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암 연구학

역형성 갑상선 암종 및 두경부 편평 세포 암종의 환자 유래 이종 이식 모델의 확립 및 특성화

Published: June 02, 2023
doi:
10.3791/64623
, , , , , , , , ,
1Precision Medicine Research Center, Sichuan Provincial Key Laboratory of Precision Medicine, National Clinical Research Center for Geriatrics, West China Hospital,Sichuan University, 2Department of Thyroid Surgery, West China Hospital,Sichuan University, 3Sichuan Kangcheng Biotech Co., 4Sichuan Cancer Hospital

Summary

PDX 모델이 중개 종양학 분야에서 빠르게 표준이 되고 있기 때문에 현재 프로토콜은 역형성 갑상선 암종(ATC) 및 두경부 편평 세포 암종(HNSCC)의 환자 유래 이종이식(PDX) 모델을 설정하고 특성화합니다.

Abstract

환자 유래 이종이식(PDX) 모델은 원발성 종양의 조직학적 및 유전적 특성을 충실히 보존하고 이질성을 유지합니다. PDX 모델을 기반으로 한 약력학 결과는 임상 실습과 높은 상관관계가 있습니다. 역형성 갑상선암(ATC)은 갑상선암의 가장 악성 아형으로 침습성이 강하고 예후가 좋지 않으며 치료가 제한적입니다. ATC의 발병률은 갑상선암의 2%-5%에 불과하지만 사망률은 15%-50%로 높습니다. 두경부 편평 세포 암종(HNSCC)은 가장 흔한 두경부 악성 종양 중 하나이며 매년 전 세계적으로 600,000건 이상의 새로운 사례가 발생합니다. 여기서는 ATC 및 HNSCC의 PDX 모델을 확립하기 위한 세부 프로토콜을 제시합니다. 본 연구에서는 모델 구축 성공률에 영향을 미치는 핵심 요인을 분석하고, PDX 모델과 원발성 종양 간의 조직병리학적 특징을 비교하였다. 또한, 성공적으로 구축된 PDX 모델에서 대표적인 임상적으로 사용된 약물의 생체 내 치료 효능을 평가함으로써 모델의 임상적 관련성을 검증하였다.

Introduction

PDX 모델은 인간 종양 조직을 면역결핍 마우스에 이식하여 마우스가 제공하는 환경에서 성장시키는 동물 모델이다1. 전통적인 종양 세포주 모델은 이질성의 결여, 종양 미세 환경을 유지할 수 없음, 반복적인 시험관 내 계대 동안 유전적 변이에 대한 취약성, 열악한 임상 적용과 같은 몇 가지 단점을 가지고 있습니다 2,3. 유전자 조작 동물 모델의 주요 단점은 인간 종양의 게놈 특징의 잠재적 손실, 알려지지 않은 새로운 돌연변이의 도입, 마우스 종양과 인간 종양 사이의 상동성 정도를 식별하기 어렵다는 것이다4. 또한, 유전자 조작 동물 모델의 준비는 비용이 많이 들고, 시간이 많이 소요되며, 상대적으로 비효율적이다4.

PDX 모델은 종양 이질성을 반영한다는 점에서 다른 종양 모델에 비해 많은 이점을 가지고 있습니다. 조직병리학의 관점에서, 마우스 대응물이 시간이 지남에 따라 인간 기질을 대체하지만, PDX 모델은 원발성 종양의 형태학적 구조를 잘 보존합니다. 또한, PDX 모델은 적어도 4세대 동안 원발성 종양의 대사체적 동일성을 보존하고 종양 세포와 미세 환경 사이의 복잡한 상호 관계를 더 잘 반영하여 인간 종양 조직의 성장, 전이, 혈관신생 및 면역억제를 시뮬레이션하는 데 있어 독특합니다 5,6,7. 세포 및 분자 수준에서, PDX 모델은 유전자 발현 패턴, 돌연변이 상태, 복제 수, DNA 메틸화 및 단백질체학을 포함한 원래 암의 표현형 및 분자 특성뿐만 아니라 인간 종양의 종양 간 및 종양 내 이질성을 정확하게 반영한다 8,9. 상이한 계대(passage)를 갖는 PDX 모델은 약물 요법에 대해 동일한 민감도를 가지며, 이는 PDX 모델의 유전자 발현이 매우 안정적임을 나타낸다10,11. 연구에 따르면 약물에 대한 PDX 모델의 반응과 해당 약물에 대한 환자의 임상 반응 사이에 우수한 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다12,13. 따라서 PDX 모델은 특히 약물 스크리닝 및 임상 예후 예측을 위한 강력한 전임상 및 중개 연구 모델로 부상했습니다.

갑상선암은 내분비계에서 흔히 발생하는 악성 종양으로, 최근 몇 년 동안 발병률이 급격히 증가하고 있는 인간 악성 종양이다14. 역형성 갑상선암(Anaplastic thyroid carcinoma, ATC)은 갑상선암의 가장 악성 종양으로, 환자 생존 평균 기간은 4.8개월에 불과하다15. 중국에서는 매년 소수의 갑상선암 환자만이 ATC 진단을 받지만 사망률은 100%에 가깝습니다16,17,18. ATC는 일반적으로 빠르게 성장하여 경부 림프절뿐만 아니라 목의 인접 조직을 침범하며 환자의 약 절반이 원격 전이를 앓고 있습니다19,20. 두경부 편평 세포 암종(HNSCC)은 세계에서 6번째로 흔한 암이며 암 사망의 주요 원인 중 하나이며 매년 약 600,000명이 HNSCC를 앓고 있습니다21,22,23. HNSCC는 코, 부비동, 입, 편도선, 인두 및 후두를 포함하여 많은 수의 종양을 포함합니다24. ATC와 HNSCC는 주요 두경부 악성 종양 중 두 가지입니다. 새로운 치료제 및 개인 맞춤형 치료제 개발을 촉진하기 위해서는 ATC 및 HNSCC의 PDX 모델과 같은 강력하고 진보된 전임상 동물 모델의 개발이 필요합니다.

본 논문에서는 ATC와 HNSCC의 피하 PDX 모델을 확립하는 상세한 방법을 소개하고, 모델 구성에서 종양 흡수율에 영향을 미치는 주요 요인을 분석하고, PDX 모델과 원발성 종양 간의 조직병리학적 특성을 비교한다. 한편, 본 연구에서는 임상적 타당성을 검증하기 위해 성공적으로 구축된 PDX 모델을 사용하여 생체 내 약력학 시험을 수행하였다.

Protocol

모든 동물 실험은 쓰촨 대학교 화기병원 기관동물관리위원회에서 승인한 실험동물관리 평가 및 인증 협회 지침 및 프로토콜에 따라 수행되었습니다. 4-6주령의 NOD-SCID 면역결핍 마우스(남녀 모두)와 4-6주령의 암컷 Balb/c 누드 마우스를 본 연구에 사용했습니다. 동물들은 상업적 공급원으로부터 입수하였다 ( 재료의 표 참조). West China Hospital의 윤리 위원회는 인간 피험자를 대상으로 한 …

Representative Results

총 18개의 갑상선암 검체를 이식하여 미분화 갑상선암 4건과 역형성 갑상선암 1건을 포함하여 5개의 갑상선암 PDX 모델을 성공적으로 구축했습니다(종양 발생률 27.8%). 모델 구축 성공률과 연령, 성별, 종양 직경, 종양 등급 및 분화 간의 상관관계를 분석하였다. 4등급 종양 샘플의 모델 성공률은 등급이 낮은 샘플보다 높았고, 미분화 종양 샘플의 성공률도 고도로 분화된 샘플의 성공률보다 높았지만…

Discussion

이 연구는 ATC 및 HNSCC의 피하 PDX 모델을 성공적으로 확립했습니다. PDX 모델 구축 과정에서 주의해야 할 측면이 많다. 종양 조직이 환자에게서 분리되면 가능한 한 빨리 아이스 박스에 넣고 접종을 위해 실험실로 보내야합니다. 종양이 실험실에 도착한 후 작업자는 멸균 필드를 유지하고 무균 절차를 수행하는 데주의를 기울여야합니다. 바늘 생검 샘플의 경우 종양 조직이 특히 작기 때문에 샘플을 …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

이 작업은 쓰촨성 과학 기술 지원 프로그램(보조금 번호 2019JDRC0019 및 2021ZYD0097), 우수 분야를 위한 1.3.5 프로젝트, 쓰촨 대학교 화력 병원(보조금 번호 ZYJC18026), 우수 분야를 위한 1.3.5 프로젝트-임상 연구 인큐베이션 프로젝트, 쓰촨 대학교 서중국 병원(보조금 번호 2020HXFH023), 중앙 대학을 위한 기초 연구 기금(SCU2022D025), 청두 과학기술국 국제 협력 프로젝트(보조금 번호 2022-GH02-00023-HZ), 쓰촨 대학교 혁신 스파크 프로젝트(보조금 번호 2019SCUH0015), 중국 서부 병원 – 전자 과학 기술 대학의 의료 공학 통합을 위한 인재 교육 기금(보조금 번호 HXDZ22012).

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
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Keywords: Patient-derived XenograftPDXAnaplastic Thyroid CarcinomaATCHead And Neck Squamous Cell CarcinomaHNSCCTumor HeterogeneityMolecular DiversityPersonalized TreatmentAnti-cancer Drug Sensitivity ScreeningTumor TransplantationSubcutaneousCryopreservationTumor Growth Curve
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Wu, M., Liu, Y., Zhao, Y., Zhang, Y., Huang, L., Du, Q., Zhang, T., Zhong, Z., Luo, H., Xiao, K. Establishment and Characterization of Patient-Derived Xenograft Models of Anaplastic Thyroid Carcinoma and Head and Neck Squamous Cell Carcinoma. J. Vis. Exp. (196), e64623, doi:10.3791/64623 (2023).
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