Summary

Kanser Farmakolojisi Araştırmaları için PDX ve PDX Türevli Organoidlerin Eşleştirilmiş In vivo/In vitro Hasta Kaynaklı Model Çiftlerinin Oluşturulması

Published: May 05, 2021
doi:

Summary

İn vitro tarama için hasta kaynaklı ksinograftlar (PDX) kullanılarak organoidler oluşturmak için bir yöntem açıklanmıştır, bu da eşleşen in vivo/in vitro model çiftleri ile sonuçlanır. PDX tümörleri mekanik veya enzmatik olarak küçük parçalara ayrıldı/işlendi, ardından Clevers’in orijinal PDX’e karşı pas geçen, kriyoprezerserve edilen ve karakterize edilen tümör organoidlerini yetiştirme yöntemi izlendi.

Abstract

Hasta kaynaklı tümör ksinograftları (PDX’ler), büyük ölçüde geleneksel kanser ilacı değerlendirmesi için kanser kök hücreleri (CSC) tarafından yönlendirildiğine inanılan en tahmine dayalı preklinik modeller olarak kabul edilir. Büyük bir PDX kütüphanesi hasta popülasyonlarının çeşitliliğini yansıtır ve böylece nüfusa dayalı preklinik çalışmalara olanak tanır (“Faz II benzeri fare klinik çalışmaları”); ancak, PDX düşük aktarım hızı, yüksek maliyetler ve uzun süre pratik sınırlamalara sahiptir. Aynı zamanda hasta kaynaklı CSC güdümlü modeller olan tümör organoidleri, büyük organoid veya bileşik kütüphaneleriyle başa çıkmak için belirli PDX sınırlamalarının üstesinden gelen PDX’in in vitro eşdeğeri olarak kabul edilebilir. Bu çalışma, PDX türevi organoidler (PDXO) oluşturmak için bir yöntem açıklar, böylece in vitro ve in vivo farmakoloji araştırmaları için eşleştirilmiş modeller elde edilir. Deri altı nakledilen PDX-CR2110 tümörleri tümör taşıyan farelerden, tümörler onaylanmış bir otopsi prosedürü başına 200-800 mm3‘e ulaştığında, ardından bitişik tümör dışı dokuların çıkarılması ve küçük tümör parçalarına ayrışması toplanmıştır. Küçük tümör parçaları yıkandı ve enkazı gidermek için 100 μm hücre süzgecinden geçirildi. Hücre kümeleri bodrum membran özü (BME) çözeltisinde toplanıp askıya alındı ve CO 2 inkübatörde büyümek için çevreleyen sıvı ortama sahip katı bir damlacık olarak6 kuyulu bir plakaya kaplandı. Organoid büyümesi ışık mikroskopisi altında haftada iki kez izlendi ve fotoğrafla kaydedildi, ardından haftada 2 veya 3 kez sıvı orta değişim izlendi. Yetiştirilen organoidler, tripin ilavesi ve 10 μM Y-27632 ilavesi ile birlikte mekanik kesme kullanarak BME gömülü organoidleri bozarak 1:2 oranında daha fazla geçiş yaptı (7 gün sonra). Organoidler, bme’den santrifüjleme ile serbest bırakıldıktan sonra uzun süreli depolama için kriyo tüplerde kriyopreziteserv edildi ve ayrıca daha fazla karakterizasyon için örneklendi (örneğin, DNA, RNA ve FFPE bloğu).

Introduction

Kanserler çeşitli genetik ve immünolojik bozuklukların bir koleksiyonudur. Etkili tedavilerin başarılı gelişimi, klinik sonuçları etkili bir şekilde öngören deneysel modellere oldukça bağlıdır. İyi karakterize hasta kaynaklı ksinograftların (PDX) büyük kütüphaneleri, uzun zamandır, hasta tümör özelliklerini, heterojenliği ve hasta ilaç yanıtını1yeniden yakalama yetenekleri nedeniyle kemoterapi ve / veya hedefli tedavileri test etmek için tercih edilen çevirisel in vivo sistemi olarak görmektedir, böylece Faz II benzeri fare klinik çalışmalarının klinik başarıyı iyileştirmesini sağlar2,3. PDX’ler genellikle hücre hattı türetilmiş ksinograftların aksine genetik stabiliteye sahip kanser kök hücre hastalıkları olarak kabul edilir2. Son birkaç on yılda, dünya çapında büyük PDX koleksiyonları oluşturuldu ve bugün kanser ilacı geliştirmenin atı haline geldi. Yaygın olarak kullanılmasına ve büyük çeviri değerine sahip olmasına rağmen, bu hayvan modelleri özünde maliyetli, zaman alıcı ve düşük verime sahiptir, bu nedenle büyük ölçekli tarama için yetersizdir. PDX ayrıca bağışıklıktan zarar gören bir doğa nedeniyle immün-onkoloji (GÇ) testi için istenmeyen4. Bu nedenle, mevcut büyük PDX kütüphanesinden tam olarak yararlanmak pratik değildir.

Hans Clevers’in laboratuvarı5tarafından öncülük edilen son keşifler, epitel kökenli çoğu insan organında yetişkin kök hücrelerden üretilen organoidlerin in vitro kültürlerinin kurulmasına yol açmıştır5. Bu protokoller, çeşitli endikasyonların insan karsinomlarında varsayılan CSC’lerden organoidlerin büyümesine izin vermek için daha da rafine edilmiştir6,7. Bu hasta kaynaklı organoidler (PDO’ lar) genomik olarak stabil8,9’dur ve klinik tedavi sonuçları 10 , 11,12’yioldukça tahmin ettiği gösterilmiştir. Ek olarak, PDO’ların in vitro doğası yüksek verimli tarama (HTS)13, böylece potansiyel olarak in vivo modellere göre bir avantaj sunar ve hasta popülasyonunun bir vekili olarak büyük organoid kütüphanelerinden yararlanır. PDO’lar, yukarıda açıklanan PDX’lerin birçok sınırlamasının üstesinden gelerek önemli bir keşif ve çeviri platformu olmaya hazırdır.

Hem PDO hem de PDX, terapötikleri kişiselleştirilmiş tedavi veya klinik çalışma formatı bağlamında değerlendirme yeteneğine sahip hasta kaynaklı ve CSC odaklı modellerdir. Bu nedenle,14, 15, 16, 17>3000 PDX’lerin tescilli koleksiyonu gibi mevcut büyük PDX kütüphaneleri, tümör organoidlerinin (PDX türevli organoidler veya PDXO) kütüphanelerinin hızlı üretimi için uygundur ve bu da eşleştirilmiş PDX ve PDXO modellerinin eşleştirilmiş bir kütüphanesiyle sonuçlanır. Bu rapor, kolorektal kanser PDXO-CR2110’u ebeveyn PDX-CR2110 model16ile ilgili olarak oluşturma ve karakterize etme prosedürünü açıklar.

Protocol

Çalışmaların yürütülmesinden önce, hayvanların bakımı ve kullanımı ile ilgili tüm protokoller ve değişiklikler veya prosedürler Crown Bioscience Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi (IACUC) tarafından gözden geçirilmiş ve onaylanmıştır. Hayvanların bakımı ve kullanımı, AAALAC (Laboratuvar Hayvan Bakımını Değerlendirme ve Akreditasyon Derneği) Uluslararası kılavuzlarına uygun olarak, Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Rehberi, Ulusal Araştırma Konseyi (2011) …

Representative Results

Hafif mikroskopi altındaki organoidlere özgü ve H&E boyama başına ebeveyn PDX ile tutarlı olan PDBO’ların morfolojisiIşık mikroskopisi altında PDXO-CR2110, daha önce hasta kaynaklı organoidler (PDO) için açıklandığı gibi tipik kistik morfolojiyi (Şekil 1A),pdxo ve PDO arasındaki benzerliği aynı kültür koşullarında destekleyen kanıtları göstermektedir. H&E boyama ile yapılan histopatolojik inceleme, PDXO-CR2110 dok…

Discussion

Bu raporda pdx-/PDXO-CR2110 için ön veriler, her iki model de hastanın orijinal CSC’sinden elde edilen hastalık formlarını temsil ettiği için, genomik, histopatoloji ve farmakoloji açısından PDX ve türevi PDXO arasındaki biyolojik eşdeğerliği desteklemektedir. Her iki model de hasta kaynaklı hastalık modelleridir, potansiyel olarak hastaların klinik yanıtını tahmin eden10 , 11,12,<sup class="xref…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar, makalenin eleştirel okunması ve düzenlenmesi için Dr. Jody Barbeau, Federica Parisi ve Rajendra Kumari’ye teşekkür eder. Yazarlar ayrıca Crown Bioscience Oncology in vitro ve in vivo ekibine büyük teknik çabaları için teşekkür eder.

Materials

Advanced DMEM/F12 Life Technologies 12634028 Base medium
DMEM Hyclone SH30243.01 Washing medium
Collagenese type II Invitrogen 17101015 Digest tumor
Matrigel Corning 356231 Organoid culture matrix (Basement Membrane Extract, growth factor reduced)
N-Ac Sigma A9165 Organoid culture medium
A83-01 Tocris 2939 Organoid culture medium
B27 Life Technologies 17504044 Organoid culture medium
EGF Peprotech AF-100-15 Organoid culture medium
Noggin Peprotech 120-10C Organoid culture medium
Nicotinamide Sigma N0636 Organoid culture medium
SB202190 Sigma S7076 Organoid culture medium
Gastrin Sigma G9145 Organoid culture medium
Rspondin Peprotech 120-38-1000 Organoid culture medium
L-glutamine Life Technologies 35050038 Organoid culture medium
Hepes Life Technologies 15630056 Organoid culture medium
penicillin-streptomycin Life Technologies 15140122 Organoid culture medium
Y-27632 Abmole M1817 Organoid culture medium
Dispase Life Technologies 17105041 Screening assay
CellTiter-Glo 3D Promega G9683 Screening assay (luminescent ATP indicator)
Multidrop dispenser Thermo Fisher Multidrop combi Plating organoids/CellTiter-Glo 3D addition
Digital dispener Tecan D300e Compound addition
Envision Plate reader Perkin Elmer 2104 Luminescence reading
Balb/c nude mice Beijing HFK Bio-Technology Co
RNAeasy Mini kit Qiagen 74104 tRNA purification kit
DNAeasy Blood & Tissue Kit Qiagen 69506 DNA purification kit
Histogel Thermo Fisher HG-4000-012 Organoid embedding

References

  1. Tentler, J. J., et al. Patient-derived tumour xenografts as models for oncology drug development. Nature Reviews Clinical Oncology. 9 (6), 338-350 (2012).
  2. Gao, H., et al. High-throughput screening using patient-derived tumor xenografts to predict clinical trial drug response. Nature Medicine. 21 (11), 1318-1325 (2015).
  3. Yang, M., et al. Overcoming erlotinib resistance with tailored treatment regimen in patient-derived xenografts from naive Asian NSCLC patients. International Journal of Cancer. 132 (2), 74-84 (2013).
  4. Li, Q. X., Feuer, G., Ouyang, X., An, X. Experimental animal modeling for immuno-oncology. Pharmacology & Therapeutics. 173, 34-46 (2017).
  5. Sato, T., et al. Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche. Nature. 459 (7244), 262-265 (2009).
  6. Drost, J., Clevers, H. Organoids in Cancer Researchearch. Nature Reviews Cancer. 18 (7), 407-418 (2018).
  7. Muthuswamy, S. K. Organoid Models of Cancer Explode with Possibilities. Cell Stem Cell. 22 (3), 290-291 (2018).
  8. Sachs, N., et al. A Living Biobank of Breast Cancer Organoids Captures Disease Heterogeneity. Cell. 172 (1-2), 373-386 (2018).
  9. Weeber, F., et al. Preserved genetic diversity in organoids cultured from biopsies of human colorectal cancer metastases. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (43), 13308-13311 (2015).
  10. Vlachogiannis, G., et al. Patient-derived organoids model treatment response of metastatic gastrointestinal cancers. Science. 359 (6378), 920-926 (2018).
  11. Yao, Y., et al. Patient-Derived Organoids Predict Chemoradiation Responses of Locally Advanced Rectal Cancer. Cell Stem Cell. 26 (1), 17-26 (2020).
  12. Ganesh, K., et al. A rectal cancer organoid platform to study individual responses to chemoradiation. Nature Medicine. 25 (10), 1607-1614 (2019).
  13. van de Wetering, M., et al. Prospective derivation of a living organoid biobank of colorectal cancer patients. Cell. 161 (4), 933-945 (2015).
  14. Yang, J. P., et al. A novel RNAi library based on partially randomized consensus sequences of nuclear receptors: identifying the receptors involved in amyloid beta degradation. Genomics. 88 (3), 282-292 (2006).
  15. Zhang, L., et al. A subset of gastric cancers with EGFR amplification and overexpression respond to cetuximab therapy. Scientific Reports. 3, 2992 (2013).
  16. Chen, D., et al. A set of defined oncogenic mutation alleles seems to better predict the response to cetuximab in CRC patient-derived xenograft than KRAS 12/13 mutations. Oncotarget. 6 (38), 40815-40821 (2015).
  17. Guo, S., et al. Molecular Pathology of Patient Tumors, Patient-Derived Xenografts, and Cancer Cell Lines. Cancer Research. 76 (16), 4619-4626 (2016).
  18. Sato, T., et al. Long-term expansion of epithelial organoids from human colon, adenoma, adenocarcinoma, and Barrett’s epithelium. Gastroenterology. 141 (5), 1762-1772 (2011).
  19. Tiriac, H., French, R., Lowy, A. M. Isolation and Characterization of Patient-derived Pancreatic Ductal Adenocarcinoma Organoid Models. Journal of Visualized Experiments. (155), (2020).
  20. Kopper, O., et al. An organoid platform for ovarian cancer captures intra- and interpatient heterogeneity. Nature Medicine. 25 (5), 838-849 (2019).
  21. Corcoran, R. B., et al. Combined BRAF and MEK Inhibition With Dabrafenib and Trametinib in BRAF V600-Mutant Colorectal Cancer. Journal of Clinical Oncology. , (2015).
  22. Huch, M., et al. Long-term culture of genome-stable bipotent stem cells from adult human liver. Cell. 160 (1-2), 299-312 (2015).

Play Video

Cite This Article
Xu, X., Shang, L., Wang, P., Zhou, J., Ouyang, X., Zheng, M., Mao, B., Zhang, L., Chen, B., Wang, J., Chen, J., Qian, W., Guo, S., Huang, Y., Li, Q. Creating Matched In vivo/In vitro Patient-Derived Model Pairs of PDX and PDX-Derived Organoids for Cancer Pharmacology Research. J. Vis. Exp. (171), e61382, doi:10.3791/61382 (2021).

View Video