DMEM/F12 (Таблица 1) и пассажируют каждые 2-3 недели в соотношении 1:2-1:1028.
2. Радиация
3. Диссоциация
4. Живая визуализация
5. Анализ
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
TNBC#1 PDTO подвергались воздействию однократной дозы облучения 0 (необлученный контроль), 2 Гр, 4 Гр, 6 Гр, 8 Гр или 10 Гр в день 0. Сразу после этого PDTO диссоциировали для получения одноклеточной суспензии для каждого экспериментального условия. Затем клетки, полученные из PDTO, были засеяны в 48-луночные планшеты в 66% матригелевых куполах (50 мкл каждый), отложенных в центре лунок, по 3 технических повторения в каждом состоянии. Планшеты были помещены в систему визуализации в реальном времени и визуализировались ка...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В данной работе мы описываем адаптацию традиционных клоногенных анализов, которая использует PDTO рака молочной железы и визуализацию в реальном времени для количественной оценки радиочувствительности PDTO на основе (1) стойкости PTDO-образующих стволовых клеток при облучении PDTO in vitro и (2) скорости роста PDTO, которые эти клетки (могут) генерировать. Важнейшие этапы этого протокола включают в себя: (1) установление ФДТО до уровня купола, обеспечивающего хорошую жизнеспособ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Независимо от этой работы, SCF заключает контракты на проведение исследований с компаниями Merck, Varian, Bristol Myers Squibb, Celldex, Regeneron, Eisai и Eli-Lilly, а также получает гонорары за консультационные услуги от компаний Bayer, Bristol Myers Squibb, Varian, Elekta, Regeneron, Eisai, AstraZeneca, MedImmune, Merck US, EMD Serono, Accuray, Boehringer Ingelheim, Roche, Genentech, AstraZeneca, View Ray и Nanobiotix. Не связанная с этой работой, SD получала гонорары за консультационные услуги от Lytix Biopharma, EMD Serono, Ono Pharmaceutical, Genentech и Johnson & Johnson Enterprise Innovation Inc., а также имеет контракты на проведение исследований с Lytix Biopharma, Nanobiotix и Boehringer-Ingelheim. Не связанная с этой работой, LG заключает контракты на исследования с Lytix Biopharma, Promontory и Onxeo, получает гонорары за консультационные услуги от Boehringer Ingelheim, AstraZeneca, OmniSEQ, Onxeo, The Longevity Labs, Inzen, Imvax, Sotio, Promontory, Noxopharm, EduCom и Luke Heller TECPR2 Foundation, а также владеет опционами на акции Promontory.
Мы благодарим Раймонда Брионеса и Вэнь Х. Шена (Weill Cornell Medical College, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США) за помощь в разработке данного протокола. Эта работа была поддержана грантом Консорциума по трансформационному раку молочной железы от BCRP Министерства обороны США (#W81XWH2120034, PI: Formenti).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 40 & микро; m сетчатый фильтр | Thomas Scientific | 1164H35 | |
| B27 | Invitrogen | 17504-044 | |
| Cellometer Auto T4 Bright Field Cell Counter | Nexcelom | ||
| DMEM F/12 | Corning | 12634-010 | |
| Эпидермальный фактор роста hEGF | Peprotech | AF-100-15 | |
| EVOS FL Цифровой инвертированный флуоресцентный микроскоп | Thermo Fisher Scientific | 12-563-460 | |
| FGF10 | Peprotech | 100-26 | |
| FGF7 | Peprotech | 100-19 | |
| GlutaMax | Invitrogen | ||
| Hepes | Invitrogen | 15630-080 | |
| Программное обеспечение IncuCyte 2021A | Версия Sartorius | : 2021A | |
| Incucyte SX1 | Sartorius | модель SX1 | |
| Incucyte валидированная 48-луночная пластина | Corning | 3548 | |
| Matrigel | Discovery Лабораторная посуда | 354230 | |
| nAc | Sigma Aldrich | A9165-5G | |
| Никотинамид | Sigma-Aldrich | N0636 | |
| Noggin | Приобретен в Институте точной медицины Ингландера, Вейл Корнелл, Нью-Йорк, США | ||
| Необработанный 6-луночный планшет | Cellstar | 657 185 | |
| NR (Heregulin) | Peprotech | 100-03 | |
| p38 MAP ингибитор p38i SB202190 | Sigma Aldrich | S7067 | |
| PBS | Corning | 21-040-CV | |
| PenStrep | Invitrogen | 15140-122 | |
| Primocin | Invivogen | ant-pm-1 | |
| Rspondin Media | Приобретено в Институте точной медицины Ингландера, Вейл Корнелл, штат Нью-Йорк, США | ||
| Исследовательская платформа радиационного излучения для мелких животных (SARRP) | Xstrahl Ltd | ||
| Ингибитор рецепторов TGFbeta A83-01 | Tocris | 2939 | |
| Трипановый синий краситель (0,4%) | Gibco | 15250-61 | |
| TrypLE | Gibco | 112605-028 | |
| Y-27632 (RhoKi) | Selleck | S1049 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.