Summary

Ex vivo-behandling Reaktion fra primære tumorer og / eller associerede Metastaser til præklinisk og klinisk udvikling af Therapeutics

Published: October 02, 2014
doi:

Summary

Etablerede cancer cellelinjer og xenografter har været grundpillen i kræftforskning i de sidste mange årtier. Seneste oplysninger tyder dog på, at terapeutiske reaktion i høj grad er påvirket af tumorcellens mikromiljø. Derfor har vi udviklet en ex vivo analyse af primær tumor prøver for lægemiddeludvikling formål.

Abstract

The molecular analysis of established cancer cell lines has been the mainstay of cancer research for the past several decades. Cell culture provides both direct and rapid analysis of therapeutic sensitivity and resistance. However, recent evidence suggests that therapeutic response is not exclusive to the inherent molecular composition of cancer cells but rather is greatly influenced by the tumor cell microenvironment, a feature that cannot be recapitulated by traditional culturing methods. Even implementation of tumor xenografts, though providing a wealth of information on drug delivery/efficacy, cannot capture the tumor cell/microenvironment crosstalk (i.e., soluble factors) that occurs within human tumors and greatly impacts tumor response. To this extent, we have developed an ex vivo (fresh tissue sectioning) technique which allows for the direct assessment of treatment response for preclinical and clinical therapeutics development. This technique maintains tissue integrity and cellular architecture within the tumor cell/microenvironment context throughout treatment response providing a more precise means to assess drug efficacy.

Introduction

Udvikling af effektive kræftlægemidler har vist sig at være ekstremt udfordrende. Cancercellelinjer og tumor eksplantater – samt xenotransplantater er blevet anvendt i kræftforskning i over et halvt 1,2,3 århundrede. Til dato er uundværlig den molekylære analyse af narkotika følsomhed og modstand i både etablerede cancer cellelinjer og patient-afledte xenografter (PDX). Men afprøvning af forbindelser i etablerede cancercellelinier er ikke ofte prædiktive for effektivitet in vivo, og den tilsvarende in vivo undersøgelser i dyr, især i PDX modeller er meget dyrt og tidskrævende. Begrænsningerne af disse modelsystemer, nemlig manglende evne til at informere om indflydelsen af ​​det native mikromiljø i tumorudvikling og respons på terapeutiske strategier har ført forskningsområde at udvikle yderligere metoder til at komplementere disse analyser. Af de seneste, forstærkes opmærksomhed mod ex vivo analyse af patientens tumeller eksplantater 4, 5 som følge af større forståelse for, at kræft terapeutisk respons er ikke eksklusivt til iboende molekylære sammensætning af cancerceller, men snarere er stærkt præget af tumorcellens mikromiljø 6, 7 en funktion, der ikke kan blive gentaget ved traditionelle dyrkningsmetoder og / eller PDX. Ex vivo analyse i ovennævnte sammenhæng (dvs.., påvirkning af tilstødende omgivende tumor celle mikromiljø) indebærer vurdering af levedygtige primære tumor / metastase sektioner, snarere end ex vivo analyse af cellulære isolater 8, 9.

Vi rapporterer her om en ex vivo teknik (dvs.., Præcision-skiver friske vævssnit) af både patientens primære tumorer og tilhørende metastaser (dvs. lymfeknuder), der trofast informerer om respons (IC50), off-target effekter og muliggør molekylær Analyse af resistens og feedbackmekanismer. Derudover en korrelativ analyse af therapeutic følsomhed / resistens mod biomarkør og genekspression profil kan udføres i et forsøg på at identificere patienter mere tilbøjelige til at reagere på det eksperimentelle stof af interesse (dvs.. høj lægemiddelrespons matcher patient med særlige biologiske profil). Anvendelse af ex vivo teknik og vurdering i en multi-parameter mode er bevægelse i retning af patientens valg og en generel forbedring af de kliniske resultater.

Ex vivo-behandling respons analyse kunne blive et standard værktøj i præklinisk og klinisk udvikling af kræftmedicin og er planlagt som et skridt i retning af en skræddersyet medicin tilgang i terapeutiske udviklingsstrategier.

Protocol

BEMÆRK: Patient vævsudtagning blev godkendt gennem institutionelt review board (IRB) -godkendte Biospecimen og kliniske protokoller (protokol numrene 09-121 og 11-041, henholdsvis) på Memorial Sloan Kettering Cancer Center. 1. vævsudtagning Indkøb af patient primær tumor / metastaser BEMÆRK: Til dato er denne protokol blevet udført på kirurgisk fjernet pancreas, mave og bryst tumortyper, samt, lymfom metastaser. Ret det kirurgiske team til at levere de pr?…

Representative Results

Til denne undersøgelse blev ex vivo teknik, der anvendes i en korrelativ analyse af terapeutisk følsomhed / resistens hos en varmechokprotein 90 inhibitor (Hsp90i). I en præklinisk vurdering af denne Hsp90i, brystkræft primær tumor, en ER + invasiv duktalt carcinom (IDC) og tilhørende lymfeknudemetastaser blev analyseret ex vivo til behandling respons   (Figur 1). Multiple 200 um serielle sektioner blev behandlet med vehikel og stigende doser (0,25, 0,50, 1,…

Discussion

Kræft biologer står over for betydelige udfordringer, når de forsøger at udvikle effektive terapeutiske strategier. Test narkotika i udviklingen på etablerede cancercellelinjer kan ikke præcist afspejler in vivo respons og in vivo forsøg på PDX modeller er arbejdskrævende og meget dyrt. I betragtning af ovenstående, er anvendelsen af ex vivo-teknikker til primær patient tumorer 14, 15 er nu placeret ved siden af den molekylære analyse af etablerede kræft cellelinjer og …

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors would like to thank the MSKCC Tissue Procurement Service Team (TPS), specifically, Maria Corazon Mariano, Priscilla McNeil, Anas Idelbi, Daniel Navarrete and Katrina Allen, in all of their efforts in the successful pursuit of this project and funding from the following sources: 5 R21 CA158609-02 and the Conquer Cancer Foundation and the Breast Cancer Research Foundation. In addition, the authors would like to thank Eric Cottington PhD, Vice President of the Office of Research and Project Administration, the Office of Technology Development, Research Outreach and Compliance and RTM Information Systems Support, in the support of the submission of this manuscript.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
Vibratome Leica VT1000s Leica 14047235613
UltraPure agarose Invitrogen 16500500 Prepare 4% and 6% before use
Injector blade Ted Pella 121-4
MEM with Penicillin  + Streptomycin Media Core Facilities (MSKCC) The media is prepared at Memorial Sloan Kettering Cancer Center 
Scalpel no. 10 Thermo Scientific 31-200-32
Disposable forceps Cole-Parmer 84011182
Embedding mold Electron Microscopy Science 70181
FBS (heat inactivated) Gemini 100106
24 well plates Corning 3524
Formalin (10%) Sigma Diagnostics SDHT501128 
16% Formaldehyde solution Thermo Scientific 28908
Embedding microsettes Simport M503-2
Ethanol (70%) Fisher Scientific A405P-4
Waterbath Fisher Scientific 15-462-2SQ
Microwave General Electric ModelJES2051DNBB
Adhesive (Ethyl Cyanoacrylate) Sigma-Aldrich E1505-5G
10mm dishes BD Falcon 353003
15ml tubes BD Falcon 352096

Riferimenti

  1. Abercrombie, M., Ambrose, E. J. Interference Microscope Studies of Cell Contacts in Tissue Culture. Experimental Cell Research. 15 (58), 332-345 (1958).
  2. Coriell, L. L., McAllister, R. M., Wagner, B. M. Criteria for Determining Malignancy in Tissue-Culture Cell Lines in the Albino Rat. New York Academy of Science. 5, 351-355 (1957).
  3. Paul, J. The Cancer Cell in Vitro: A Review. Ricerca sul cancro. 22, 431-440 (1962).
  4. Dean, J. L., et al. Therapeutic response to CDK4/6 inhibition in breast cancer defined by ex vivo analysis of human tumors. Cell Cycle. 11 (14), 2756-2761 (2012).
  5. Bray, K., et al. Bcl-2 Modulation to Activate Apoptosis in Prostate Cancer. Molecular Cancer Research. 7 (9), 1487-1496 (2009).
  6. Quail, D. F., Joyce, J. A. Microenvironmental regulation of tumor progression and metastasis. Nature Medicine. 19 (11), 1423-1437 (2013).
  7. Nakasone, E. S., et al. Imaging Tumor-Stroma Interactions during Chemotherapy Reveals Contributions of the Microenvironment to Resistance. Cancer Cell. 21, 488-503 (1016).
  8. Shi, Y., Hogue, J., Dixit, D., Koh, J., Olson, J. A. Functional and genetic studies of isolated cells from parathyroid tumors reveal the complex pathogenesis of parathyroid neoplasia. PNAS. 111 (8), 3092-3097 (2014).
  9. Vidal, S. J., et al. Isolation of cancer stem cells from human prostate cancer samples. J. Vis. Exp. (85), e51332 (2014).
  10. Wanping, X., Neckers, L. Targeting the Molecular Chaperone Heat Shock Protein 90 Provides a Multifaceted Effect on Diverse Cell Signaling of Cancer Cells. Clinical Cancer Research. 13, 1625-1629 (2007).
  11. Moulick, K., et al. Affinity-based proteomics reveal cancer-specific networks coordinated by Hsp90. Nature Chemical Biology. 7 (11), 818-826 (1038).
  12. Alpaugh, M. L., Tomlinson, J. S., Ye, Y., Barsky, S. H. Relationship of sialyl-Lewis(x/a) underexpression and E-cadherin overexpression in the lymphovascular embolus of inflammatory breast cancer. American Journal of Pathology. 161 (2), 619-628 (2002).
  13. Chu, K., Boley, K. M., Moraes, R., Barsky, S. H., Robertson, F. M. The paradox of E-cadherin: role in response to hypoxia in the tumor microenvironment and regulation of energy metabolism. Oncotarget. 4 (3), 446-462 (2013).
  14. Vaira, V., et al. Preclinical model of organotypic culture for pharmacodynamic profiling of human tumors. PNAS. 107 (18), 8352-8356 (2010).
  15. Centenera, M. M., Raj, G. V., Knudsen, K. E., Tilley, W. D., Butler, L. M. Ex vivo culture of human prostate tissue and drug development. Nature Reviews Urology. 10, 483-487 (2013).
  16. Jhaveri, K., et al. Heat shock protein 90 inhibitors in the treatment of cancer: current status and future directions. Expert Opinion on Investigational Drugs. 5, 611-628 (2014).
  17. Gerecitano, J. F., et al. Using 124-PU-H71PET imaging to predict intratumoral concentration in patients on a phase I trial of PU-H71. Journal of Clinical Oncology. 31, 11076-11 (2013).
  18. Yildiz-Aktas, I., Dabbs, D. J., Bhargava, R. The effect of cold ischemic time on the immunohistochemical evaluation of estrogen receptor, progesterone receptor, and HER2 expression in invasive breast carcinoma. Modern Pathology. 25, 1098-1105 (2012).
check_url/it/52157?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Corben, A. D., Uddin, M. M., Crawford, B., Farooq, M., Modi, S., Gerecitano, J., Chiosis, G., Alpaugh, M. L. Ex Vivo Treatment Response of Primary Tumors and/or Associated Metastases for Preclinical and Clinical Development of Therapeutics. J. Vis. Exp. (92), e52157, doi:10.3791/52157 (2014).

View Video