הקמה ואפיון של מודלים של קסנוגרפט שמקורם במטופל של קרצינומה אנפלסטית של בלוטת התריס וקרצינומה של תאי קשקש בראש ובצוואר
Summary
הפרוטוקול הנוכחי מבסס ומאפיין מודל קסנוגרפט נגזר ממטופל (PDX) של קרצינומה אנפלסטית של בלוטת התריס (ATC) וקרצינומה של תאי קשקש בראש ובצוואר (HNSCC), כאשר מודלים של PDX הופכים במהירות לסטנדרט בתחום האונקולוגיה התרגומית.
Abstract
מודלים של קסנוגרפט הנגזר מהמטופל (PDX) משמרים נאמנה את המאפיינים ההיסטולוגיים והגנטיים של הגידול הראשוני ושומרים על ההטרוגניות שלו. תוצאות פרמקודינמיות המבוססות על מודלים של PDX נמצאות בקורלציה גבוהה עם פרקטיקה קלינית. קרצינומה אנפלסטית של בלוטת התריס (ATC) היא תת-הסוג הממאיר ביותר של סרטן בלוטת התריס, עם פולשניות חזקה, פרוגנוזה גרועה וטיפול מוגבל. למרות ששיעור ההיארעות של ATC מהווה רק 2%-5% ממקרי סרטן בלוטת התריס, שיעור התמותה שלו גבוה עד 15%-50%. קרצינומה של תאי קשקש בראש ובצוואר (HNSCC) היא אחת הממאירויות הנפוצות ביותר בראש ובצוואר, עם מעל 600,000 מקרים חדשים ברחבי העולם מדי שנה. כאן, פרוטוקולים מפורטים מוצגים כדי לקבוע מודלים PDX של ATC ו- HNSCC. בעבודה זו נותחו גורמי המפתח המשפיעים על שיעור ההצלחה של בניית המודל, והושוו המאפיינים ההיסטופתולוגיים בין מודל PDX לבין הגידול הראשוני. יתר על כן, הרלוונטיות הקלינית של המודל אומתה על ידי הערכת היעילות הטיפולית in vivo של תרופות מייצגות בשימוש קליני במודלים PDX שנבנו בהצלחה.
Introduction
מודל PDX הוא מודל חייתי שבו רקמת גידול אנושית מושתלת בעכברים מדוכאי חיסון וגדלה בסביבה שמספקים העכברים1. מודלים מסורתיים של קו תאי גידול סובלים ממספר חסרונות, כגון חוסר הטרוגניות, חוסר היכולת לשמור על המיקרו-סביבה של הגידול, הפגיעות לשינויים גנטיים במהלך מעברים חוזרים במבחנה, והיישום הקליני הלקוי 2,3. החסרונות העיקריים של מודלים מהונדסים גנטית של בעלי חיים הם אובדן פוטנציאלי של התכונות הגנומיות של גידולים אנושיים, הכנסת מוטציות חדשות ולא ידועות, והקושי לזהות את מידת ההומולוגיה בין גידולי עכברים לגידולים אנושיים4. בנוסף, הכנת מודלים של בעלי חיים מהונדסים גנטית היא יקרה, גוזלת זמן ויחסית לא יעילה4.
למודל PDX יתרונות רבים על פני מודלים אחרים של גידולים מבחינת שיקוף הטרוגניות הגידול. מנקודת המבט של היסטופתולוגיה, למרות שמקבילו העכבר מחליף את הסטרומה האנושית לאורך זמן, מודל PDX משמר היטב את המבנה המורפולוגי של הגידול הראשוני. בנוסף, מודל PDX משמר את הזהות המטבולית של הגידול הראשוני למשך ארבעה דורות לפחות ומשקף טוב יותר את יחסי הגומלין המורכבים בין תאי הגידול לבין המיקרו-סביבה שלהם, מה שהופך אותו לייחודי בהדמיית גידול, גרורות, אנגיוגנזה ודיכוי חיסוני של רקמת גידול אנושית 5,6,7. ברמה התאית והמולקולרית, מודל PDX משקף במדויק את ההטרוגניות הבין-גידולית והתוך-גידולית של גידולים אנושיים, כמו גם את המאפיינים הפנוטיפיים והמולקולריים של הסרטן המקורי, כולל דפוסי ביטוי גנים, מצב מוטציה, מספר העתק, מתילציה של DNA ופרוטאומיקה 8,9. מודלים של PDX עם מעברים שונים הם בעלי אותה רגישות לטיפול תרופתי, מה שמצביע על כך שביטוי הגנים של מודלים PDX יציב מאוד10,11. מחקרים הראו מתאם מצוין בין התגובה של מודל PDX לתרופה לבין התגובה הקלינית של חולים לתרופהזו 12,13. לכן, מודל PDX התגלה כמודל מחקר פרה-קליני ותרגומי רב עוצמה, במיוחד עבור סינון תרופות וחיזוי פרוגנוזה קלינית.
סרטן בלוטת התריס הוא גידול ממאיר שכיח של המערכת האנדוקרינית והוא ממאירות אנושית שהראתה עלייה מהירה בהיארעות בשנים האחרונות14. קרצינומה אנפלסטית של בלוטת התריס (ATC) היא סרטן בלוטת התריס הממאיר ביותר, עם הישרדות חולה חציונית של 4.8 חודשים בלבד15. למרות שרק מיעוט מחולי סרטן בלוטת התריס מאובחנים עם ATC מדי שנה בסין, שיעור התמותה קרוב ל –100% 16,17,18. ATC בדרך כלל גדל במהירות ופולש לרקמות הסמוכות של הצוואר כמו גם לבלוטות הלימפה הצוואריות, וכמחצית מהחולים סובלים מגרורות מרוחקות19,20. קרצינומה של תאי קשקש בראש ובצוואר (HNSCC) היא הסרטן השישי בשכיחותו בעולם ואחד הגורמים המובילים למוות מסרטן, עם הערכה של 600,000 אנשים הסובלים מ- HNSCC מדי שנה21,22,23. HNSCC כולל מספר רב של גידולים, כולל אלה באף, בסינוסים, בפה, בשקדים, בלוע ובגרון24. ATC ו- HNSCC הן שתיים מהממאירויות העיקריות בראש ובצוואר. על מנת להקל על פיתוחם של חומרים טיפוליים חדשניים וטיפולים מותאמים אישית, יש צורך לפתח מודלים פרה-קליניים חזקים ומתקדמים לבעלי חיים, כגון מודלים PDX של ATC ו-HNSCC.
מאמר זה מציג שיטות מפורטות לביסוס מודל PDX תת-עורי של ATC ו-HNSCC, מנתח את גורמי המפתח המשפיעים על קצב לקיחת הגידול בבניית המודל, ומשווה את המאפיינים ההיסטופתולוגיים בין מודל PDX לבין הגידול הראשוני. בינתיים, בעבודה זו, בדיקות פרמקודינמיות in vivo בוצעו באמצעות מודלים PDX שנבנו בהצלחה על מנת לאמת את הרלוונטיות הקלינית שלהם.
Protocol
Representative Results
Discussion
מחקר זה ביסס בהצלחה את המודלים התת-עוריים PDX של ATC ו-HNSCC. ישנם היבטים רבים שיש לשים לב אליהם במהלך תהליך בניית מודל PDX. כאשר רקמת הגידול מופרדת מהמטופל, יש להכניס אותה לקופסת הקרח ולשלוח אותה למעבדה לחיסון בהקדם האפשרי. לאחר שהגידול מגיע למעבדה, על המפעיל לשים לב לשמירה על שדה סטרילי ולתרגל הל?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית התמיכה במדע וטכנולוגיה של מחוז סצ’ואן (מענק מס ‘2019JDRC0019 ו- 2021ZYD0097), פרויקט 1.3.5 לדיסציפלינות של מצוינות, בית החולים מערב סין, אוניברסיטת סצ’ואן (מענק מס ‘ZYJC18026), פרויקט 1.3.5 לדיסציפלינות של מצוינות-פרויקט הדגירה של מחקר קליני, בית החולים מערב סין, אוניברסיטת סצ’ואן (מענק מס ‘2020HXFH023), קרנות המחקר הבסיסיות לאוניברסיטאות המרכזיות (SCU2022D025), פרויקט שיתוף הפעולה הבינלאומי של לשכת המדע והטכנולוגיה של צ’נגדו (מענק מס ‘2022-GH02-00023-HZ), פרויקט ניצוץ החדשנות של אוניברסיטת סצ’ואן (מענק מס ‘2019SCUH0015), וקרן הכשרת הכישרונות לאינטגרציה רפואית-הנדסית של בית החולים מערב סין – האוניברסיטה למדע וטכנולוגיה אלקטרוניים (מענק מס ‘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 |
Referências
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Jung, J., et al. Generation and molecular characterization of pancreatic cancer patient-derived xenografts reveals their heterologous nature. Oncotarget. 7 (38), 62533-62546 (2016).
- 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).
- Rubio-Viqueira, B., et al. An in vivo platform for translational drug development in pancreatic cancer. Clinical Cancer Research. 12 (15), 4652-4661 (2006).
- 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).
- 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).
- 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).
- Onoda, N., et al. Evaluation of the 8th edition TNM classification for anaplastic thyroid carcinoma. Cancers. 12 (3), 552 (2020).
- Nel, C., et al. Anaplastic carcinoma of the thyroid: A clinicopathologic study of 82 cases. Mayo Clinic Proceedings. 60 (1), 51-58 (1985).
- Mazzaferri, E. L. Increasing incidence of thyroid cancer in the United States, 1973-2002. Yearbook of Medicine. 2007, 496-499 (2007).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Siegel, R. L., Miller, K. D., Jemal, A. Cancer statistics, 2016. CA. 66 (1), 7-30 (2016).
- Chow, L. Q. M. Head and neck cancer. New England Journal of Medicine. 382 (1), 60-72 (2020).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Cabanillas, M. E., Habra, M. A. Lenvatinib: Role in thyroid cancer and other solid tumors. Cancer Treatment Reviews. 42, 47-55 (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Choi, Y. Y., et al. Establishment and characterisation of patient-derived xenografts as paraclinical models for gastric cancer. Scientific Reports. 6, 22172 (2016).
- 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).
- 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).
- Michael, G., et al. Tumor take rate optimization for colorectal carcinoma patient-derived xenograft models. BioMed Research International. 2016, 1715053 (2016).
- 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).
- Facompre, N. D., et al. Barriers to generating PDX models of HPV-related head and neck. Laryngoscope. 127 (12), 2777-2783 (2017).
- 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).
- 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).
- Nucera, C., et al. A novel orthotopic mouse model of human anaplastic thyroid carcinoma. Thyroid. 19 (10), 1077-1084 (2009).
- 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).
- Pearson, A. T., et al. Patient-derived xenograft (PDX) tumors increase growth rate with time. Oncotarget. 7 (7), 7993-8005 (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Wang, M., et al. Humanized mice in studying efficacy and mechanisms of PD-1-targeted cancer immunotherapy. FASEB Journal. 32 (3), 1537-1549 (2018).
- 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).
- Yao, L. C., et al. Creation of PDX-bearing humanized mice to study immuno-oncology. Methods in Molecular Biology. 1953, 241-252 (2019).
