前立腺癌患者の発生は、循環腫瘍細胞からの異種移植モデルを派生します
Summary
This manuscript details a method used to generate prostate cancer patient derived xenografts (PDXs) from circulating tumor cells (CTCs). The generation of PDX models from CTCs provides an alternative experimental model to study prostate cancer; the most commonly diagnosed tumor and a frequent cause of death from cancer in men.
Abstract
Patient derived xenograft (PDX) models are gaining popularity in cancer research and are used for preclinical drug evaluation, biomarker identification, biologic studies, and personalized medicine strategies. Circulating tumor cells (CTC) play a critical role in tumor metastasis and have been isolated from patients with several tumor types. Recently, CTCs have been used to generate PDX experimental models of breast and prostate cancer. This manuscript details the method for the generation of prostate cancer PDX models from CTCs developed by our group. Advantages of this method over conventional PDX models include independence from surgical sample collection and generating experimental models at various disease stages. Density gradient centrifugation followed by red blood cell lysis and flow cytometry depletion of CD45 positive mononuclear cells is used to enrich CTCs from peripheral blood samples collected from patients with metastatic disease. The CTCs are then injected into immunocompromised mice; subsequently generated xenografts can be used for functional studies or harvested for molecular characterization. The primary limitation of this method is the negative selection method used for CTC enrichment. Despite this limitation, the generation of PDX models from CTCs provides a novel experimental model to be applied to prostate cancer research.
Introduction
患者由来の異種移植片は、癌の研究のために使用ますます人気の実験モデルです。彼らは、バイオマーカーおよび生物学的経路の特性、薬効の前臨床評価、およびパーソナライズされた癌治療のための1,2のアバターを作成するために使用することができます。以前は、他の研究グループは、免疫不全マウス1に単一の腫瘍細胞懸濁液または全腫瘍外植片を移植または注入のいずれかによってPDXモデルを開発しました。これらのPDX モデルは高価でもあると医原性罹患のリスク増加に患者を公開し、外科的処置を受けている患者からの新鮮な固形腫瘍、悪性腹水や胸水の外科的コレクションを必要とします。
癌研究における重要な最近の開発は、循環腫瘍細胞の検出、単離および特徴付けされています。これらの腫瘍細胞は、原発腫瘍塊から脱出し、循環に入ります彼らは転移や再発に重要な役割を果たしている場合には、癌の最も一般的な原因は、死亡率3を関連します。いくつかの固形腫瘍タイプからCTCの評価および特徴付けは、診断、予後、および残留疾患3を監視するための臨床情報を提供しています。物理的特性は、バイオマーカーの発現、またはCTCの機能的特徴のいずれかに依存する現在使用されている様々なアプローチは、効率的に4のCTC を単離することができます 。既存のマクロスケールCTCの単離方法は、密度勾配遠心分離、フィルター孔と表面分子に対する物理的な分離と濾過を含みます。最も広く使用されているCTCの分離方法は、CTCの抗体ベースのキャプチャに基づいています。細胞表面マーカーの正と負の両方の選択は、末梢血からのCTCを単離するために使用することができます。末梢循環中のCTCのための正の選択は、一般的に上皮マーカー （例えば、EpCAMを）を使用しますCTCのではなく、造血細胞上に発現再度。この方法の欠点は、転移の可能性を持つのCTCは、多くの場合、上皮-間葉3上皮表面マーカーを下方制御の移行（EMT）、受けているということです。白血球の正常な細胞集団を枯渇させる、転移の可能性、造血表面マーカー、CD45を用いた負の選択方法でのCTCを単離するために5を使用することができます。
前立腺癌は、最も一般的に診断される癌、男性6における癌関連死の主要な原因です。腫瘍進行及び攻撃性のメカニズムは完全には理解されていないので、発生および前立腺癌の分子不均一性を再現実験モデルの特徴は、かなりの関心があります。前立腺癌のPDXモデルがされています immunocomにヒト前立腺癌細胞の移植によって以前に生成されましたマウス7,8を約束しました。しかし、このようなモデルの生成は、主に疾患の無痛の性質に起因する免疫不全マウスへの前立腺癌の低い生着率によって妨げられてきました。最近、のCTCは、乳癌9、肺がん10および前立腺癌11 PDXモデルを生成するために使用されてきました。これらの概念実証研究では、外科的なサンプル収集の必要性とは無関係に、PDXモデルを生成する可能性を紹介しました。この記事では、具体的にこの新規実験モデルを生成するための方法について説明します。
Protocol
Representative Results
Discussion
この原稿は、CTCのから前立腺癌PDXモデルを生成するための方法を説明します。 PDXを生成するためのCTCの使用 既存の方法と比較した場合のモデルはいくつかの潜在的な重要な利点を有します。まず、末梢血からのCTCのアクセスコレクションは、異なる疾患段階で同じ患者からの実験モデルを生成することができます。第二に、血液採取は、腫瘍細胞の収集のための外科的処置を必…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank Dr. Jordi Ochando from the Flow Cytometry Shared Resources at the Mount Sinai Medical Center for their assistance in flow cytometry analysis. We thank Dr. Rumana Huq from the Microscopy Shared Resource Facility at the Mount Sinai Medical Center for their imaging assistance. The authors thank the TJ Martell Foundation for its support in this project.
Materials
| Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 1640 | Gibco Life Technologies | 11875-093 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco Life Technologies | 10437-028 | |
| Penicillin Streptomycin | Gibco Life Technologies | 15140-122 | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Corning Cell Gro | 21-031-CM | |
| 35 µm Cell Strainer | BD Falcon | 352340 | |
| 50 ml polystyrene conical tube | Crystalgen | 23-2263 | |
| Red blood cell lysing buffer | Sigma | R7757 | |
| DAPI | Invitrogen | d3571 | |
| Ficoll-Paque Plus | GE Healthcare | 17-1440 | |
| 12 mm x 75 mm Polystyrene tubes with cell strainer cap | BD Falcon | 352235 | |
| BD Vacutainer Lavender Blood Collection Tubes with EDTA | |||
| BD Winged Blood Collection Set with Push Button Retract Needle 23 gauge | |||
| BD Vacutainer One Use Needle Holder | |||
| Disposable Latex Tourniquet | |||
| Latex or non-latex gloves | |||
| alcohol swabs | |||
| 2×2 cotton gauze pads | |||
| Adhesive bandage | |||
| 25 gauge needle | |||
| 1 ml syringe |
References
- Hidalgo, M., et al. Patient-derived xenograft models: an emerging platform for translational cancer research. Cancer discovery. 4, 998-1013 (2014).
- Siolas, D., Hannon, G. J. Patient-derived tumor xenografts: transforming clinical samples into mouse models. Cancer research. 73, 5315-5319 (2013).
- Joosse, S. A., Gorges, T. M., Pantel, K. Biology, detection, and clinical implications of circulating tumor cells. EMBO molecular medicine. 1, 1-11 (2014).
- Yu, M., Stott, S., Toner, M., Maheswaran, S., Haber, D. A. Circulating tumor cells: approaches to isolation and characterization. The Journal of cell biology. 192, 373-382 (2011).
- Liu, Z., et al. Negative enrichment by immunomagnetic nanobeads for unbiased characterization of circulating tumor cells from peripheral blood of cancer patients. Journal of translational medicine. 9, 1-9 (2011).
- Siegel, R., Naishadham, D., Jemal, A. Cancer statistics , 2013. CA: a cancer journal for clinicians. 63, 11-30 (2013).
- Domingo-Domenech, J., et al. Suppression of acquired docetaxel resistance in prostate cancer through depletion of notch- and hedgehog-dependent tumor-initiating cells. Cancer cell. 22, 373-388 (2012).
- Klein, K. A., et al. Progression of metastatic human prostate cancer to androgen independence in immunodeficient SCID mice. Nature Medicine. 3, 402-408 (1997).
- Yu, M., et al. Cancer therapy. Ex vivo culture of circulating breast tumor cells for individualized testing of drug susceptibility. Science. 345, 216-220 (2014).
- Hodgkinson, C. L., et al. Tumorigenicity and genetic profiling of circulating tumor cells in small-cell lung cancer. Nature medicine. 20, 897-903 (2014).
- Vidal, S., et al. A Targetable GATA2-IGF2 Axis Confers Aggressiveness in Lethal Prostate Cancer. Cancer cell. 27, 223-239 (2015).
- Quintana, E., et al. Efficient tumour formation by single human melanoma cells. Nature. 456, 593-598 (2008).
- DeRose, Y. S., et al. Tumor grafts derived from women with breast cancer authentically reflect tumor pathology, growth, metastasis and disease outcomes. Nature. 17, 1514-1520 (2011).
