Summary

Forbedring av biobankpåliteligheten for prostatatumor med forbedret prøvetakingsteknikk og histologisk karakterisering

Published: November 17, 2023
doi:

Summary

Denne protokollen beskriver en metode for å lette innsamling av prøver fra radikale prostatektomiprøver. Målet er å kartlegge, karakterisere og mikro-makrodissekere vevsprøver fra prøvene basert på anatomipatologiske kriterier før de lagres i en biobank.

Abstract

Å skaffe ferske og godt karakteriserte tumorvevsprøver er avgjørende for å gjennomføre “omics”-studier av høy kvalitet. Imidlertid kan det være spesielt utfordrende i sammenheng med prostatakreft (PC) på grunn av den unike naturen til dette organet og den høye heterogeniteten forbundet med denne svulsten. På den annen side er histopatologisk karakterisering av prøver før lagring uten å forårsake betydelige vevsendringer også en spennende utfordring. I denne sammenhengen presenterer vi en ny metode for å anskaffe, kartlegge, karakterisere og mikrodissekere resektert prostatavev basert på anatomipatologiske kriterier.

I motsetning til tidligere publiserte protokoller, reduserer denne metoden tiden som kreves for histopatologisk analyse av prostataprøven uten at det går på bekostning av strukturen, noe som er avgjørende for å vurdere kirurgiske marginer. Videre muliggjør den avgrensning og mikro-makrodisseksjon av ferske prostatavevsprøver, med fokus på histologiske tumorområder definert av patologiske kriterier som Gleason-skår, forløperlesjoner (høygradig prostataintraepitelial neoplasi – PIN) og inflammatoriske lesjoner (prostatitt). Disse prøvene lagres deretter i en biobank for senere forskningsanalyser.

Introduction

Prostatakreft (PC) er den2 hyppigste kreftformen hos menn og den5 ledende dødsårsaken over hele verden1. Pasientbehandling og prognose avhenger av stadieinndeling og gradering (Gleason-score) av svulsten, noe som fremgår av de høyere 5-års overlevelsesratene for lokaliserte og lavgradige svulster (Gleason grad 6) (99 %) sammenlignet med høye Gleason-grader og metastatiske svulster (31 %)2.

PC lokalt tilbakefall og behandlingssvikt har vært knyttet til den karakteristiske høye genetiske intratumorheterogeniteten til denne tumor type3. I tillegg anses PC å være en multifokal sykdom med flere tumorfoci som viser forskjellige morfologiske, histologiske og molekylære egenskaper4, som kan stamme uavhengig eller stamme fra en felles tumorcellestamfar5. Tidligere studier har vist at tumorevolusjon er forskjellig blant pasienter basert på spesifikke genetiske drivere som kan fremme metastase eller begrense cellelinjen til prostata5. Derfor er molekylær karakterisering av de forskjellige tumorfokusene avgjørende ikke bare for å gi en mer nøyaktig diagnose og prognose, men også for å skreddersy effektiv og personlig behandling for pasienten.

I denne sammenhengen tilbyr biomedisinsk forskning og integrerende multi-omics-tilnærminger enestående muligheter til å klassifisere kreft i forskjellige undertyper, identifisere diagnostiske og prognostiske biomarkører og oppdage markører relatert til behandlingsrespons. Videre bidrar disse tilnærmingene til en bedre forståelse av biologien til denne sykdommen 6,7. Biologiske prøver, enten det er vev eller biofluider, kan analyseres ved hjelp av ulike multi-omics-plattformer (genomikk, transkriptomikk, proteomikk, metabolomikk, etc.) for å avdekke de biologiske egenskapene som ligger til grunn for kreftpatofysiologi, og dermed adressere nåværende begrensninger knyttet til genetisk og fenotypisk heterogenitet6. Det er imidlertid viktig å vurdere at kvaliteten på data avledet fra omics-studier avhenger av kvaliteten på prøvene som samles inn fra svulster, deres nøyaktige karakterisering og påfølgende behandling og lagring8.

I denne sammenhengen utgjør det å skaffe ferskt PC-vev for forskning en metodisk utfordring på grunn av vanskeligheten med vellykket tumorprøvetaking9. Tidligere metoder involverte tilfeldig prøvetaking etter radikal prostatektomi, noe som ga dårlige resultater10. Nyere tilnærminger inkorporerer imidlertid målrettede protokoller basert på både magnetisk resonansavbildning (MRI) og biopsidata, noe som resulterer i forbedret effekt i tumorprøveinnsamling11.

På den annen side utgjør histopatologisk karakterisering av prøver før lagring uten vesentlig vevsendring også en interessant utfordring. Følgelig utføres i mange tilfeller den histopatologiske bestemmelsen av prøver etter analysen (f.eks. HR 1H NMR metabolomisk analyse)12. Denne praksisen medfører unødvendige utgifter, tidsforbruk og tap av et betydelig antall prøver som til slutt blir ekskludert fra analysen (for eksempel prøver som etter histopatologisk analyse viser seg å ikke være tumorprøver). I andre tilfeller utføres den histopatologiske karakteriseringen av prøver før analysen. Faktisk har noen tidligere studier forsøkt å standardisere metoder for å gi representative forskningsprøver av høy kvalitet fra radikale prostatektomiprøver for genomikk og metabolomikk13,14. Likevel er prøvetakingseffektiviteten betydelig høyere når den utføres fra allerede histologisk bekreftede seksjoner (88 %) som forstyrrer vev, sammenlignet med når den utføres fra ubekreftede seksjoner (45 %)1.

Her presenteres en ny metodikk for å overvinne disse begrensningene, med sikte på å få ferske og godt karakteriserte PC-prøver før lagring i biobanken. Denne metoden er utviklet gjennom samarbeid mellom ulike kliniske tjenester (urologi, patologi og La Fe Hospital Biobank). Det er viktig å fremheve at biobanker spiller en viktig rolle i innsamling, behandling, konservering og lagring av biologiske prøver, samtidig som de sikrer høy kvalitet på prøver og data, samt overholdelse av etiske og juridiske krav 8,15,16.

Protocol

Denne metoden ble utviklet gjennom samarbeid som involverte ulike kliniske tjenester (urologi, patologi og La Fe Hospital Biobank). Studien ble utført i samsvar med institusjonelle, nasjonale og internasjonale retningslinjer for menneskelig velferd, og den fikk godkjenning fra Etikkkomiteen for biomedisinsk forskning ved Instituto de Investigación Sanitaria Hospital Universitario y Politécnico La Fe (Valencia, Spania). Alle prøvene ble oppbevart i La Fe Hospital Biobank (PT13/0010/0026). Den generelle prosedyren er b…

Representative Results

Resultatene viser at denne teknikken har gjort det mulig å skaffe tumormateriale i 61 % av de undersøkte tilfellene (25 av 41 tilfeller) (tabell 1). Tabell 1: Histopatologiske data fra studieprøver. Oppsummering av histopatologiske data for prøvene som ble brukt i studien. Den diagnostiske sylinderen refererer til prostatabiopsiprøven oppnådd for diagnostiske formål, mens den behandlede sylinderen tilsvarer sylinderen oppnådd fra prostatektomiprøven f…

Discussion

I enhver forskningsstudie er det å skaffe kvalitetsprøver et viktig krav for å redusere systematiske skjevheter og oppnå pålitelige resultater22. Derfor må kontroll av preanalytiske variabler som temperaturen der prøver behandles og lagres, tiden som går fra prøvetaking til lagring, bruk av steriliserte materialer eller effektene som tilsetning av konserveringsmidler eller andre tilsetningsstoffer kan ha på prøver vurderes i enhver protokoll som involverer biologiske prøver. Ikke bare …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

A.L. anerkjenner en “Margarita Salas” postdoktorkontrakt (nummer 21-076), og MAM-T en “Maria Zambrano”-forskningskontrakt (nummer MAZ/2021/03 UP2021-021). Begge kontraktene er finansiert av EU-Next generation EU.

Materials

Cadiere forceps Intuitive PN1052082-US 10/2021 Part number: 471049. 18 uses.
Conventional slides Knittel Glass 2021 Ground/ Frosted end
Cryostat microtome Thermo Fisher Scientific Criostato CryoStar NX50
Cryotubes Greiner Bio-One GmbH Ref.: 122280. CRYO S. PP, with screw cap, sterile. 
Da Vinci surgical system Intuitive PN1052082-US 10/2021 XI model
Dissection instruments Bayer Two tweezers and a surgical blade 
DPX Eukitt  Medizin- und Labortechnik GmbH 6.00.01.0001.06.01.01
Eosin Agilent 157252
Fenestrated bipolar forceps Intuitive PN1052082-US 10/2021 Part number: 471205. 14 lives.
Force bipolar Intuitive PN1052082-US 10/2021 Part number: 471405. 12 uses.
Freezers Thermo Scientific MODEL 907. -80 ºC
Hematoxylin Agilent 157251
Inmunohistochemistry Slides Agilent-Dako K802021-2
Large needle driver Intuitive PN1052082-US 10/2021 Part number: 471006. 15 uses.
Maryland bipolar forceps Intuitive PN1052082-US 10/2021 Part number: 471172. 14 uses.
Microscope Olympus Olympus cx40
Microtome blades PFM Medical a35
Monopolar curved scissors Intuitive PN1052082-US 10/2021 Part number: 470179. 10 uses.
OCT compound NEG-50 LOT.117340
PlusSpeed S Single-use Biopsy Device with beveled tip Peter Pflugbeil GmbH  PSS-1825-S
ProGasp forceps Intuitive PN1052082-US 10/2021 Part number: 471093. 18 uses.
Sample holder Disc Davidson Cryo Chuck. BradleyProducts 30 mm 
Tissue ink Pelikan 2021 Ink 4001 brilliant black (301168)
Xylol Quimipur Ref. 169

References

  1. Rawla, P. Epidemiology of prostate cancer. World Journal of Oncology. 10 (2), 63-89 (2019).
  2. Epstein, J. I. The 2019 Genitourinary Pathology Society (GUPS) white paper on contemporary grading of prostate cancer. Archives of Pathology & Laboratory Medicine. 145 (4), 461-493 (2021).
  3. Zhang, W. Intratumor heterogeneity and clonal evolution revealed in castration-resistant prostate cancer by longitudinal genomic analysis. Translational Oncology. 16, 101311 (2022).
  4. Haffner, M. C., et al. Genomic and phenotypic heterogeneity in prostate cancer. Nature Reviews Urology. 18 (2), 79-92 (2021).
  5. Woodcock, D. J. Prostate cancer evolution from multilineage primary to single lineage metastases with implications for liquid biopsy. Nature Communications. 11 (1), 5070 (2020).
  6. Heo, Y. J., Hwa, C., Lee, G. H., Park, J. M., An, J. Y. Integrative multi-omics approaches in cancer research: from biological networks to clinical subtypes. Molecules and Cells. 44 (7), 433-443 (2021).
  7. Menyhárt, O., Győrffy, B. Multi-omics approaches in cancer research with applications in tumor subtyping, prognosis, and diagnosis. Computational and Structural Biotechnology Journal. 19, 949-960 (2021).
  8. Annaratone, L. Basic principles of biobanking: from biological samples to precision medicine for patients. Virchows Archiv. 479 (2), 233-246 (2021).
  9. King, C. R., Long, J. P. Prostate biopsy grading errors: A sampling problem. International Journal of Cancer. 90 (6), 326-330 (2000).
  10. Jayadevan, R., Zhou, S., Priester, A. M., Delfin, M., Marks, L. S. Use of MRI-ultrasound fusion to achieve targeted prostate biopsy. Journal of Visualized Experiments. 146, e59231 (2019).
  11. Heavey, S., et al. Use of magnetic resonance imaging and biopsy data to guide sampling procedures for prostate cancer biobanking. Journal of Visualized Experiments. 152, 60216 (2019).
  12. Panach Navarrete, J. . Estudio metabolómico en tejido prostático y orina para el diagnóstico y pronóstico del cáncer de próstata. , (2022).
  13. Bertilsson, H., et al. A new method to provide a fresh frozen prostate slice suitable for gene expression study and MR spectroscopy. The Prostate. 71 (5), 461-469 (2011).
  14. . Show SOP – Biospecimen Research Database Available from: https://brd.nci.nih.gov/brd/sop/show/522 (2022)
  15. Dagher, G. Quality matters: International standards for biobanking. Cell Proliferation. 55 (8), e13282 (2022).
  16. Yüzbaşıoğlu, A., Özgüç, M. Biobanking: sample acquisition and quality assurance for "omics" research. New Biotechnology. 30 (3), 339-342 (2013).
  17. Carpagnano, F. A. Multiparametric MRI: local staging of prostate cancer. Current Radiology Reports. 8 (12), 27 (2020).
  18. Christophe, C. Prostate cancer local staging using biparametric MRI: assessment and comparison with multiparametric MRI. European Journal of Radiology. 132, 109350 (2020).
  19. Huynh, L. M., Ahlering, T. E. Robot-assisted radical prostatectomy: a step-by-step guide. Journal of Endourology. 32 (S1), S28-S32 (2018).
  20. van Leenders, G. J. L. H., et al. The 2019 International Society of Urological Pathology (ISUP) consensus conference on grading of prostatic carcinoma. The American Journal of Surgical Pathology. 44 (8), e87-e99 (2020).
  21. Liu, A., Collins, C. C., Diemer, S. M. Biobanking metastases and biopsy specimens for personalized medicine. Journal of Biorepository Science for Applied Medicine. 3, 57-67 (2015).
  22. Ellervik, C., Vaught, J. Preanalytical variables affecting the integrity of human biospecimens in biobanking. Clinical Chemistry. 61 (7), 914-934 (2015).
  23. Arellano, H. L., Castillo, C. O., Metrebián, B. E. Diagnostic agreement of the Gleason score in needle biopsy and radical prostatectomy and its clinical consequences. Rev Méd Chile. 132 (8), 971-978 (2004).
  24. . Concordancia en los valores de gleason en biopsia prostática transrectal y en prostatectomia radical en pacientes con cáncer de próstata del Hospital Cirujano Mayor Santiago Távara entre enero 2010 – junio del 2018 Available from: https://repositorio.urp.edu.pe/handle/20.500.14138/1886 (2019)
  25. Chavolla-Canal, A. J., et al. Concordancia del puntaje de Gleason en biopsia transrectal de próstata vs prostatectomía radical. Revista Mexicana de Urología. 81 (2), 1-10 (2021).
  26. Fan, X. J., et al. Impact of cold ischemic time and freeze-thaw cycles on RNA, DNA and protein quality in colorectal cancer tissues biobanking. Journal of Cancer. 10 (20), 4978-4988 (2019).
  27. Vaswani, A., et al. Comparative liquid chromatography/tandem mass spectrometry lipidomics analysis of macaque heart tissue flash-frozen or embedded in optimal cutting temperature polymer (OCT): Practical considerations. Rapid communications in Mass Spectrometry: RCM. 35 (18), e9155 (2021).
  28. Zhang, W., Sakashita, S., Taylor, P., Tsao, M. S., Moran, M. F. Comprehensive proteome analysis of fresh frozen and optimal cutting temperature (OCT) embedded primary non-small cell lung carcinoma by LC-MS/MS. Methods (San Diego, Calif). 81, 50-55 (2015).
  29. Boyd, A. E., Allegood, J., Lima, S. Preparation of human tissues embedded in optimal cutting temperature compound for mass spectrometry analysis. Journal of Visualized Experiments. 170, e62552 (2021).

Play Video

Cite This Article
Giner Moreno, E., Quereda-Flores, F., Hernández Chinchilla, J. A., Amigo Moreno, R., Perez Ruiz, M. D., Carcelén López, A., Rocher Benlloch, J., Molió Sanchís, P., Casares Calzada, A., Marqués-Torrejón, M. Á., Martínez-Cadenas, C., Ruiz Cerdá, J. L., Loras Monfort, A., Ramos Soler, D. Enhancing Prostate Tumor Biobanking Reliability with Improved Sampling Technique and Histological Characterization. J. Vis. Exp. (201), e65635, doi:10.3791/65635 (2023).

View Video