פיתוח ותחזוקה של גידול נגזר החולה פרה xenograft דגם לחקירת Novel טיפולים נגד סרטן
Summary
ניצול גידולים שמקורם המטופל במודל פרה-קליני תת עורית הוא דרך מצוינת ללמוד את היעילות של טיפולים חדשניים, גילוי סמן ביולוגי חזוי, ושבילי סמים עמידים. מודל זה, בתהליך פיתוח התרופות, יש חשיבות רבה לקביעת גורלו של טיפולים חדשניים נגד סרטן רבים לפני למחקר קליני.
Abstract
Patient derived tumor xenograft (PDTX) models provide a necessary platform in facilitating anti-cancer drug development prior to human trials. Human tumor pieces are injected subcutaneously into athymic nude mice (immunocompromised, T cell deficient) to create a bank of tumors and subsequently are passaged into different generations of mice in order to maintain these tumors from patients. Importantly, cellular heterogeneity of the original tumor is closely emulated in this model, which provides a more clinically relevant model for evaluation of drug efficacy studies (single agent and combination), biomarker analysis, resistant pathways and cancer stem cell biology. Some limitations of the PDTX model include the replacement of the human stroma with mouse stroma after the first generation in mice, inability to investigate treatment effects on metastasis due to the subcutaneous injections of the tumors, and the lack of evaluation of immunotherapies due to the use of immunocompromised mice. However, even with these limitations, the PDTX model provides a powerful preclinical platform in the drug discovery process.
Introduction
סרטן מעי גס (CRC) הוא תורם משמעותי מקרי מוות מסרטן בארצות הברית. בשנת 2015, היו כ 132,700 מקרים חדשים של CRC עם 49,700 מקרי מוות 1. למרות הפרוגנוזה בחולים עם מחלה מקומית מצוין, חולים עם מחלה מתקדמת יש תוצאות עניות, מה שהופך בעדיפות עליונה זו בפיתוח טיפולים חדשניים. למרות רמת משטר כימותרפיות טיפול ביולוגיות חדשות יותר שנפרסות נגד מחלה זו, חל רק גידול מצטבר בהישרדות כוללת. בהתאם לכך, ישנו מאמץ משמעותי בהבנת מסלולי הנהג המעורב בקידום צמיחת גידול במחלה זו. רשת אטלס הגנום הסרטן זיהתה לאחרונה מסלולים עיקריים רבים מעורבים dysregulation CRC וכוללים: Wnt, phosphoinositide 3-kinase (PI3K), RAS,-β גורם גדילה ההפיכה (β TGF-) ו TP53 2. יחד, עם חקירות מתאר otמסלולים לה להגביר הצמיחה CRC היה להצית את הפיתוח של טיפולים חדשים שנועדו לשפר את ההישרדות משמעותית באוכלוסיית חולים זו 3-5. במודלים פרה ניצול בפיתוח התרופה האונקולוגית היו חיוניים בתהליך זה בחיזוי העשייה הקלינית של תרכובות חדשות אלה.
במודלים פרה שונים כבר נוצלו בתהליך פיתוח תרופות. בהתחשב בכך במודלים של בעלי חיים מהונדסים פרה הנציחו שורות תאים לא הצליחו בקביעת הפעילות הקלינית של טיפולים אונקולוגיים רומן, בעיקר בשל החוסר יכל על מנת לשקף את המורכבות של גידולים אנושיים, xenograft גידול נגזר חולה (PDTX) מודלים הוקמו. היתרון הגדול של מודל זה הוא כי ההטרוגניות גידול נשארו שלמות וללא משקפות היטב את המאפיינים המולקולריים clonality של שמקורם בחולת גידול 6-9. מודלים PDTX לספק מעולה in vivoפלטפורמה פרה ללמוד סוכני רומן, שבילים עמידים לתרופות, אסטרטגיות combinational, ביולוגיה של תא גזע סרטני 10.
סקירה כללית של תהליך PDTX מתוארת באיור 1. זה מתחיל במרפאת, הסכמה חולה כדי לאפשר כמה רקמת הגידול העודפת שלהם כדי לשמש למחקר זה. לאחר מכן, בעת הניתוח, פיסת הגידול גולם על ידי פתולוג והכניסה תקשורת להיות מועברת אנשי מחקר. מיד אחרי זה, קטע של הגידול הוא חתך לחתיכות קטנות מושתלים לעכברים immunodeficient תת עורי. לאחר הגידול גדל, הוא passaged לתוך דורות שונים של עכברים כדי לשמור על גידול 10. בדרך כלל, לאחר שדור F3 הגידול ניתן להרחיב לתוך מחקר טיפול שבו תרכובות חדשות ו / או טיפולים קומבינטוריים מוערכים. Next Gen Seq (Exome Seq, RNA Seq ו SNP מערך) ניצול סמנים חזוי פוטנציאליים לגלותed המסייעים בבחירת חולים שעשויים להפיק תועלת מטיפול מסוים.
מטרות העל של שימוש במודלי PDTX הן: 1) להעריך את היעילות של טיפולים חדשניים כסוכן יחיד או בשילוב ו -2) לזהות סמנים חזויים של רגישות או התנגדות לפני למחקר קליני. בכתב היד הזה, אנו מספקים את המתודולוגיה בייזום ואחזקה של בנק CRC PDTX ולספק את היתרונות והמגבלות של מודל זה גילוי ופיתוח תרופות.
סקירה כללית באיור 1. לפרוטוקול דגם CRC PDTX. גידול נגזר חולה מתקבלת מניתוח והזריק מייד לעכברים בעירום athymic תת עורי. לאחר הגידול גדל היא מורחבת לתוך הדורות הבאים, ובסופו של דבר הרחיב ללימודי טיפול. respo טיפולnses מוערך וביומרקרים חזויים מזוהים שעשויים לסייע בבחירה חולה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
Protocol
Representative Results
Discussion
פלטפורמת גילוי תרופות PDTX מציעה מודל משופר לחסרונות של במודלים פרה אחרים כי הם אמינים בחיזוי עשייה קלינית של תרכובות חדשות. חשוב לציין, גידולים במודל זה מהבחינה ביולוגית יציבים, שומר על פוטנציאל גרורתי, ולהציג היענות תרופה דומה מדור לדור. במודל זה, גידולים שמקורם בחול…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by grant 1R01CA152303-01.
Materials
| 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 minutes at 60 °C water bath |
| CPT blood tube | BD vacutainer | 362761 | |
| Microcentrifuge tube | Surelock | A-7002 | |
| Phospate-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 room temperature |
| 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 | none | |
| Anesthesia box | Patterson Veterinary | none | |
| 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 |
References
- Siegel, R. L., Miller, K. D., Jemal, A. Cancer statistics. 2015. CA Cancer J Clin. 65 (1), 5-29 (2015).
- . Comprehensive molecular characterization of human colon and rectal cancer. Nature. 487 (7407), 330-337 (2012).
- 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).
- Hubbard, J., Grothey, A. Antiangiogenesis agents in colorectal cancer. Curr Opin Oncol. 22 (4), 374-380 (2010).
- 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).
- Cassidy, J. W., Caldas, C., Bruna, A. Maintaining Tumor Heterogeneity in Patient-Derived Tumor Xenografts. Cancer Res. 75 (15), 2963-2968 (2015).
- Jin, K., et al. Patient-derived human tumour tissue xenografts in immunodeficient mice: a systematic review. Clin Transl Oncol. 12 (7), 473-480 (2010).
- 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).
- Siolas, D., Hannon, G. J. Patient-derived tumor xenografts: transforming clinical samples into mouse models. Cancer Res. 73 (17), 5315-5319 (2013).
- Tentler, J. J., et al. Patient-derived tumour xenografts as models for oncology drug development. Nat Rev Clin Oncol. 9 (6), 338-350 (2012).
- Carson, F. L. . Histotechnology: A Self-Assessment Workbook. , (1996).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Hoey, T., et al. DLL4 blockade inhibits tumor growth and reduces tumor-initiating cell frequency. Cell Stem Cell. 5 (2), 168-177 (2009).
- 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).
- 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).
