Adaptación de semiautomatizado de células tumorales circulantes (CTC) Ensayos para aplicaciones clínicas y de investigación preclínica
Summary
Las células tumorales circulantes (CTC) son pronóstico en varios tipos de cáncer metastásico. Este manuscrito describe el sistema de patrón oro CellSearch (CSS) plataforma enumeración CTC y destaca los errores de clasificación errónea comunes. Además, dos protocolos adaptados se describen, por definido por el usuario caracterización marcador de CTCs y CTC enumeración en modelos de ratones preclínicos de metástasis que utilizan esta tecnología.
Abstract
La mayoría de las muertes relacionadas con el cáncer se produce con posterioridad a la presentación de enfermedad metastásica. Este estadio de la enfermedad altamente letal se asocia con la presencia de células tumorales circulantes (CTC). Estas células raras se han demostrado para ser de importancia clínica en cáncer de mama metastásico, de próstata, y cánceres colorrectales. El actual estándar de oro en la detección clínica CTC y enumeración es el sistema CellSearch aprobado por la FDA (CSS). Este manuscrito describe el protocolo estándar utilizado por esta plataforma, así como dos protocolos adaptados adicionales que describen el proceso detallado de la optimización de marcador definido por el usuario para la caracterización de proteínas de CTC paciente y un protocolo comparable para la captura de CTC en muy bajos volúmenes de sangre, utilizando el estándar reactivos CSS, para estudiar in vivo los modelos preclínicos de ratón de la metástasis. Además, las diferencias en la calidad de CTC entre la sangre de donantes sanos se dispararon con células de cultivo de tejidos en comparación con la sangre del paciente samples se destacan. Por último, varios artículos que se discrepantes que pueden conducir a errores de clasificación errónea de CTC se describen. Tomados en conjunto, estos protocolos proporcionarán un recurso útil para los usuarios de esta plataforma de interesados en la investigación preclínica y clínica relacionada con la metástasis y la CTC.
Introduction
En 2013 se estima que 580,350 personas morirán de cáncer y que los 1.660.290 nuevos casos de esta enfermedad se diagnostica sólo en 1 de los Estados Unidos. La mayoría de estas muertes se producen con posterioridad a la presentación de enfermedad metastásica 2. La actual falta de terapias efectivas en el tratamiento de metástasis y una comprensión limitada de la cascada metastásica hace que esta etapa de la enfermedad altamente letal. La presencia de células tumorales circulantes (CTC) en el torrente sanguíneo se ha demostrado que se correlaciona con la enfermedad metastásica 3. Estas células son muy poco frecuentes y su detección es indicativa de la supervivencia general en cáncer de mama metastásico 4, 5 de próstata y colorrectal 6 cáncer. En estos pacientes, la presencia de ≥ ≥ 3 (colorrectal) CTCs en 7,5 ml de sangre 5 (mama y próstata) o es un indicador de mal pronóstico en comparación con aquellos pacientes con menos o ningún CTCs detectables en el samvolumen e sangre. Además, el cambio en el número de CTC durante o después de la intervención terapéutica ha demostrado ser útil como un factor de predicción de la respuesta al tratamiento, a menudo antes de lo que las técnicas actualmente utilizadas 7-10.
Se ha estimado que, en pacientes con cáncer metastásico, CTC se produce a una frecuencia de aproximadamente 1 por CTC 10 5 -10 7 células mononucleares de la sangre y en los pacientes con enfermedad localizada, esta frecuencia puede ser aún más baja (~ 1 en 10 8). La naturaleza poco común de estas células puede hacer que sea difícil de detectar y analizar con precisión y fiabilidad CTC 11. Existen varios métodos (revisado previamente 12-14) se han utilizado para enriquecer y detectar estas células mediante la explotación de las propiedades que los diferencian de los alrededores componentes sanguíneos. En general, la enumeración CTC es un proceso de dos partes que requiere tanto una etapa de enriquecimiento y una etapa de detección. Tradicionalmente, las etapas de enriquecimiento se basan en las diferencias en educación físicapropiedades de iCal de CTC (tamaño de la celda, densidad, capacidad de deformación) o en la expresión del marcador de proteína (es decir, molécula de adhesión celular epitelial [EpCAM], citoqueratina [CK]). Después de enriquecimiento, la detección de CTC puede llevarse a cabo en un número de maneras diferentes, la más común de las cuales son ensayos basados en ácidos nucleicos y / o enfoques de citometría. Cada una de estas estrategias son únicos, tienen ventajas y desventajas, sin embargo todos ellos carecen de normalización; una necesidad para entrar en el entorno clínico. Por tanto, el sistema de CellSearch (CSS) se desarrolló para brindar un método estándar para la detección y enumeración de los CTC raras en la sangre humana utilizando microscopía de fluorescencia y técnicas basadas en anticuerpos 4-6. Esta plataforma es actualmente considerado el estándar de oro en la enumeración CTC y es la única técnica aprobado por los EE.UU. Food and Drug Administration (FDA) para su uso en la clínica 15.
El CSS es una consistin plataforma de dos componentesg de, (1) el sistema de CellTracks AutoPrep (de aquí en adelante referido como el instrumento de preparación), que automatiza la preparación de muestras de sangre humana, y (2) la CellTracks Analyzer II (en lo sucesivo referido como el instrumento de análisis), que analiza estos muestras siguientes preparación. Para distinguir CTC de leucocitos contaminantes del instrumento de preparación emplea un anticuerpo mediada, enfoque separación magnética a base de ferrofluido y tinción de fluorescencia diferencial. Inicialmente, el sistema de etiquetas CTC usando anticuerpos anti-EpCAM conjugados con nanopartículas de hierro. La muestra se incuba a continuación en un campo magnético, y todas las células no marcadas son aspirados. Las células tumorales seleccionadas se resuspendieron, y se incubaron en una mancha de fluorescencia diferencial, que consiste en anticuerpos marcados de forma fluorescente y un reactivo de tinción nuclear. Finalmente, la muestra se transfiere a un cartucho magnético, llamado un magnest (en lo sucesivo, el dispositivo magnético), y SCanned usando el instrumento de análisis.
El instrumento de análisis se utiliza para explorar muestras preparadas usando diferentes filtros de fluorescencia, cada uno optimizado para la partícula fluorescente apropiada, usando una lente objetivo de 10X. CTC se identifican como células que están obligados por anti-EpCAM, anti-pan-CK-ficoeritrina (PE) (CK8, 18, y 19), y la mancha nuclear 4 ',6-diamino-2-fenilindol (DAPI). Por el contrario, los leucocitos contaminantes se identifican como células que están obligados por anti-CD45-aloficocianina (APC) y DAPI. Después de la exploración, potenciales células tumorales informáticos definidos se presentan al usuario. A partir de estas imágenes, el usuario debe emplear métodos cualitativos a través de los parámetros definidos y tinción diferencial discutidos anteriormente para determinar qué eventos son los CTC.
Además de proporcionar un método estandarizado para la enumeración de CTC, el CSS permite para la caracterización molecular de CTC basado en marcadores de proteínas de interés. Este interrogatorio cun ser realizadas a nivel de una sola célula, utilizando un isotiocianato de fluoresceína (FITC) canal de fluorescencia no se requiere para la identificación CTC 16. Aunque esta plataforma proporciona la capacidad para la caracterización molecular, no está bien definido el proceso detallado de elaboración de protocolos y optimización. Tres marcadores disponibles comercialmente han sido desarrollados por el fabricante para su uso con el CSS, incluyendo receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR), receptor del factor de crecimiento epidérmico humano 2 (HER2), y factor de crecimiento similar a la insulina 1 receptor (IGF-1R). Análisis de HER2, en combinación con el CSS, ha sido utilizado por varios grupos para ilustrar el potencial para la caracterización de CTC para informar la toma de decisiones clínicas y de cambiar las pautas de tratamiento potencialmente existentes. Por ejemplo, Fehm et al. 17 demostraron que aproximadamente un tercio de los pacientes con cáncer de mama con tumores HER2-primaria tenía HER2 + CTC. Además, Liu et al.18 informó recientemente que hasta el 50% de los pacientes con cáncer de mama HER + metastásico no tenía HER2 + CTC. Herceptin, un receptor HER2 interferir anticuerpo monoclonal demostrado beneficiarse en gran medida los pacientes cuyos tumores expresan suficientes niveles de HER2, es un tratamiento comúnmente utilizado para los pacientes con tumores HER2 + primarias 19-21. Sin embargo, estos estudios sugieren que Herceptin puede estar siendo sub-óptima utilizada y que la caracterización de CTC puede ayudar en la predicción de la respuesta al tratamiento. En última instancia, la caracterización CTC puede tener el potencial de mejorar la atención personalizada.
Investigación CTC es único en que ha utilizado en gran medida un enfoque de la cabecera-a de sobremesa. Este método, a diferencia de-sobremesa-al lado de la cama de investigación, que a menudo puede tomar años para impactar el cuidado del paciente, ha permitido a CTC rápida entrada en el ámbito clínico. Sin embargo, los médicos no se atreven a utilizar los resultados de los análisis de CTC en el tratamiento del paciente la decisión de tomaing debido a una falta de entendimiento de su biología subyacente. Por lo tanto adecuados modelos preclínicos de ratón de las técnicas de metástasis y análisis complementarios CTC se deben utilizar con el fin de investigar estas cuestiones pendientes. En general, hay dos tipos de modelos preclínicos utilizados para estudiar la cascada metastásica, (1) modelos de metástasis espontánea, que permiten el estudio de todos los pasos de la cascada metastásica, y (2) modelos de metástasis experimentales, que sólo permiten el estudio de las etapas posteriores en el proceso metastásico, tales como la extravasación y la formación de tumor secundario 22. Modelos de metástasis espontáneas, implican inyecciones de células tumorales en lugares ortotópico apropiadas (por ejemplo, inyección de células de cáncer de próstata en la glándula prostática para el estudio del cáncer de próstata). Después las células se les da tiempo para formar tumores primarios y metástasis espontáneamente a los sitios secundarios, tales como el hueso, pulmón, y los ganglios linfáticos. EnPor el contrario, los modelos experimentales de metástasis implican la inyección directa de células tumorales en el torrente sanguíneo (por ejemplo a través de la vena de la cola o la inyección intracardiaca para dirigirse a las células a lugares específicos) y, por tanto, se saltan los pasos iniciales de intravasation y difusión a los órganos secundarios 22. Hasta ahora la mayoría de los análisis de CTC en vivo en sistemas modelo se ha realizado usando ya sea 23 o adaptados técnicas CTC basado en citometría de origen humano (por ejemplo AdnaTest) 24. Aunque útil, ninguna de estas técnicas refleja adecuadamente enumeración CTC usando el CSS estándar de oro. Sobre la base de la aprobación clínica, la naturaleza estandarizada, y el uso generalizado de la CSS, el desarrollo de una técnica de captura y detección de CTC para el modelado in vivo que utiliza preparación de la muestra equivalente, procesamiento, y los criterios de identificación sería ventajoso como resultados serían comparables a los obtenido a partir de muestras de pacientes. Sin embargo, debido a la REQ volumenuirements del instrumento de preparación no es posible procesar pequeños volúmenes de sangre utilizando esta plataforma automatizada. . Además, el trabajo previo de Eliane et al 25 han demostrado que la contaminación de las muestras con células epiteliales del ratón (que también cumplen con la definición estándar CTC [EpCAM + CK + DAPI + CD45 -]) puede dar lugar a errores de clasificación de ratón las células epiteliales escamosas como CTC. Para abordar estas cuestiones una técnica adaptada que permite la utilización de los reactivos del kit CSS CTC combinados con un procedimiento de aislamiento manual fue desarrollado. La adición de un antígeno leucocitario humano marcado con FITC (HLA) de anticuerpos para el ensayo permite que las células tumorales humanas para distinguirse de ratón células epiteliales escamosas.
Este manuscrito describe la norma, desarrollada comercialmente y protocolo CSS optimizado para el procesamiento de las muestras de pacientes de sangre y las trampas más comunes que se pueden encontrar, entre ellos discrepanciasartículos camisetas que pueden conducir a errores de clasificación errónea de CTC. Además, la personalización del ensayo CSS para examinar las características de la proteína de CTC capturados y una técnica de CSS adaptado comparable que permite el enriquecimiento y detección de CTC de pequeños volúmenes de sangre en modelos preclínicos de ratón de metástasis definidas por el usuario se describen.
Protocol
Representative Results
Discussion
A pesar del desarrollo de muchas nuevas tecnologías de CTC desde la introducción de la CSS en el año 2004, esta técnica sigue siendo la única tecnología clínicamente aprobada hoy en el mercado, por lo que se considera el estándar de oro actual para la detección y enumeración CTC. Este manuscrito ha demostrado que a pesar de la CSS tiene rigurosos estándares de control de calidad que puede estar sujeto a sesgos de interpretación y que la identificación de CTC en muestras de pacientes es muy diferente de la i…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por subvenciones del Instituto de Ontario de Investigación del Cáncer (# 08NOV230), la Fundación Canadiense para la Innovación (# 13199), el cáncer de próstata Canadá, Janssen Oncología, el Programa Regional del Cáncer de Londres, y el apoyo de los donantes de John y Donna Bristol a través el London Health Sciences Foundation (ALA). LEL es apoyado por un Banting y Charles Best Frederick Canada Graduate Beca Premio de Doctorado. ALA es apoyado por un Premio al Investigador Nueva CIHR y un Premio Investigador Temprana del Ministerio de Investigación e Innovación de Ontario.
Materials
| REAGENTS | |||
| 0.5M EDTA | |||
| Anti-human CD44-FITC | BD Pharmigen | 555478 | |
| Anti-human CD44-PE | BD Pharmigen | 555479 | |
| Anti-human HLA-AlexaFluor488 | BioLegend | 311415 | |
| Anti-mouse CD45-APC | eBioscience | 17-0451-82 | |
| Bond Primary Antibody Diluent | Leica | AR9352 | |
| CellSave Preservative Tubes | Veridex | 952820 (20 pack) 79100005 (100 pack) | |
| CellSearch CTC Control Kit | Veridex | 7900003 | |
| CellSearch CTC Kit | Veridex | 7900001 | |
| CellSearch CXC Control Kit | Veridex | 7900018RUO | |
| CellSearch CXC Kit | Veridex | 7900017RUO | |
| Instrument Buffer | Veridex | 7901003 | |
| Streck Cell Preservative (aka CytoChex) | Streck | 213350 | |
| EQUIPMENT | |||
| 1 ml syringe | |||
| 10 ml serological pipette | |||
| 1000µl pipette | |||
| 1000µl pipette tips | |||
| 12 x 75mm flow tubes | |||
| 200µl gel loading tips | |||
| 200µl pipette | |||
| 22 gauge needle | |||
| 5 3/4" disposible pasteur pipet | VWR | 14672-200 | |
| 5 ml serological pipette | |||
| Automated pipettor | |||
| Capillary Blood Collection Tube (EDTA) | BD Microtainer | 365974 | |
| CellSearch Analyzer II | Veridex | 9555 | Includes magnests and verification cartirdges |
| CellSearch AutoPrep System | Veridex | 9541 | |
| Centrifuge | |||
| MagCellect Magnet | R&D Systems | MAG997 | |
| Small Latex Bulb | VWR | 82024-550 | |
| Vortex |
References
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