Generering og dyrking av høygradig serøs eggstokkreft Pasientavledede organoider
Summary
Pasientavledede organoider (PUD) er en tredimensjonal (3D) kultur som kan etterligne tumormiljøet in vitro. I høygradig serøs eggstokkreft representerer PUD en modell for å studere nye biomarkører og terapi.
Abstract
Organoider er 3D-dynamiske tumormodeller som kan dyrkes vellykket fra pasientavledet ovarietumorvev, ascites eller pleuravæske og hjelpe til med oppdagelsen av nye terapier og prediktive biomarkører for eggstokkreft. Disse modellene rekapitulerer klonal heterogenitet, tumormikromiljøet og cellecelle- og cellematriseinteraksjoner. I tillegg har de vist seg å matche den primære svulsten morfologisk, cytologisk, immunhistokjemisk og genetisk. Dermed letter organoider forskning på tumorceller og tumormikromiljøet og er overlegne cellelinjer. Denne protokollen beskriver forskjellige metoder for å generere pasientavledede eggstokkreftorganoider fra pasienttumorer, ascites og pleuravæskeprøver med en høyere enn 97% suksessrate. Pasientprøvene separeres i cellulære suspensjoner ved både mekanisk og enzymatisk fordøyelse. Cellene blir deretter belagt ved hjelp av et kjellermembranekstrakt (BME) og støttes med optimaliserte vekstmedier som inneholder kosttilskudd som er spesifikke for dyrking av høyverdig serøs eggstokkreft (HGSOC). Etter å ha dannet innledende organoider, kan PUDene opprettholde langsiktig kultur, inkludert passasje for utvidelse for påfølgende eksperimenter.
Introduction
I 2021 ble omtrent 21,410 kvinner i USA nylig diagnostisert med epitelial eggstokkreft, og 12,940 kvinner døde av denne sykdommen1. Selv om det er gjort tilstrekkelige fremskritt innen kirurgi og kjemoterapi, utvikler over 70% av pasientene med avansert sykdom kjemoterapeutisk resistens og dør innen 5 år etter diagnose 2,3. Dermed er det behov for nye strategier for å behandle denne dødelige sykdommen og representative, pålitelige modeller for preklinisk forskning.
Kreftcellelinjer og pasientavledede xenotransplantater (PDX) opprettet fra primære eggstokktumorer er de viktigste instrumentene som brukes i eggstokkreftforskning. En stor fordel med kreftcellelinjer er deres raske ekspansjon. Imidlertid resulterer deres kontinuerlige kultur i fenotypiske og genotypiske endringer som får kreftcellelinjene til å avvike fra den opprinnelige primære krefttumorprøven. På grunn av de eksisterende forskjellene mellom kreftcellelinjen og primærtumoren, kan legemiddelanalyser som har positive effekter i cellelinjer ikke ha de samme effektene i kliniske studier2. For å overvinne disse begrensningene brukes PDX-modeller. Disse modellene er opprettet ved å implantere ferskt eggstokkreftvev i immundefekte mus. Som de er in vivo-modeller , ligner de mer nøyaktig menneskelige biologiske egenskaper og er i sin tur mer prediktive for legemiddelutfall. Disse modellene har imidlertid også betydelige begrensninger, inkludert kostnadene, tiden og ressursene som trengs for å generere dem4.
PUD tilbyr en alternativ modell for preklinisk forskning som overvinner begrensningene til både kreftcellelinjer og PDX-modeller. PUD rekapitulerer pasientens tumor- og tumormikromiljø og gir dermed en in vitro håndterbar modell ideell for preklinisk forskning 2,3,5. Disse 3D-modellene har selvorganiseringsfunksjoner som modellerer primærtumoren, som er en funksjon som deres todimensjonale (2D) cellelinje-kolleger ikke har. Videre har disse modellene vist seg å genetisk og funksjonelt representere deres foreldretumorer og er dermed pålitelige modeller for å studere nye terapier og biologiske prosesser. Kort sagt, de tilbyr langsiktige utvidelses- og lagringsmuligheter som ligner på cellelinjer, men omfatter også mikromiljøet og celle-celle-interaksjonene som ligger i musemodeller 4,6.
Den nåværende protokollen beskriver opprettelsen av PUD fra pasientavledede svulster, ascites og pleuravæskeprøver med en høyere enn 97% suksessrate. PUD-kulturene kan deretter utvides i flere generasjoner og brukes til å teste følsomhet for legemiddelbehandling og prediktive biomarkører. Denne metoden representerer en teknikk som kan brukes til å tilpasse behandlinger basert på terapeutiske responser fra PUD.
Protocol
Representative Results
Discussion
Eggstokkreft er ekstremt dødelig på grunn av sitt avanserte stadium ved diagnose, samt den vanlige utviklingen av kjemoterapiresistens. Mange fremskritt innen eggstokkreftforskning har blitt gjort ved å bruke kreftcellelinjer og PDX-modeller; Det er imidlertid et åpenbart behov for en mer representativ og rimelig in vitro-modell . PUD har vist seg å nøyaktig representere tumorheterogeniteten, tumormikromiljøet og de genomiske og transkriptomiske egenskapene til deres primære svulster, og er dermed ideell…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi er takknemlige for veiledningen fra Ron Bose, MD, PhD, og hjelpen fra Barbara Blachut, MD, i etableringen av denne protokollen. Vi ønsker også å anerkjenne Washington University’s School of Medicine i St. Louis Department of Obstetrics and Gynecology og Division of Gynecologic Oncology, Washington University’s Dean’s Scholar Program, og Reproductive Scientist Development Program for deres støtte til dette prosjektet.
Materials
| 1% HEPES | Life Technologies | 15630080 | |
| 1% Penicillin-Streptomycin | Fisher Scientific | 30002CI | |
| 1.5 mL Eppendorf Tubes | Genesee Scientific | 14125 | |
| 10 cm Tissue Culture Dish | TPP | 93100 | |
| 10 mL Serological Pipet | |||
| 100 µm Cell Filter | MidSci | 100ICS | |
| 15 mL centrifuge tubes | Corning | 430052 | |
| 2 mL Cryovial | Simport Scientific | T301-2 | |
| 2% Paraformaldehyde Fixative | Sigma-Aldrich | ||
| 37 °C water bath | NEST | 602052 | |
| 3dGRO R-Spondin-1 Conditioned Media Supplement | Millipore Sigma | SCM104 | |
| 6 well plates | TPP | 92006 | |
| 70% Ethanol | Sigma-Aldrich | R31541GA | |
| A83-01 | Sigma-Aldrich | SML0788 | |
| Advanced DMEM/F12 | ThermoFisher | 12634028 | |
| Agar | Lamda Biotech | C121 | |
| B-27 | Life Technologies | 17504044 | |
| Centrifuge | |||
| Cultrex Type 2 | R&D Systems | 3533-010-02 | basement membrane extract |
| DNase I | New England Bio Labs | M0303S | |
| DNase I Reaction Buffer | New England Bio Labs | M0303S | |
| EGF | PeproTech | AF-100-15 | |
| FBS | Sigma-Aldrich | F2442 | |
| FGF-10 | PeproTech | 100-26 | |
| FGF2 | PeproTech | 100-18B | |
| gentleMACS C Tubes | Miltenyi BioTech | 130-096-334 | |
| gentleMACS Octo Dissociator with Heaters | Miltenyi BioTech | 130-096-427 | We use the manufacturers protocol. |
| GlutaMAX | Life Technologies | 35050061 | dipeptide, L-alanyl-L-glutamine |
| Hematoxylin and Eosin Staining Kit | Fisher Scientific | NC1470670 | |
| Histoplast Paraffin Wax | Fisher Scientific | 22900700 | |
| Microcentrifuge | |||
| Mr. Frosty Freezing Container | Fisher Scientific | 07202363S | |
| N-acetylcysteine | Sigma-Aldrich | A9165 | |
| Nicotinamide | Sigma-Aldrich | N0636 | |
| p1000 Pipette with Tips | |||
| p200 Pipette with Tips | |||
| Pasteur Pipettes 9" | Fisher Scientific | 1367820D | |
| PBS | Fisher Scientific | MT21031CM | |
| Pipet Controller | |||
| Prostaglandin E2 | R&D Systems | 2296 | |
| Puromycin | ThermoFisher | A1113802 | |
| Recombinant Murine Noggin | PeproTech | 250-38 | |
| Recovery Cell Culture Freezing Medium | Invitrogen | 12648010 | |
| Red Blood Cell Lysis Buffer | BioLegend | 420301 | |
| ROCK Inhibitor (Y-27632) | R&D Systems | 1254/1 | |
| SB202190 | Sigma-Aldrich | S7076 | |
| T75 Flask | MidSci | TP90076 | |
| Tissue Culture Hood | |||
| Tissue Embedding Cassette | |||
| TrypLE Express | Invitrogen | 12604013 | animal origin-free, recombinant enzyme |
| Type II Collagenase | Life Technologies | 17101015 | |
| Vortex |
References
- Bray, F., et al. Global cancer statistics 2018: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA: A Cancer Journal for Clinicians. 68 (6), 394-424 (2018).
- Drost, J., Clevers, H. Organoids in cancer research. Nature Reviews Cancer. 18 (7), 407-418 (2018).
- Pauli, C., et al. Personalized in vitro and in vivo cancer models to guide precision medicine. Cancer Discovery. 7 (5), 462-477 (2017).
- Fujii, E., Kato, A., Suzuki, M. Patient-derived xenograft (PDX) models: Characteristics and points to consider for the process of establishment. Journal of Toxicologic Pathology. 33 (3), 153-160 (2020).
- Yang, J., et al. Application of ovarian cancer organoids in precision medicine: Key challenges and current opportunities. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 9, 701429 (2021).
- Yang, H., et al. Patient-derived organoids: A promising model for personalized cancer treatment. Gastroenterology Report. 6 (4), 243-245 (2018).
- Karakasheva, T. A., et al. Generation and characterization of patient-derived head and neck, oral, and esophageal cancer organoids. Current Protocols in Stem Cell Biology. 53 (1), 109 (2020).
- Madison, B. B., et al. Let-7 represses carcinogenesis and a stem cell phenotype in the intestine via regulation of Hmga2. PLoS Genetics. 11 (8), 1005408 (2015).
- Sato, T., et al. Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche. Nature. 459 (7244), 262-265 (2009).
- Murray, E., et al. HER2 and APC mutations promote altered crypt-villus morphology and marked hyperplasia in the intestinal epithelium. Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology. 12 (3), 1105-1120 (2021).
- Hill, S. J., et al. Prediction of DNA repair inhibitor response in short-term patient-derived ovarian cancer organoids. Cancer Discovery. 8 (11), 1404-1421 (2018).
- Passarelli, M. C., et al. Leucyl-tRNA synthetase is a tumour suppressor in breast cancer and regulates codon-dependent translation dynamics. Nature Cell Biology. 24 (3), 307-315 (2022).
- Pleguezuelos-Manzano, C., et al. Establishment and culture of human intestinal organoids derived from adult stem cells. Current Protocols in Immunology. 130 (1), 106 (2020).
- Stumm, M. M., et al. Validation of a postfixation tissue storage and transport medium to preserve histopathology and molecular pathology analyses (total and phosphoactivated proteins, and FISH). American Journal of Clinical Pathology. 137 (3), 429-436 (2012).
- Feldman, A. T., Wolfe, D. Tissue processing and hematoxylin and eosin staining. Methods in Molecular Biology. 1180, 31-43 (2014).
- Ooft, S. N., et al. Patient-derived organoids can predict response to chemotherapy in metastatic colorectal cancer patients. Science Translational Medicine. 11 (513), (2019).
- Aisenbrey, E. A., Murphy, W. L. Synthetic alternatives to Matrigel. Nature Reviews Materials. 5 (7), 539-551 (2020).
- Nanki, Y., et al. Patient-derived ovarian cancer organoids capture the genomic profiles of primary tumours applicable for drug sensitivity and resistance testing. Scientific Reports. 10, 12581 (2020).
- Mead, B. E., et al. Screening for modulators of the cellular composition of gut epithelia via organoid models of intestinal stem cell differentiation. Nature Biomedical Engineering. 6 (4), 476-494 (2022).
