Establecimiento y caracterización de modelos de xenoinjerto derivados de pacientes de carcinoma anaplásico de tiroides y carcinoma de células escamosas de cabeza y cuello

Summary

El presente protocolo establece y caracteriza un modelo de xenoinjerto derivado del paciente (PDX) de carcinoma anaplásico de tiroides (ATC) y carcinoma de células escamosas de cabeza y cuello (HNSCC), ya que los modelos PDX se están convirtiendo rápidamente en el estándar en el campo de la oncología traslacional.

Abstract

Los modelos de xenoinjerto derivado del paciente (PDX) preservan fielmente las características histológicas y genéticas del tumor primario y mantienen su heterogeneidad. Los resultados farmacodinámicos basados en modelos PDX están altamente correlacionados con la práctica clínica. El carcinoma anaplásico de tiroides (ATC) es el subtipo más maligno de cáncer de tiroides, con fuerte invasividad, mal pronóstico y tratamiento limitado. Aunque la tasa de incidencia de ATC representa solo el 2% -5% del cáncer de tiroides, su tasa de mortalidad es tan alta como 15% -50%. El carcinoma de células escamosas de cabeza y cuello (HNSCC) es una de las neoplasias malignas de cabeza y cuello más comunes, con más de 600,000 casos nuevos en todo el mundo cada año. En este documento, se presentan protocolos detallados para establecer modelos PDX de ATC y HNSCC. En este trabajo, se analizaron los factores clave que influyen en la tasa de éxito de la construcción del modelo y se compararon las características histopatológicas entre el modelo PDX y el tumor primario. Además, la relevancia clínica del modelo se validó mediante la evaluación de la eficacia terapéutica in vivo de fármacos representativos utilizados clínicamente en los modelos PDX construidos con éxito.

Introduction

El modelo PDX es un modelo animal en el que el tejido tumoral humano se trasplanta en ratones inmunodeficientes y crece en el ambiente proporcionado por los ratones¹. Los modelos tradicionales de líneas celulares tumorales sufren de varias desventajas, como la falta de heterogeneidad, la incapacidad de retener el microambiente tumoral, la vulnerabilidad a las variaciones genéticas durante los pasajes in vitro repetidos y la aplicación clínica deficiente ^2,3. Los principales inconvenientes de los modelos animales genéticamente modificados son la pérdida potencial de las características genómicas de los tumores humanos, la introducción de nuevas mutaciones desconocidas y la dificultad para identificar el grado de homología entre los tumores de ratón y los tumores humanos⁴. Además, la preparación de modelos animales genéticamente modificados es costosa, lenta y relativamente ineficiente⁴.

El modelo PDX tiene muchas ventajas sobre otros modelos tumorales en cuanto a reflejar la heterogeneidad tumoral. Desde la perspectiva de la histopatología, aunque la contraparte del ratón reemplaza al estroma humano con el tiempo, el modelo PDX preserva bien la estructura morfológica del tumor primario. Además, el modelo PDX conserva la identidad metabolómica del tumor primario durante al menos cuatro generaciones y refleja mejor las complejas interrelaciones entre las células tumorales y su microambiente, lo que lo hace único en la simulación del crecimiento, la metástasis, la angiogénesis y la inmunosupresión del tejido tumoral humano ^5,6,7. A nivel celular y molecular, el modelo PDX refleja con precisión la heterogeneidad intertumoral e intratumoral de los tumores humanos, así como las características fenotípicas y moleculares del cáncer original, incluidos los patrones de expresión génica, el estado de mutación, el número de copias y la metilación del ADN y la proteómica ^8,9. Los modelos PDX con diferentes pasajes tienen la misma sensibilidad a la terapia farmacológica, lo que indica que la expresión génica de los modelos PDX es altamente estable^10,11. Estudios han demostrado una excelente correlación entre la respuesta del modelo PDX a un fármaco y las respuestas clínicas de los pacientes a ese fármaco^12,13. Por lo tanto, el modelo PDX se ha convertido en un poderoso modelo de investigación preclínica y traslacional, particularmente para la detección de fármacos y la predicción del pronóstico clínico.

El cáncer de tiroides es un tumor maligno común del sistema endocrino y es una neoplasia maligna humana que ha mostrado un rápido aumento de la incidencia en los últimos años¹⁴. El carcinoma anaplásico de tiroides (ATC) es el cáncer de tiroides más maligno, con una mediana de supervivencia del paciente de sólo 4,8 meses¹⁵. Aunque sólo una minoría de los pacientes con cáncer de tiroides son diagnosticados con ATC cada año en China, la tasa de mortalidad es cercana al 100%^16,17,18. El ATC generalmente crece rápidamente e invade los tejidos adyacentes del cuello, así como los ganglios linfáticos cervicales, y aproximadamente la mitad de los pacientes tienen metástasis a distancia^19,20. El carcinoma de células escamosas de cabeza y cuello (HNSCC) es el sexto cáncer más común en el mundo y una de las principales causas de muerte por cáncer, con un estimado de 600,000 personas que sufren de HNSCC cada año^21,22,23. El HNSCC incluye una gran cantidad de tumores, incluidos los de la nariz, los senos paranasales, la boca, las amígdalas, la faringe y la laringe²⁴. ATC y HNSCC son dos de las principales neoplasias malignas de cabeza y cuello. Para facilitar el desarrollo de nuevos agentes terapéuticos y tratamientos personalizados, es necesario desarrollar modelos animales preclínicos robustos y avanzados, como los modelos PDX de ATC y HNSCC.

Este artículo presenta métodos detallados para establecer el modelo PDX subcutáneo de ATC y HNSCC, analiza los factores clave que afectan la tasa de toma del tumor en la construcción del modelo y compara las características histopatológicas entre el modelo PDX y el tumor primario. Mientras tanto, en este trabajo, se realizaron pruebas farmacodinámicas in vivo utilizando los modelos PDX construidos con éxito para validar su relevancia clínica.

Protocol

Todos los experimentos con animales se realizaron de acuerdo con las directrices y protocolos de la Asociación para la Evaluación y Acreditación del Cuidado de Animales de Laboratorio aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales del Hospital de China Occidental de la Universidad de Sichuan. Para el presente estudio se utilizaron ratones inmunodeficientes NOD-SCID de 4 a 6 semanas de edad (de ambos sexos) y ratones desnudos Balb/c hembras de 4 a 6 semanas de edad. Los animales fueron obtenidos de…

Representative Results

Se trasplantaron un total de 18 muestras de cáncer de tiroides y se construyeron con éxito cinco modelos PDX de cáncer de tiroides (tasa de toma de tumores del 27,8 %), incluidos cuatro casos de cáncer de tiroides indiferenciado y un caso de cáncer anaplásico de tiroides. Se analizó la correlación entre la tasa de éxito de la construcción del modelo y la edad, el sexo, el diámetro del tumor, el grado tumoral y la diferenciación. Aunque la tasa de éxito del modelo de muestras tumorales de grado 4 fue mayor qu…

Discussion

Este estudio ha establecido con éxito los modelos PDX subcutáneos de ATC y HNSCC. Hay muchos aspectos a los que prestar atención durante el proceso de construcción del modelo PDX. Cuando el tejido tumoral se separa del paciente, debe colocarse en la caja de hielo y enviarse al laboratorio para su inoculación lo antes posible. Después de que el tumor llega al laboratorio, el operador debe prestar atención al mantenimiento de un campo estéril y practicar procedimientos asépticos. Para las muestras de biopsia con a…

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