Ein melanompatientenabgeleitetes Xenograft-Modell
Summary
Patienten-abgeleitete Xenograft -Modelle (PDX) rekapitulieren die molekularen und biologischen Merkmale des Melanoms robuster und sind prädiktiver für die Therapiereaktion im Vergleich zu herkömmlichen auf Kunststoffgewebekulturen basierenden Assays. Hier beschreiben wir unser Standard-Betriebsprotokoll für die Etablierung neuer PDX-Modelle und die Charakterisierung/Experimentierung bestehender PDX-Modelle.
Abstract
Akkumulierende Beweise deuten darauf hin, dass sich molekulare und biologische Eigenschaften in Melanomzellen unterscheiden, die in traditionellen zweidimensionalen Gewebekulturgefäßen angebaut werden, im Vergleich zu in vivo bei menschlichen Patienten. Dies ist auf die Engpassauswahl von klonalen Populationen von Melanomzellen zurückzuführen, die in Abwesenheit physiologischer Bedingungen in vitro robust wachsen können. Darüber hinaus spiegeln die Reaktionen auf die Therapie in zweidimensionalen Gewebekulturen insgesamt nicht die Reaktionen auf die Therapie bei Melanompatienten wider, wobei die Meisten klinischen Studien die Wirksamkeit therapeutischer Kombinationen nicht Vitro. Obwohl die Xenogtransplantation von Melanomzellen in Mäuse den physiologischen In-vivo-Kontext liefert, der in zweidimensionalen Gewebekultur-Assays fehlt, haben die für die Engraftmentierung verwendeten Melanomzellen bereits eine Engpassauswahl für Zellen durchlaufen, die unter zweidimensionale Bedingungen, wenn die Zelllinie festgelegt wurde. Zu den irreversiblen Veränderungen, die als Folge des Engpasses auftreten, gehören Veränderungen der Wachstums- und Invasionseigenschaften sowie der Verlust bestimmter Teilpopulationen. Daher können Modelle, die den menschlichen Zustand in vivo besser rekapitulieren, therapeutische Strategien besser vorhersagen, die das Gesamtüberleben von Patienten mit metastasierendem Melanom effektiv erhöhen. Die vom Patienten abgeleitete Xenograft-Technik (PDX) beinhaltet die direkte Implantation von Tumorzellen vom menschlichen Patienten zu einem Mausempfänger. Auf diese Weise werden Tumorzellen konsequent unter physiologischen Belastungen in vivo angebaut und erleiden nie den zweidimensionalen Engpass, der die molekularen und biologischen Eigenschaften bewahrt, die beim menschlichen Patienten vorhanden sind. Bemerkenswerte PDX-Modelle, die von Organstandorten von Metastasen (d. h. Gehirn) abgeleitet wurden, zeigen eine ähnliche metastasierende Kapazität, während PDX-Modelle, die von therapienaiven Patienten und Patienten mit erworbener Therapieresistenz (d. h. BRAF/MEK-Hemmertherapie) abgeleitet wurden, ähnliche Empfindlichkeit gegenüber der Therapie.
Introduction
Präklinische Modelle sind entscheidend für alle Aspekte der translationalen Krebsforschung, einschließlich der Charakterisierung von Krankheiten, der Entdeckung umsetzbarer Schwachstellen, die für Krebs im Vergleich zu normalen Zellen einzigartig sind, und der Entwicklung wirksamer Therapien, die diese Schwachstellen, um das Gesamtüberleben der Patienten zu erhöhen. Im Melanombereich wurden Zehntausende von Zelllinienmodellen stark für das Arzneimittelscreening genutzt, wobei >4.000 von unserer Gruppe allein beigesteuert wurden (WMXXX-Serie). Diese Zelllinienmodelle wurden von Melanompatienten mit verschiedenen Formen des kutanen Melanoms (d. h. acral, uveal und oberflächliche Ausbreitung) und verschiedenen Genotypen (d. h. BRAFV600-mutant und Neuroblastom RAS viralen Onkogenhomolog [ NRAS Q61R-mutant]), die das Spektrum derKrankheit in der Klinik 1,2.
Die erfolgreichste, zielgerichtetese Therapiestrategie im Melanombereich ist eindeutig aus der genomischen Charakterisierung von Tumoren von Patienten hervorgegangen, die BRAF-Mutationen bei 50 % der Melanome3 und aus 2) präklinischen Untersuchungen identifiziert. Nutzung der Melanom-Zelllinienmodelle4. Die KOMBINATION braF/MEK-Hemmer wurde 2014 von der Food and Drug Administration (FDA) für die Behandlung von Patienten zugelassen, deren Melanome braFV600E/K-Mutationen aktivieren und eine Ansprechrate von >75%von 5aufweisen. Trotz dieser anfänglichen Wirksamkeit entsteht in fast jedem Fall eine Resistenz durch vielfältige intrinsische und erworbene Resistenzmechanismen und intratumorale Heterogenität. Leider rekapitulieren Zelllinienmodelle keine repräsentative biologische Heterogenität, wenn sie in zweidimensionaler Kultur in Kunststoffgefäßen angebaut werden, was ihr klinisch vorausschauendes Potenzial verschleiert, wenn Forscher versuchen, experimentell zu bestimmen Therapien, die bei Patienten mit einer bestimmten Form oder einem Genotyp des Melanoms wirksam sein könnten6. Das Verständnis, wie die intratumorale Heterogenität von Patienten am besten modelliert werden kann, wird es den Forschern ermöglichen, bessere therapeutische Modalitäten zu entwickeln, die therapieresistente Subpopulationen abtöten können, die das Scheitern aktueller Standardtherapien antreiben.
Der begrenzte Vorhersagewert von Zelllinienmodellen ist die Art und Weise, wie sie ursprünglich festgelegt werden. Irreversible Veränderungen treten in der klonalen Tumorlandschaft auf, wenn eine einzellige Suspension eines Patiententumors auf zweidimensionalen, plastischen Gewebekulturgefäßen angebaut wird, einschließlich Veränderungen des proliferativen und invasiven Potenzials, die Eliminierung spezifischer Subpopulationen und die Veränderung der genetischen Information7. Xenografts in Mäuse dieser Melanom-Zelllinienmodelle stellen die am häufigsten verwendete In-vivo-Plattform für präklinische Studien dar; Diese Strategie leidet jedoch auch unter der schlechten Rekapitulation komplexer Tumorheterogenität, die klinisch beobachtet wurde. Um dieses Manko zu überwinden, besteht ein wachsendes Interesse an der Integration ausgefeilterer präklinischer Melanommodelle, einschließlich des PDX-Modells. PDX-Modelle werden seit >30 Jahren verwendet, wobei wegweisende Studien an Lungenkrebspatienten eine Übereinstimmung zwischen dem Ansprechen der Patienten auf zytotoxische Wirkstoffe und der Reaktion des PDX-Modells vom selben Patienten 8 zeigten. In jüngster Zeit gab es den Antrieb, PDX-Modelle als Werkzeug der Wahl für präklinische Untersuchungen sowohl in der Industrie als auch in akademischen Zentren zu nutzen. PDX-Modelle sind aufgrund ihrer überlegenen Rekapitulation der Tumorheterogenität bei menschlichen Patienten klinisch relevanter für die Therapieoptimierung als Zelllinien-Xenografts9. Bei Melanomen gibt es immense Hürden, die das therapeutische Management fortgeschrittener Krankheiten stumpf machen10. Klinisch relevante PDX-Modelle wurden verwendet, um klinische Resistenzen zu modellieren und therapeutische Strategien mit klinisch verfügbaren Wirkstoffen zur Behandlung therapieresistenter Tumoren zu identifizieren11,12. Kurz gesagt, das hier vorgestellte Protokoll zur Generierung von PDX-Modellen erfordert die subkutane Implantation von frischem Gewebe aus primären oder metastasierenden Melanomen (die durch Biopsie oder Operation gesammelt werden) in NOD/scid/IL2-Receptor NULL (NSG) Mäuse. Verschiedene Variationen des methodischen Ansatzes werden von verschiedenen Gruppen verwendet; es existiert jedoch ein grundlegender Kern13.
Protocol
Representative Results
Discussion
Wir haben hier in beschrieben, dass PDX-Modelle von Melanomen mit Patientengewebe aus primären und metastasierenden Tumoren, Kernbiopsien und FNAs generiert werden. Bei direkter Eindringung in NSG-Mäuse stellen Tumoren ähnliche morphologische, genomische und biologische Eigenschaften dar wie die beim Patienten beobachteten. In dem Fall, in dem den Forschern nur eine geringe Menge Gewebe zur Verfügung steht, wie es bei FNAs häufig der Fall ist, ermöglicht die PDX-Technik die Erweiterung des Tumorgewebes für die DNA…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken dem Wistar Institute Animal Facility, Microscopy Facility, Histotechnology Facility und Research Supply Center. Diese Studie wurde zum Teil durch Stipendien der U54 (CA224070-01), SPORE (CA174523), P01 (CA114046-07), der Dr. Miriam und Sheldon G. Adelson Medical Research Foundation und der Melanoma Research Foundation finanziert.
Materials
| 1 M Hepes | SIGMA-ALDRICH CORPORATION | Cat # H0887-100ML | |
| 100x PenStrep | Invitrogen | Cat # 15140163 | |
| 1x HBSS-/- (w/o Ca++ or Mg++) | MED | Cat # MT21-023-CV | |
| 2.5% Trypsin | SIGMA-ALDRICH CORPORATION | Cat # T4549-100ML | 10 mL aliquots stored at –20oC |
| BSA | SIGMA-ALDRICH CORPORATION | Cat # A9418-500G | |
| Chlorhexidine | Fisher Scientific | Cat# 50-118-0313 | |
| Collagenase IV (2,000 u/mL) | Worthington | Cat #4189 | make up in HBSS-/- from Collagenase IV powder stock (Worthington #4189, u/mg indicated on bottle and varies with each lot); freeze 1 |
| DMSO | SIGMA-ALDRICH CORPORATION | Cat # C6295-50ML | |
| DNase | SIGMA-ALDRICH CORPORATION | Cat # D4527 | |
| EGTA (ethylene glycol bis(2-aminoethyl ether)-N,N,N’N’-tetraacetic acid) | Merck | Cat # 324626.25 | |
| FBS | INVITROGEN LIFE TECHNOLOGIES | Cat # 16000-044 | |
| Fungizone | INVITROGEN LIFE TECHNOLOGIES | Cat # 15290-018 | |
| Gentamicin | FISHER SCIENTIFIC | Cat # BW17518Z | |
| Isoflurane | HENRY SCHEIN ANIMAL HEALTH | Cat # 050031 | |
| Leibovitz's L15 media | Invitrogen | Cat # 21083027 | |
| Matrigel | Corning | Cat # 354230 | Artificial extracellular matrix |
| Meloxicam | HENRY SCHEIN ANIMAL HEALTHRequisition # ::Henry Schein | Cat # 025115 | 1-5mg/kg, as painkiller |
| NOD/SCID/IL2-receptor null (NSG) Mice | The Wistar Institute, animal facility | breeding | |
| PVA (polyvinyl alcohol) | SIGMA-ALDRICH CORPORATION | Cat # P8136-250G | |
| RPMI 1640 Medium (Mod.) 1X with L-Glutamine | Fisher Scientific | Cat# MT10041CM | |
| Scalpel | Feather | Cat # 2976-22 | |
| Virkon | GALLARD-SCHLESINGER IND | Cat # 222-01-06 | |
| Wound clips | MikRon | Cat #427631 |
References
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