הקמת קסנוגרפטים מסרטן הלבלב שמקורם בדגי זברה לבדיקת רגישות לכימותרפיה
Summary
מודלים פרה-קליניים נועדו לקדם את הידע בביולוגיה של סרטן ולחזות את יעילות הטיפול. מאמר זה מתאר את הדור של xenografts מבוססי דגי זברה שמקורם בחולה (zPDXs) עם שברי רקמת גידול. zPDXs טופלו בכימותרפיה, שהשפעתה הטיפולית הוערכה במונחים של אפופטוזיס תאי של הרקמה המושתלת.
Abstract
סרטן הוא אחד הגורמים העיקריים למוות ברחבי העולם, והשכיחות של סוגים רבים של סרטן ממשיכה לעלות. התקדמות רבה הושגה במונחים של סינון, מניעה וטיפול; עם זאת, מודלים פרה-קליניים המנבאים את פרופיל הרגישות הכימותרפית של חולי סרטן עדיין חסרים. כדי למלא את הפער הזה, פותח ואומת מודל קסנוגרפט שמקורו במטופל in vivo . המודל התבסס על עוברים של דגי זברה (Danio rerio) יומיים לאחר ההפריה, אשר שימשו כמושתלים של שברי קסנוגרפט של רקמת גידול שנלקחו מדגימה כירורגית של מטופל.
ראוי גם לציין כי דגימות ביופטיות לא עוכלו או התפרקו, על מנת לשמור על המיקרו-סביבה של הגידול, שהיא קריטית מבחינת ניתוח התנהגות הגידול והתגובה לטיפול. הפרוטוקול מפרט שיטה לביסוס xenografts מבוססי דגי זברה שמקורם במטופל (zPDXs) מכריתה כירורגית ראשונית של גידול מוצק. לאחר הקרנה על ידי אנטומופתולוג, הדגימה מנותחת באמצעות להב אזמל. רקמת נמק, כלי דם או רקמת שומן מוסרים ולאחר מכן קצוצים לחתיכות 0.3 מ”מ x 0.3 מ”מ x 0.3 מ”מ.
לאחר מכן החלקים מסומנים באופן פלואורסצנטי ומושתלים בחלל הפריביטלין של עוברי דגי זברה. ניתן לעבד מספר רב של עוברים בעלות נמוכה, מה שמאפשר ניתוח in vivo בתפוקה גבוהה של הרגישות הכימותרפית של zPDXs למספר תרופות אנטי-סרטניות. תמונות קונפוקליות נרכשות באופן שגרתי כדי לזהות ולכמת את רמות אפופטוטיקה המושרות על ידי טיפול כימותרפי בהשוואה לקבוצת הביקורת. הליך xenograft יש יתרון זמן משמעותי, שכן ניתן להשלים אותו ביום אחד, מתן חלון זמן סביר לבצע סינון טיפולי עבור ניסויים קליניים משותפים.
Introduction
אחת הבעיות של חקר הסרטן הקליני היא שסרטן אינו מחלה אחת, אלא מגוון מחלות שונות שיכולות להתפתח עם הזמן, ודורשות טיפולים ספציפיים בהתאם למאפייני הגידול עצמו והחולה1. כתוצאה מכך, האתגר הוא לנוע לעבר מחקר סרטן מוכוון מטופל, על מנת לזהות אסטרטגיות מותאמות אישית חדשות לחיזוי מוקדם של תוצאות הטיפול בסרטן2. זה רלוונטי במיוחד עבור אדנוקרצינומה של צינור הלבלב (PDAC), שכן הוא נחשב לסרטן קשה לטיפול, עם שיעור הישרדות של 5 שנים של 11%3.
האבחנה המאוחרת, ההתקדמות המהירה והיעדר טיפולים יעילים נותרו הבעיות הקליניות הדחופות ביותר של PDAC. האתגר העיקרי הוא, אם כן, למדל את המטופל ולזהות סמנים ביולוגיים שניתן ליישם במרפאה כדי לבחור את הטיפול היעיל ביותר בקנה אחד עם רפואה מותאמת אישית 4,5,6. עם הזמן, גישות חדשות הוצעו למדל מחלות סרטן: אורגנואידים שמקורם בחולה (PDOs) וקסנוגרפטים שמקורם בעכבר (mPDXs) שמקורם ברקמת גידול אנושית. הם שימשו כדי לשחזר את המחלה כדי לחקור את התגובה ואת ההתנגדות לטיפול, כמו גם הישנות המחלה 7,8,9.
באופן דומה, העניין במודלים מבוססי דגי זברה שמקורם בחולה xenograft (zPDX) גדל, הודות למאפיינים הייחודיים והמבטיחים שלהם10, המייצגים כלי מהיר וזול לחקר הסרטן11,12. מודלים של zPDX דורשים רק דגימת גידול קטנה, מה שהופך את ההקרנה בתפוקה גבוהה של כימותרפיה לאפשרית13. הטכניקה הנפוצה ביותר המשמשת למודלים של zPDX מבוססת על עיכול דגימה מלא והשתלה של אוכלוסיות התאים הראשוניות, אשר משחזרת חלקית את הגידול, אך יש לה את החסרונות של היעדר מיקרו-סביבה של הגידול ותקשורת צולבת בין תאים ממאירים ובריאים14.
עבודה זו מראה כיצד zPDX יכול לשמש כמודל פרה-קליני לזיהוי פרופיל הרגישות הכימותרפית של חולי סרטן הלבלב. האסטרטגיה רבת הערך מקלה על תהליך הקסנוגרפט, שכן אין צורך בהרחבת תאים, מה שמאפשר את האצת ההקרנה הכימותרפית. כוחו של המודל הוא שכל מרכיבי המיקרו-סביבה נשמרים כפי שהם ברקמת הסרטן החולה, כי, כידוע, התנהגות הגידול תלויה ביחסי הגומלין ביניהם15,16. זה עדיף מאוד על פני שיטות חלופיות בספרות, שכן ניתן לשמר את ההטרוגניות של הגידול ולתרום לשיפור יכולת החיזוי של תוצאת הטיפול והישנות באופן ספציפי למטופל, ובכך לאפשר שימוש במודל zPDX בניסויים קליניים משותפים. כתב יד זה מתאר את השלבים הכרוכים ביצירת מודל zPDX, החל מכריתה של גידול בחולה וטיפול בו כדי לנתח את התגובה לכימותרפיה.
Protocol
Representative Results
Discussion
מודלים In vivo בחקר הסרטן מספקים כלים שלא יסולא בפז להבנת הביולוגיה של הסרטן ולחיזוי התגובה לטיפול בסרטן. כיום, מודלים שונים in vivo זמינים, למשל, בעלי חיים מהונדסים גנטית (עכברים מהונדסים ונוקאאוט) או xenografts שמקורם בחולה מתאים ראשוניים אנושיים. למרות תכונות אופטימליות רבות, לכל אחד מהם …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו מומנה על ידי Fondazione Pisa (פרויקט 114/16). המחברים רוצים להודות לרפלה גאטה מהיחידה להיסטופתולוגיה של Azienda Ospedaliera Pisana על בחירת דגימת המטופל והתמיכה הפתולוגית. אנו מודים גם לאלסיה גלנטה על התמיכה הטכנית בניסויים. מאמר זה מבוסס על עבודה של COST Action TRANSPAN, CA21116, הנתמכת על ידי COST (שיתוף פעולה אירופי במדע וטכנולוגיה).
Materials
| 5-fluorouracil | Teva Pharma AG | SMP 1532755 | |
| 48 multiwell plate | Sarstedt | 83 3923 | |
| 96 multiwell plate | Sarstedt | 82.1581.001 | |
| Acetone | Merck | 179124 | |
| Agarose powder | Merck | A9539 | |
| Amphotericin | Thermo Fisher Scientific | 15290018 | |
| Anti-Nuclei Antibody, clone 235-1 | Merck | MAB1281 | 1:200 dilution |
| Aquarium net QN6 | Penn-plax | 0-30172-23006-6 | |
| BSA | Merck | A9418 | |
| CellTrace | Thermo Fisher Scientific | C34567 | |
| CellTracker CM-DiI | Thermo Fisher Scientific | C7001 | |
| CellTracker Deep Red | Thermo Fisher Scientific | C34565 | |
| Cleaved Caspase-3 (Asp175) (5A1E) Rabbit mAb | Cell Signaling Technology | 9661S | 1:250 dilution |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | PanReac AppliChem ITW Reagents | A3672,0250 | |
| Dumont #5 forceps | World Precision Instruments | 501985 | |
| Folinic acid - Lederfolin | Pfizer | ||
| Glass capillaries, 3.5" | Drummond Scientific Company | 3-000-203-G/X | Outer diameter = 1.14 mm. Inner diameter = 0.53 mm. |
| Glass vials | VWR International | WHEAW224581 | |
| Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 647 | Thermo Fisher Scientific | A-21244 | 1:500 dilution |
| Goat serum | Thermo Fisher Scientific | 31872 | |
| Hoechst 33342 | Thermo Fisher Scientific | H3570 | |
| Irinotecan | Hospira | ||
| Low Temperature Freezer Vials | VWR International | 479-1220 | |
| McIlwain Tissue Chopper | World Precision Instruments | ||
| Microplate Mixer | SCILOGEX | 822000049999 | |
| Oxaliplatin | Teva | ||
| Paraformaldehyde | Merck | P6148-500G | |
| PBS | Thermo Fisher Scientific | 14190094 | |
| Penicillin-streptomycin | Thermo Fisher Scientific | 15140122 | |
| Petri dish 100 mm | Sarstedt | 83 3902500 | |
| Petri dish 60 mm | Sarstedt | 83 3901 | |
| Plastic Pasteur pipette | Sarstedt | 86.1171.010 | |
| Poly-Mount | Tebu-bio | 18606-5 | |
| Propidium iodide | Merck | P4170 | |
| RPMI-1640 medium | Thermo Fisher Scientific | 11875093 | |
| Scalpel blade No 10 Sterile Stainless Steel | VWR International | SWAN3001 | |
| Scalpel handle #3 | World Precision Instruments | 500236 | |
| Tricaine | Merck | E10521 | |
| Triton X-100 | Merck | T8787 | |
| Tween 20 | Merck | P9416 | |
| Vertical Micropipette Puller | Shutter instrument | P-30 |
References
- Rubin, H. Understanding cancer. Science. 219 (4589), 1170-1172 (1983).
- Krzyszczyk, P., et al. The growing role of precision and personalized medicine for cancer treatment. Technology. 6 (3-4), 79-100 (2018).
- Siegel, R. L., Miller, K. D., Fuchs, H. E., Jemal, A. Cancer statistics, 2022. CA Cancer Journal for Clinicians. 72 (1), 7-33 (2022).
- Trunk, A., et al. Emerging treatment strategies in pancreatic cancer. Pancreas. 50 (6), 773-787 (2021).
- Moffat, G. T., Epstein, A. S., O’Reilly, E. M. Pancreatic cancer-A disease in need: Optimizing and integrating supportive care. Cancer. 125 (22), 3927-3935 (2019).
- Sarantis, P., Koustas, E., Papadimitropoulou, A., Papavassiliou, A. G., Karamouzis, M. V. Pancreatic ductal adenocarcinoma: Treatment hurdles, tumor microenvironment and immunotherapy. World Journal of Gastrointestinal Oncology. 12 (2), 173-181 (2020).
- Marshall, L. J., Triunfol, M., Seidle, T. Patient-derived xenograft vs. organoids: a preliminary analysis of cancer research output, funding and human health impact in 2014-2019. Animals. 10 (10), 1923 (2020).
- Li, Y., Tang, P., Cai, S., Peng, J., Hua, G. Organoid based personalized medicine: from bench to bedside. Cell Regeneration. 9 (1), 21 (2020).
- 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).
- Rizzo, G., Bertotti, A., Leto, S. M., Vetrano, S. Patient-derived tumor models: a more suitable tool for pre-clinical studies in colorectal cancer. Journal of Experimental & Clinical Cancer Research. 40 (1), 178 (2021).
- Usai, A., et al. Zebrafish patient-derived xenografts identify chemo-response in pancreatic ductal adenocarcinoma patients. Cancers. 13 (16), 4131 (2021).
- Usai, A., et al. A model of a zebrafish avatar for co-clinical trials. Cancers. 12 (3), 677 (2020).
- Chen, X., Li, Y., Yao, T., Jia, R. Benefits of zebrafish xenograft models in cancer research. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 9, 616551 (2021).
- Miserocchi, G., et al. Management and potentialities of primary cancer cultures in preclinical and translational studies. Journal of Translational Medicine. 15 (1), 229 (2017).
- Baghban, R., et al. Tumor microenvironment complexity and therapeutic implications at a glance. Cell Communication and Signaling. 18 (1), 59 (2020).
- Albini, A., et al. Cancer stem cells and the tumor microenvironment: interplay in tumor heterogeneity. Connective Tissue Research. 56 (5), 414-425 (2015).
- Avdesh, A., et al. Regular care and maintenance of a zebrafish (Danio rerio) laboratory: an introduction. Journal of Visualized Experiments. (69), e4196 (2012).
- Quail, D. F., Joyce, J. A. Microenvironmental regulation of tumor progression and metastasis. Nature Medicine. 19 (11), 1423-1437 (2013).
- Tavares Barroso, M., et al. Establishment of pancreatobiliary cancer zebrafish avatars for chemotherapy screening. Cells. 10 (8), 2077 (2021).
- Kopetz, S., Lemos, R., Powis, G. The promise of patient-derived xenografts: the best laid plans of mice and men. Clinical Cancer Research. 18 (19), 5160-5162 (2012).
- Xing, F., Saidou, J., Watabe, K. Cancer associated fibroblasts (CAFs) in tumor microenvironment. Frontiers in Bioscience. 15 (1), 166-179 (2010).
- Strähle, U., et al. Zebrafish embryos as an alternative to animal experiments-a commentary on the definition of the onset of protected life stages in animal welfare regulations. Reproductive Toxicology. 33 (2), 128-132 (2012).
- Hidalgo, M., et al. Patient-derived xenograft models: an emerging platform for translational cancer research. Cancer Discovery. 4 (9), 998-1013 (2014).
