Summary
פרוטוקול זה מתאר השתלה אורתוטופית של תאים סרטניים שמקורם בחולה בדופן הצקום של עכברים מדוכאי חיסון. המודל משחזר מחלה גרורתית מתקדמת של סרטן המעי הגס והחלחולת ומאפשר הערכה של תרופות טיפוליות חדשות בתרחיש רלוונטי קלינית של גרורות ריאה וכבד.
Abstract
במהלך העשור האחרון, מודלים פרה-קליניים יותר של סרטן המעי הגס (CRC) הוקמו באמצעות תאי סרטן שמקורם בחולים וגידולים תלת-ממדיים. מכיוון שאורגנואידים סרטניים שמקורם בחולים יכולים לשמור על המאפיינים של הגידול המקורי, מודלים פרה-קליניים אמינים אלה מאפשרים בדיקת תרופות לסרטן וחקר מנגנוני עמידות לתרופות. עם זאת, מוות הקשור ל- CRC בחולים קשור בעיקר לנוכחות של מחלה גרורתית. לכן חיוני להעריך את יעילותם של טיפולים אנטי-סרטניים במודלים רלוונטיים in vivo שבאמת משחזרים את התכונות המולקולריות העיקריות של גרורות סרטניות בבני אדם. הקמנו מודל אורתוטופי המבוסס על הזרקת תאים סרטניים שמקורם בחולי CRC ישירות לתוך דופן הצקום של עכברים. תאי גידול אלה מפתחים גידולים ראשוניים בצקום ששולחים גרורות לכבד ולריאות, דבר שנצפה לעתים קרובות בחולים עם CRC מתקדם. מודל עכבר CRC זה יכול לשמש להערכת תגובות תרופתיות המנוטרות על ידי טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (μCT), שיטת הדמיה בקנה מידה קטן רלוונטית מבחינה קלינית שיכולה לזהות בקלות גידולים ראשוניים או גרורות בחולים. כאן, אנו מתארים את ההליך הכירורגי ואת המתודולוגיה הנדרשת להשתלת תאים סרטניים שמקורם בחולה בדופן הצקום של עכברים מדוכאי חיסון.
Introduction
סרטן המעי הגס והחלחולת (CRC) הוא הגורם השני למוות מסרטן ברחבי העולם1. היכולת ליצור מודלים של גידול in vitro או in vivo הנגזרים מתאי גידול בודדים של מטופל היא בעלת רפואה מדויקת מתקדמת באונקולוגיה. במהלך העשור האחרון, אורגנואידים שמקורם בחולים (PDOs) או xenografts (PDXs) שימשו קבוצות מחקר רבות ברחבי העולם2. PDOs הם מבנים רב-תאיים במבחנה הדומים לתכונות של רקמת הגידול המקורית ויכולים לארגן את עצמם ולחדש את עצמם3. מודלים מבטיחים אלה במבחנה יכולים לשמש בהצלחה לסינון תרופות ולהקל על מחקר תרגומי. בצד השני, מודלים של PDX משחזרים נאמנה את ה-CRC המקורי בכל הרמות הרלוונטיות, מהיסטולוגיה ועד תכונות מולקולריות ותגובה לתרופות 2,4.
In vivo מודלים של PDX גדלים בעיקר כגידולים תת-עוריים בעכברים מדוכאי חיסון. באמצעות גישה זו, PDX הפכו לתקן הזהב בחקר הסרטן, במיוחד לחקר רגישות או עמידות לתרופות. עם זאת, מקרי מוות הקשורים ל- CRC קשורים בעיקר לנוכחות נגעים גרורתיים בכבד, בריאה או בחלל הצפק, ואף אחת משתי הגישות (PDO או PDX) אינה יכולה לשחזר את ההגדרה הקלינית המתקדמת. בנוסף, האתר הספציפי של צמיחת הגידול הוכח כקובע מאפיינים ביולוגיים חשובים שיש להם השפעה על יעילות התרופה ופרוגנוזה של המחלה2. לכן, יש צורך דחוף להקים מודלים פרה-קליניים שניתן להשתמש בהם כדי להעריך את יעילותן של תרופות אנטי-סרטניות בסביבה גרורתית רלוונטית מבחינה קלינית6.
סורקי טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (μCT) יכולים לתפקד כסורקי CT קליניים מוקטנים, ולספק הדמיה ראשונית של גידול וגרורות בעכברים ברזולוציית תמונה בקנה מידה פרופורציונלי לזו של תמונות CT של חולי סרטן7. כדי לנטרל את הניגודיות הירודה של רקמות רכות בטכניקת μCT, ניתן להשתמש בחומרי ניגוד רדיולוגיים עם יוד כדי לשפר את הניגודיות ולהעריך את נטל הגידול. באמצעות גישה של ניגודיות כפולה, יוד פומי ותוך-צפקי ניתן בתזמונים שונים. הניגודיות הניתנת דרך הפה מסייעת להגדיר את הגבולות בין רקמת הגידול לבין תכולת הצקום בתוך המעי. בצד השני, הניגוד הניתן תוך צפקית מאפשר זיהוי הגבולות החיצוניים של מסת הגידול, אשר לעתים קרובות גדל ופולש הצפק8.
כתב היד מתאר פרוטוקול לביצוע השתלה אורתוטופית של תאים סרטניים שמקורם בחולה בדופן הצקום של עכברים מדוכאי חיסון, ואת המתודולוגיה לניטור צמיחת גידולי מעיים באמצעות סריקת μCT. כתב היד הנוכחי מראה כי המודל משחזר את התרחיש הקליני של גידולי מעיים מתקדמים ומחלה גרורתית בחולי CRC שלא ניתן לחקור באמצעות מודלים של PDO או PDXO. מכיוון שמודלים אורתוטופיים PDX של CRC משחזרים את התרחיש הקליני של חולי CRC, אנו מסיקים כי הם הטובים ביותר עד כה לבדיקת יעילותן של תרופות אנטי גידוליות בגידולי מעיים מתקדמים ובמחלות גרורתיות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
התקבלה הסכמה מדעת בכתב מכל המטופלים. הפרויקט אושר על ידי ועדת האתיקה למחקר של בית החולים האוניברסיטאי Vall d'Hebron, ברצלונה, ספרד (אישור ID: PR(IR)79/2009 PR(AG)114/2014, PR(AG)18/2018). דגימות רקמת המעי הגס האנושי כללו ביופסיות מאזורים לא נמקיים של אדנוקרצינומה ראשונית או גרורות בכבד, המתאימות לחולים עם סרטן המעי הגס והחלחולת שעברו כריתת גידול. הניסויים נערכו בהתאם לדירקטיבה לטיפול בבעלי חיים של האיחוד האירופי (86/609/EEC) ואושרו על ידי הוועדה האתית לניסויים בבעלי חיים של מכון המחקר VHIR-the Vall d'Hebron (ID: 40/08 CEEA, 47/08/10 CEEA ו- 12/18 CEEA).
הערה: נקבה NOD-SCID (הנהון. עכברי CB17-Prkdcscid/NcrCrl) מגיל 8 שבועות נרכשו ממעבדות נהר צ'ארלס.
1. גזירה של תאי המטופל
- מיצוי גידולים
הערה: ההליך הבא מבוצע בארון ביולוגי בטמפרטורת החדר (RT) במתקן לבעלי חיים.- יש לקבל דגימות גידול מהניתוחים או הביופסיות של החולים ומ-PDX הגדלים תת עורית בעכברים.
- להזרקה האורתוטופית, הכינו את תאי הגידול ממודלים מבוססים של גידולי PDX תת-עוריים במקום רקמה המתקבלת ישירות מחולים9.
- יצירת גידולי PDX על ידי חיסון תרחיף של 1 x 105 תאי גידול במי מלח חוצצים פוספט (PBS) (50 μL) מעורבבים עם מטריצת מטריג'ל (50 μL) תת עורית בצלע של עכברי NOD-SCID2.
- למדוד את צמיחת הגידול באמצעות קליפר אחת ליומיים.
הערה: חשוב לציין, המעבדה שלנו יצרה ביובנק של יותר מ -350 מודלים PDX. מודלי הגידול CRC-PDX המשמשים בפרוטוקול הם מודלים מבוססים של PDX במעבדה שהוגדלו ביותר משלושה מעברים בעכברים, ועברו את קריטריוני ההכללה/הרחקה עם תוצאה חיובית (טבלה 1).
- למדוד את צמיחת הגידול באמצעות קליפר אחת ליומיים.
- יש להרדים את העכברים על ידי נקע צוואר הרחם כאשר גידולים תת-עוריים מגיעים לגודל המרבי שנקבע על ידי CEEA (קוטר של 1 ס"מ), או כאשר בעלי החיים מגיעים לקריטריונים של נקודת קצה.
- לחלץ את הגידול ולהסיר אותו בזהירות מן העור ואת הרקמה הלא גידולית שמסביב באמצעות מספריים ומלקחיים.
- אחסן את הגידולים שנקטפו ב- PBS ב -4 מעלות צלזיוס עד לשלב הבא.
הערה: יש לנתק את הגידולים בתרחיף תאים בהקדם האפשרי לאחר הסרתם ממיקומם המקורי בנגעים של החולים או בקסנוגרפטים תת-עוריים בעכברים. כדאיות התא מופחתת באופן משמעותי 24 שעות לאחר הסרת הרקמות, וכתוצאה מכך השתלה לא יעילה בעכברים מושתלים.
- הכנת תאים
הערה: ההליך הבא מבוצע בארון ביולוגי בטמפרטורת החדר (RT) בחדר תרבית הרקמות.- נתקו את הגידולים באמצעות להב בצלחת תרבית בקוטר 10 ס"מ עם 1 מ"ל של מדיום CoCSCM 6Ab שלם (טבלה 2) (כדי להקל על הטחינה). מניחים את הדגימה ההומוגנית המנותקת לתוך צינור חרוטי 15 מ"ל.
- הוסף מדיום CoCSCM 6Ab מלא לנפח סופי של 5 מ"ל (השתמש לא יותר מ -3 מ"ל של דגימה מנותקת באותה צינור).
הערה: CRC ראשוני שהוחזר מחולים מזוהם באופן טבעי בחיידקים ופטריות. חיוני להסיר פתוגנים הנמצאים בדגימת החולה המקורית באמצעות קוקטייל של שש אנטיביוטיקות (פניצילין, סטרפטומיצין, פטריות, קנמיצין, גנטמיצין וניסטטין). הזרקת תאי גידול מזוהמים בחיידקים בעכברים מדוכאי חיסון עלולה לגרום למוות של בעלי חיים. - לדגור עם 50 μL של DNase I (0.08 kU / mL) ו 50 μL של collagenase (1.5 מ"ג / מ"ל) (מדיום העיכול; טבלה 2) למשך שעה אחת בטמפרטורה של 37°C באינקובטור של תרבית תאים, במיקום של 45°. מערבבים היטב את התמיסה כל 15 דקות עם פיפטה 5 מ"ל לפני הדגירה.
הערה: נתקו את רקמת הגידול ועיכלו אותה על ידי פיפטינג מספר פעמים כדי לקבל תמיסה של תא בודד. זה חיוני לספירת התאים לפני הזרקה בעכברים מושתלים ולכן השגת השתלה הומוגנית של תאים סרטניים. - מוסיפים 5 מ"ל של CoCSCM 6Ab בינוני שלם ומערבבים היטב עם פיפטה 5 מ"ל.
- מיין את התמיסה עם מסננת תאים 100 מיקרומטר באמצעות צינור סטרילי חדש 50 מ"ל.
- סובב את התאים הממוינים ב- 500 x g למשך 8 דקות ב- RT.
- שאפו את הסופר-נאנט.
- להשעות מחדש את הגלולה ב 3 מ"ל של 1x RBC lysis buffer solution.
- דגירה במשך 10 דקות ב- RT.
- הוסף 3 מ"ל של מדיום CoCSCM 6Ab שלם, פיפטה את הדגימה, וסחרור ב 500 x גרם במשך 10 דקות ב RT. שאפו את הסופרנטנט.
- השהה מחדש את הגלולה עם 5-10 מ"ל של מדיום CoCSCM 6Ab מלא, והשתמש מונה תאים כדי לחשב את מספר התאים הכולל.
- סובב את התאים ב 500 x גרם במשך 10 דקות ב- RT, והשהה מחדש ב- 10 מ"ל של PBS.
- להשעות מחדש את הגלולה כדי לקבל ריכוז של 20 x 106 תאים / מ"ל, ומערבבים היטב כדי לקבל השעיית תאים הומוגנית.
- הכינו מזרקים 29 גרם (0.5 מ"ל U 100 מחט, 0.33 מ"מ [29 גרם] x 12.7 מ"מ) להזרקת צקום בתרבית הרקמה (מזרק/עכבר אחד). יש להעמיס 50 μL של תרחיף תאי הגידול (1 x 106 תאים / הזרקה) לתוך המזרק ולשמור אותו על קרח. ודא כי בועות האוויר הוסרו מן המתלה התא.
הערה: סילוק בועות אוויר כאשר תאי הגידול נטענים במזרק חיוני כדי למנוע הזרקה של נפח מוגזם בדופן הצקום, אשר עלול לגרום לקרע רקמות ואובדן דגימה. חובה לערבב היטב את תרחיף התא בעת טעינת המזרק כדי למנוע גודל גידול לא אחיד בקרב עכברים באותו ניסוי.
2. הזרקה אורתוטופית בצקום
הערה: ההליך הבא מבוצע על ספסל בחדר ספציפי ללא פתוגן (SPF) במתקן בעלי החיים. הציוד המשמש מנוקה ומעוקר בעבר. בנוסף, הוא מעוקר שוב במעקר נייד בין אנשים או אזורים במתקן בעלי החיים.
- נקו את אתר הניתוח על ידי ריסוס בחומר חיטוי, חומר ניקוי וניגוב.
- לנטרל את בטן העכברים באמצעות מכונה להסרת שיער בעכבר.
- הנח את העכבר במצב שכיבה. השתמש 2% isoflurane כדי להרדים את החיה. אשר את השפעת ההרדמה על ידי צביטה עדינה של הגפיים והתבוננות בהיעדר גירוי.
- יש להניח טיפה של 50-100 מיקרוליטר משחה וטרינרית (3 מ"ג/גרם Lacryvisc) בעיניים כדי למנוע יובש במהלך ההרדמה.
- לחטא את בטן העכבר על ידי קרצוף עם chlorhexidine או povidone-יוד מספר פעמים בתנועה מעגלית.
- בצע חתך אורכי של 1 ס"מ מעל הבטן התחתונה באמצעות מספריים לניתוח. יש להפריד בזהירות את העור לכל אתר כדי להציג את הצפק שנמצא מתחת לעור.
- בצע חתך של 0.5-1 ס"מ בקרום הצפק, גדול מספיק כדי להוציא את הצקום.
הערה: החלק החיצוני של הצקום מבלי לתמרן יתר על המידה את האיברים הפנימיים, מה שעלול להגדיל באופן דרמטי את קטלניות ההליך. - בזהירות לבודד את cecum מן העכבר באמצעות גזה סטרילית לחתוך מראש.
- להרטיב את cecum עם תמיסת מלח לאורך כל ההליך.
- לשתק את הצקום על ידי אחיזה זהירה בו עם מלקחיים, ולהכניס את המחט באופן שטחי לתוך דופן הצקום. הימנע נימים וכלי באתר ההזרקה. הסר בועות ממתלה התא.
- להזריק את כל 50μL של תרחיף תאי הגידול לאט. זה בדרך כלל לוקח בערך 10 שניות לנהל. הימנע ניקוב לומן cecum עם המחט, כמו זה גורם חיסול של השעיית תאי הגידול מהגוף באמצעות פריסטליס מעיים.
הערה: הזרקת תרחיף תאי הגידול בצקום של העכברים היא השלב המאתגר ביותר של ההליך כולו. בחלק זה של הפרוטוקול יש להשתמש באור בהיר הממוקד באזור ההזרקה ובזכוכית מגדלת. הציגו את המחט במקביל למשטח הצקום. הצקום הוא רקמה שברירית מאוד; לכן, אימוביליזציה של cecum צריך להתבצע באמצעות מלקחיים כירורגיים ועל ידי הפעלת לחץ עדין כדי למנוע קרע רקמות וכתוצאה מכך דימום. השתלה מוצלחת גורמת לבועה לבנה (גלולת תאים) בדופן הצקום. אם לא ניתן לדמיין את הבועה, זה עשוי להצביע על כך שהצקום היה מחורר והתאים הסתיימו בצקום לומן, וכתוצאה מכך הם נוקו על ידי מערכת העיכול. - לאחר ההזרקה, הסר באיטיות את המחט מהצקום והפעל לחץ עדין על אתר ההזרקה עם מוליך צמר גפן, כדי למנוע בריחה של תאי הגידול ולהפחית דימום קל.
- נקו את הצקום בתמיסת מלח כדי להסיר לכלוך.
- להחזיר את הצקום בחזרה לבטן החיה.
- סגור את הצפק באמצעות תפרים 5/0.
- סגור את עור הבטן באמצעות תפרים 5/0.
- מתן אנטיביוטיקה לאחר הניתוח (100 מ"ג / ק"ג אמוקסיצילין או 20 מ"ג / ק"ג enrofloxacin) ומשככי כאבים (5 מ"ג / מ"ל metacam / meloxicam) על ידי הזרקה תת עורית. הניחו את העכברים על כרית חימום ושמרו אותם שם עד להחלמה מלאה. לאחר מכן, החזירו אותם לכלוב עם בעלי חיים אחרים.
3. הערכת גידול אורתוטופי באמצעות סריקת μCT
הערה: ההליך הבא מבוצע בפלטפורמת הדמיה פרה-קלינית (PIP) ממתקן בעלי החיים.
- לבצע את כל ההליכים בבעלי חיים בהתאם לתקנות ועדת האתיקה המוסדית.
- התחל לעקוב אחר נפח הגידול על ידי μCT שבועיים לאחר הזרקת התא, וכל שבוע לאחר מכן.
- לדלל טרי את חומר הניגוד iopamiro (300 מ"ג / מ"ל) בתמיסת מלח, ביחס של 3: 1 עבור שתי המנות. לנהל 300 מ"ל של iopamiro על ידי gavage אוראלי.
הערה: בשל הניגודיות הירודה של הרקמות הרכות של μCT, מומלץ להשתמש בחומר ניגוד כדי לשפר את רגישות הטכניקה. הפרוטוקול כולל מתן פומי של חומר מבוסס יוד (iopamiro) כדי לתחום את נטל הגידול intraluminal, וניהול intraperitoneal משני של אותו סוכן כדי להגדיר את נטל הגידול בפנים הקרביים של המעי. ניסויי פיילוט בוצעו בעבר כדי לקבוע את הזמן המדויק שבו חומר הניגוד צריך להגיע לצקום של עכברים לפני חיסולו. במקרה של iopamiro, זה סביב 2 שעות. - לאחר 2 שעות, לנהל זריקה intraperitoneal של 300 מ"ל של iopamiro מדולל בעבר. הממשל מסייע להגדיר את גבולות הגידול בפנים הקודקודיות.
- מרדימים את בעלי החיים באמצעות איזופלורן 2%.
- לאחר אישור כי החיה מורדמת כראוי על ידי צביטת כף הרגל של העכבר, מניחים את החיה במיטת הסריקה של μCT. התנוחה הטובה ביותר היא שכיבה (עם הפנים כלפי מעלה).
- בתוכנת הבקרה, הפעל את המצב החי (מצב פלואורוסקופיה) כדי למקם את אזור הבטן בשדה הראייה (FOV) של הסורק. כדי לעשות זאת, להזיז את המיטה קדימה ואחורה ולרוחב עד המיקום הרצוי מושגת. סובבו את צינור הרנטגן ואת הגלאי ב-90°, והזיזו את מיטת הסריקה בציר ה-Y כדי למרכז את בעל החיים לחלוטין.
- השתמש בפרמטרים הבאים עבור תמונות סריקת μCT: FOV של 30 מ"מ, 26 שניות של זמן רכישה, 90 kV של מתח זרם ו- 200 μA של זרם אמפראז', באמצעות מערכת הדמיה FX μCT.
- החזירו את בעלי החיים לכלוביהם להתאוששות בסיום הסריקה. לספק תמיכה תרמית ולפקח על בעלי החיים עד שהם מתאוששים מהרדמה לפני שהם חוזרים לדיור.
- רכישת μCT מניבה קובץ בגודל 250 Mb עבור כל סריקה. קבצי הנתונים שנוצרו הם בעלי פורמט VOX. על מנת להפוך אותם לנגישים עבור כל תוכנת ניתוח הדמיה, המר את הקבצים לפורמט DICOM באמצעות תוכנת ניהול מסד הנתונים של μCT. אחסן את אצווה של קבצים שנוצרו בדיסק קשיח נייד כדי לנתח אותם באמצעות כל מחשב עם תוכנת הדמיה זמינה.
הערה: במהלך ניתוח תמונה, הצקום ממוקם כמעי מורחב עם תוכן רדיוצפופ (יופמירו), לעתים קרובות בצד שמאל של הבטן הקאודלית. בגמישות הקרביים של הצקום, נצפתה התעבות קיר, בהשוואה לאזורי המעי הסמוכים. העיבוי מתאים לצמיחת הגידול. - לאחר שהגידול מקומי, מצא את הקוטר הגבוה ביותר בתצוגות השונות (צירית, קורונלית וקשת). מדוד את שלושת הצירים הללו וחשב את נפח הגידול לפי נוסחת האליפסואידים: נפח = 4/3π x (x-semiaxis x y-semiaxis x z-semiaxis)10.
4. התערבות טיפולית בעכברים הנושאים גידולים אורתוטופיים
- עקוב אחר העכברים הנושאים גידולים אורתוטופיים מדי שבוע.
- כאשר אות סריקת μCT של הגידול מזוהה ברוב העכברים, בצע סריקת μCT נוספת בשבוע שלאחר מכן כדי לאשר את נוכחות הגידול.
הערה: זמן תחילת הטיפול תלוי במודל PDX בו נעשה שימוש, ונע בין 3-12 שבועות לאחר חיסון תאי הגידול בצקום. - חילקו את העכברים באופן אקראי לארבע קבוצות: קבוצת רכב (n = 10-15 עכברים), קבוצת תרופות בדיקה (n = 10-15 עכברים), קבוצת כימותרפיה סטנדרטית (n = 10-15 עכברים) וקבוצת טיפול משולבת (n = 10-15 עכברים).
- טפל בעכברים תוך צפקית עם מי מלח (קבוצת רכב), תרופת הבדיקה (20 מ"ג/ק"ג) (קבוצת תרופות בדיקה), אירינוטקאן (50 מ"ג/ק"ג) (קבוצת טיפול סטנדרטית), או תרופת הבדיקה (20 מ"ג/ק"ג) עם אירינוטקאן (50 מ"ג/ק"ג) (קבוצת טיפול משולב). בצע את מתן פעם בשבוע עד סוף הניסוי.
- עקוב אחר צמיחת הגידול מדי שבוע על ידי סריקת μCT לאורך כל הניסוי.
- בסוף הניסוי, הרדימו את העכברים על ידי פריקת צוואר הרחם ואספו כבדים, ריאות וכל נגע אפשרי אחר באיברים אחרים.
- יש לכלול את דגימות הרקמה בקלטות ולדגור עליהן ב-4% פורמלין למשך הלילה. השתמש ברקמת המעי מעכבר ללא גידול בצקום כבקרה.
- מוציאים את הקלטות מהפורמלין ודגרים עם 70% אתנול למשך 3 שעות לפחות.
- הטמע את הקלטות עם פרפין, באמצעות פרוטוקולים סטנדרטיים של מתקן היסטופתולוגיה.
- בצע צביעת המטוקסילין ואאוזין (H&E) מהצקום, הכבד והריאות, תוך שימוש בפרוטוקולים סטנדרטיים של מתקן היסטופתולוגיה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
עכברים שהושתלו בהם תאים סרטניים שמקורם בחולה נוטרו מדי שבוע על ידי סריקת μCT. בתום הניסוי הומתו בעלי החיים. מעיים, צקה (איור 1A,B), כבד, ריאות וכל נגע אפשרי אחר נאספו, נכללו בקלטת ותוקנו עם 4% פורמלין במהלך הלילה. רקמת מעי של עכבר ללא גידול בצקום שימשה כבקרה (איור 1C). לבסוף, קלטות שונו ל 70% אתנול לפחות 3 שעות פרפין מוטבע. צביעת המטוקסילין ואאוזין (H&E) מצקה, כבד וריאות בוצעה באמצעות פרוטוקולים סטנדרטיים של מתקן היסטופתולוגי לזיהוי תאי גידול (איור 2, איור 3 ואיור 4).
בניסוי אחר, עכברים הנושאים גידולים אורתוטופיים נוטרו מדי שבוע. כאשר אותת סריקת μCT של הגידול זוהה ברוב העכברים (בסביבות 2-4 שבועות, תלוי במודל PDX), החיות חולקו באופן אקראי לארבע קבוצות וטופלו ברכב, בתרופת הבדיקה (20 מ"ג/ק"ג), בכימותרפיה הסטנדרטית אירינוטקאן (50 מ"ג/ק"ג), או בתרופת הבדיקה עם אירינוטקן. התרופות ניתנו תוך צפקית אחת לשבוע עד לסיום הניסוי. צמיחת הגידול נוטרה מדי שבוע על ידי סריקת μCT במהלך הניסוי. התוצאות הצביעו על כך שתרופת הבדיקה גרמה לירידה בנפח הגידול, שחושבה על-ידי תמונות סריקת μCT, וזה השתפר בשילוב עם טיפול באירינוטקן (איור 5 ואיור 6).
מחקרים קודמים במעבדה שלנו הראו כי הפוטנציאל הגרורתי (קרצינומטוזיס, גרורות ריאה וכבד) של מודלים אורתוטופיים CRC-PDX תלוי במודל PDX המשמש (טבלה 3)2. במחקר הנוכחי נבדקה גם היעילות הטיפולית על היווצרות גרורות. התוצאות הצביעו על כך שהתרופה הבודקת, אירינוטקן, והשילוב חיסלו היווצרות גרורות ריאה וכבד בעכברים שטופלו (טבלה 4)11.
איור 1: תמונות מקרוסקופיות של המעי של עכברים הנושאים גידולים אורתוטופיים CRC-PDX. תמונות מעי מקרוסקופיות משני עכברים הנושאים גידול PDX אורתוטופי (A,B) בסוף הניסוי. גידולי ססקום מוגדרים באדום בתמונות. (C) תמונת מעי של עכבר ללא גידול בצקום כבקרה. מוטות קנה מידה = 5 מ"מ (A,B); 1 ס"מ (C). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: תמונות היסטולוגיות של גידולי CRC-PDX אורתוטופיים. צביעת H&E של מודל גידול PDX בצקום בסוף הניסוי בהגדלה נמוכה (A) וגבוהה (a). גידולי ססקום מוגדרים באדום בתמונות. פסי קנה מידה = 2.5 מ"מ (A); 100 מ"מ (a). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: תמונות היסטולוגיות של גרורות ריאה שמקורן בגידול אורתוטופי CRC-PDX צביעת H&E של ריאה מעכבר הנושא גידול PDX אורתוטופי. גרורות ריאה ניתן לראות בהגדלה נמוכה (A) וגבוהה (a). גרורות ריאה מוגדרות באדום בתמונות. מוטות קנה מידה = 250 מ"מ (A); 100 מ"מ (a). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: תמונות היסטולוגיות של גרורות בכבד שמקורן בגידולים אורתוטופיים CRC-PDX. צביעת כבד על ידי עכבר הנושא גידול PDX אורתוטופי. גרורות בכבד ניתן לראות בהגדלה נמוכה (A) וגבוהה (a). גרורות בכבד מוגדרות באדום בתמונות. סרגלי קנה מידה מצוינים בתמונות. פסי קנה מידה = 500 מ"מ (A); 50 מ"מ (a). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: יעילות טיפולית של תרופת בדיקה במודל CRC-PDX אורתוטופי. דוגמה לניסוי עם ארבע קבוצות (רכב, בדיקת תרופה, אירינוטקן, ובדיקת תרופה עם אירינוטקן)11. נפח הגידול המתקבל מתמונות סריקת μCT מיוצג לאורך זמן (A) ובסוף הניסוי (יום 42) (B). ברים, ± SE (n = 15-30) ו- *p < 0.05, ***p < 0.001, ****p < 0.0001 לעומת רכב (t-test, דו צדדי). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: תמונות μCT מעכברים הנושאים גידולי CRC-PDX אורתוטופיים בטיפול. תמונות μCT מייצגות של עכברים הנושאים גידולים אורתוטופיים שטופלו בתרופה טיפולית. הצקום (אדום) ומסת הגידול (כחול) מוגדרים בתמונות. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
טבלה 1: הקמת PDX תת עורי. דוגמה לשלושה מודלים של PDX שהוקמו במעבדה (P1, P2 ו-P3) מהביובנק2 שלנו של יותר מ-350 מודלים של PDX עם מספר התאים שחוסנו, שכיחות התבססות PDX והמעברים בעכברים. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
טבלה 2: ריאגנטים להכנת גורמי הגדילה (GF) MIX 10X, CoCSCM 6Ab ללא EGF, FGF2 וגורמי גדילה, המדיום המלא CoCSCM 6Ab ומדיום העיכול. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
טבלה 3: פוטנציאל גרורתי של מודלים אורתוטופיים CRC-PDX. דוגמה לשלושה מודלים אורתוטופיים של CRC-PDX שהוקמו במעבדה (P1, P2 ו-P3) מהביובנק2 שלנו. כאן מצוינים מספר התאים שחוסנו, שכיחות היווצרות גידולי צקום והשכיחות ליצירת קרצינומטוזיס, גרורות ריאה או גרורות בכבד. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
טבלה 4: יעילות גרורתית טיפולית של תרופה בודקת במודל CRC-PDX אורתוטופי. דוגמה לניסוי עם ארבע קבוצות (רכב, בדיקת תרופה, אירינוטקן, ובדיקת תרופה עם אירינוטקן)11. כאן מצוין מספר העכברים בכל קבוצה ומי מהם פיתח קרצינומטוזיס, גרורות ריאה או גרורות בכבד בסוף הניסוי. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
במהלך העשורים האחרונים, טיפולים אנטי-סרטניים חדשים רבים פותחו ונבדקו בחולים עם סוגי גידולים שונים, כולל סרטן המעי הגס (CRC). למרות שתוצאות מבטיחות במודלים פרה-קליניים נצפו במקרים רבים, היעילות הטיפולית בחולים עם CRC גרורתי מתקדם הייתה מוגבלת לעתים קרובות. לכן, יש צורך דחוף במודלים פרה-קליניים המאפשרים לבחון את יעילותן של תרופות טיפוליות חדשות בתרחיש גרורתי רלוונטי מבחינה קלינית.
כתב היד מתאר בפירוט מודל מתקדם של CRC אורתוטופי PDX המבוסס על השתלת תאי גידול של חולים בדופן הצקום של עכברים מדוכאי חיסון12.
המתודולוגיה גוזלת זמן וריכוז תובעני. בממוצע, הזרקת ניסוי עם 30 עכברים עשויה להימשך כ-11 שעות בסך הכל, כולל: 1) איסוף גידולי PDX (שעה אחת); עיבוד גידול (4 שעות); והשתלת צקום (6 שעות). ההליך חייב להתבצע בתנאים סטריליים, תוך מזעור זמן עיבוד הגידול והזרקתו, תוך מניפולציה של איברים פנימיים בזהירות רבה כדי למנוע תמותה הקשורה לניתוח. לכן מומלץ מאוד לבצע מספר ניסויי פיילוט עם שורות תאים סרטניים או תאי PDX, כדי להכשיר את החוקרים ולהכיר להם את ההליך. בנוסף, שני חוקרים חייבים להיות מעורבים בהליך, אחד לאסוף ולעבד את הגידול, כמו גם לעזור עם התפרים של בעלי החיים, והשני לבצע את הניתוח בפועל.
חשוב גם לשקול כי גידולי cecum יכול לגדול לתוך לומן של המעי או בתוך cecum, בהתאם מודל PDX ואתר ספציפי של ההזרקה. התוצאה של גידול הגידול קשה לשליטה ויכולה להשפיע באופן דרמטי על הישרדות העכברים, וכתוצאה מכך גידולים קטנים יותר וחסימת מעיים חמורה כאשר הגידולים גדלים בתוך לומן. לכן יש לעקוב אחר העכברים מדי שבוע, החל מהשבוע שלאחר השתלת התא. ברגע שרוב העכברים מציגים אות גידול על ידי סריקת μCT, יש להוציא בעלי חיים ללא קליטה, והשאר מחולקים באופן אקראי לקבוצות ניסוי המבוססות על נפח הגידול. כדי לקבל תוצאות מובהקות סטטיסטית, כל קבוצת ניסוי צריכה לכלול 12-15 עכברים.
ניטור עכברים נושאי גידול חיוני כדי לקבוע את יעילותם של חומרים טיפוליים חדשים במודלים אורתוטופיים רלוונטיים מבחינה קלינית. סריקות μCT מאפשרות זיהוי וכימות של נפח הגידול הראשוני בעכברים. השימוש בניגודיות כפולה מגדיל באופן משמעותי את הרגישות של טכניקת μCT, ומשפר את איכות התמונות8. הצמיחה של תאי הגידול בצקום יכולה להוביל לגידולים intraluminal אם הם גדלים לכיוון לומן של המעי, או גידולים extraluminal אם הם גדלים מתוך לומן של המעי. שני התרחישים נצפו במתודולוגיה הקודמת, והם תלויים במודל PDX המשמש ובאתר ההזרקה. העכברים התאוששו לחלוטין מהסריקה, ללא עדות קלינית לנזק כלייתי או מקרים אחרים. התוצאות מראות כי הדמיית μCT יכולה להיות כלי שימושי למעקב אחר התפתחות וצמיחה אורכית של CRC.
מודלים אורתוטופיים משחזרים במדויק CRCקליני 12 והם שימושיים מאוד לבדיקת ההשפעה של תרופות טיפוליות חדשות על צמיחת גידול ראשונית וגרורות בכבד וריאות 2,11. עם זאת, פרוטוקול כתוב מפורט עשוי שלא להספיק לקבוצת מחקר חדשה כדי לבסס מודלים מורכבים כאלה. בתגובה, הסרטון הנוכחי נועד להנחות קבוצות מחקר ליישם הליך זה במחקריהן. הוא מראה את הליך ההשתלה של תאים בדופן הצקום של עכברים מדוכאי חיסון ואת המתודולוגיה לניטור צמיחת גידולי המעי באמצעות סריקת μCT.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ללא.
Acknowledgments
אנו מודים לקרן Cellex, לרשת CIBERONC ולמכון סאלוד קרלוס השלישי על תמיכתם. יתר על כן, אנו מודים גם לפלטפורמת הדימות הפרה-קלינית במכון המחקר Vall d'Hebron (VHIR), שם בוצעו הניסויים.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| REAGENT | |||
| Apo-Transferrin | MERCK LIFE SCIENCE S.L.U. | T1147-500MG | |
| B27 Supplement | Life Technologies S.A (Spain) | 17504044 | |
| Chlorhexidine Aqueous Solution 2% | DH MATERIAL MÉDICO, S.L. | 1111696250 | |
| Collagenase | MERCK LIFE SCIENCE S.L.U. | C0130-500MG | |
| D-(+)-Glucose | MERCK LIFE SCIENCE S.L.U. | G6152 | |
| DMEM /F12 | LIFE TECHNOLOGIES S.A. | 21331-020 | |
| DNase I | MERCK LIFE SCIENCE S.L.U. | D4263-5VL | |
| EGF | PEPRO TECH EC LTD. | AF-100-15-500 µg | |
| FGF basic | PEPRO TECH EC LTD. | 100-18B | |
| Fungizone | Life Technologies S.A (Spain) | 15290026 | |
| Gentamycin | LIFE TECHNOLOGIES S.A. | 15750037 | |
| Heparin Sodium Salt | MERCK LIFE SCIENCE S.L.U. | H4784-250MG | |
| Insulin | MERCK LIFE SCIENCE S.L.U. | I9278-5ML | |
| Iopamiro | |||
| Isoflurane | - | - | |
| Kanamycin | LIFE TECHNOLOGIES S.A. | 15160047 | |
| L-Glutamine | LIFE TECHNOLOGIES S.A. | 25030032 | |
| Matrigel Matrix | CULTEK, S.L.U. | 356235/356234/354234 | |
| Metacam, 5 mg/mL | - | - | |
| Non-essential amino acids | LIFE TECHNOLOGIES S.A. | 11140035 | |
| Nystatin | MERCK LIFE SCIENCE S.L.U. | N4014-50MG | |
| Pen/Strep | Life Technologies S.A (Spain) | 15140122 | |
| Phosphate-buffered saline (PBS), sterile | Labclinics S.A | L0615-500 | |
| Progesterone | MERCK LIFE SCIENCE S.L.U. | P0130-25G | |
| Putrescine | MERCK LIFE SCIENCE S.L.U. | P5780-5G | |
| RBC Lysis Buffer | Labclinics S.A | 00-4333-57 | |
| Sodium Pyruvate | LIFE TECHNOLOGIES S.A. | 11360039 | |
| Sodium Selenite | MERCK LIFE SCIENCE S.L.U. | S5261-25G | |
| ESSENTIAL SUPPLIES | |||
| 8 weeks-old NOD.CB17-Prkdcscid/NcrCrl mice | - | - | |
| BD Micro-Fine 0.5 ml U 100 needle 0.33 mm (29G) x 12.7 mm | BECTON DICKINSON, S.A.U. | 320926 | |
| Blade #24 | - | - | |
| Cell Strainer 100 µm | Cultek, SLU | 45352360 | |
| Forceps and Surgical scissors | - | - | |
| Heating pad | - | - | |
| Lacryvisc, 3 mg/g, ophthalmic gel | - | - | |
| Surfasafe | - | - | |
| Suture PROLENE 5-0 | JOHNSON&JOHNSON S, A. | 8720H | |
| EQUIPMENT/SOFTWARE | |||
| Quantum FX µCT Imaging system | Perkin Elmer | Perkin Elmer | http://www.perkinelmer.com/es/product/quantum-gx-instrument-120-240-cls140083 |
References
- Sung, H., et al. Global Cancer Statistics 2020: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA: a Cancer Journal for Clinicians. 71 (3), 209-249 (2021).
- Puig, I., et al. A personalized preclinical model to evaluate the metastatic potential of patient-derived colon cancer initiating cells. Clinical Cancer Research. 19 (24), 6787-6801 (2013).
- Clevers, H. Modeling development and disease with organoids. Cell. 165 (7), 1586-1597 (2016).
- Byrne, A. T., et al. Interrogating open issues in cancer precision medicine with patient-derived xenografts. Nature Reviews. Cancer. 17 (4), 254-268 (2017).
- Vatandoust, S., Price, T. J., Karapetis, C. S. Colorectal cancer: Metastases to a single organ. World Journal of Gastroenterology. 21 (41), 11767-11776 (2015).
- Cespedes, M. V., et al. Orthotopic microinjection of human colon cancer cells in nude mice induces tumor foci in all clinically relevant metastatic sites. The American Journal of Pathology. 170 (3), 1077-1085 (2007).
- Durkee, B. Y., Weichert, J. P., Halberg, R. B.
- Boll, H., et al. Double-contrast micro-CT colonoscopy in live mice. International Journal of Colorectal Disease. 26 (6), 721-727 (2011).
- O'Brien, C. A., Pollett, A., Gallinger, S., Dick, J. E. A human colon cancer cell capable of initiating tumour growth in immunodeficient mice. Nature. 445 (7123), 106-110 (2007).
- Jensen, M. M., Jorgensen, J. T., Binderup, T., Kjaer, A. Tumor volume in subcutaneous mouse xenografts measured by microCT is more accurate and reproducible than determined by 18F-FDG-microPET or external caliper. BMC Medical Imaging. 8, 16 (2008).
- Herpers, B., et al. Functional patient-derived organoid screenings identify MCLA-158 as a therapeutic EGFR x LGR5 bispecific antibody with efficacy in epithelial tumors. Nature Cancer. 3 (4), 418-436 (2022).
- Chicote, I., Camara, J. A., Palmer, H. G. Advanced colorectal cancer orthotopic patient-derived xenograft models for cancer and stem cell research. Methods in Molecular Biology. 2171, 321-329 (2020).
