Ex vivo Behandling svar av primära tumörer och / eller associerade Metastaser för preklinisk och klinisk utveckling av Therapeutics
Summary
Etablerade cancer cellinjer och xenotransplantat varit stöttepelaren i cancerforskning under de senaste decennierna. Dock tyder nya bevis som terapeutiskt svar i hög grad påverkas av tumörcellsmikromiljö. Därför har vi tagit fram en ex vivo analys av primära tumörprover för drogutvecklingsändamål.
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
Utveckla effektiva cancerterapi har visat sig vara mycket utmanande. Cancer cellinjer och tumör explants – samt xenografter har använts i cancerforskningen i över ett halvt sekel 1,2,3. Hittills är den molekylära analyser av läkemedelskänslighet och motstånd i både etablerade cancer cellinjer och patientgenererade xenotransplantat (PDX) oumbärlig. Emellertid är testning av föreningar i etablerade cancercellinjer inte ofta förutsägande för effektivitet in vivo, och motsvarande in vivo-studier i djur, speciellt i PDX modeller, är mycket dyr och tidskrävande. Begränsningarna av dessa modellsystem, nämligen oförmågan att informera om inverkan av den infödda mikromiljö i tumörprogression och svar på terapeutiska strategier har lett forskningen för att utveckla ytterligare metoder som förgyller dessa analyser. Av nyligen, är förhöjd uppmärksamhet mot ex vivo analys av patientens tumeller explantat 4, 5 på grund av den större förståelse att cancer terapeutiskt svar är inte exklusivt för den inneboende molekylära sammansättningen av cancerceller, utan i hög grad påverkas av tumörcellsmikro 6, 7 en funktion som inte kan rekapituleras genom traditionella odlingsmetoder och / eller PDX. Ex vivo-analys i ovanstående sammanhang (dvs., påverkan av närliggande omgivande tumörcellmikromiljö) innebär bedömning av livskraftiga primära tumör / metastas sektioner, snarare än ex vivo analys av cellulära isolat 8, 9.
Vi rapporterar här på en ex vivo-teknik (dvs.., Precisions skivad färsk vävnadssnitt) av såväl patientens primära tumörer och tillhörande metastaser (dvs, lymfkörtlar) som troget informerar på svar (IC50), off-target effekter och medger molekylär analys av resistens och återkopplingsmekanismer. Dessutom kan en korrelativ analys av therapeUTIC känslighet / resistans-biomarkör och genuttryck profil kan utföras i ett försök att identifiera patienter mer benägna att svara på den experimentella drogen av intresse (dvs., matchar höga läkemedelssvar patient med speciell biologisk profil). Tillämpning av ex vivo tekniken och bedömning i en multiparameter mode är rörelse mot patientens val och övergripande förbättring av kliniska resultat.
Ex vivo-behandling responsanalys skulle kunna bli ett standardverktyg i preklinisk och klinisk utveckling av cancerterapi och är tänkt som ett steg mot en personlig medicin tillvägagångssätt i terapeutiska utvecklingsstrategier.
Protocol
Representative Results
Discussion
Cancer biologer står inför stora utmaningar när man försöker att utveckla effektiva behandlingsstrategier. Testa läkemedel under utveckling på etablerade cancercellinjer kan inte korrekt återspeglar in vivo respons och in vivo experiment på PDX modeller är arbetskrävande och mycket dyra. Med hänsyn till ovanstående, att tillämpa ex vivo tekniker för primär patientens tumörer 14, 15 är nu placerad bredvid molekylär analys av etablerade cancercelllinjer och patientg…
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
- Abercrombie, M., Ambrose, E. J. Interference Microscope Studies of Cell Contacts in Tissue Culture. Experimental Cell Research. 15 (58), 332-345 (1958).
- 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).
- Paul, J. The Cancer Cell in Vitro: A Review. Ricerca sul cancro. 22, 431-440 (1962).
- 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).
- Bray, K., et al. Bcl-2 Modulation to Activate Apoptosis in Prostate Cancer. Molecular Cancer Research. 7 (9), 1487-1496 (2009).
- Quail, D. F., Joyce, J. A. Microenvironmental regulation of tumor progression and metastasis. Nature Medicine. 19 (11), 1423-1437 (2013).
- Nakasone, E. S., et al. Imaging Tumor-Stroma Interactions during Chemotherapy Reveals Contributions of the Microenvironment to Resistance. Cancer Cell. 21, 488-503 (1016).
- 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).
- Vidal, S. J., et al. Isolation of cancer stem cells from human prostate cancer samples. J. Vis. Exp. (85), e51332 (2014).
- 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).
- Moulick, K., et al. Affinity-based proteomics reveal cancer-specific networks coordinated by Hsp90. Nature Chemical Biology. 7 (11), 818-826 (1038).
- 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).
- 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).
- Vaira, V., et al. Preclinical model of organotypic culture for pharmacodynamic profiling of human tumors. PNAS. 107 (18), 8352-8356 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
