Abstract
由于异质性和固有的人类癌症，单一药剂的治疗或组合治疗方案靶向相同途径突变的水平高，很可能会失败。必须强调在通路是负责对疗法的固有和/或适应性阻力的抑制。调查的一个活跃的领域是开发和DNA修复抑制剂促进的作用，和防止抗，常用的化疗和放疗的测试。我们使用了一种新的协议，以评估BRCA2抑制的有效性，以敏感的肿瘤细胞对DNA损伤药物顺铂的装置。肿瘤细胞代谢（酸化和呼吸）实时一段72小时的划定上的分一秒基础治疗效果进行监测。在组合中，我们使用的是鸡胚胎绒毛尿囊膜（CAM）外渗及浸润模型进行转移频率的评估。此协议解决了一些常用的体外和体内方法来评价新的癌症治疗方案的弱点。它可以在除了常见的方法，例如细胞增殖试验，细胞死亡测定法中使用，并且在体内小鼠异种移植物的研究，以更紧密地辨别之间候选目标和剂，并仅选择最有前途的候选者的进一步发展。
Introduction
获得抗性靶向和/或细胞毒性癌症治疗的一个重要的临床问题，可导致治疗失败，复发，并增加患者的死亡率1。给定异质性的高水平，在大多数肿瘤中，它是一个具有足够高的细胞数的肿瘤将包含细胞抗单一或组合疗法靶向在其上的那些细胞赖以生存2,3-分子途径的子集的数学确定性。这样的肿瘤细胞可以在治疗过程中可靠地选择，从而导致疾病复发。新疗法，能同时针对不同的癌细胞存活机制之前或治疗介导的选择之后发展，因此是临床上重要的。
肿瘤基因组高水平的基因组不稳定和突变是区分癌细胞非肿瘤宿主细胞4根本特征。因此，一个usefu升的策略来增加DNA损伤化疗的效果，并防止耐药性的发展是积极抑制DNA修复中的肿瘤细胞5。这是调查和各种新的DNA修复的目标的一个活跃的领域正在探索在临床前设置。一些小分子或它们的靶的反义基抑制剂已经被开发并正在接受测试6-8。该目标是确定最有希望的临床前候选并评估其安全性和有效性的临床试验。
临床试验的成本高，失败的风险（为各种原因，包括亚最佳的临床前评估）是难以克服的障碍中的新疗法9发展进步。使用适当的和严格的临床前模型，以充分评估新的治疗靶点和候选药物可能会降低的临床试验10高故障率
一些常用的临床前的方法来评估的新的抗癌疗法的功效是：a）测量能力，减少肿瘤细胞增殖在体外 （细胞增殖测定）中的肿瘤细胞的能力，二）治疗诱导减少的形式的组织培养的菌落（菌落形成测定法）中的肿瘤细胞的代谢活性，三）治疗诱导的减少在体外 （氧化还原染料的转换）中，d）治疗诱导的诱导体外肿瘤细胞死亡（凋亡，坏死，自噬相关联在体内有丝分裂及其他）11，和e）治疗诱导的减少生长人和小鼠异种移植物的12-14或消融。
列出的体外方法的一个主要弱点是，他们没有提供候选疗法的效果持续的实时评估。相反，他们只在选定的，广泛分隔时间点提供信息在治疗的过程中。这样的测量已经减少容量以准确地反映了肿瘤细胞应答的大小和定时。 体内小鼠异种移植模型也受限于成本高，时间来完成的长度，和亚最佳剂量和治疗时间（调度）的风险。此外，有证据表明，啮齿动物异种移植物模型是临床疗效在人类有限的预测相比， 在体外评估的原代人肿瘤细胞的应答，并建立了人肿瘤细胞系对候选治疗性干预15,16。
我们设计了一种新的组合协议来评估新的药物组合临床前，在解决了上面列出的更多的一般的步骤的弱点的方式。代替扩散，集落形成，或氧化还原染料转化测定中，我们利用了代谢测定单元来分析细胞粘附，呼吸，并实时酸化在整个治疗期间17。同时，我们通过使用鸡胚绒毛尿囊膜（CAM）模型的侵袭和转移18,19的研究体内治疗相结合的效果。我们使用这些方法来评价反义寡核苷酸（ASO）靶向BRCA2能增强常用化疗药物顺铂的有效性的能力。
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Protocol
注意：下面的协议被设计为与贴壁细胞使用。修改都需要该方法适用于在悬浮液中生长的非贴壁细胞。在协议中所描述的CAM实验被设计用于与细胞表达的荧光标记物（ 例如 ，GFP，RFP， 等等 ）的使用。九日龄鸡胚上需要的实验方案为所述CAM实验的第2天。
1.准备和肿瘤细胞与反义寡核苷酸转染（艾滋病服务）
- 从包含感兴趣的细胞T75烧瓶（S）吸中，洗1XPBS，并加2ml 0.25％胰蛋白酶/ EDTA的。加入10 ml完全生长培养基到每个烧瓶中，并在溶液中转移细胞到50ml管中。计数细胞并调节音量，以使最终浓度为1.0×10每毫升5个细胞。
- 标签两组T25烧瓶：一组将包含8瓶，标记1-8，并为USED为实时代谢测定实验 ;和第二组也将包含8瓶和将被用于鸡胚胎的CAM实验 。在溶液中加2ml细胞到每个烧瓶中，并发生在培养箱中（37℃，5％CO 2的O / N）。
- 第二天早上（第0天，时间0），标号35毫升管如下：对照（非靶向ASO或siRNA），'靶的兴趣“（即 ，靶向ASO或siRNA），和脂质体2000（或类似的转染试剂）。稀释股票ASO解到适当的浓度与在相应的管无血清培养基中。
- 添加所需的转染试剂的量，以适当的管中并孵育在无血清培养基中5分钟。转染试剂溶液添加到ASO管并孵育20分钟。
- 加入250微升的控制的ASO转染试剂溶液向每个烧瓶1-4中各组中，与250微升“的目标利率的”ASO转染试剂溶液每每组5-8瓶的。孵育4小时（37ᵒC，5％的CO 2）。
- 在培养过程中，开展2.1节所述的步骤。培养后，加入3 ml完全培养基的每个烧瓶中所述CAM实验组中，并返回到培养箱O / N（37ᵒC，5％的CO 2）。根据第2.2节的描述过程中的代谢实验组。处理CAM实验根据第4节的说明进行设置。
2.生物传感器芯片制备及细胞种植
- 在无菌环境中，仔细清洗6的生物传感器芯片用400μlPBS中。消毒芯片用400μl的70％乙醇20分钟。用400微升PBS洗三次。
- 将里面的无菌组织文化性的芯片Ë菜肴以防止污染。将三个芯片在标有“控制”一盘菜，三个在标有“目标的景点一盘。
- 标签2 50ml试管为“控制”和“目标的景点。用PBS洗涤细胞，并添加0.25％胰蛋白酶/ EDTA的适当体积。等到单层分离并从每个烧瓶中收集细胞。存款解决方案到相应的管。
- 计数细胞并调节音量，以使最终浓度为6.0×10 5细胞/ ml。离心机和重悬细胞，如果初始浓度太低。
- 加入250微升的细胞溶液以每生物传感器芯片中的相应组（总共每片1.25×10 5个细胞）的。在一个时间执行此任务一组，以减少混淆的芯片的危险。放置装有芯片湿度腔室内部以防止蒸发无菌菜肴，并放置湿度茶MBER在孵化器O / N（37ᵒC，5％的CO 2）。
- 第二天早上（第1天），小心地从每个芯片吸出培养基，并用250微升生长培养基补充有0.2％胎牛血清（FBS）和1×青霉素和链霉素（P / S）取代。孵育4小时（37ᵒC，5％的CO 2）。
3.代谢测量系统准备和方案准备
- 在孵化，准备必要的药品解决方案，并为即将到来的检测代谢测量系统。
注：新陈代谢测量系统共包含六个模块。每个模块可容纳每个实验一筹。- 从各“控制”和“目标的兴趣'基团以接收车辆的测定法的持续时间中的一个芯片;：细分测定成以下的实验组从每组两个芯片来接收药物治疗所界定的时间周期的一个中SSAY，随后车辆在清除期。
- 用于药物致敏研究，修改长度，定时和浓度的药物治疗，以适合所考虑的特定的药物。
注：对于顺铂，被凭经验用A549细胞中确定的下列步骤，并且可以根据细胞系而改变。完成所有阶段以4微升/分钟默认流量。
6小时生长培养基+ 0.2％FBS和1×P / S的
6μM顺铂媒体24小时+ 0.2％FBS 1倍P / S
生长培养基+ 0.2％FBS和1×P / S中的24小时
18小时生长培养基+ 0.2％FBS和1×P / S的
4小时0.1％的Triton-X的
注：从这些步骤的偏差，需要的计算来确定的基础上，期望的流速和试验持续时间中，药物溶液的所需体积。下面的章节是基于以上所述的步骤。
- 标签和填补14 50ml试管用50毫升生长培养基+ 0.2％FBS的ð1倍P / S。放置6在一个代谢测量系统管架，在另一个6，并在第三个试管架还包含管与顺铂的其余两个。密封第一两个机架具有空气可渗透膜以防止蒸发。
- 准备6μM顺铂培养基+ 0.2％FBS与1倍P / S的解决方案（适当的量）。免除顺铂方案所需的量分成四个标有50ml试管。
- 将管在第三代谢测定管机架的其余四个槽。确保将管放置在对应于所需biomodules适当的槽。封用的空气可渗透膜的管中。
- 准备和标记6 50ml试管并用各20ml的培养基中0.1％的Triton-X溶液填充它们。所述的Triton-X溶液将溶解任何残留的细胞，并提供一个“零”值的每个芯片。将管在第四代谢测量单元管架和密封机智h的空气permable膜，以防止过度蒸发。
- 加载芯片到biomodules并开始实验。
4. CAM实验药物治疗和注射
注：该步骤和程序，准备鸡胚的CAM实验在别处描述19
- 开始处理的CAM实验 48小时转染后（第2天）。子分割“控制”和“目标利益团体分成两个瓶中的车辆，以及两个顺铂。吸从烧瓶的培养基，并补充有是3毫升的新鲜培养基，或6μM顺铂。孵育6小时（37ᵒC，5％的CO 2）。
- 吸出培养基，然后洗净，trypsinize细胞;收集的胰蛋白酶的细胞中溶液分为四个适当标记的15ml试管。
- 离心机和洗涤细胞三次，用PBS。重新悬浮在5ml PBS中的的细胞沉淀ð计数细胞。
- 调节音量，以使最终的细胞浓度为1.0×10 6细胞/ ml。转移的细胞溶液倒入标5毫升管注射，并置于冰上。倒置试管之前轻轻注射，以确保细胞是充分混合。
- 设置共24鸡胚（9日龄）注射（每组6只）一边。执行使用连接到一个柔性管连接到1ml注射器的玻璃针注射。执行注射者必须失明的治疗组。
- 使用立体显微镜，注入1.0×10 5个细胞中的100微升的体积为所述CAM的静脉循环。使用缓慢，脉动技术，细胞的最大音量注入。轻轻地轻拍注射部位用软擦拭，以阻止血液的流动和吸收任何泄漏。标签每个胚胎适当的容器在每次注射。
- 确认存在和DISTRI通过使用荧光显微镜可视化它们下列荧光细胞在CAM的脉管bution注射。请注意其中的肿瘤细胞数量出现低或分布不佳任何胚胎。
- 将鸡胚胎在湿度室中，并将它们存储在培养箱（37℃，60％湿度）。等待7-9天历数转移灶之前。
5，转移灶枚举
- 在7-9天的潜伏期，监控胚胎并丢弃任何死的。保证室内湿度在孵化期间保持湿润，在任何时候。
- 用荧光立体显微镜在20X放大倍率，扫描胚胎的CAM的整个上表面以规则的，格子状图案。
- 算转移灶的数目在每个视场，则相符的数量为每胚胎的最终总。这样做对各组中的6胚胎将提供一个平均数ö每处理F转移灶。
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Representative Results
结果与数字改编许可，从发表的作品22。
BRCA2诱导抑制呼吸的下降顺铂治疗的肿瘤细胞
与BRCA2靶向ASO和顺铂表现在呼吸早期的和不可逆转的下降，相比于它接收到的控制ASO与顺铂单独处理细胞A549人类肺癌细胞; 24小时顺铂治疗的BRCA2 ASO和控制ASO呼吸作用的差值处理的细胞后为39％（图1A）。重要的是，这减少呼吸开始在细胞粘附的可检测的下降之前，这表明这发生变化无关的细胞数目。呼吸开始的粘合在第一可观察放置之前减少大约10小时，这表明在呼吸的下降可能是先于细胞死亡（图1B）形成一个事件。在交流无差异idification的72小时实验时间帧期间观察到，这表明BRCA2 ASO与顺铂治疗有小到对葡萄糖代谢（图1C）没有影响。
BRCA2基因抑制联合顺铂治疗减少转移的频率
人类肺癌A549细胞与对照ASO或BRCA2 ASO治疗中的顺铂的存在或不存在，并注射到所述CAM（图2A）的静脉循环。九天注射后，与BRCA2 ASO与顺铂处理的细胞表现出转移灶的下77％的频率进行比较，以与对照ASO和顺铂，或BRCA2 ASO单独（图2B）处理的细胞。这表明，BRCA2 ASO和顺铂治疗具有减少或防止患者的实体瘤转移的负担的潜力。
肿瘤细胞粘附，呼吸，和酸化。A549细胞图1.实时监控转染BRCA2 ASO，镀上生物传感器芯片，并与顺铂治疗使用Bionas发现系统24小时。 （一）呼吸，（B）坚持和（C）酸化测量进行每4分钟过了一段72小时的。粉色=控制ASO，蓝色= BRCA2 ASO，绿=控制ASO +顺铂，红= BRCA2 ASO +顺铂。图改编自经许可后22发表的作品， 请点击此处查看该图的放大版本。
图2.枚举转移性FRE昆西使用鸡胚胎的CAM模型。转染BRCA2 ASO A549细胞用顺铂处理6小时，然后注入到9日龄鸡胚（A）的静脉循环。转移灶（B）（使用共聚焦显微镜用40X物镜色）进行计数9天注射后（C）的 。图改编自经许可后22发表的作品， 请点击此处查看该图的放大版本。
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Discussion
由于与临床试验相关的固有的成本和风险，有必要开发更好的和更严格的临床前测试方法，以充分评估新的抗癌治疗方案。当前常用的技术都表现出弱点，这可能限制它们的潜在有希望的治疗靶标/剂之间进行区分的能力，以及那些可能不太有效。我们设计了一个协议，以评估新的抗癌方法，解决了许多传统方法的不足之处。
所描述的协议的一个特别重要的特征是，以实时测量细胞反应，并跟踪通过的微小变化在代谢和粘附分钟的能力。这允许对峰药物作用，最佳剂量的确定和药物组合治疗的组件之间的交互的更详细的了解。同时，它提供了洞察discre德代谢改变在癌细胞中，这是不提供通过细胞计数，细胞凋亡，或染料转化分析该信息。该测定的一个限制是不能准确地确定它们是在药物治疗发生的细胞死亡的类型。变化生存能力将由变化粘附到生物传感器芯片被反射，但是这并不能提供有关细胞死亡的方式的信息。另外，也可以使用荧光显微镜和活细胞成像技术来确定相似的代谢数据，这可以在除了本协议20,21描述的实验中被使用。
此外，使用鸡胚胎的CAM模型来研究转移性频率以下的处理是一种有效的方法来确定一个新的目标是否，药物，或药物组合可降低癌细胞其中外渗和/或侵入周围组织的频率。这是从CLI一个特别相关的问题nical观点出发，因为转移性疾病导致高比例的死亡率之间的癌症患者。一个潜在的限制因素是实际药物治疗中不会发生所述CAM。相反，它发生在体外 ，然后经预处理的细胞注射到所述CAM。因此，这种测定法并不提供关于药物在体内的吸收或分布的信息。此外，静脉内的CAM注射是技术上具有挑战性的，需要显著实践/经验。
我们使用这个协议来评价一个BRCA2靶向的ASO致敏肿瘤细胞对DNA损伤药物顺铂的能力。我们的实验结果鉴定BRCA2作为有前途的靶用于治疗攻击，并且也提供了理论基础为BRCA2的ASO进一步临床前开发作为候选药物。我们设想该协议被用来确定新的目标组合治疗，特别是在DN的新兴领域修葺抑制。我们认为这个协议将被最好使用除了在癌症生物学的更常见的技术，以努力更严格评估新的抗癌方法。
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Disclosures
作者什么都没有透露。
Acknowledgments
这项工作成为可能，补助JK从卓越中心安大略省和安大略研究基金。
我们想拍摄期间感谢Siddika Pardhan和彼得·弗格森博士的技术援助。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| A549 cells | ATCC | CCL-185 | http://www.atcc.org/products/all/CCL-185.aspx |
| AeraSeal film | Carl Roth GmbH | ||
| AMEM | Wisent Bioproducts | 210-011-QK | |
| Antisense oligodeoxynucleotides | Avecia | BRCA2 target sequence: 5' - UAAGGAACGUCAAGAGAUAC - 3' (bases 7241-7259 ) | |
| Axio Zoom V16 Microscope | Carl Zeiss | http://www.zeiss.ca/microscopy/en_ca/products/stereo-zoom-microscopes/axio-zoom-v16.html | |
| Bionas Biosensor Chips | Bionas GmbH and Micronas GmbH | BIS8001D | |
| Bionas Discovery 2500 System | Bionas GmbH | http://www.bionas-discovery.com/prodservices/instruments/system2500/ | |
| Cisplatin | Sigma Aldrich | 479306 | |
| Fertilized chicken eggs | Sourced locally | ||
| Fetal bovine serum | Gibco - Life Technologies | ||
| Lipofectamine 2000 | Invitrogen - Life Technologies | 12566014 | http://www.lifetechnologies.com/ca/en/home/life-science/protein-expression-and-analysis/transfection-selection/lipofectamine-2000.html |
| PBS | Wisent Bioproducts | 311-010-CL | |
| Trypsin (0.25%)/EDTA | Wisent Bioproducts | 325-043-CL |
References
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