Sviluppo e manutenzione di un tumore del paziente preclinici Derivato dello xenotrapianto modello per il Controllo delle Novel Anti-Cancer Therapies

1Medicine, University of Colorado Denver Anschutz Medical Campus
Published 9/30/2016
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Cancer Research

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Summary

Utilizzando i tumori derivati ​​da pazienti in un modello preclinico per via sottocutanea è un ottimo modo per studiare l'efficacia di nuove terapie, scoperta di biomarcatori predittivi, e percorsi resistenti ai farmaci. Questo modello, nel processo di sviluppo di un farmaco, è essenziale nel determinare il destino di molte nuove terapie anti-cancro prima indagine clinica.

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Bagby, S., Messersmith, W. A., Pitts, T. M., Capasso, A., Varella-­Garcia, M., Klauck, P. J., et al. Development and Maintenance of a Preclinical Patient Derived Tumor Xenograft Model for the Investigation of Novel Anti-Cancer Therapies. J. Vis. Exp. (115), e54393, doi:10.3791/54393 (2016).

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Abstract

Introduction

Il cancro colorettale (CRC) è un contributo significativo ai decessi per cancro negli Stati Uniti. Nel 2015, sono stati stimati 132.700 nuovi casi di CRC con 49,700 morti 1. Anche se la prognosi nei pazienti con malattia localizzata è eccellente, i pazienti con malattia avanzata hanno scarsi risultati, rendendo questo una delle principali priorità nello sviluppo di nuove terapie. Nonostante livello di regimi di cura chemioterapici e biologici più recenti che vengono distribuite contro questa malattia, c'è stato solo un aumento incrementale della sopravvivenza globale. Di conseguenza, vi è un notevole sforzo nella comprensione delle vie pilota coinvolto nel facilitare la crescita tumorale in questa malattia. L'Atlante rete Cancer Genome ha recentemente identificato numerosi sentieri principali che sono implicati nella disregolazione CRC e comprendono: WNT, phosphoinositide 3-chinasi (PI3K), RAS, fattore di crescita trasformante-β (TGF-β) e TP53 2. Insieme, con le indagini che descrivono oti suoi percorsi che potenziano la crescita in CRC hanno acceso lo sviluppo di nuove terapie volte a migliorare in modo significativo la sopravvivenza in questa popolazione di pazienti 3-5. Utilizzando modelli preclinici di sviluppo di farmaci oncologici sono stati fondamentali in questo processo nel predire l'attività clinica di questi nuovi composti.

Vari modelli preclinici sono stati utilizzati nel processo di sviluppo dei farmaci. Considerando che i modelli animali transgenici preclinici e immortalati linee cellulari non hanno avuto successo nel determinare l'attività clinica di nuove terapie oncologiche, in gran parte a causa della loro incapacità di riflettere la complessità dei tumori umani, sono stati stabiliti i modelli paziente di derivazione tumorale xenotrapianto (PDTX). Il grande vantaggio di questo modello è che l'eterogeneità del tumore rimane intatto e rispecchia da vicino le caratteristiche molecolari e clonalità della originario del tumore del paziente 6-9. Modelli PDTX forniscono un eccellente in vivopiattaforma preclinico per studiare nuovi agenti, percorsi di resistenza ai farmaci, strategie combinatori e biologia delle cellule staminali del cancro 10.

Una panoramica generale del processo PDTX è illustrato in Figura 1. Inizia nella clinica, pazienti consenzienti permettere alcune loro tessuto tumorale in eccesso da utilizzare per questa ricerca. Poi, a un intervento chirurgico, un pezzo del tumore viene incassato da un patologo e messo in media per essere trasportati al personale di ricerca. Subito dopo, una sezione del tumore viene tagliato in piccoli pezzi e trapiantato in topi immunodeficienti sottocutanea. Una volta che il tumore cresce, si diversi passaggi in diverse generazioni di topi per mantenere il tumore 10. Tipicamente, dopo la generazione F3 il tumore può essere espansa in uno studio di trattamento in cui vengono valutate nuovi composti e / o terapie combinatorie. Utilizzando Next Gen Seq (exome Seq, RNA-Seq e SNP array) potenziali biomarcatori predittivi sono scoprireEd che assistono nella selezione dei pazienti che possono trarre benefici da un particolare trattamento.

Gli obiettivi generali di utilizzo di modelli PDTX sono: 1) valutare l'efficacia di nuove terapie come monoterapia o in combinazione e 2) identificare biomarcatori predittivi di sensibilità o di resistenza prima indagine clinica. In questo manoscritto, mettiamo a disposizione la metodologia l'avvio e il mantenimento di una banca CRC PDTX e fornire i vantaggi ei limiti di questo modello nella scoperta lo sviluppo di farmaci.

Figura 1
Figura 1. Panoramica del CRC PDTX modello di protocollo. Un tumore derivato paziente viene ricevuto da un intervento chirurgico e subito iniettato in topi nudi atimici per via sottocutanea. Una volta che il tumore cresce si espande in generazioni successive e, infine, ampliato per studi di trattamento. RESPO trattamentons vengono valutati e biomarcatori predittivi vengono identificati che possono aiutare nella selezione dei pazienti. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

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Protocol

Etica Dichiarazione: campioni tumorali del colon adenocarcinoma derivati ​​da pazienti sono stati ottenuti da pazienti consenzienti presso la University of Colorado Hospital di secondo un protocollo approvato dalla multipla Institutional Review Board Colorado (08-0439). Tutto il lavoro animale è stato eseguito secondo protocolli animali approvati dalla University of Colorado Denver Istituzionale cura degli animali e del Comitato uso (IACUC, protocollo # 51412 (06) 1E e 96813 (04) 1E).

1. Ricezione e Preparazione sangue del paziente

  1. Raccogliere 1 - 2 ml di sangue in una provetta di separazione del sangue / cella contenente citrato di sodio (fasi tubi inclusi sono plasma, linfociti e monociti banda, fluido gradiente di densità, la barriera di gel, e eritrociti e neutrofili). Attenzione, seguire le linee guida Bloodborne agenti patogeni con sangue o tessuti.
    Nota: PBMC e plasma potrebbero essere utilizzati per gli studi futuri che possono includere: confrontando la variazione genetica germinale mutazioni tumorali, isolando circulacellule tumorali Ting, valutando il DNA cellulare libero (cfDNA), proteine esame e microRNA, ecc.
  2. Centrifugare il tubo di separazione / cellule del sangue a 2.500 xg per 15 min senza freno a temperatura ambiente.
  3. Raccogliere le cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC in linfociti e banda monociti del tubo) e messo in una provetta da 1,5 ml microcentrifuga (trasparente, autoclavabile, DNasi, RNasi, e apirogena), e riempire la parte superiore del tubo con sterile tamponata al fosfato Saline (PBS).
    1. Centrifugare a 2300 xg per 3 min a RT per formare un pellet di PBMC sul fondo della provetta. Quindi, rimuovere con attenzione il surnatante. Aggiungere 1 ml di PBS sterile per lavare il pellet e centrifugare a 3000 xg per 30 secondi e quindi rimuovere surnatante.
  4. Utilizzare una pipetta per raccogliere il plasma dalla provetta separazione del sangue / cellule (in fase di plasma di tubo) in un flaconcino criogenico 1,5 ml sterile (DNasi e RNasi libero, nessun DNA umano, endotossine libero) e mettere il plasma e pellet di PMBC di in un -80 ° C freezer per la conservazione.

2. Ricezione e preparazione del paziente campione di tumore

  1. Preparare sia RPMI o DMEM media con 1: 100 (10%) di penicillina-streptomicina e non essenziali aminoacidi, 1: 1000 (1%) Plasmocin, e il 10% inattivato siero fetale bovino (completo dei media) e aggiungere 20 - 25 ml ad una tazza di raccolta sterile per il campione tumorali.
  2. Recupera campione di tumore in una tazza sterile contenente completa media su ghiaccio o mantenere a 4 ° C.
    Nota: Il campione di tumore è un pezzo di tessuto in eccesso tumorale paziente che viene rimosso da un chirurgo, elaborato da un patologo, e inserito in una tazza di raccolta sterile con completo supporto. Attenzione, seguire le linee guida Bloodborne agenti patogeni con sangue o tessuti. Inoltre, idealmente per iniettare cinque topi, il tumore dovrebbe essere di circa 1 cm³.
  3. Portare il campione del tumore al stabulario per iniettare in topi immunocompromessi.
    Nota: Si consiglia di elaborare il campione di tumore più presto possibile.
    1. In una cappa a flusso laminare, posizionare il campione tumorale in un piatto di taglio di plastica sterile dalla tazza tumore. Utilizzare autoclave-piccole forbici e pinze per tagliare in 10 - 12 pezzi di circa 3 x 3 x 3 mm e posto in una provetta da 1,5 ml microcentrifuga autoclave riempita con 300 ml di soluzione di miscela proteica gelatinosa. Mantenere il tubo in ghiaccio.
    2. Come priorità iniettare del tumore nei topi, ma se non vi è alcun tumore sinistra sopra, raccogliere il flash congelato fiale (FF) tazze, fissati in formalina paraffina (FFPE), e una fiala di tumore vitale.
    3. Per FF, raccogliere piccoli pezzi di tessuti tumorali da una fiala criogenico sterile per ulteriori analisi, quali proteine, RNA, o l'isolamento del DNA. Posizionare FF immediatamente in un dewar di azoto liquido e conservare a lungo termine in un -80 ° C freezer.
    4. Per FFPE, se c'è abbastanza tumore, posto 3 piccoli pezzi in una tazza formalina 10 ml 10% e processo in blocchi incorporati paraffina volta tumore è stato in formalina per almeno 24 ore.
      Nota: 24 ore si basafuori i nostri suggerimenti Istologia fondamentali 11.
    5. Infine, posizionare il tumore rimanente in un tubo criogenico. Fare supporti vitali con l'aggiunta del 10% dimetilsolfossido (DMSO) per completare i media. Successivamente, aggiungere 1 ml in una provetta criogenica e memorizzare sul ghiaccio. Nota: non tenere in ghiaccio per lunghi periodi di tempo.
      1. Tagliare qualsiasi tumore residuo in piccoli pezzi che idealmente sarà sufficiente per 10 tumori da iniettare in 5 topi in futuro. Poi, posizionare il tubo tumorali vitali in ghiaccio fino può essere collocato in un contenitore di congelamento alcol isopropilico (congela lentamente tumore 1 ° C alla volta) e messo in freezer -80 ° C per assicurare che i tumori non muoiono durante la processo di congelamento.
        Nota: Per la conservazione a lungo termine dei tumori vengono rimossi (dopo 2 - 3 giorni) e inseriti in un grande dewar di azoto liquido. Si prega di notare che i tubi vitali non dovrebbe essere permesso di scongelare a meno che non viene portato fuori per iniettare in topi.

3.L'iniezione di paziente Derivato xenotrapianti tumorali

  1. Utilizzare cinque 6-8 settimane di età di sesso maschile e / o femminile topi nudi atimici (cellule T carente) per ogni paziente separata tumore derivato. Iniettare un totale di 10 tumori (2 iniezioni al mouse) per via sottocutanea (SQ).
    Nota: Il tumore umano originario è designato come F0 e poi una volta iniettato in topi la prossima generazione è F1. Inoltre, utilizzare pinze in autoclave, forbici e trocar per ogni espianto unico.
  2. pezzi di carico del tumore dalla soluzione miscela proteica gelatinosa in autoclave 12 trocar G e assicurarsi che il tumore è completamente spinto nella trequarti.
    1. In una cappa a flusso laminare sterile, collocare 5 topi in una scatola anestesia che è collegato ad una macchina isoflurano anestesia (iniziata alla velocità iniziale di 5% isoflurano, 3 - 4% di ossigeno, e 2 - 3% isoflurano per il mantenimento dell'anestesia) e filtro al carbone (assorbe gas in eccesso).
      Nota: Un tecnico esperto dovrebbe essere in grado di eseguire l'intera procedura suiuna gabbia di 5 topi entro circa 5 minuti in totale (circa 30 sec per il mouse). Pertanto ulteriore supporto termico e lubrificazione occhio non è generalmente utilizzato. Per gli individui meno esperti o durante l'allenamento, si raccomanda che gli individui o eseguire la procedura con meno animali in una sola volta e / o utilizzare un riscaldamento di lubrificazione pad / occhio durante la procedura se gli animali saranno anestetizzati più di 5 min. Procedura si basa su standard IACUC presso la nostra università.
  3. Pinch un dito del piede del mouse per assicurare il mouse non è più reattivo, poi prendere il mouse fuori dalla scatola isoflurano. Posizionare il mouse su un campo pulito per iniettare i tumori sulla regione del collo dorsale centrale e trascinando il trequarti verso il basso per via sottocutanea fino a quando la regione del fianco si raggiunge con autoclave 12 trequarti G.
    1. Invia sottocutanea un tumore per ciascun lato del fianco del topo. Pinch il tumore quando il trequarti viene tirato fuori, assicurando che il tumore rimane nella regione del fianco desiderato. la gemiscela proteica latinous indurisce con la temperatura del corpo del mouse e incapsula il tumore per circa 1 settimana per aiutare il tumore crescere e fissarlo al tessuto connettivo SQ. La lesione fatta dalla trequarti non superiore a 4 mm e non vi è alcuna necessità di chiudere la pelle con punti metallici.
      Nota: I nostri veterinari determinato nessuna chiusura è necessario in base molto piccole dimensioni della lesione, tempo di guarigione rapida (regione del collo dorsale centrale riduce qualsiasi tensione della pelle o toelettatura di lesione), non infezioni noti, e l'attento controllo degli animali durante questo periodo di tempo .
  4. Prima che il mouse è completamente sveglio iniettare Meloxicam 2 mg / kg SQ (farmaci per il dolore) di distanza dal sito di iniezione del tumore. Successivamente, posizionare il mouse nella gabbia e monitorare fino a quando il mouse è sveglio e in movimento.
    Nota: non lasciare il recupero di animali incustoditi fino completamente sveglio. dosaggio Meloxicam è basata su standard IACUC presso la nostra università.
    1. Avanti, ripetere la stessa procedura con la 4restante topi e monitorare il loro respiro.
      Nota: Si prega di notare che questo è un molto veloce procedura e topi svegliarsi molto presto dopo l'iniezione Meloxicam, ma regolare isoflurano, se necessario. Ogni volta che il mouse viene portato fuori, abbassare il isoflurano. Il Meloxicam durerà 24 ore e le lesioni dei trequarti sarà completamente guarire in 1 settimana.

4. Manutenzione del paziente Derivato tumore Xenotrapianto Bank

  1. Monitorare la crescita e la salute dei topi almeno una volta alla settimana. Utilizzare un foglio di calcolo (o altro sistema di monitoraggio) per monitorare la dimensione del tumore, la generazione del tumore, la data di iniezione del tumore, e la salute dei topi.
    Nota: Se i topi hanno perso il 15% del loro peso corporeo iniziale, punteggi condizione corporea basso (≥ 2), hanno ulcerazioni tumorali, tumori raggiungendo 2.000 millimetri 3 o tumori totali 3.000 millimetri 3, o sono malaticcio (curvo, freddo, letargia, ecc .) in qualsiasi modo, i topi sono eutanasia tramite CO₂ o anestetizzato seguita da dislocazione cervicale comeMetodo econdary. Euthanize tramite anestesia e dislocazione cervicale se la raccolta del tumore, in caso contrario i topi sono eutanasia tramite CO₂ e dislocazione cervicale.
  2. Quando un tumore è di circa 1.500-2.000 mm 3 anestetizzare i topi come descritto sopra e quindi eseguire dislocazione cervicale a eutanasia.
    1. Verificare che il mouse non ha battito cardiaco. Asportare il tumore SQ con le forbici e pinze in autoclave.
      NOTA: Lasciare i tumori a crescere fino a 1 anno e se nessun tumore si vede quindi euthanize i topi via di CO 2, seguita da dislocazione cervicale come metodo secondario.
    2. Passaggio al meglio tumore cresce nella prossima generazione (aka una nuova serie di 5 topi). Istruzioni per l'uso sopra per raccogliere 10 - 12 tumori per il passaggio e poi raccolgono il tumore residuo, come anche descritto in precedenza.
      Nota: Raccolta numerosi tubi vitali è molto importante nelle prime generazioni (F1 - F8); quindi raccogliere diversi tubi, tubi vitali FF e 1 FFPE per generationico.
    3. Mantenere i topi rimanenti fino ad una nuova generazione di topi ha una crescita tumorale di circa 300 mm 3. Quando i topi rimanenti hanno tumori che sono grandi, continuare a raccogliere come descritto sopra.
  3. Continuare a tumori di passaggio e raccogliere in ogni fase fino a F15. A questo punto, prendere un tubo praticabile della prima generazione possibile fuori azoto liquido e lasciare scongelare su ghiaccio e seguire le procedure tumore-iniezione sopra descritti.
    Nota: I tumori che crescono da tubi vitali richiedono più tempo per crescere nei topi rispetto a passare di generazione in generazione, in modo da tenere a mente quando si pianifica. Se un particolare modello di PDTX non è più necessaria in ogni passaggio, eutanasia e raccogliere tumore, al fine di garantire numerosi tubi vitali sono raccolti per un utilizzo futuro.

5. Developmental Therapeutics con il paziente Derivato xenotrapianti tumorali

Nota: La maggior parte dei tumori al generazione F3 hanno buone cinetica di crescita (crescono più velocemente e più consistent), quindi, procedere alla PDTX studi di efficacia dei farmaci.

  1. Quando il tumore desiderato è molto grande (1.500 - 2.000 mm 3), seguire le procedure di cui sopra per la raccolta del tumore di espandersi in quantità desiderata di topi.
    1. A seconda ipotesi in prova determinare il numero di tumori necessari per gruppo di trattamento.
      Nota: 1 ml di soluzione di miscela proteica gelatinosa può approssimativamente misura 30 piccoli pezzi tumorali (seconda morfologia tumorale) per iniettare in topi.
  2. Controllare i topi con tumori settimanali e quando la maggior parte dei tumori sono visibilmente piccole (circa tra 50-300 mm ³) misurare i tumori con pinze per determinare il volume del tumore. volume del tumore = [width² (valore più basso) di lunghezza x (il più grande misura)] x 0,52.
    Nota: La soluzione miscela proteica gelatinosa circonda i pezzi tumore iniettati per una settimana, poi, dopo una settimana crescita tumorale sarà accurato.
  3. Utilizzare i volumi del tumore tra 50 - 300 mm³ e lan media del tumore sinistro e destro. Poi randomizzare in gruppi di trattamento con 10 tumori per gruppo e in media gruppo entro alcuni numeri uno dall'altro. Avanti, ordinare i topi in gruppi e iniziare lo studio trattamento desiderato.
  4. Dosare i topi con la droga (programma dipendente dalla droga), pesare e misurare (tumore) due volte a settimana. Alla fine dello studio, i topi eutanasia tramite anestesia e dislocazione cervicale e raccogliere tumore per il futuro l'analisi farmacodinamica in laboratorio.
    Nota: Lo studio dura 30 giorni a seconda della dimensione del tumore veicolo e la salute dei topi.

6. Organizzazione di una banca PDTX

  1. Mantenere una forma ben documentata per evitare di ripetere la ricerca e l'uso appropriato degli animali.
    NOTA: Questa è la chiave per una banca PDTX successo.
    1. Utilizzare i fogli di calcolo per tenere traccia di un tumore dal paziente umano in clinica, a topi in banca PDTX, trattamenti, i dati, e ciò che viene raccolto. Nota: questo include congelatore, dewar di azoto liquidoE stoccaggio FFPE pure.

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Representative Results

Somiglianze di mutazioni comuni nei modelli CRC PDTX e la TCGA

Abbiamo studiato se la percentuale di mutazioni comuni (KRAS, le ANR, BRAF, PIK3CA, APC, CTNNB1 e TP53) nella banca CRC PDTX erano rappresentante per la frequenza di mutazione visto nella popolazione di pazienti CRC. Come mostrato nella Figura 2A (TCGA) e B (CRC banca PDTX), la frequenza di mutazioni in questi geni erano molto simili tra TCGA (n = 276 pazienti) e la banca CRC PDTX (n = 59 pazienti CRC). La più grande differenza osservata è stata del gene APC per cui una differenza del 23% è stata osservata. Questi risultati suggeriscono che le mutazioni comuni osservati nella popolazione di pazienti CRC è ben rappresentato nel modello CRC PDTX.

Valutazione della stabilità delle risposte di trattamento tra i diversigenerazioni

In questo modello CRC PDTX, abbiamo deciso di determinare se gli effetti del trattamento sono stati simili tra le diverse generazioni. I tumori sono stati ampliati in topi nudi atimici (10 tumori / gruppo) e l'efficacia dello standard di agenti per la cura, come cetuximab (0,4 mg / topo IP due volte alla settimana) e irinotecan (15 mg / kg IP una volta alla settimana) sono stati esaminati in 4 modelli unici CRC PDTX in due generazioni distinte. Come illustrato nella Figura 3A e B, CRC026 (F3) era più resistente al trattamento cetuximab, mentre CRC010 (F6) esposto sensibilità trattamento. sono stati osservati risultati simili quando questi espianti CRC sono stati trattati in diverse generazioni; CRC026 (F9) era resistente e CRC010 (F7) è stato sensibile a cetuximab. Per determinare l'efficacia di irinotecan nel modello PDTX, abbiamo studiato gli effetti del trattamento sulla crescita tumorale in 2 modelli CRC PDTX. Mentre CRC098 (F8) è resistente al trattamento con irinotecan, CRC036 (F5) esposto sensibilità (Figura 3C e D). Come è stato osservato con cetuximab, il trattamento con irinotecan in diverse generazioni non ha modificato la risposta al trattamento in questi tumori; CRC098 (F12) era resistente e CRC036 (F10) era sensibile a irinotecan (Figura 3C e D). Anche se la cinetica di crescita di tumori non trattati è stato a volte diversa tra le generazioni, le risposte terapeutiche a irinotecan e cetuximab è rimasta la stessa, che indica la stabilità di questo modello per valutare le terapie anti-cancro.

Indagine della Componente Stroma nel modello CRC PDTX

Poi, siamo stati interessati a determinare se il componente stroma all'interno di questo modello espianto CRC era composto da umani e / o cellule di topo derivata. Abbiamo usato un dual-colore Cot-1 saggio FISH che consisteva di topoCot-1 DNA (fluoroforo verde) e umano Cot-1 DNA (fluoroforo rosso) per determinare mouse e cellule umane in 10 espianti CRC separati tra F0 e le generazioni F1 25. Come mostrato in Figura 4A, nella generazione F1 stroma umana è sostituito dal stroma mouse, poiché il tumore umano è ora circondato da tutti stroma mouse. Questi risultati sono stati evidenti in tutti i 10 espianti CRC che sono stati sottoposti a Cot-1 FISH tra i F0 e F1 generazioni. Oltre a Cot-1 FISH, abbiamo studiato i livelli della proteina del mouse e HGF umano e leganti VEGF nei F0 e F1 generazioni utilizzando il mouse e ELISA umani per questi ligandi. Come mostrato nella Figura 4B e C, mentre tutti umana derivata HGF nella generazione F0 viene sostituito con HGF mouse nella generazione F1, VEGF ligando consisteva sia umano e topo nella generazione F1. Insieme, questi esperimenti indicano che nel modello murino CRC PDTX che lo stroma del mouse supera lo stroma umana in thgenerazione F1 e ed i ligandi secrete può variare in relazione al fatto di essere di derivazione umana e / o il mouse.

figura 2
Figura 2. Confronto di mutazioni comuni nella CRC PDTX Banca e la TCGA. Abbiamo osservato frequenze di mutazione molto simili tra il TCGA (A) e il modello CRC PDTX (B) rispetto al gene KRAS, le ANR, BRAF, PIK3CA, CTNNB1 e TP53 . clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3
Figura 3. Gli effetti di cetuximab e irinotecan trattamento sulla crescita tumorale. (A) CRC026 visualizzata resistenza al cetuximab quando valuated nelle F3 e F9 generazioni e (B) CRC010 esposti sensibilità cetuximab nelle generazioni F6 ed F7. (C) CRC098 mostrato resistenza irinotecan nelle generazioni F8 e F12, mentre (D) CRC036 era sensibile alla irinotecan in F5 e le generazioni F10. Ogni punto di dati rappresenta una media di 10 tumori per ogni gruppo di trattamento. I topi sono stati trattati con cetuximab (100 microlitri IP 400 mg / topo) due volte a settimana e irinotecan (100 microlitri IP 20 mg / kg) è stato somministrato una volta alla settimana. I dati presentati come media ± SEM. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4
Figura 4. Valutazione di Mouse e tumore delle cellule componenti nelle F0 e F1 generazioni. (A) Dual-color FISH per la culla-1 DNA umano (rosso) e mouse Cot-1 DNA (verde) è stato utilizzato per studiare le differenze tra tumori del F0 e F1 generazione. stroma umano (F0) è sostituita dalla stroma del mouse (F1) in CRC098 e CR174 (scala = 20x). cellule necrotiche sono stati identificati da una ridotta o mancanza di DAPI intercalazione e fluorescenza rossa. Ricerca di mouse e HGF umano ed espressione ligando VEGF mediante ELISA (mouse e ELISA umani) tra F0 e F1. (B) HGF umano è stato sostituito dal mouse nella generazione F1 e (C) VEGF umano e topo erano evidenti nella generazione F1 (picogrammi / millilitro [pg / ml]). I dati presentati come media ± SEM. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

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Discussion

La piattaforma di scoperta di nuovi farmaci PDTX offre un modello migliorato per le carenze di altri modelli preclinici che sono inaffidabili nel predire attività clinica di nuovi composti. È importante sottolineare che i tumori in questo modello sono biologicamente stabile, mantenere potenziale metastatico, e mostrano simili reattività di droga di generazione in generazione. In questo modello, i tumori paziente derivato vengono iniettate in topi nudi atimici, diversi passaggi, e successivamente utilizzati nella valutazione terapeutica. Ci sono diversi passaggi critici per una banca PDTX di successo che includono: 1) una squadra clinica coesa per identificare i pazienti / consenso e per la rimozione e incasso di tessuto tumorale per il modello PDTX e 2) un gruppo di ricerca forte con un eccellente laboratorio e degli animali tecnico competenze per l'iniezione di tumori, l'organizzazione e la manutenzione della banca PDTX e monitoraggio della salute dei topi. Un vantaggio significativo nei nostri modelli PDTX sta iniettando tumori con la procedura di trequarti. Il metodo alternativo di cutalla zio una tasca tumore e poi sutura o utilizzando clip pelle è più in termini di tempo per il personale, richiede più farmaci antidolorifici per i topi, e il monitoraggio della zona ritagliata della ferita suturata o. La procedura trequarti richiede meno formazione, è molto veloce, i topi sono sotto anestesia per meno tempo, e sono necessari meno farmaci per il dolore. Pertanto, nella nostra esperienza iniettando tumori con trocars è il metodo migliore rispetto ai metodi alternativi. Questi fattori influenzano in modo significativo il successo complessivo della banca PDTX e nel processo di scoperta di nuovi farmaci. Anche se questo modello in vivo è molto più costosa rispetto agenti testare nelle culture di linee cellulari di cancro, modelli PDTX offrono un approccio più clinicamente rilevante nei composti di test oncologici.

Nella banca CRC PDTX, abbiamo ricevuto 99 campioni di tumore che sono state iniettate in topi nudi atimici. C'erano 68 di 99 (68,7% tasso di) tumori che crescevano nei topi e sono stati passati in più generazioni. Làsono diversi motivi per cui alcuni tumori che abbiamo ricevuto non crescevano nei topi. Per esempio, a volte ricevuto solo molto piccoli pezzi di tessuto che possono intervenire solo noi di iniettare in un solo topo diminuire le probabilità di stabilire un tumore. Un altro problema era che a volte abbiamo ricevuto i tessuti del paziente che era normale e non conteneva le cellule tumorali evidenti sul vetrino H & E. Inoltre, alcuni di scarsa qualità tessuto può essere dovuto a ricevere tumore già necrosed dove c'era una risposta del paziente al trattamento. Pertanto, è importante avere una squadra chirurgica e patologia affidabile quando incassando il tumore. Considerando alcuni di questi problemi, siamo stati in grado di stabilire una delle più grandi banche CRC PDTX di tumori completamente annotati rispetto a mutazioni, l'espressione genica, e le caratteristiche cliniche, rendendo questo un modello valido per la valutazione delle nuove terapie con l'obiettivo finale di migliorare i risultati del paziente.

Numerosi biologico e combinatoriaterapie sono state studiate in questo modello con l'obiettivo di determinare l'efficacia, i meccanismi di resistenza ai farmaci, così come gli effetti del trattamento sulla popolazione di cellule staminali del cancro. Il nostro gruppo ha esaminato l'efficacia di numerosi inibitori percorso biologico innovativi che utilizzano questo modello preclinico 12-18, che ha fornito informazioni preziose in un ulteriore sviluppo clinico di questi composti. Molti di questi studi hanno identificato biomarcatori predittivi 12-14,17,18 che possono aiutare nella selezione dei pazienti in futuri studi clinici. Inoltre, altri studi hanno inoltre determinato meccanismi di resistenza al trattamento con questo modello, che ha portato allo sviluppo di combinazioni razionali 19-24. Per esempio, Bardelli e colleghi 19 hanno dimostrato che il trattamento con Cetuximab ha indotto MET amplificazione e che Met può essere un meccanismo alla base della resistenza al trattamento di cetuximab in CRC. 19 In uno studio separato, Bertotti et al. 20identificato Her2 come bersaglio nei tumori CRC che erano resistenti al cetuximab. Infine, e un altro gruppo abbiamo dimostrato che il trattamento con un inibitore della Notch percorso in combinazione con irinotecan hanno ridotto la popolazione di cellule staminali del cancro e tumore recidiva CRC dopo il trattamento è stato interrotto 25,26. Insieme, questi studi dimostrano il potenziale potere di utilizzare modelli PDTX nel processo di sviluppo dei farmaci che possono avere un impatto significativo l'ulteriore sviluppo di nuovi composti.

Nonostante i vantaggi principali utilizzando tumori paziente derivata nel determinare l'efficacia di nuovi composti, ci sono alcune limitazioni in questo modello. Come dimostrato sperimentalmente in questo documento, lo stroma umana dal tumore originario (F0) viene sostituito con lo stroma del mouse alla generazione F1 nel modello CRC PDTX. A seconda della particolare destinazione della droga, questo può essere un problema quando leganti mouse sono in grado di attivare il recettore (s) su cellule tumorali umane. per Instane, si dimostra che nella generazione F1, HGF è derivato dallo stroma del mouse e gli studi hanno determinato che il mouse HGF è incapace di attivare il recettore funzionalmente 27,28 c-Met umana. Come risultato, c-Met-inibitori non possono presentare effetti di crescita antitumorali in questi modelli PDTX. Infatti, topi SCID HGF umanizzati sono state sviluppate per risolvere questo problema potenziale 28. Un altro svantaggio dell'utilizzo di tumori sottocutanei è l'incapacità di studiare gli effetti del trattamento sul potenziale metastatico dei tumori. Utilizzando modelli ortotopico, anche se tecnicamente più difficile da stabilire e la crescita del tumore immagine, probabilmente fornire una migliore comprensione degli effetti di trattamento di metastasi. Una limitazione finale di questo modello è l'incapacità di studiare il ruolo del sistema immunitario nel potenziare la crescita del tumore e la sua funzione nel facilitare resistenza al trattamento. Inoltre, con l'eccellente attività di immunoterapie recentemente dimostrato in clinica, utilizzando immunodeficietopi nt impedisce l'indagine degli agenti mirati immunitario. Di conseguenza, i modelli di topo umanizzato sono stati sviluppati per affrontare questi limiti, che possono fornire valore a comprendere il ruolo fondamentale delle interazioni immuno-tumorali, nonché consentire la ricerca di immunoterapie in combinazione con altri nuovi e composti approvati.

In conclusione, mettiamo a disposizione un metodo per sviluppare e mantenere un modello di CRC PDTX che ha un valore inestimabile nel determinare l'efficacia terapeutica, biomarcatori predittivi e percorsi di resistenza ai farmaci di nuovi agenti anti-cancro. Anche se questo modello ha sfide inerenti, l'utilità di questo modello è che ricapitola da vicino l'eterogeneità del tumore del tumore originale, che offre un'indagine più precisa e clinicamente rilevante di nuove terapie prima della valutazione clinica. valutazioni successive della impatto clinico nello sviluppo di farmaci di questo modello preclinico PDTX in ultima analisi, determinare la potenza di questomodello nel predire l'attività clinica di terapie nel cancro.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
RPMI or DMEM Corning 10-040-CV
Penicillin-Streptomycin Corning 30-002-CI
Non-essential Amino Acids Corning 25-025-CI
Fetal Bovine Serum Corning 35-010-CV Thaw in -4 °C, then activate for 30 min at 60 °C water bath
CPT blood tube BD vacutainer 362761
Microcentrifuge tube Surelock A-7002
Phosphate-Buffered Saline Corning 21-040-CV
Cyrogenic vials Cyroking C0732901
Plastic tumor cutting dish Trueline TR4001
Scissors Roboz RS-5881
Forceps Roboz RS-5135
Matrigel (gelatinous protein mixture) Corning 354234 Store at -20 or -80 °C, then thaw on ice, do not leave at RT
10% Formalin cups Protocol 032-059
Liquid Nitrogen Dewar Storage Thermolyne CY50900
Portable liquid nitrogen dewar Nalgene 4150-2000
Dimethyl Sulfoxide Fischer 67-68-5
Freezing container: Mr Frosty Nalgene 5100-0001
Isopropyl Alcohol Decon 64-17-5
Trocars Innovative Research of America MP-182
Anesthesia machine Patterson Veterinary
Anesthesia box Patterson Veterinary
Isoflurane Vet one 1038005
F-Air Canister Bickford Omnicon 80120
Meloxicam Vet one 5182-90C
Calipers Fowler 54-100-167
Weight scale Ohaus Scout Pro SP601

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References

  1. Siegel, R. L., Miller, K. D., Jemal, A. Cancer statistics. 2015. CA Cancer J Clin. 65, (1), 5-29 (2015).
  2. Comprehensive molecular characterization of human colon and rectal cancer. Nature. 487, (7407), 330-337 (2012).
  3. Arcaroli, J. J., et al. Tumours with elevated levels of the Notch and Wnt pathways exhibit efficacy to PF-03084014, a gamma-secretase inhibitor, in a preclinical colorectal explant model. Br J Cancer. 109, (3), 667-675 (2013).
  4. Hubbard, J., Grothey, A. Antiangiogenesis agents in colorectal cancer. Curr Opin Oncol. 22, (4), 374-380 (2010).
  5. van Es, J. H., et al. Notch/gamma-secretase inhibition turns proliferative cells in intestinal crypts and adenomas into goblet cells. Nature. 435, (7044), 959-963 (2005).
  6. Cassidy, J. W., Caldas, C., Bruna, A. Maintaining Tumor Heterogeneity in Patient-Derived Tumor Xenografts. Cancer Res. 75, (15), 2963-2968 (2015).
  7. Jin, K., et al. Patient-derived human tumour tissue xenografts in immunodeficient mice: a systematic review. Clin Transl Oncol. 12, (7), 473-480 (2010).
  8. Julien, S., et al. Characterization of a large panel of patient-derived tumor xenografts representing the clinical heterogeneity of human colorectal cancer. Clin Cancer Res. 18, (19), 5314-5328 (2012).
  9. Siolas, D., Hannon, G. J. Patient-derived tumor xenografts: transforming clinical samples into mouse models. Cancer Res. 73, (17), 5315-5319 (2013).
  10. Tentler, J. J., et al. Patient-derived tumour xenografts as models for oncology drug development. Nat Rev Clin Oncol. 9, (6), 338-350 (2012).
  11. Carson, F. L. Histotechnology: A Self-Assessment Workbook. American Society of Clinical Pathologists Press. Chicago, IL. (1996).
  12. Arcaroli, J. J., et al. Common PIK3CA mutants and a novel 3' UTR mutation are associated with increased sensitivity to saracatinib. Clin Cancer Res. 18, (9), 2704-2714 (2012).
  13. Arcaroli, J. J., et al. A NOTCH1 gene copy number gain is a prognostic indicator of worse survival and a predictive biomarker to a Notch1 targeting antibody in colorectal cancer. Int J Cancer. 138, (1), 195-205 (2016).
  14. Arcaroli, J. J., et al. Gene array and fluorescence in situ hybridization biomarkers of activity of saracatinib (AZD0530), a Src inhibitor, in a preclinical model of colorectal cancer. Clin Cancer Res. 16, (16), 4165-4177 (2010).
  15. Lieu, C. H., et al. Antitumor activity of a potent MEK inhibitor, TAK-733, against colorectal cancer cell lines and patient derived xenografts. Oncotarget. 6, (33), 34561-34572 (2015).
  16. Pitts, T. M., et al. Association of the epithelial-to-mesenchymal transition phenotype with responsiveness to the p21-activated kinase inhibitor, PF-3758309, in colon cancer models. Front Pharmacol. 4, 35 (2013).
  17. Song, E. K., et al. Potent antitumor activity of cabozantinib, a c-MET and VEGFR2 inhibitor, in a colorectal cancer patient-derived tumor explant model. Int J Cancer. 136, (8), 1967-1975 (2015).
  18. Tentler, J. J., et al. Identification of predictive markers of response to the MEK1/2 inhibitor selumetinib (AZD6244) in K-ras-mutated colorectal cancer. Mol Cancer Ther. 9, (12), 3351-3362 (2010).
  19. Bardelli, A., et al. Amplification of the MET receptor drives resistance to anti-EGFR therapies in colorectal cancer. Cancer Discov. 3, (6), 658-673 (2013).
  20. Bertotti, A., et al. A molecularly annotated platform of patient-derived xenografts ("xenopatients") identifies HER2 as an effective therapeutic target in cetuximab-resistant colorectal cancer. Cancer Discov. 1, (6), 508-523 (2011).
  21. Davis, S. L., et al. Combined inhibition of MEK and Aurora A kinase in KRAS/PIK3CA double-mutant colorectal cancer models. Front Pharmacol. 6, 120 (2015).
  22. Morelli, M. P., et al. Preclinical activity of the rational combination of selumetinib (AZD6244) in combination with vorinostat in KRAS-mutant colorectal cancer models. Clin Cancer Res. 18, (4), 1051-1062 (2012).
  23. Pitts, T. M., et al. Dual pharmacological targeting of the MAP kinase and PI3K/mTOR pathway in preclinical models of colorectal cancer. PLoS One. 9, (11), e113037 (2014).
  24. Spreafico, A., et al. Rational combination of a MEK inhibitor, selumetinib, and the Wnt/calcium pathway modulator, cyclosporin A, in preclinical models of colorectal cancer. Clin Cancer Res. 19, (15), 4149-4162 (2013).
  25. Arcaroli, J. J., et al. ALDH+ tumor-initiating cells exhibiting gain in NOTCH1 gene copy number have enhanced regrowth sensitivity to a gamma-secretase inhibitor and irinotecan in colorectal cancer. Mol Oncol. 6, (3), 370-381 (2012).
  26. Hoey, T., et al. DLL4 blockade inhibits tumor growth and reduces tumor-initiating cell frequency. Cell Stem Cell. 5, (2), 168-177 (2009).
  27. Ikebuchi, F., et al. Dissociation of c-Met phosphotyrosine sites in human cells in response to mouse hepatocyte growth factor but not human hepatocyte growth factor: the possible roles of different amino acids in different species. Cell Biochem Funct. 31, (4), 298-304 (2013).
  28. Zhang, Y. W., et al. Enhanced growth of human met-expressing xenografts in a new strain of immunocompromised mice transgenic for human hepatocyte growth factor/scatter factor. Oncogene. 24, (1), 101-106 (2005).

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