הערכת היעילות של תרופות למלחמה בסרטן רגישות<em> במבחנה</em> ו<em> In vivo</em
Summary
Here, real-time monitoring of tumor cell metabolism, combined with an in vivo chicken embryo chorio-allantoic membrane (CAM) model of metastasis, are used to evaluate novel anti-cancer targets/agents for their ability to sensitize tumor cells to DNA damaging chemotherapeutics.
Abstract
בשל הרמה הגבוהה של הטרוגניות ומוטציות הגלומות בסרטן בבני אדם, טיפולי סוכן יחידים, או משטרי שילוב הממקדים את אותו המסלול, צפויים להיכשל. דגש צריך להיות ממוקם על העיכוב של מסלולים כי הם אחראים להתנגדות פנימית ו / או להתאמה לטיפול. שדה פעיל של החקירה הוא הפיתוח והבדיקה של מעכבי תיקון דנ"א המקדמים את הפעולה של, ולמנוע התנגדות ל, נפוץ כימותרפיה והקרנות. אנחנו השתמשנו בפרוטוקול רומן כדי להעריך את היעילות של עיכוב BRCA2 כאמצעי לרגישות תאים סרטניים לציספלטין התרופה המזיק DNA. חילוף חומרים בתא גידול (החמצה ונשימה) היה פיקוח בזמן אמת, לתקופה של 72 שעות כדי להתוות את יעילות טיפול בדקה אחרת דקת בסיס. בשילוב, ביצענו הערכה של תדירות גרורתי באמצעות קרום עובר עוף chorioallantoic (רמ"א) מודל של extravasation ופלישה. זהפרוטוקול כמה כתובות של החולשות של שימוש נפוץ במבחנה ובשיטות vivo להעריך משטרי טיפול בסרטן רומן. ניתן להשתמש בו, בנוסף לשיטות נפוצות כגון מבחני שגשוג תאים, מבחני מוות של תאים, ובמחקרי xenograft עכבריים vivo, להפלות באופן הדוק יותר בין יעדי מועמד וסוכנים, ובחר את המועמדים המבטיחים ביותר רק להמשך פיתוח.
Introduction
רכש התנגדות לממוקדת ו / או טיפול בסרטן ציטוטוקסיות היא בעיה קלינית חשובה שיכול להוביל לכישלון טיפול, התקפים, והגדיל את תמותת חולה 1. על רקע הרמה הגבוהה של ההטרוגניות ברוב הגידולים, זה ודאות מתמטית שגידול של מספר תאים גבוה מספיק יכיל תת-קבוצה של תאים עמידים לטיפולים בודדים או בשילוב מיקוד מסלולים מולקולריים שבו תאים אלה תלויים להישרדות 2,3. תאי גידול מסוג זה יכול להיות שנבחר באופן חיובי לטיפול ב, שמוביל להישנות מחלה. פיתוח של טיפולים חדשניים שבו זמנית למקד מנגנוני הישרדות של תאי הסרטן שונים, לפני או אחרי בחירה בתיווך טיפול, לכן חשוב מבחינה קלינית.
רמה גבוהה של חוסר יציבות הגנום ומוטציה בגנומים גידול היא מאפיין בסיסי שמבדיל את התאים סרטניים לתאי מארח שאינו סרטני 4. כתוצאה מכך, usefuאסטרטגית l כדי להגדיל את האפקטיביות של כימותרפיה פוגע ב- DNA ולמנוע את התפתחותה של התנגדות היא לעכב באופן פעיל בתיקון ה- DNA בתאי גידול 5. זהו שדה פעיל של חקירה ומגוון רחב של יעדי תיקון DNA רומן נבדקים בסביבה פרה-קלינית. מספר המולקולה קטנה או המעכבים מבוססי antisense של מטרות אלו פותחו ועוברים בדיקת 6-8. המטרה היא לזהות את המועמדים פרה-קליניים המבטיחים ביותר ולהעריך את הבטיחות והיעילות שלהם בניסויים קליניים.
העלות הגבוהה של ניסויים קליניים ואת הסיכון לכשל (עבור מגוון רחב של סיבות, כולל הערכה טרום-קלינית תת-אופטימלי) הם מכשולים אדירים להתקדמות בפיתוח הטיפולים החדשים 9. השימוש במודלים מתאימים וקפדניים פרה-קליניים להעריך כראוי חדש מטרות טיפוליות ותרופות מועמד עלול להפחית את שיעור כישלון הגבוה של ניסויים קליניים 10 </sup>.
כמה שיטות פרה-קליניות נפוצה בשימוש כדי להעריך את היעילות של טיפולים אנטי-סרטני רומן הם: א) מדידה של היכולת להפחית שגשוג תאים סרטניים במבחנה (מבחני התפשטות תאים), ב) הפחתה מושרה טיפול בקיבולת של תאי גידול ל מושבות בתרבית רקמת טופס (מבחני הקמת מושבה), ג) הפחתה מושרה טיפול בפעילות המטבולית של תאי גידול במבחנה (המרה חיזור-צבע), ד) אינדוקציה מושרה טיפול של מוות של תאים סרטניים במבחנה (אפופטוטיים, נימקי, autophagic, הקשורים עם מיטוזה ואחרים) 11, וה) in vivo טיפול-induced הפחתה של צמיחה או אבלציה של xenografts אדם והעכבר 12-14.
חולשה העיקרית של מבחנה השיטות המפורטות בהיא שאף אחד מהם לספק הערכה בזמן אמת מתמשכת של השפעת טיפולי מועמד. במקום זאת, הם מספקים מידע רק בנקודתי זמן שנבחרו באופן נרחב מופרדים,במהלך הטיפול. מדידות כאלה הצטמצמו יכולת לשקף את העוצמה ועיתוי של תגובות תאים סרטניים בצורה מדויקת. בvivo מודלים xenograft העכבר מוגבלים גם על ידי עלות גבוהה, משך זמן להשלמת, וסיכון של עיתוי אופטימלי מינון וטיפול (תזמון). בנוסף, יש ראיות לכך שמודלי xenograft המכרסמים הם מנבאים מוגבלים של יעילות קלינית בבני אדם, בהשוואה להערכה במבחנה של תגובות של תאים סרטניים אנושיים ראשוניים ושורות תאי גידול אנושי הוקמו להתערבויות טיפוליות מועמד 15,16.
אנחנו המצאתי פרוטוקול שילוב רומן להעריך שילובי תרופות חדשים מראש קליני, באופן שמטפל בחולשות של ההליכים נפוצים יותר מפורטים לעיל. במקום של שגשוג, יצירת מושבות, או מבחני המרת חיזור-צבע, השתמש יחידת מדידת חילוף חומרים לנתח הידבקות תא, נשימה, והחמצה בזמן אמתבמהלך תקופת הטיפול כל 17. במקביל, אנו חקרנו את ההשפעות של שילוב הטיפול בvivo באמצעות עובר עוף מודל chorioallantoic קרום (CAM) של פלישה וגרורות 18,19. אנחנו השתמשנו בשיטות אלה כדי להעריך את היכולת של מולקולת אנטיסנס קצר (ASO) מיקוד BRCA2 להגברת היעילות של ציספלטין התרופה כימותרפיות הנפוצה.
Protocol
Representative Results
Discussion
בשל העלות הכרוכה והסיכון כרוך בניסויים קליניים, יש צורך לפתח טוב יותר ויותר מחמיר מתודולוגיית בדיקות פרה-קלינית להעריך כראוי משטרי טיפול אנטי-סרטני רומן. שיטות קיימים כיום נפוצה בשימוש כל חולשות התערוכה שעלולה להגביל את היכולת שלהם להבחין בין מטרות / סוכנים טיפוליי?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו התאפשרה על ידי מענקים לJK ממרכזי אונטריו של אקסלנס וקרן המחקר לאונטריו.
ברצוננו להודות לSiddika Pardhan וד"ר פיטר פרגוסון לקבלת סיוע טכני בזמן צילומים.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| A549 cells | ATCC | CCL-185 | http://www.atcc.org/products/all/CCL-185.aspx |
| AeraSeal film | Carl Roth GmbH | ||
| AMEM | Wisent Bioproducts | 210-011-QK | |
| Antisense oligodeoxynucleotides | Avecia | BRCA2 target sequence: 5' – UAAGGAACGUCAAGAGAUAC – 3' (bases 7241-7259 ) | |
| Axio Zoom V16 Microscope | Carl Zeiss | http://www.zeiss.ca/microscopy/en_ca/products/stereo-zoom-microscopes/axio-zoom-v16.html | |
| Bionas Biosensor Chips | Bionas GmbH and Micronas GmbH | BIS8001D | |
| Bionas Discovery 2500 System | Bionas GmbH | http://www.bionas-discovery.com/prodservices/instruments/system2500/ | |
| Cisplatin | Sigma Aldrich | 479306 | |
| Fertilized chicken eggs | Sourced locally | ||
| Fetal bovine serum | Gibco – Life Technologies | ||
| Lipofectamine 2000 | Invitrogen – Life Technologies | 12566014 | http://www.lifetechnologies.com/ca/en/home/life-science/protein-expression-and-analysis/transfection-selection/lipofectamine-2000.html |
| PBS | Wisent Bioproducts | 311-010-CL | |
| Trypsin (0.25%)/EDTA | Wisent Bioproducts | 325-043-CL |
References
- Bouwman, P., Jonkers, J. The effects of deregulated DNA damage signalling on cancer chemotherapy response and resistance. Nat Rev Cancer. 12, 587-598 (2012).
- Bozic, I., et al. Evolutionary dynamics of cancer in response to targeted combination therapy. Elife. 2, e00747 (2013).
- Diaz, L. A., et al. The molecular evolution of acquired resistance to targeted EGFR blockade in colorectal cancers. Nature. 486, 537-540 (2012).
- Hanahan, D., Weinberg, R. A. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell. 144, 646-674 (2011).
- Rytelewski, M., et al. Inhibition of BRCA2 and Thymidylate Synthase Creates Multidrug Sensitive Tumor Cells via the Induction of Combined ‘Complementary Lethality’. Mol Ther Nucleic Acids. 2, e78 (2013).
- Lord, C. J., Ashworth, A. The DNA damage response and cancer therapy. Nature. 481, 287-294 (2012).
- Helleday, T., Petermann, E., Lundin, C., Hodgson, B., Sharma, R. A. DNA repair pathways as targets for cancer therapy. Nat Rev Cancer. 8, 193-204 (2008).
- Shaheen, M., Allen, C., Nickoloff, J. A., Hromas, R. Synthetic lethality: exploiting the addiction of cancer to DNA repair. Blood. 117, 6074-6082 (2011).
- Green, S., Benedetti, J., Smith, A., Crowley, J. . Clinical trials in oncology. 28, (2012).
- Begley, C. G., Ellis, L. M. Drug development: Raise standards for preclinical cancer research. Nature. 483, 531-533 (2012).
- Galluzzi, L., et al. Molecular definitions of cell death subroutines: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death 2012. Cell Death Differ. 19, 531-533 (2012).
- Ruggeri, B. A., Camp, F., Miknyoczki, S. Animal models of disease: pre-clinical animal models of cancer and their applications and utility in drug discovery. Biochem Pharmacol. 87, 150-161 (2014).
- Kwon, M. C., Berns, A. Mouse models for lung cancer. Mol Oncol. 7, 165-177 (2013).
- Young, M., Ordonez, L., Clarke, A. R. What are the best routes to effectively model human colorectal cancer. Mol Oncol. 7, 178-189 (2013).
- Sharma, S. V., Haber, D. A., Settleman, J. Cell line-based platforms to evaluate the therapeutic efficacy of candidate anticancer agents. Nat Rev Cancer. 10, 241-253 (2010).
- Garnett, M. J., et al. Systematic identification of genomic markers of drug sensitivity in cancer cells. Nature. 483, 570-575 (2012).
- Alborzinia, H., et al. Real-time monitoring of cisplatin-induced cell death. PLoS One. 6, e19714 (2011).
- Cvetkovic, D., et al. KISS1R induces invasiveness of estrogen receptor-negative human mammary epithelial and breast cancer cells. Endocrinology. 154, 1999-2014 (2013).
- Leong, H. S., Chambers, A. F., Lewis, J. D. Assessing cancer cell migration and metastatic growth in vivo in the chick embryo using fluorescence intravital imaging. Methods Mol Biol. 872, 1-14 (2012).
- Hung, Y. P., Albeck, J. G., Tantama, M., Yellen, G. Imaging cytosolic NADH-NAD(+) redox state with a genetically encoded fluorescent biosensor. Cell Metab. 14, 545-554 (2011).
- Tantama, M., Hung, Y. P., Yellen, G. Imaging intracellular pH in live cells with a genetically encoded red fluorescent protein sensor. J Am Chem Soc. 133, 10034-10037 (2011).
- Rytelewski, M., et al. BRCA2 inhibition enhances cisplatin-mediated alterations in tumor cell proliferation, metabolism, and metastasis. Mol. Onc. 8 (8), 1429-1440 (2014).
