Bu makalede, canlı, hastaya bağlı, preklinik bir model sisteminde tümör ilaç yanıtlarının değerlendirilmesi için hasta kaynaklı eksplantların üretimi, ilaç tedavisi ve analizi için yöntemler açıklanmaktadır.
İlaç direncinin anlaşılması ve yüksek dirençli kanserleri duyarlı hale getirmek için yeni stratejilerin geliştirilmesi, hasta yanıtlarını doğru bir şekilde tahmin edebilen uygun preklinik modellerin mevcudiyetine bağlıdır. Mevcut preklinik modellerin dezavantajlarından biri, insan tümör mikroçevrimini (TME) bağlamsal olarak koruyamaması ve intratümoral heterojenliği doğru bir şekilde temsil edememesi ve böylece verilerin klinik çevirisini sınırlamasıdır. Buna karşılık, insan tümörlerinin canlı parçalarının kültürünü temsil ederek, hasta kaynaklı eksplant (PDE) platformu, ilaç yanıtlarının orijinal tümörlerin patolojik ve mimari özelliklerini mümkün olduğunca yakından yansıtan üç boyutlu (3D) bir bağlamda incelenmesini sağlar. PDE’lerle yapılan önceki raporlar, platformun kemosentetifi chemore dirençli tümörlerden ayırt etme yeteneğini belgelemiş ve bu ayrımın aynı kemoterapilere verilen hasta yanıtlarını öngördüğü gösterilmiştir. Aynı zamanda, PDE’ler ilaç yanıtlarını tahmin eden tümörlerin moleküler, genetik ve histolojik özelliklerini sorgulama fırsatı verir, böylece hasta tabakalaşması için biyobelirteçlerin yanı sıra dirençli tümörleri duyarlı hale getirmek için yeni girişimsel yaklaşımlar tanımlanır. Bu makalede, hasta örneklerinin toplanmasından uç nokta analizine kadar PDE metodolojisi ayrıntılı olarak raporlandırilmektedir. Uygun olduğunda belirli tümörler için ısmarlama durumları vurgulayarak eksplant derivasyon ve kültür yöntemlerinin ayrıntılı bir açıklamasını sağlar. Uç nokta analizi için, hem tümöral hem de stromal bölgelerdeki anahtar biyobelirteçlerin mekansal profillerinin uzamsal profillemesi için çok katlı immünofluoresans ve multispektral görüntülemeye odaklanmaktadır. Bu yöntemleri birleştirerek, çeşitli klinikopatolojik parametrelerle ilişkili olabilecek ve böylece biyobelirteç tanımlaması için potansiyel olarak kullanılabilecek nicel ve nitel ilaç yanıt verileri üretmek mümkündür.
Etkili ve güvenli antikanser ajanların geliştirilmesi, tahmine dayalı ve farmakodinamik biyobelirteçlerin tanımlanmasını kolaylaştırabilecek etki mekanizmaları hakkında da fikir verebilecek uygun preklinik modeller gerektirir. Inter- ve intratumor heterojenlik1,2,3,4,5 ve TME6,7,8,9,10,11,12’nin antikanser ilaç yanıtlarını etkilediği bilinmektedir ve hücre hatları, organoidler ve fare modelleri gibi mevcut birçok preklinik kanser modeli bu önemli özellikleri tam olarak karşılayamaz. Özellik. “İdeal” bir model, tümörlerdeki kötü huylu olmayan hücrelerle malignün karmaşık mekansal etkileşimlerini yeniden yakalayabilen ve tümörlerdeki bölgesel farklılıkları yansıtabilen modeldir. Bu makale, bu gereksinimlerin çoğunu yerine getirebilecek gelişmekte olan bir platform olarak PDE’lere odaklanır13.
Histokültür olarak da bilinen insan PDE’lerinin kullanımının ilk örneği, Hoffman ve arkadaşlarının yeni resected insan tümörlerinden oluşan dilimler oluşturduğu ve bunları kollajen matrisi14,15’tekültüre ettiği 1980’lerin sonlarına kadar uzanır. Bu, doku mimarisini koruyan, TME içindeki stromal bileşenlerin ve hücre etkileşimlerinin sürdürülmesini sağlayan bir 3D kültür sistemi kurmayı içeriyordu. Orijinal tümörün yapısızlaştırmadan, Hoffman ve ark.16 çevirisel araştırmanın yeni bir yaklaşımını müjdeledi ve bu zamandan beri, birçok grup doku bütünlüğünü korumak ve doğru ilaç yanıt verileri oluşturmak amacıyla farklı eksplant yöntemlerini optimize etti17 , 18,19,20,21,22,23,24 , protokoller arasındaki bazı farklılıklar belirgin olsa da. Butler ve ark. jelatin süngerlerindeki eksplantları,20 , 21,25örneği aracılığıyla besinlerin ve ilaçların yayılmasına yardımcı olmak için kültürlü, Majumder ve ark. ise aynı hastadan elde edilen otolog serumun varlığında tümör ve stromal proteinlerden oluşan bir matrisin üzerine eksplantlar oluşturarak bir tümör ekosistemi yarattı22, 23.
Daha yakın zamanda, grubumuz, tümörlerin 2 – 3 mm3boyutlu parçalara bölünerek eksplantların üretildiği ve daha sonra bir kültür sisteminin hava sıvısı arayüzünde geçirgen membranlara ek bileşenler olmadan yerleştirilen bir protokol kurdu24. Birlikte ele alındığında, bu çok sayıda çalışma, PDE’lerin orijinal tümörlerin mekansal mimarisini ve bölgesel heterojenliğini koruyan insan tümörlerinin sağlam, canlı parçalarının kültürüne izin verdiğini göstermiştir. Orijinal deneylerde eksplantlar veya histokültürler genellikle ilaç tedavisinden sonra homojenizasyona maruz kalmış, Bundan sonra histokültür ilaç yanıt tahlil 20,21 , MTT (3-(6)-2,5-difeniltetrazolium bromür) tahlil, laktat dehidrogenaz tahlil veya resazurin bazlı tahlil 26 ,27,28 gibi homojenize örneklere çeşitli canlılık tahlilleri uygulanmıştır. . Uç nokta analiz tekniklerinde, özellikle dijital patolojide son zamanlarda kaydedilen ilerleme, eksplantlar29,30üzerinde gerçekleştirilebilecek uç nokta testlerinin ve testlerinin repertuarını genişletti. Bu yeni teknolojileri uygulamak için, homojenizasyon yerine, eksplantlar formalin olarak sabitlenir, parafin (FFPE) içine gömülür ve daha sonra immünostaining teknikleri kullanılarak analiz edilir ve mekansal profilleme sağlar. Bu yaklaşımın örnekleri küçük hücreli dışı akciğer kanseri (NSCLC), meme kanseri, kolorektal kanser ve mezotelioma eksplantları, çoğalma belirteci için immünohistokimyasal lekelenme, Ki67 ve apoptotik belirteç, fermuarlı poli-ADP riboz polimeraz (cPARP), hücre çoğalması ve hücre ölümündeki değişiklikleri izlemek için kullanılmıştır24,31,32,33,34.
Çoklayıcılı immünofluoresans, özellikle uç nokta35’tekieksplantlarda ilaç yanıtlarının mekansal profillenilmesi için elverişlidir. Örneğin, ilaç tedavisi 13 ,36,37,38ve terapötik bir ajanın “soğuk tümörden” “sıcak tümöre” geçişi destekleyip destekleyemeyeceği araştırılarak, makrofajlar veya T hücreleri gibi belirli bağışıklık hücreleri sınıflarının TME içinde relokalizasyonunu ve mekansal dağılımını ölçmek mümkündür39 . Son yıllarda, bu grup farklı tümör tiplerinden (NSCLC, renal kanser, meme kanseri, kolorektal kanser, melanom) PDE’lerin türetlenmesine ve kemoterapiler, küçük molekül inhibitörleri ve immün kontrol noktası inhibitörleri (ICI’ler) dahil olmak üzere bir dizi antikanser ajanın test edilmesine odaklanmıştır. Uç nokta analiz yöntemleri, canlılık için biyobelirteçlerin yanı sıra TME’nin farklı bileşenleri için biyobelirteçlerin mekansal profillemesine izin vermek için çok yönlü immünofluoresansı içerecek şekilde optimize edilmiştir.
Bu makalede PDE’lerin üretimi, ilaç tedavisi ve analizine yönelik yöntemler açıklanmaktadır ve platformun preklinik bir model sistemi olarak avantajları vurgulanmaktadır. Yapısızlaştırmasını içermeyen yeni resected bir tümörün ex vivo kültürü, tümör mimarisi13,24’ün tutulmasını ve böylece TME’deki hücresel bileşenlerin mekansal etkileşimlerinin yanı sıra intratümoral heterojeniteye izin verir. Bu yöntem, tümöre özgü bir beli…
The authors have nothing to disclose.
Leicester NHS Trust Üniversite Hastaneleri’ndeki cerrahlara ve patologlara cerrahi resekre tümör dokusu sağladıkları için teşekkür ederiz. Ayrıca Core Biotechnology Services bünyesindeki Histoloji tesisine FFPE doku bloklarının doku işleme ve bölümleme konusundaki yardımları için ve Kees Straatman’a Vectra Polaris kullanımına destek için teşekkür ediyoruz. Bu araştırma, Leicester Üniversitesi, MRC Toksikoloji Birimi, Kanser Araştırmaları İngiltere Terapötik Keşif Laboratuvarları ve LifeArc olmak üzere dört ortaktan oluşan Explant Konsorsiyumu tarafından desteklendi ve finanse edildi. CRUK-NIHR Leicester Deneysel Kanser Tıbbı Merkezi (C10604/A25151) tarafından ek destek sağlanmıştır. GM, CD ve NA için fon, Pfizer’dan sağlanan finansmanla desteklenen Breast Cancer Now’s Catalyst Programı (2017NOVPCC1066) tarafından sağlandı.
Acetic acid | Sigma | 320099 | Staining reagent |
Antibody Diluent / Block, 1x | Perkin Elmer | ARD1001EA | Antibody diluent/blocking buffer |
Barnstead NANOpure Diamond | Barnstead | Ultra Pure (UP) H2O machine | |
Citric Acid Monohydrate | Sigma-Aldrich | C7129 | Reagent for citrate buffer |
Costar Multiple Well Cell Culture Plates | Corning Incorporated | 3516 | 6 multiwell plate |
DAPI Dilactate | Life Technologies | D3571 | |
100 x 17 mm Dish, Nunclon Delta | ThermoFisher Scientific | 150350 | 100 mm diameter dish for tissue culture |
DMEM (1x) Dubelcco's Modified Eagle Medium + 4.5 g/L D-Glucose + 110 mg/mL Sodium Pyruvate | Gibco (Life Technologies) | 10569-010 | Tissue culture medium (500 mL) |
DPX mountant | VWR | 360294H | Mounting medium |
DPX mountant | Merck | 6522 | Mounting medium |
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma-Aldrich | 3609 | Reagent for TE buffer |
Eosin | CellPath | RBC-0100-00A | Staining reagent |
Foetal Bovine Serum | Gibco | 10500-064 | For use in tissue culture medium |
37% Formaldehyde | Fisher (Acros) | 119690010 | 10% Formalin |
iGenix, microwave oven IG2095 | iGenix | IG2095 | Microwave used for antigen retreival |
Industrial methylated spirit (IMS) | Genta Medical | 199050 | 99% Industrial Denatured Alcohol (IDA) |
InForm Advanced Image Analysis Software | Akoya Biosciences | InForm | |
Leica ASP3000 Tissue Processor | Leica Biosystems | Automated Vacuum Tissue Processor | |
Leica Arcadia H and C | Leica Biosystems | Embedding wax bath | |
Leica RM2125RT | Leica Biosystems | Rotary microtome | |
Leica ST4040 Linear Stainer | Leica Biosystems | H&E stainer | |
Mayer's Haematoxylin | Sigma | GHS132-1L | Staining reagent |
Millicell Cell Culture Inserts, 30 mm, hydrophilic PTFE, 0.4 µm | Merck Milipore | PICMORG50 | Organotypic culture insert disc |
Novolink Polymer Detection System | Leica Biosystems | RE7150-K | DAB staining kit |
OPAL 480 | Akoya Biosciences | FP1500001KT | Fluorophore with Dimethyl Sulfoxide (DMSO) diluent |
OPAL 520 | Akoya Biosciences | FP1487001KT | Fluorophore with Dimethyl Sulfoxide (DMSO) diluent |
OPAL 570 | Akoya Biosciences | FP1488001KT | Fluorophore with Dimethyl Sulfoxide (DMSO) diluent |
OPAL 620 | Akoya Biosciences | FP1495001KT | Fluorophore with Dimethyl Sulfoxide (DMSO) diluent |
OPAL 650 | Akoya Biosciences | FP1496001KT | Fluorophore with Dimethyl Sulfoxide (DMSO) diluent |
OPAL 690 | Akoya Biosciences | FP1497001KT | Fluorophore with Dimethyl Sulfoxide (DMSO) diluent |
OPAL 780 / OPAL TSA-DIG Reagent | Akoya Biosciences | FP1501001KT | Fluorophore with Dimethyl Sulfoxide (DMSO) diluent and TSA-DIG reagent |
Opal Polymer HRP Ms Plus Rb, 1x | Perkin Elmer | ARH1001EA | HRP polymer |
Penicillin/streptomycin solution | Fisher Scientific | 11548876 | For use in tissue culture medium |
PhenoChart Whole Slide Contextual Viewer | Akoya Biosciences | PhenoChart | Viewer software for scanned images |
Phosphate Buffered Saline Tablets | Thermo Scientific Oxoid | BR0014G | PBS |
1x Plus Amplification Diluent | Perkin Elmer | FP1498 | Fluorophore diluent |
Prolong Diamond Antifade Mountant | Invitrogen | P36961 | Mounting medium |
Slide Carrier | Perkin Elmer | To load slides into Slide Carrier Hotel for scanning with Vectra Polaris | |
Sodium Chloride | Fisher Scientific | S/3160/63 | 10% Formalin |
Sodium Hydroxide pellets | Fisher Scientific | S/4920/53 | Reagent for citrate buffer |
Tenatex Toughened Wax – Pink (500 g) | KEMDENT | 1-601 | Dental wax surface |
Thermo Scientific Shandon Sequenza Slide Rack for Immunostaining Center | Fisher Scientific | 10098889 | Holder for slides and slide clips |
Thermo Scientific Shandon Plastic Coverplates | Fisher Scientific | 11927774 | Slide clips |
Tris(hydroxymethyl)aminomethane (Tris) | Sigma-Aldrich | 252859 | Reagent for TE buffer |
VectaShield | Vecta Laboratories | H-1000-10 | Mounting medium |
Vectra Polaris Slide Scanner | Perkin Elmer | Vectra Polaris | Slide scanner |
Xylene | Genta Medical | XYL050 | De-waxing agent |