JoVE Journal > Cancer Research
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Tadução automática
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Pesquisa do Câncer

Etablering och karakterisering av patient-härledda xenograftmodeller av anaplastisk sköldkörtelcancer och skivepitelcancer i huvud och hals

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

Detta protokoll etablerar och karakteriserar en patient-derived xenograft (PDX) modell av anaplastiskt sköldkörtelcancer (ATC) och skivepitelcancer i huvud och hals (HNSCC), eftersom PDX-modeller snabbt blir standarden inom translationell onkologi.

Abstract

Patient-derived xenograft (PDX) modeller bevarar troget de histologiska och genetiska egenskaperna hos den primära tumören och bibehåller dess heterogenitet. Farmakodynamiska resultat baserade på PDX-modeller är starkt korrelerade med klinisk praxis. Anaplastiskt sköldkörtelcancer (ATC) är den mest maligna subtypen av sköldkörtelcancer, med stark invasivitet, dålig prognos och begränsad behandling. Även om incidensen av ATC står för endast 2% -5% av sköldkörtelcancer, är dess dödlighet så hög som 15% -50%. Skivepitelcancer i huvud och hals (HNSCC) är en av de vanligaste maligniteterna i huvud och hals, med över 600 000 nya fall över hela världen varje år. Här presenteras detaljerade protokoll för att upprätta PDX-modeller av ATC och HNSCC. I detta arbete analyserades de viktigaste faktorerna som påverkar framgångsgraden för modellkonstruktion och de histopatologiska egenskaperna jämfördes mellan PDX-modellen och den primära tumören. Vidare validerades modellens kliniska relevans genom att utvärdera den terapeutiska effekten in vivo av representativa kliniskt använda läkemedel i de framgångsrikt konstruerade PDX-modellerna.

Introduction

PDX-modellen är en djurmodell där mänsklig tumörvävnad transplanteras till immunbristfälliga möss och växer i den miljö som mössen tillhandahåller1. Traditionella tumörcellinjemodeller lider av flera nackdelar, såsom bristen på heterogenitet, oförmågan att behålla tumörmikromiljön, sårbarheten för genetiska variationer under upprepade in vitro-passager och den dåliga kliniska tillämpningen 2,3. De största nackdelarna med genetiskt modifierade djurmodeller är den potentiella förlusten av de genomiska egenskaperna hos mänskliga tumörer, införandet av nya okända mutationer och svårigheten att identifiera graden av homologi mellan mustumörer och humana tumörer4. Dessutom är utarbetandet av genetiskt modifierade djurmodeller dyrt, tidskrävande och relativt ineffektivt4.

PDX-modellen har många fördelar jämfört med andra tumörmodeller när det gäller att reflektera tumörheterogenitet. Ur histopatologins perspektiv, även om musens motsvarighet ersätter det mänskliga stroma över tiden, bevarar PDX-modellen den morfologiska strukturen hos den primära tumörbrunnen. Dessutom bevarar PDX-modellen den metabolomiska identiteten hos den primära tumören i minst fyra generationer och återspeglar bättre de komplexa sambanden mellan tumörceller och deras mikromiljö, vilket gör den unik för att simulera tillväxt, metastasering, angiogenes och immunsuppression av human tumörvävnad 5,6,7. På cellulär och molekylär nivå återspeglar PDX-modellen exakt heterogeniteten mellan och intratumörer hos humana tumörer, liksom de fenotypiska och molekylära egenskaperna hos ursprunglig cancer, inklusive genuttrycksmönster, mutationsstatus, kopieringsnummer och DNA-metylering och proteomik 8,9. PDX-modeller med olika passager har samma känslighet för läkemedelsbehandling, vilket indikerar att genuttrycket av PDX-modeller är mycket stabilt10,11. Studier har visat en utmärkt korrelation mellan PDX-modellens svar på ett läkemedel och patienternas kliniska svar på det läkemedlet12,13. Därför har PDX-modellen vuxit fram som en kraftfull preklinisk och translationell forskningsmodell, särskilt för läkemedelsscreening och klinisk prognosprediktion.

Sköldkörtelcancer är en vanlig malign tumör i det endokrina systemet och är en mänsklig malignitet som har visat en snabb ökning av incidensen de senaste åren14. Anaplastiskt sköldkörtelcancer (ATC) är den mest maligna sköldkörtelcancern, med en medianpatientöverlevnad på endast 4,8 månader15. Även om endast en minoritet av sköldkörtelcancerpatienter diagnostiseras med ATC varje år i Kina, är dödligheten nära 100%16,17,18. ATC växer vanligtvis snabbt och invaderar de intilliggande vävnaderna i nacken samt livmoderhalslymfkörtlarna, och ungefär hälften av patienterna har avlägsna metastaser19,20. Skivepitelcancer i huvud och hals (HNSCC) är den sjätte vanligaste cancerformen i världen och en av de främsta orsakerna till dödsfall i cancer, med uppskattningsvis 600 000 personer som lider av HNSCC varje år21,22,23. HNSCC innehåller ett stort antal tumörer, inklusive de i näsan, bihålorna, munnen, tonsillerna, svalget och struphuvudet24. ATC och HNSCC är två av de viktigaste huvud- och nackmaligniteterna. För att underlätta utvecklingen av nya terapeutiska medel och individanpassade behandlingar är det nödvändigt att utveckla robusta och avancerade prekliniska djurmodeller såsom PDX-modeller av ATC och HNSCC.

Denna artikel introducerar detaljerade metoder för att etablera den subkutana PDX-modellen för ATC och HNSCC, analyserar de viktigaste faktorerna som påverkar tumörhastigheten i modellkonstruktionen och jämför de histopatologiska egenskaperna mellan PDX-modellen och den primära tumören. Under tiden utfördes farmakodynamiska tester in vivo med hjälp av de framgångsrikt konstruerade PDX-modellerna för att validera deras kliniska relevans.

Protocol

Alla djurförsök utfördes i enlighet med Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care riktlinjer och protokoll som godkänts av Institutional Animal Care and Use Committee of West China Hospital, Sichuan University. NOD-SCID immunbristfälliga möss i åldern 4-6 veckor gamla (av båda könen) och kvinnliga Balb / c nakna möss i åldern 4-6 veckor gamla användes för den aktuella studien. Djuren erhölls från en kommersiell källa (se Materialförteckning). Den etiska kommi…

Representative Results

Totalt 18 sköldkörtelcancerprover transplanterades och fem PDX-modeller av sköldkörtelcancer konstruerades framgångsrikt (27,8% tumörfrekvens), inklusive fyra fall av odifferentierad sköldkörtelcancer och ett fall av anaplastisk sköldkörtelcancer. Korrelationen mellan framgångsgraden för modellkonstruktion och ålder, kön, tumördiameter, tumörkvalitet och differentiering analyserades. Även om modellens framgångsgrad för tumörprover av grad 4 var högre än för prover med lägre kvaliteter, och framgå…

Discussion

Denna studie har framgångsrikt etablerat de subkutana PDX-modellerna av ATC och HNSCC. Det finns många aspekter att uppmärksamma under PDX-modellkonstruktionen. När tumörvävnaden separeras från patienten ska den läggas i isboxen och skickas till laboratoriet för inokulering så snart som möjligt. Efter att tumören anländer till laboratoriet måste operatören vara uppmärksam på att upprätthålla ett sterilt fält och öva aseptiska förfaranden. För nålbiopsiprover, eftersom tumörvävnaden är särskilt…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Detta arbete stöddes av Sichuanprovinsens vetenskapliga och tekniska stödprogram (bidrag nr 2019JDRC0019 och 2021ZYD0097), 1.3.5-projektet för spetskompetensdiscipliner, West China Hospital, Sichuan University (bidrag nr ZYJC18026), 1.3.5-projektet för discipliner av excellens-Clinical Research Incubation Project, West China Hospital, Sichuan University (bidrag nr 2020HXFH023), de grundläggande forskningsfonderna för de centrala universiteten (SCU2022D025), det internationella samarbetsprojektet från Chengdu Science and Technology Bureau (bidragsnummer 2022-GH02-00023-HZ), Innovation Spark-projektet vid Sichuan University (bidragsnummer 2019SCUH0015) och Talent Training Fund for Medical-engineering Integration of West China Hospital – University of Electronic Science and Technology (bidrag nr. 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

Referências

  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

Keywords: Patient-derived XenograftPDXAnaplastic Thyroid CarcinomaATCHead And Neck Squamous Cell CarcinomaHNSCCTumor HeterogeneityMolecular DiversityPersonalized TreatmentAnti-cancer Drug Sensitivity ScreeningTumor TransplantationSubcutaneousCryopreservationTumor Growth Curve
check_url/pt/64623?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
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).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

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

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image