Generatie van prostaatkanker Patiënt Afgeleid xenotransplantaatmodellen van circulerende tumorcellen
Summary
This manuscript details a method used to generate prostate cancer patient derived xenografts (PDXs) from circulating tumor cells (CTCs). The generation of PDX models from CTCs provides an alternative experimental model to study prostate cancer; the most commonly diagnosed tumor and a frequent cause of death from cancer in men.
Abstract
Patient derived xenograft (PDX) models are gaining popularity in cancer research and are used for preclinical drug evaluation, biomarker identification, biologic studies, and personalized medicine strategies. Circulating tumor cells (CTC) play a critical role in tumor metastasis and have been isolated from patients with several tumor types. Recently, CTCs have been used to generate PDX experimental models of breast and prostate cancer. This manuscript details the method for the generation of prostate cancer PDX models from CTCs developed by our group. Advantages of this method over conventional PDX models include independence from surgical sample collection and generating experimental models at various disease stages. Density gradient centrifugation followed by red blood cell lysis and flow cytometry depletion of CD45 positive mononuclear cells is used to enrich CTCs from peripheral blood samples collected from patients with metastatic disease. The CTCs are then injected into immunocompromised mice; subsequently generated xenografts can be used for functional studies or harvested for molecular characterization. The primary limitation of this method is the negative selection method used for CTC enrichment. Despite this limitation, the generation of PDX models from CTCs provides a novel experimental model to be applied to prostate cancer research.
Introduction
Patiënt afgeleid xenotransplantaten worden steeds populairder experimentele modellen gebruikt voor kankeronderzoek. Ze kunnen worden gebruikt voor de karakterisering van biomerkers en biologische pathways, pre-klinische evaluatie van de werkzaamheid van geneesmiddelen, en het creëren van virtuele personen gepersonaliseerde kankertherapieën 1,2. Eerder hebben andere onderzoeksgroepen PDX modellen ontwikkeld ofwel door het implanteren of het injecteren van enkele tumorcel schorsingen of hele tumor explantaten in immunogecompromitteerd muizen 1. Deze PDX modellen vereisen chirurgische collectie van verse vaste tumoren, kwaadaardige ascites en pleurale effusie van een patiënt die een chirurgische procedure die zowel kostbaar en loopt de patiënt een verhoogde kans op iatrogene morbiditeit.
Een belangrijke recente ontwikkeling in kankeronderzoek detectie, isolatie en karakterisering van circulerende tumorcellen. Deze tumorcellen ontsnappen uit de primaire tumor massa en voer circulatiewaar ze spelen een cruciale rol in metastase en terugval, de meest voorkomende oorzaak van kanker gerelateerde sterfte 3. De evaluatie en karakterisering van CTCs uit verschillende solide tumor types zijn klinische informatie voor de diagnose, prognose en monitoring residuele ziekte 3 voorzien. Verschillende momenteel gebruikte methoden een beroep op zowel de fysische eigenschappen, expressie van biomarkers of functionele kenmerken van CTCs gebruikt kunnen worden om efficiënt isoleren CTCs 4. Bestaande macroschaal CTC isolatiemethoden omvatten dichtheidsgradiënt centrifugering, filtratie fysiek met filter poriën en scheiding tegen oppervlaktemoleculen. De meest gebruikte CTC isolatie methoden zijn gebaseerd op antilichamen gebaseerde vastlegging van CTCs. Zowel positieve als negatieve selectie van celoppervlak markers kunnen worden toegepast voor het isoleren CTCs uit perifeer bloed. Positieve selectie van CTCs in de perifere circulatie gewoonlijk gebruikt epitheliale merkers (bijvoorbeeld EpCAM), dat eenre uitgedrukt op CTCs maar niet hematopoëtische cellen. Het nadeel van deze methode is dat CTCs met metastatische potentie vaak ondergaan epitheliale naar mesenchymale transitie (EMT), waarbij epitheliale oppervlak 3 merkers downreguleert. Om CTC met metastatische potentieel te isoleren, een negatieve selectie methodiek die de hematopoietische oppervlak marker CD45 telt, om afbrekende de normale cel populatie van leukocyten kan worden gebruikt 5.
Prostaatkanker is de meest gediagnosticeerde kanker en een belangrijke oorzaak van kankersterfte bij mannen 6. De mechanismen van de tumorprogressie en agressiviteit niet volledig begrepen en dus het genereren en karakteriseren van experimentele modellen die de moleculaire heterogeniteit van prostaatkanker herhalen van groot belang. PDX modellen van prostaatkanker zijn geweest eerder gegenereerd door implantatie van menselijke prostaatkankercellen in immunocombeloofde muizen 7,8. Echter de vorming van dergelijke modellen wordt bemoeilijkt door het lage percentage enting van prostaatkanker in immuungecompromitteerde muizen, die voornamelijk aan de indolente aard van de ziekte. Recent zijn CTCs gebruikt om borstkanker 9, 10 longkanker en prostaatkanker 11 PDX modellen genereren. Deze proof-of-concept studies introduceerde de mogelijkheid van het genereren van PDX modellen onafhankelijk van de noodzaak voor chirurgische monstername. In dit artikel beschrijven we in detail een werkwijze voor het verkrijgen van deze nieuwe experimentele model.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit manuscript beschrijft een werkwijze voor het genereren van prostaatkanker PDX modellen van CTCs. Het gebruik van CTCs voor het genereren van PDX modellen heeft een aantal potentieel belangrijke voordelen ten opzichte van bestaande methoden. Eerst toegankelijke verzameling CTCs uit perifeer bloed maakt het genereren van experimentele modellen van dezelfde patiënt in verschillende stadia van de ziekte. Ten tweede bloedafname is een veiligere en goedkope methode om tumorcellen te isoleren ten opzich…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank Dr. Jordi Ochando from the Flow Cytometry Shared Resources at the Mount Sinai Medical Center for their assistance in flow cytometry analysis. We thank Dr. Rumana Huq from the Microscopy Shared Resource Facility at the Mount Sinai Medical Center for their imaging assistance. The authors thank the TJ Martell Foundation for its support in this project.
Materials
| Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 1640 | Gibco Life Technologies | 11875-093 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco Life Technologies | 10437-028 | |
| Penicillin Streptomycin | Gibco Life Technologies | 15140-122 | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Corning Cell Gro | 21-031-CM | |
| 35 µm Cell Strainer | BD Falcon | 352340 | |
| 50 ml polystyrene conical tube | Crystalgen | 23-2263 | |
| Red blood cell lysing buffer | Sigma | R7757 | |
| DAPI | Invitrogen | d3571 | |
| Ficoll-Paque Plus | GE Healthcare | 17-1440 | |
| 12 mm x 75 mm Polystyrene tubes with cell strainer cap | BD Falcon | 352235 | |
| BD Vacutainer Lavender Blood Collection Tubes with EDTA | |||
| BD Winged Blood Collection Set with Push Button Retract Needle 23 gauge | |||
| BD Vacutainer One Use Needle Holder | |||
| Disposable Latex Tourniquet | |||
| Latex or non-latex gloves | |||
| alcohol swabs | |||
| 2×2 cotton gauze pads | |||
| Adhesive bandage | |||
| 25 gauge needle | |||
| 1 ml syringe |
References
- Hidalgo, M., et al. Patient-derived xenograft models: an emerging platform for translational cancer research. Cancer discovery. 4, 998-1013 (2014).
- Siolas, D., Hannon, G. J. Patient-derived tumor xenografts: transforming clinical samples into mouse models. Cancer research. 73, 5315-5319 (2013).
- Joosse, S. A., Gorges, T. M., Pantel, K. Biology, detection, and clinical implications of circulating tumor cells. EMBO molecular medicine. 1, 1-11 (2014).
- Yu, M., Stott, S., Toner, M., Maheswaran, S., Haber, D. A. Circulating tumor cells: approaches to isolation and characterization. The Journal of cell biology. 192, 373-382 (2011).
- Liu, Z., et al. Negative enrichment by immunomagnetic nanobeads for unbiased characterization of circulating tumor cells from peripheral blood of cancer patients. Journal of translational medicine. 9, 1-9 (2011).
- Siegel, R., Naishadham, D., Jemal, A. Cancer statistics , 2013. CA: a cancer journal for clinicians. 63, 11-30 (2013).
- Domingo-Domenech, J., et al. Suppression of acquired docetaxel resistance in prostate cancer through depletion of notch- and hedgehog-dependent tumor-initiating cells. Cancer cell. 22, 373-388 (2012).
- Klein, K. A., et al. Progression of metastatic human prostate cancer to androgen independence in immunodeficient SCID mice. Nature Medicine. 3, 402-408 (1997).
- Yu, M., et al. Cancer therapy. Ex vivo culture of circulating breast tumor cells for individualized testing of drug susceptibility. Science. 345, 216-220 (2014).
- Hodgkinson, C. L., et al. Tumorigenicity and genetic profiling of circulating tumor cells in small-cell lung cancer. Nature medicine. 20, 897-903 (2014).
- Vidal, S., et al. A Targetable GATA2-IGF2 Axis Confers Aggressiveness in Lethal Prostate Cancer. Cancer cell. 27, 223-239 (2015).
- Quintana, E., et al. Efficient tumour formation by single human melanoma cells. Nature. 456, 593-598 (2008).
- DeRose, Y. S., et al. Tumor grafts derived from women with breast cancer authentically reflect tumor pathology, growth, metastasis and disease outcomes. Nature. 17, 1514-1520 (2011).
