JoVE Journal > Cancer Research
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
자동 번역
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
암 연구학

Anaplastik Tiroid Karsinomu ve Baş-Boyun Skuamöz Hücreli Karsinomun Hasta Kaynaklı Ksenogreft Modellerinin Oluşturulması ve Karakterizasyonu

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

Bu protokol, anaplastik tiroid karsinomu (ATC) ve baş boyun skuamöz hücreli karsinomunun (HNSCC) hasta kaynaklı ksenogreft (PDX) modelini oluşturmakta ve karakterize etmektedir, çünkü PDX modelleri translasyonel onkoloji alanında hızla standart hale gelmektedir.

Abstract

Hasta kaynaklı ksenogreft (PDX) modelleri, primer tümörün histolojik ve genetik özelliklerini sadık bir şekilde korumakta ve heterojenliğini korumaktadır. PDX modellerine dayanan farmakodinamik sonuçlar klinik uygulama ile yüksek oranda ilişkilidir. Anaplastik tiroid karsinomu (ATK), güçlü invazivlik, kötü prognoz ve sınırlı tedavi ile tiroid kanserinin en kötü huylu alt tipidir. ATK insidansı tiroid kanserinin sadece %2-5’ini oluştursa da mortalite oranı %15-%50 gibi yüksek bir orandadır. Baş boyun skuamöz hücreli karsinomu (HNSCC) en sık görülen baş ve boyun malignitelerinden biridir ve her yıl dünya çapında 600.000’den fazla yeni vaka vakaya neden olmaktadır. Burada, ATC ve HNSCC’nin PDX modellerini oluşturmak için ayrıntılı protokoller sunulmaktadır. Bu çalışmada model yapımının başarı oranını etkileyen anahtar faktörler analiz edilmiş ve PDX modeli ile primer tümör arasındaki histopatolojik özellikler karşılaştırılmıştır. Ayrıca, başarılı bir şekilde oluşturulmuş PDX modellerinde temsili klinik olarak kullanılan ilaçların in vivo terapötik etkinliği değerlendirilerek modelin klinik önemi doğrulanmıştır.

Introduction

PDX modeli, insan tümör dokusunun immün yetmezlikli farelere nakledildiği ve fareler tarafından sağlanan ortamda büyüdüğü bir hayvan modelidir1. Geleneksel tümör hücre hattı modelleri, heterojenlik eksikliği, tümör mikroçevresini koruyamama, tekrarlanan in vitro pasajlar sırasında genetik varyasyonlara karşı savunmasızlık ve zayıf klinik uygulama gibi çeşitli dezavantajlardan muzdariptir 2,3. Genetiği değiştirilmiş hayvan modellerinin temel dezavantajları, insan tümörlerinin genomik özelliklerinin potansiyel kaybı, yeni bilinmeyen mutasyonların ortaya çıkması ve fare tümörleri ile insan tümörleri arasındaki homoloji derecesini belirlemedeki zorluktur4. Ek olarak, genetiği değiştirilmiş hayvan modellerinin hazırlanması pahalı, zaman alıcı ve nispeten verimsizdir4.

PDX modeli, tümör heterojenitesini yansıtması açısından diğer tümör modellerine göre birçok avantaja sahiptir. Histopatoloji açısından bakıldığında, fare muadili zamanla insan stromasının yerini almasına rağmen, PDX modeli primer tümörün morfolojik yapısını iyi korur. Ek olarak, PDX modeli, primer tümörün metabolomik kimliğini en az dört nesil boyunca korur ve tümör hücreleri ile mikro çevreleri arasındaki karmaşık ilişkileri daha iyi yansıtır, bu da onu insan tümör dokusunun büyümesini, metastazını, anjiyogenezini ve immünsüpresyonunu simüle etmede benzersiz kılar 5,6,7. Hücresel ve moleküler düzeylerde, PDX modeli, insan tümörlerinin tümörler arası ve tümör içi heterojenliğinin yanı sıra, gen ekspresyon paternleri, mutasyon durumu, kopya sayısı ve DNA metilasyonu ve proteomik 8,9 dahil olmak üzere orijinal kanserin fenotipik ve moleküler özelliklerini doğru bir şekilde yansıtır. Farklı pasajlara sahip PDX modelleri, ilaç tedavisine karşı aynı duyarlılığa sahiptir, bu da PDX modellerinin gen ekspresyonunun oldukça kararlı olduğunu göstermektedir10,11. Çalışmalar, PDX modelinin bir ilaca cevabı ile hastaların bu ilaca klinik yanıtları arasında mükemmel bir korelasyon olduğunu göstermiştir12,13. Bu nedenle, PDX modeli, özellikle ilaç taraması ve klinik prognoz tahmini için güçlü bir preklinik ve translasyonel araştırma modeli olarak ortaya çıkmıştır.

Tiroid kanseri, endokrin sistemin sık görülen malign bir tümörüdür ve son yıllarda insidansında hızlı bir artış gösteren bir insan malignitesidir14. Anaplastik tiroid karsinomu (ATK) en kötü huylu tiroid kanseridir ve ortanca hasta sağkalımı sadece 4.8 aydır15. Çin’de her yıl tiroid kanseri hastalarının sadece azınlığına ATC tanısı konmasına rağmen, ölüm oranı %100’e yakındır16,17,18. ATK genellikle hızla büyür ve boynun bitişik dokularını ve servikal lenf nodlarını istila eder ve hastaların yaklaşık yarısında uzak metastaz vardır19,20. Baş ve boyun skuamöz hücreli karsinomu (HNSCC), dünyadaki en yaygın altıncı kanserdir ve kanser ölümlerinin önde gelen nedenlerinden biridir ve her yıl HNSCC’den muzdarip tahmini 600.000 kişi21.22.23’tür. HNSCC, burun, sinüsler, ağız, bademcikler, farenks ve larinks24 dahil olmak üzere çok sayıda tümör içerir. ATC ve HNSCC başlıca baş ve boyun malignitelerinden ikisidir. Yeni terapötik ajanların ve kişiselleştirilmiş tedavilerin geliştirilmesini kolaylaştırmak için, ATC ve HNSCC’nin PDX modelleri gibi sağlam ve gelişmiş klinik öncesi hayvan modelleri geliştirmek gerekmektedir.

Bu makalede ATC ve HNSCC’nin subkutan PDX modelini oluşturmak için ayrıntılı yöntemler tanıtılmış, model yapımında tümör alım hızını etkileyen anahtar faktörler analiz edilmekte ve PDX modeli ile primer tümör arasındaki histopatolojik özellikler karşılaştırılmaktadır. Bu arada, bu çalışmada, klinik ilgilerini doğrulamak için başarılı bir şekilde oluşturulmuş PDX modelleri kullanılarak in vivo farmakodinamik testler yapılmıştır.

Protocol

Tüm hayvan deneyleri, Sichuan Üniversitesi, Batı Çin Hastanesi Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanım Komitesi tarafından onaylanan Laboratuvar Hayvan Bakımı Değerlendirme ve Akreditasyon Derneği kılavuzlarına ve protokollerine uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma için 4-6 haftalık (her iki cinsiyetten) NOD-SCID immün yetmezlikli fareler ve 4-6 haftalık dişi Balb/c çıplak fareler kullanıldı. Hayvanlar ticari bir kaynaktan elde edilmiştir (bakınız Malzeme Tablosu). Bat…

Representative Results

Toplam 18 tiroid kanseri örneği nakledildi ve dört farklılaşmamış tiroid kanseri vakası ve bir anaplastik tiroid kanseri vakası dahil olmak üzere beş PDX tiroid kanseri modeli başarıyla oluşturuldu (% 27.8 tümör alım oranı). Model yapımının başarı oranı ile yaş, cinsiyet, tümör çapı, tümör derecesi ve farklılaşması arasındaki korelasyon analiz edildi. Her ne kadar derece 4 tümör örneklerinin model başarı oranı düşük dereceli örneklere göre daha yüksek olmasına ve farklıla?…

Discussion

Bu çalışmada ATC ve HNSCC’nin subkutan PDX modelleri başarıyla oluşturulmuştur. PDX model yapımı sürecinde dikkat edilmesi gereken birçok husus vardır. Tümör dokusu hastadan ayrıldığında buz kutusuna konulmalı ve en kısa sürede aşılama için laboratuvara gönderilmelidir. Tümör laboratuvara ulaştıktan sonra, operatör steril bir alanın korunmasına dikkat etmeli ve aseptik prosedürleri uygulamalıdır. İğne biyopsi örnekleri için, tümör dokusu özellikle küçük olduğu için, numuneyi…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma, Sichuan Eyaleti Bilim ve Teknoloji Destek Programı (Hibe No. 2019JDRC0019 ve 2021ZYD0097), mükemmellik disiplinleri için 1.3.5 projesi, Batı Çin Hastanesi, Sichuan Üniversitesi (Hibe No. ZYJC18026), mükemmellik disiplinleri için 1.3.5 projesi-Klinik Araştırma Kuluçka Projesi, Batı Çin Hastanesi, Sichuan Üniversitesi (Hibe No. 2020HXFH023), Merkez Üniversiteler için Temel Araştırma Fonları (SCU2022D025), Chengdu Bilim ve Teknoloji Bürosu Uluslararası İşbirliği Projesi (Hibe No. 2022-GH02-00023-HZ), Sichuan Üniversitesi İnovasyon Kıvılcım Projesi (Hibe No. 2019SCUH0015) ve Batı Çin Hastanesi Tıbbi-Mühendislik Entegrasyonu için Yetenek Eğitim Fonu – Elektronik Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (Hibe No. 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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Toolan, H. W. Successful subcutaneous growth and transplantation of human tumors in X-irradiated laboratory animals. Proceedings of The Society for Experimental Biology and Medicine. 77 (3), 572-578 (1951).
  2. Gillet, J. P., et al. Redefining the relevance of established cancer cell lines to the study of mechanisms of clinical anti-cancer drug resistance. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (46), 18708-18713 (2011).
  3. Hausser, H. J., Brenner, R. E. Phenotypic instability of Saos-2 cells in long-term culture. Biochemical & Biophysical Research Communications. 333 (1), 216-222 (2005).
  4. Pérez-Mancera, P., Guerra, C., Barbacid, M., Tuvesonet, D. A. What we have learned about pancreatic cancer from mouse models. Gastroenterology. 142 (5), 1079-1092 (2012).
  5. Bruna, A., et al. A biobank of breast cancer explants with preserved intra-tumor heterogeneity to screen anticancer compounds. Cell. 167 (1), 260-274 (2016).
  6. Choi, S., et al. Lessons from patient-derived xenografts for better in vitro modeling of human cancer. Advanced Drug Delivery Reviews. 79-80, 222-237 (2014).
  7. Blomme, A., et al. Murine stroma adopts a human-like metabolic phenotype in the PDX model of colorectal cancer and liver metastases. Oncogene. 37 (9), 1237-1250 (2018).
  8. Wang, D., et al. Molecular heterogeneity of non-small cell lung carcinoma patient-derived xenografts closely reflect their primary tumors. International Journal of Cancer. 140 (3), 662-673 (2016).
  9. Jung, J., et al. Generation and molecular characterization of pancreatic cancer patient-derived xenografts reveals their heterologous nature. Oncotarget. 7 (38), 62533-62546 (2016).
  10. Keysar, S., et al. A patient tumor transplant model of squamous cell cancer identifies PI3K inhibitors as candidate therapeutics in defined molecular bins. Molecular Oncology. 7 (4), 776-790 (2013).
  11. Rubio-Viqueira, B., et al. An in vivo platform for translational drug development in pancreatic cancer. Clinical Cancer Research. 12 (15), 4652-4661 (2006).
  12. Fiebig, H. H., et al. Development of three human small cell lung cancer models in nude mice. Recent Results in Cancer Research. 97, 77-86 (1985).
  13. Morelli, M. P., et al. Prioritizing phase I treatment options through preclinical testing on personalized tumorgraft. Journal of Clinical Oncology. 30 (4), 45-48 (2012).
  14. Bray, F., et al. Global cancer statistics 2018: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA. 68 (6), 394-424 (2018).
  15. Onoda, N., et al. Evaluation of the 8th edition TNM classification for anaplastic thyroid carcinoma. Cancers. 12 (3), 552 (2020).
  16. Nel, C., et al. Anaplastic carcinoma of the thyroid: A clinicopathologic study of 82 cases. Mayo Clinic Proceedings. 60 (1), 51-58 (1985).
  17. Mazzaferri, E. L. Increasing incidence of thyroid cancer in the United States, 1973-2002. Yearbook of Medicine. 2007, 496-499 (2007).
  18. Kebebew, E., Greenspan, F. S., Clark, O. H., Woeber, K. A., Mcmillan, A. Anaplastic thyroid carcinoma. Treatment outcome and prognostic factors. Cancer. 103 (7), 1330-1335 (2005).
  19. Lin, B., et al. The incidence and survival analysis for anaplastic thyroid cancer: A SEER database analysis. American Journal of Translational Research. 11 (9), 5888-5896 (2019).
  20. Maniakas, A., Dadu, R., Busaidy, N. L., Wang, J. R., Zafereo, M. Evaluation of overall survival in patients with anaplastic thyroid carcinoma, 2000-2019. JAMA Oncology. 6 (9), 1397-1404 (2020).
  21. Gilardi, M., et al. Tipifarnib as a precision therapy for HRAS-mutant head and neck squamous cell carcinomas. Molecular Cancer Therapeutics. 19 (9), 1784-1796 (2020).
  22. Siegel, R. L., Miller, K. D., Jemal, A. Cancer statistics, 2016. CA. 66 (1), 7-30 (2016).
  23. Chow, L. Q. M. Head and neck cancer. New England Journal of Medicine. 382 (1), 60-72 (2020).
  24. Swiecicki, P. L., Brennan, J. R., Mierzwa, M., Spector, M. E., Brenner, J. C. Head and neck squamous cell carcinoma detection and surveillance: Advances of liquid biomarkers. Laryngoscope. 129 (8), 1836-1843 (2019).
  25. Wang, R., et al. Distribution and activity of lenvatinib in brain tumor models of human anaplastic thyroid cancer cells in severe combined immune deficient mice. Molecular Cancer Therapeutics. 18 (5), 947-956 (2019).
  26. Takahashi, S., et al. A phase II study of the safety and efficacy of lenvatinib in patients with advanced thyroid cancer. Future Oncology. 15 (7), 717-726 (2019).
  27. Ferrari, S. M., et al. Lenvatinib exhibits antineoplastic activity in anaplastic thyroid cancer in vitro and in vivo. Oncology Reports. 39 (5), 2225-2234 (2018).
  28. Cabanillas, M. E., Habra, M. A. Lenvatinib: Role in thyroid cancer and other solid tumors. Cancer Treatment Reviews. 42, 47-55 (2016).
  29. Jung, J., Seol, H. S., Chang, S. The generation and application of patient-derived xenograft model for cancer research. Cancer Research and Treatment. 50 (1), 1-10 (2018).
  30. Peng, S., et al. Tumor grafts derived from patients with head and neck squamous carcinoma authentically maintain the molecular and histologic characteristics of human cancers. Journal of Translational Medicine. 11, 198 (2013).
  31. Derose, Y. S., et al. Tumor grafts derived from women with breast cancer authentically reflect tumor pathology, growth, metastasis and disease outcomes. Nature Medicine. 17 (11), 1514-1520 (2011).
  32. Chen, X., Shen, C., Wei, Z., Zhang, R., Xiao, K. Patient-derived non-small cell lung cancer xenograft mirrors complex tumor heterogeneity. Cancer Biology and Medicine. 18 (1), 184-198 (2021).
  33. Choi, Y. Y., et al. Establishment and characterisation of patient-derived xenografts as paraclinical models for gastric cancer. Scientific Reports. 6, 22172 (2016).
  34. Maider, I. V., Andrés, C., Alberto, B. Preclinical models for precision oncology. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Reviews on Cancer. 1872 (2), 239-246 (2018).
  35. Okada, S., Vaeteewoottacharn, K., Kariya, R. Establishment of a patient-derived tumor xenograft model and application for precision cancer medicine. Chemical & Pharmaceutical Bulletin. 66 (3), 225-230 (2018).
  36. Michael, G., et al. Tumor take rate optimization for colorectal carcinoma patient-derived xenograft models. BioMed Research International. 2016, 1715053 (2016).
  37. Bernardo, C., Costa, C., Sousa, N., Amado, F., Santos, L. Patient-derived bladder cancer xenografts: a systematic review. Translational Research. 166 (4), 324-331 (2015).
  38. Facompre, N. D., et al. Barriers to generating PDX models of HPV-related head and neck. Laryngoscope. 127 (12), 2777-2783 (2017).
  39. Kang, H. N., Kim, J. H., Park, A. Y., Choi, J. W., Kim, H. R. Establishment and characterization of patient-derived xenografts as paraclinical models for head and neck cancer. BMC Cancer. 20 (1), 316 (2020).
  40. Ahn, S. H., et al. An orthotopic model of papillary thyroid carcinoma in athymic nude mice. Archives of Otolaryngology-Head & Neck Surgery. 134 (2), 190-197 (2008).
  41. Nucera, C., et al. A novel orthotopic mouse model of human anaplastic thyroid carcinoma. Thyroid. 19 (10), 1077-1084 (2009).
  42. De Rose, F., et al. Galectin-3 targeting in thyroid orthotopic tumors opens new ways to characterize thyroid cancer. Journal of Nuclear Medicine. 60 (6), 770-776 (2019).
  43. Pearson, A. T., et al. Patient-derived xenograft (PDX) tumors increase growth rate with time. Oncotarget. 7 (7), 7993-8005 (2016).
  44. Huo, K. G., D’Arcangelo, E., Tsao, M. S. Patient-derived cell line, xenograft and organoid models in lung cancer therapy. Translational Lung Cancer Research. 9 (5), 2214-2232 (2020).
  45. Kumari, R., Xu, X., Li, H. Q. Translational and clinical relevance of PDX-derived organoid models in oncology drug discovery and development. Current Protocols. 2 (7), e431 (2022).
  46. Takahashi, N., et al. Construction of in vitro patient-derived tumor models to evaluate anticancer agents and cancer immunotherapy. Oncology Letters. 21 (5), 406 (2021).
  47. Barasch, A., et al. Photobiomodulation effects on head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) in an orthotopic animal model. Supportive Care in Cancer. 28 (6), 2721-2727 (2020).
  48. Wang, M., et al. Humanized mice in studying efficacy and mechanisms of PD-1-targeted cancer immunotherapy. FASEB Journal. 32 (3), 1537-1549 (2018).
  49. Wu, C., Wang, X., Shang, H., Wei, H. Construction of a humanized PBMC-PDX model to study the efficacy of a bacterial marker in lung cancer immunotherapy. Disease Markers. 2022, 1479246 (2022).
  50. Yao, L. C., et al. Creation of PDX-bearing humanized mice to study immuno-oncology. Methods in Molecular Biology. 1953, 241-252 (2019).

Tags

Patient-derived XenograftPDXAnaplastic Thyroid CarcinomaATCHead And Neck Squamous Cell CarcinomaHNSCCTumor HeterogeneityMolecular DiversityPersonalized TreatmentAnti-cancer Drug Sensitivity ScreeningTumor TransplantationSubcutaneousCryopreservationTumor Growth Curve

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image