JoVE Journal > Cancer Research
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Résultats
Discussion
Divulgations
Acknowledgements
Materials
References
Traduction automatique
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Recherche en cancérologie

إنشاء وتوصيف نماذج الطعم الخارجي المشتقة من المريض لسرطان الغدة الدرقية الكشمي وسرطان الخلايا الحرشفية في الرأس والرقبة

Published: June 02, 2023
doi:
10.3791/64623
, , , , , , , , ,
1Precision Medicine Research Center, Sichuan Provincial Key Laboratory of Precision Medicine, National Clinical Research Center for Geriatrics, West China Hospital,Sichuan University, 2Department of Thyroid Surgery, West China Hospital,Sichuan University, 3Sichuan Kangcheng Biotech Co., 4Sichuan Cancer Hospital

Summary

ينشئ البروتوكول الحالي ويميز نموذج xenograft المشتق من المريض (PDX) لسرطان الغدة الدرقية الكشمي (ATC) وسرطان الخلايا الحرشفية في الرأس والرقبة (HNSCC) ، حيث أصبحت نماذج PDX بسرعة المعيار في مجال علم الأورام الانتقالي.

Abstract

تحافظ نماذج xenograft المشتقة من المريض (PDX) بأمانة على الخصائص النسيجية والجينية للورم الرئيسي وتحافظ على عدم تجانسه. ترتبط نتائج الديناميكا الدوائية القائمة على نماذج PDX ارتباطا وثيقا بالممارسة السريرية. سرطان الغدة الدرقية الكشمي (ATC) هو النوع الفرعي الأكثر خبيثة من سرطان الغدة الدرقية ، مع غزو قوي ، وسوء التشخيص ، والعلاج المحدود. على الرغم من أن معدل الإصابة ب ATC يمثل 2٪ -5٪ فقط من سرطان الغدة الدرقية ، إلا أن معدل الوفيات يصل إلى 15٪ -50٪. يعد سرطان الخلايا الحرشفية في الرأس والرقبة (HNSCC) أحد أكثر الأورام الخبيثة شيوعا في الرأس والرقبة ، مع أكثر من 600000 حالة جديدة في جميع أنحاء العالم كل عام. هنا ، يتم تقديم بروتوكولات مفصلة لإنشاء نماذج PDX من ATC و HNSCC. في هذا العمل ، تم تحليل العوامل الرئيسية التي تؤثر على معدل نجاح بناء النموذج ، وتمت مقارنة السمات النسيجية المرضية بين نموذج PDX والورم الرئيسي. علاوة على ذلك ، تم التحقق من الأهمية السريرية للنموذج من خلال تقييم الفعالية العلاجية في الجسم الحي للأدوية التمثيلية المستخدمة سريريا في نماذج PDX التي تم بناؤها بنجاح.

Introduction

نموذج PDX هو نموذج حيواني يتم فيه زرع أنسجة الورم البشري في الفئران التي تعاني من نقص المناعة وتنمو في البيئة التي توفرها الفئران1. تعاني نماذج خط الخلايا السرطانية التقليدية من العديد من العيوب ، مثل عدم التجانس ، وعدم القدرة على الاحتفاظ بالبيئة المكروية للورم ، والتعرض للاختلافات الجينية أثناء الممرات المتكررة في المختبر ، والتطبيق السريريالسيئ 2,3. تتمثل العيوب الرئيسية للنماذج الحيوانية المعدلة وراثيا في الخسارة المحتملة للسمات الجينومية للأورام البشرية ، وإدخال طفرات جديدة غير معروفة ، وصعوبة تحديد درجة التماثل بين أورام الفئران والأورام البشرية4. بالإضافة إلى ذلك ، فإن إعداد النماذج الحيوانية المعدلة وراثيا مكلف ويستغرق وقتا طويلا وغير فعال نسبيا4.

يتميز نموذج PDX بالعديد من المزايا مقارنة بنماذج الأورام الأخرى من حيث عكس عدم تجانس الورم. من منظور علم التشريح المرضي ، على الرغم من أن نظير الفأر يحل محل السدى البشري بمرور الوقت ، فإن نموذج PDX يحافظ على البنية المورفولوجية للورم الرئيسي جيدا. بالإضافة إلى ذلك ، يحافظ نموذج PDX على الهوية الأيضية للورم الرئيسي لمدة أربعة أجيال على الأقل ويعكس بشكل أفضل العلاقات المتبادلة المعقدة بين الخلايا السرطانية وبيئتها المكروية ، مما يجعله فريدا في محاكاة النمو ، ورم خبيث ، وتكوين الأوعية ، وكبت المناعة لأنسجة الورم البشري5،6،7. على المستويين الخلوي والجزيئي ، يعكس نموذج PDX بدقة عدم تجانس الأورام البشرية بين الأورام وداخلها ، بالإضافة إلى الخصائص المظهرية والجزيئية للسرطان الأصلي ، بما في ذلك أنماط التعبير الجيني ، وحالة الطفرة ، ورقم النسخ ، ومثيلة الحمض النووي والبروتينات 8,9. نماذج PDX ذات الممرات المختلفة لها نفس الحساسية للعلاج الدوائي ، مما يشير إلى أن التعبير الجيني لنماذج PDX مستقر للغاية10,11. أظهرت الدراسات وجود علاقة ممتازة بين استجابة نموذج PDX للدواء والاستجابات السريرية للمرضى لهذا الدواء12,13. لذلك ، ظهر نموذج PDX كنموذج بحثي قوي قبل السريري ومتعدي ، خاصة لفحص الأدوية والتنبؤ بالتشخيص السريري.

سرطان الغدة الدرقية هو ورم خبيث شائع في نظام الغدد الصماء وهو ورم خبيث بشري أظهر زيادة سريعة في الإصابة في السنوات الأخيرة14. سرطان الغدة الدرقية الكشمي (ATC) هو أكثر أنواع سرطان الغدة الدرقية خبثا ، حيث يبلغ متوسط بقاء المريض على قيد الحياة 4.8 شهرا فقط15. على الرغم من أن أقلية فقط من مرضى سرطان الغدة الدرقية يتم تشخيصهم ب ATC كل عام في الصين ، إلا أن معدل الوفيات يقترب من 100٪ 16،17،18. عادة ما ينمو ATC بسرعة ويغزو الأنسجة المجاورة للرقبة وكذلك الغدد الليمفاوية العنقية ، وحوالي نصف المرضى لديهم نقائل بعيدة19,20. سرطان الخلايا الحرشفية في الرأس والرقبة (HNSCC) هو سادس أكثر أنواع السرطان شيوعا في العالم وأحد الأسباب الرئيسية لوفيات السرطان ، حيث يعاني ما يقدر بنحو 600000 شخص من HNSCC كل عام21،22،23. يشمل HNSCC عددا كبيرا من الأورام ، بما في ذلك الأورام الموجودة في الأنف والجيوب الأنفية والفم واللوزتين والبلعوم والحنجرة24. ATC و HNSCC هما من الأورام الخبيثة الرئيسية في الرأس والرقبة. من أجل تسهيل تطوير عوامل علاجية جديدة وعلاجات شخصية ، من الضروري تطوير نماذج حيوانية قوية ومتقدمة قبل السريرية مثل نماذج PDX من ATC و HNSCC.

تقدم هذه المقالة طرقا مفصلة لإنشاء نموذج PDX تحت الجلد ل ATC و HNSCC ، وتحلل العوامل الرئيسية التي تؤثر على معدل أخذ الورم في بناء النموذج ، وتقارن الخصائص النسيجية المرضية بين نموذج PDX والورم الرئيسي. وفي الوقت نفسه ، في هذا العمل ، تم إجراء اختبارات الديناميكا الدوائية في الجسم الحي باستخدام نماذج PDX التي تم إنشاؤها بنجاح من أجل التحقق من أهميتها السريرية.

Protocol

تم إجراء جميع التجارب على الحيوانات وفقا لجمعية تقييم واعتماد إرشادات وبروتوكولات رعاية المختبر المعتمدة من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام الحيوان في مستشفى غرب الصين بجامعة سيتشوان. تم استخدام الفئران التي تعاني من نقص المناعة NOD-SCID الذين تتراوح أعمارهم بين 4-6 أسابيع (من كلا الجنسي…

Representative Results

تم زرع ما مجموعه 18 عينة من سرطان الغدة الدرقية ، وتم بناء خمسة نماذج PDX لسرطان الغدة الدرقية بنجاح (معدل أخذ الورم بنسبة 27.8٪) ، بما في ذلك أربع حالات من سرطانات الغدة الدرقية غير المتمايزة وحالة واحدة من سرطان الغدة الدرقية الكشمي. تم تحليل العلاقة بين معدل نجاح بناء النموذج والعمر والجنس وق…

Discussion

نجحت هذه الدراسة في إنشاء نماذج PDX تحت الجلد ل ATC و HNSCC. هناك العديد من الجوانب التي يجب الانتباه إليها أثناء عملية بناء نموذج PDX. عندما يتم فصل أنسجة الورم عن المريض ، يجب وضعها في صندوق الثلج وإرسالها إلى المختبر للتلقيح في أقرب وقت ممكن. بعد وصول الورم إلى المختبر ، يجب على المشغل الانتباه إ…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

تم دعم هذا العمل من قبل برنامج دعم العلوم والتكنولوجيا في مقاطعة سيتشوان (رقم المنحة 2019JDRC0019 و 2021ZYD0097) ، ومشروع 1.3.5 لتخصصات التميز ، مستشفى غرب الصين ، جامعة سيتشوان (رقم المنحة ZYJC18026) ، مشروع 1.3.5 لتخصصات التميز – مشروع حضانة البحوث السريرية ، مستشفى غرب الصين ، جامعة سيتشوان (المنحة رقم 2020HXFH023) ، صناديق البحوث الأساسية للجامعات المركزية (SCU2022D025) ، مشروع التعاون الدولي لمكتب تشنغدو للعلوم والتكنولوجيا (المنحة رقم 2022-GH02-00023-HZ) ، ومشروع شرارة الابتكار بجامعة سيتشوان (المنحة رقم 2019SCUH0015) ، وصندوق تدريب المواهب للتكامل الطبي الهندسي لمستشفى غرب الصين – جامعة العلوم والتكنولوجيا الإلكترونية (رقم المنحة. HXDZ22012).

Materials

2.4 mm x 2.0 mm trocar Shenzhen Huayang Biotechnology Co., Ltd 18-9065
Balb/c nude mice Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd. 401
Biosafety cabinet Suzhou Antai BSC-1300IIA2
Blade Shenzhen Huayang Biotechnology Co., Ltd 18-0823
Centrifuge tube  Corning 430791/430829
Cryopreservation tube Chengdu Dianrui Experimental Instrument Co., Ltd /
Custodiol HTK-Solution Custodiol 2103417
Dimethyl sulfoxide(DMSO) SIGMA-ALORICH D5879-500mL
Electronic balance METTLER ME104
Electronic digital caliper Chengdu Chengliang Tool Group Co., Ltd 0-220
fetal bovine serum(FBS) VivaCell C04001-500
IBM SPSS Statistics 26 IBM
Ketamine Jiangsu Zhongmu Beikang Pharmaceutical Co., Ltd  100761663
Lenvatinib ApexBio A2174
NOD SCID immunodeficient mice Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd. 406
Pen-Strep Solution Biological Industries 03-03101BCS
Petri dish WHB WHB-60/WHB-100
Saline  Sichuan Kelun W220051705
Scissor Shenzhen Huayang Biotechnology Co., Ltd 18-0110
Tweezer Shenzhen Huayang Biotechnology Co., Ltd 18-1241
Vet ointment Pfizer Inc. P10015353
Xylazine Dunhua Shengda Animal Medicine Co., Ltd 070031777
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Toolan, H. W. Successful subcutaneous growth and transplantation of human tumors in X-irradiated laboratory animals. Proceedings of The Society for Experimental Biology and Medicine. 77 (3), 572-578 (1951).
  2. Gillet, J. P., et al. Redefining the relevance of established cancer cell lines to the study of mechanisms of clinical anti-cancer drug resistance. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (46), 18708-18713 (2011).
  3. Hausser, H. J., Brenner, R. E. Phenotypic instability of Saos-2 cells in long-term culture. Biochemical & Biophysical Research Communications. 333 (1), 216-222 (2005).
  4. Pérez-Mancera, P., Guerra, C., Barbacid, M., Tuvesonet, D. A. What we have learned about pancreatic cancer from mouse models. Gastroenterology. 142 (5), 1079-1092 (2012).
  5. Bruna, A., et al. A biobank of breast cancer explants with preserved intra-tumor heterogeneity to screen anticancer compounds. Cell. 167 (1), 260-274 (2016).
  6. Choi, S., et al. Lessons from patient-derived xenografts for better in vitro modeling of human cancer. Advanced Drug Delivery Reviews. 79-80, 222-237 (2014).
  7. Blomme, A., et al. Murine stroma adopts a human-like metabolic phenotype in the PDX model of colorectal cancer and liver metastases. Oncogene. 37 (9), 1237-1250 (2018).
  8. Wang, D., et al. Molecular heterogeneity of non-small cell lung carcinoma patient-derived xenografts closely reflect their primary tumors. International Journal of Cancer. 140 (3), 662-673 (2016).
  9. Jung, J., et al. Generation and molecular characterization of pancreatic cancer patient-derived xenografts reveals their heterologous nature. Oncotarget. 7 (38), 62533-62546 (2016).
  10. Keysar, S., et al. A patient tumor transplant model of squamous cell cancer identifies PI3K inhibitors as candidate therapeutics in defined molecular bins. Molecular Oncology. 7 (4), 776-790 (2013).
  11. Rubio-Viqueira, B., et al. An in vivo platform for translational drug development in pancreatic cancer. Clinical Cancer Research. 12 (15), 4652-4661 (2006).
  12. Fiebig, H. H., et al. Development of three human small cell lung cancer models in nude mice. Recent Results in Cancer Research. 97, 77-86 (1985).
  13. Morelli, M. P., et al. Prioritizing phase I treatment options through preclinical testing on personalized tumorgraft. Journal of Clinical Oncology. 30 (4), 45-48 (2012).
  14. Bray, F., et al. Global cancer statistics 2018: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA. 68 (6), 394-424 (2018).
  15. Onoda, N., et al. Evaluation of the 8th edition TNM classification for anaplastic thyroid carcinoma. Cancers. 12 (3), 552 (2020).
  16. Nel, C., et al. Anaplastic carcinoma of the thyroid: A clinicopathologic study of 82 cases. Mayo Clinic Proceedings. 60 (1), 51-58 (1985).
  17. Mazzaferri, E. L. Increasing incidence of thyroid cancer in the United States, 1973-2002. Yearbook of Medicine. 2007, 496-499 (2007).
  18. Kebebew, E., Greenspan, F. S., Clark, O. H., Woeber, K. A., Mcmillan, A. Anaplastic thyroid carcinoma. Treatment outcome and prognostic factors. Cancer. 103 (7), 1330-1335 (2005).
  19. Lin, B., et al. The incidence and survival analysis for anaplastic thyroid cancer: A SEER database analysis. American Journal of Translational Research. 11 (9), 5888-5896 (2019).
  20. Maniakas, A., Dadu, R., Busaidy, N. L., Wang, J. R., Zafereo, M. Evaluation of overall survival in patients with anaplastic thyroid carcinoma, 2000-2019. JAMA Oncology. 6 (9), 1397-1404 (2020).
  21. Gilardi, M., et al. Tipifarnib as a precision therapy for HRAS-mutant head and neck squamous cell carcinomas. Molecular Cancer Therapeutics. 19 (9), 1784-1796 (2020).
  22. Siegel, R. L., Miller, K. D., Jemal, A. Cancer statistics, 2016. CA. 66 (1), 7-30 (2016).
  23. Chow, L. Q. M. Head and neck cancer. New England Journal of Medicine. 382 (1), 60-72 (2020).
  24. Swiecicki, P. L., Brennan, J. R., Mierzwa, M., Spector, M. E., Brenner, J. C. Head and neck squamous cell carcinoma detection and surveillance: Advances of liquid biomarkers. Laryngoscope. 129 (8), 1836-1843 (2019).
  25. Wang, R., et al. Distribution and activity of lenvatinib in brain tumor models of human anaplastic thyroid cancer cells in severe combined immune deficient mice. Molecular Cancer Therapeutics. 18 (5), 947-956 (2019).
  26. Takahashi, S., et al. A phase II study of the safety and efficacy of lenvatinib in patients with advanced thyroid cancer. Future Oncology. 15 (7), 717-726 (2019).
  27. Ferrari, S. M., et al. Lenvatinib exhibits antineoplastic activity in anaplastic thyroid cancer in vitro and in vivo. Oncology Reports. 39 (5), 2225-2234 (2018).
  28. Cabanillas, M. E., Habra, M. A. Lenvatinib: Role in thyroid cancer and other solid tumors. Cancer Treatment Reviews. 42, 47-55 (2016).
  29. Jung, J., Seol, H. S., Chang, S. The generation and application of patient-derived xenograft model for cancer research. Cancer Research and Treatment. 50 (1), 1-10 (2018).
  30. Peng, S., et al. Tumor grafts derived from patients with head and neck squamous carcinoma authentically maintain the molecular and histologic characteristics of human cancers. Journal of Translational Medicine. 11, 198 (2013).
  31. Derose, Y. S., et al. Tumor grafts derived from women with breast cancer authentically reflect tumor pathology, growth, metastasis and disease outcomes. Nature Medicine. 17 (11), 1514-1520 (2011).
  32. Chen, X., Shen, C., Wei, Z., Zhang, R., Xiao, K. Patient-derived non-small cell lung cancer xenograft mirrors complex tumor heterogeneity. Cancer Biology and Medicine. 18 (1), 184-198 (2021).
  33. Choi, Y. Y., et al. Establishment and characterisation of patient-derived xenografts as paraclinical models for gastric cancer. Scientific Reports. 6, 22172 (2016).
  34. Maider, I. V., Andrés, C., Alberto, B. Preclinical models for precision oncology. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Reviews on Cancer. 1872 (2), 239-246 (2018).
  35. Okada, S., Vaeteewoottacharn, K., Kariya, R. Establishment of a patient-derived tumor xenograft model and application for precision cancer medicine. Chemical & Pharmaceutical Bulletin. 66 (3), 225-230 (2018).
  36. Michael, G., et al. Tumor take rate optimization for colorectal carcinoma patient-derived xenograft models. BioMed Research International. 2016, 1715053 (2016).
  37. Bernardo, C., Costa, C., Sousa, N., Amado, F., Santos, L. Patient-derived bladder cancer xenografts: a systematic review. Translational Research. 166 (4), 324-331 (2015).
  38. Facompre, N. D., et al. Barriers to generating PDX models of HPV-related head and neck. Laryngoscope. 127 (12), 2777-2783 (2017).
  39. Kang, H. N., Kim, J. H., Park, A. Y., Choi, J. W., Kim, H. R. Establishment and characterization of patient-derived xenografts as paraclinical models for head and neck cancer. BMC Cancer. 20 (1), 316 (2020).
  40. Ahn, S. H., et al. An orthotopic model of papillary thyroid carcinoma in athymic nude mice. Archives of Otolaryngology-Head & Neck Surgery. 134 (2), 190-197 (2008).
  41. Nucera, C., et al. A novel orthotopic mouse model of human anaplastic thyroid carcinoma. Thyroid. 19 (10), 1077-1084 (2009).
  42. De Rose, F., et al. Galectin-3 targeting in thyroid orthotopic tumors opens new ways to characterize thyroid cancer. Journal of Nuclear Medicine. 60 (6), 770-776 (2019).
  43. Pearson, A. T., et al. Patient-derived xenograft (PDX) tumors increase growth rate with time. Oncotarget. 7 (7), 7993-8005 (2016).
  44. Huo, K. G., D’Arcangelo, E., Tsao, M. S. Patient-derived cell line, xenograft and organoid models in lung cancer therapy. Translational Lung Cancer Research. 9 (5), 2214-2232 (2020).
  45. Kumari, R., Xu, X., Li, H. Q. Translational and clinical relevance of PDX-derived organoid models in oncology drug discovery and development. Current Protocols. 2 (7), e431 (2022).
  46. Takahashi, N., et al. Construction of in vitro patient-derived tumor models to evaluate anticancer agents and cancer immunotherapy. Oncology Letters. 21 (5), 406 (2021).
  47. Barasch, A., et al. Photobiomodulation effects on head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) in an orthotopic animal model. Supportive Care in Cancer. 28 (6), 2721-2727 (2020).
  48. Wang, M., et al. Humanized mice in studying efficacy and mechanisms of PD-1-targeted cancer immunotherapy. FASEB Journal. 32 (3), 1537-1549 (2018).
  49. Wu, C., Wang, X., Shang, H., Wei, H. Construction of a humanized PBMC-PDX model to study the efficacy of a bacterial marker in lung cancer immunotherapy. Disease Markers. 2022, 1479246 (2022).
  50. Yao, L. C., et al. Creation of PDX-bearing humanized mice to study immuno-oncology. Methods in Molecular Biology. 1953, 241-252 (2019).

Tags

Keywords: Patient-derived XenograftPDXAnaplastic Thyroid CarcinomaATCHead And Neck Squamous Cell CarcinomaHNSCCTumor HeterogeneityMolecular DiversityPersonalized TreatmentAnti-cancer Drug Sensitivity ScreeningTumor TransplantationSubcutaneousCryopreservationTumor Growth Curve
check_url/fr/64623?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citer Cet Article
Wu, M., Liu, Y., Zhao, Y., Zhang, Y., Huang, L., Du, Q., Zhang, T., Zhong, Z., Luo, H., Xiao, K. Establishment and Characterization of Patient-Derived Xenograft Models of Anaplastic Thyroid Carcinoma and Head and Neck Squamous Cell Carcinoma. J. Vis. Exp. (196), e64623, doi:10.3791/64623 (2023).
Télécharger la Citation
Réimpressions et Autorisations

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image