酪氨酸激酶抑制剂的临床前评价急性白血病的治疗

摘要

受体酪氨酸激酶是异位表达在许多癌症和已被确定为在急性白血病的治疗靶点。此手稿描述为酪氨酸激酶抑制剂对急性白血病的治疗的临床前评价的有效策略。

摘要

受体酪氨酸激酶有牵连的许多癌症，包括白血病和实体瘤的发生和发展，并且是有吸引力的成药治疗靶点。这里我们描述了一种有效的四步策略的酪氨酸激酶抑制剂（TKIs）在急性白血病的治疗的临床前评估。最初，western印迹分析是用来确认在培养的白血病细胞中抑制靶。功能活性，然后在使用甲基纤维素或软琼脂培养克隆形成实验评价。这证明在细胞培养实验活动的实验化合物在体内的利用NOD-SCID-γ（NSG）的小鼠与人类白血病细胞株原位移植评估。初步的体内药效学研究评估目标抑制白血病细胞从骨髓中分离。这种方法是用来确定管理所需的有效靶点抑制的剂量和时间安排离子。随后的研究中评估的TKI 在体内使用的荧光素酶表达的白血病细胞的功效，从而允许非侵入性生物发光监测白血病负担和治疗反应的评估使用体内生物发光成像系统。这种策略已经生效的TKI的评价在体外和体内 ，可以应用于识别分子靶向药物的具有治疗潜力或多种化合物的直接比较和确定优先次序。

引言

急性淋巴细胞白血病（ALL）是小儿^1,2最常见的恶性肿瘤。总体生存率为小儿B系ALL（B-ALL）是约85％，但具体的生物亚型，包括T细胞ALL（T-ALL），仍然有预后较差，即使与目前的治疗方案。复发性ALL的进一步治疗仍然是一个挑战^3。尽管大多数成年患者的急性白血病实现与前期化疗缓解，许多患者仍然遭受复发^4。在急性白血病的治疗目前的化疗方案是已知的导致毒性相关的短期和长期副作用。因此，非常需要毒性较低的疗法，专门针对癌细胞与正常组织的影响最小。近年来，重点一直放在新颖，具有特异性的分子靶向药物对肿瘤细胞中，经常利用迭代化学的发展以产生必须随后进行比较，并优先⁵多种活性化合物。这个手稿描述了一种高效的用于治疗急性白血病，可为了便于药物开发用于单个化合物的评价或多个化合物的直接比较策略为TKI的临床前评估。

这里提出的方法包括四个步骤。第一生化（1）和抗白血病（2）的化合物（S）的活性在细胞培养物进行评估，然后抑制靶的被确认的动物模型（3），和TKI（次）的最终治疗效果在白血病原位移植瘤模型确定（4）。对于这些研究，它可以选择有关的细胞系，这是最常见的生物亚型的代表是重要的。细胞系应选择，这两者表达的利益目标和缺乏兴趣的目标，探讨生物效应是否MED通过抑制靶iated。这是特别相关的小分子抑制剂，其具有的脱靶效应，可能是对于抗肿瘤活性是重要的发展。它也有必要选择的细胞系是依赖于目标为功能性的效果，如增殖或存活。利用RNA干扰或其他特定方式抑制靶目标初步验证研究（在本文的范围之内）可以被用来识别目标相关的细胞系。还希望选择能够形成小鼠异种移植物，以使得细胞培养物的结果可以更直接地转化为体内实验的细胞系。

由白血病细胞介导的​​TKI生化活性的评价，在受体磷酸化的降低，可作为靶抑制的指标。 Western印迹分析或酶联免疫吸附测定法可以采用，这取决于抗体的可用性和特异性。如果是现有抗体具有足够的特异性靶，酶联免疫吸附测定法是优选的，因为它们是更加定量的和有效的。在抗体具有足够的特异性ELISA不可用的情况下，免疫印迹分析可能是必要的。在这种情况下，大量的溶胞产物的免疫沉淀可以用于检测是在低丰度指标是有用的。这种方法是特别相关的磷酸化蛋白质，这可能有一个短的半衰期，以允许快速改变以响应环境刺激信号的测量。一些磷酸化蛋白是非常不稳定的，极有可能为复杂的形成与磷酸酶的结果。鲁棒和一致检测这些磷酸化蛋白，它也可以是可以治疗的细胞与过钒酸盐，一个不可逆的蛋白酪氨酸磷酸酶抑制剂^6，对磷酸化蛋白质稳定之前制备的全细胞裂解液。

至确定生化活性是否导致了抗肿瘤效果，目标相关的生物学过程可以在基于细胞的试验来监测。对于白血病细胞株，通过TKIs的介导的抗白血病活性可以用甲基纤维素或软琼脂⁷进行克隆形成实验进行评估。软琼脂中可能是优选的，因为这是一种固体介质是更适合于操作，如果有一个TKI重复治疗是必要的。虽然许多急性myloid白血病（AML）细胞系将形成在软琼脂中集落，大多数ALL细胞系将只形成菌落在甲基纤维素，它是一种半固体培养基中。虽然这是可能的刷新介质和/或在TKI中的甲基纤维素培养物中，只有少量可直接或与有限的频率。同样，它是更难以染色的菌落，而不破坏它们的甲基纤维素。初步的研究应该定义的合适的细胞系以形成菌落在甲基纤维素和/或软琼脂和t的能力他的细胞在培养的最佳密度，使得菌落是不重叠的，并在足够数量以获得统计学上相关的数据（每35毫米板通常50-200集落）。

虽然在体外实验是强大的和具有成本效益，并比整体动物实验中，治疗性化合物的进步较少的伦理问题，需要有效性和安全性在动物模型中证明。对于体内研究，人急性白血病细胞株可原位移植到NOD.Cg-PRKDC ^SCID我l2rg ^tm1Wjl / SZJ（NSG）小鼠和TKIs的可以通过注射或口服灌胃很容易管理。某些细胞系，可能需要NSG小鼠暴露于辐射的低细胞系依赖剂量，以便为异种移植物的建立，并且在此实例中没有一个5-10天的恢复期后照射小鼠可能不能耐受口服灌胃。此手稿描述新一代的B-ALL和T-ALL移植使用特定的细胞系（697和Jurkat）作为例子，但异种移植物可使用多种细胞系建立在NSG小鼠。在该事件的其他细胞系是更适用，因为照射的要求，细胞移植，以及疾病发病和进展的定时的最优数量应通过试验确定。理想情况下，这些车型将拥有完全外显率（每次移植动物开发白血病），一致动力学（白血病的进展同样在所有的动物），以及合理的治疗窗口（处理和清除从研究开始的理想20-30天因疾病） 。可以增加细胞移植的数量，以提高外显率和动力学一致性或减少，如果需要改善的治疗窗口。

要确定是否TKIs的调解体内靶抑制，样品与TKI或仅车辆处理后的小鼠白血病移植收集。理想的情况下，剂量的政府对这些实验Ð时间表是由药代动力学研究，而这往往是由商业实验室进行，而且本文的范围之内引导。如果药动学数据是可用的，下面TKI的单剂量所需的有效靶标抑制在细胞培养和最高血清浓度化合物的浓度可以用来定义用于动物研究的起始剂量。药代动力学研究也可以通知样品采集后处理的定时药效学研究和给药途径。靶的抑制可以在任何受影响的器官来评估，但其是最容易收集和处理组织是优选的。大部分急性白血病细胞系建立在肝脏，骨髓，脾，外周血，和中枢神经系统中，虽然具体的受影响器官和植入在这些器官的范围内的模型之间变化。这里介绍的协议评估phosph邻蛋白抑制在使用Western印迹分析的骨髓，但实质器官可能更容易始终如一地收获并需要很少或没有处理之前冷冻，允许磷酸化蛋白质的样品的收集和处理过程中的降解较少机会。免疫组织化学染色，也可用于评估实体瘤或受白血病器官。

最后，TKI（次）的治疗效果在白血病原位移植瘤模型是确定的。在这些研究中，治疗开始的时间可以是多种多样的，这样的疾病或多或少成立。治疗可移植后，立即开始进行初始研究，然后在随后的研究中被延迟，直到显著疾病负担中检测到更接近一个诊断性治疗的模型。理想的是，这些动物模型也有疾病负担的非侵入性测量的能力。我们已经优化了介绍萤火虫路西法的方法酶基因导入使用的病毒样颗粒白血病细胞株，从而为疾病的发病和进展的骨髓和实体器官疾病负担和评估的非侵入性的，纵向分析。临界这种方法是使用单克隆荧光素标记的细胞系，以防止变异性与使用多克隆细胞系的相关荧光素酶表达细胞白血病的发展和无关同一个TKI ⁸治疗。

合在一起，可用于单个TKI的评价或多个TKI的直接比较和排序这些步骤。虽然这里介绍的协议集中于TKI的发展，这些方法可以适用于其它的目标和考虑检验发展进行了描述。因而，这种策略可能更广泛地适用于分子靶向药物的临床前评价用于治疗急性白血病。

研究方案

所有涉及动物实验其次批准科罗拉多机构动物护理和使用委员会大学的监管标准。该演示方案经科罗拉多机构动物护理和使用委员会的大学。

1。磷酸化蛋白质印迹

1. 裂解液的制备
   1. 培养细胞系中表达感兴趣的受体酪氨酸激酶。收获细胞和板3-5×10在48孔组织培养皿中加入400μl生长培养基^6个细胞/样品。在5％的CO ₂为2-3小时在37°C。
   2. 加入100μl的5倍TKI解决方案在生长培养基中孵育60分钟。
   3. 制备裂解缓冲液，用50mM HEPES（pH值7.5），150 mM氯化钠，10毫摩尔EDTA，10％（V / V）甘油，1％（体积/体积）的Triton X-100和蛋白酶抑制剂。如果培养物将不会与过钒酸盐之前收获的处理，加磷酸酶抑制剂（1 mM的钠orthovanadate和0.1mM钼酸钠），以裂解缓冲液。
   4. 在使用前配制过钒酸盐（PV）的磷酸酶抑制剂的解决方案。在黑暗的管置于冰上（1:100稀释的30％原液）制备过氧化氢（小心）0.3％的溶液在冷磷酸盐缓冲盐水（PBS）。煮沸的0.2M的正钒酸钠（OV，小心）原液5分钟等分。稀释1:10 PBS中，使在室温（RT）的20mM溶液，OV。混合0.3％过氧化氢和20mM OV 1:1和孵育在黑暗中在RT下20分钟。
   5. 光伏稀释成完全培养基（60微升PV + 940μL培养基）。加入100μl稀释的PV /孔。在5％CO ₂持续3分钟孵育在37℃，然后将板置于冰上。
   6. 收获细胞在冷的微量离心管在2,500 rpm离心5分钟。吸上清，重悬细胞120μL裂解缓冲液。在冰上孵育15分钟。澄清在寒冷的离心裂解物在6,000 rpm离心3分钟。转让苏佩rnatant到一个新的冷轧管。储存在-80℃。
2. 免疫沉淀
   1. 降速蛋白G琼脂糖珠在微量离心以1,000 rpm进行1分钟。除去上清，洗珠2倍1毫升冷PBS。添加PBS等体积，使50％的浆料。初级抗体和20μl的50％蛋白质G珠加至每个样品孔。孵育2小时 - O / N在4℃旋转器上。
   2. 脉冲下降在寒冷的离心珠在9,000转每分钟。除去上清，洗珠与2倍150微升冷裂解缓冲液。旋在冷离心以1,000 rpm进行1分钟。去除上清，重悬沉淀于20μL2×SDS上样缓冲液与2 - 巯基乙醇（小心）。立即使用或储存于-80°C。
   3. 煮沸样品5分钟，并运行在SDS-PAGE上tris-甘氨酸凝胶。的蛋白质转移至硝酸纤维素膜，并通过免疫印迹检测磷酸化的蛋白。
   4. 漂洗印迹用水，然后孵育在2％SDS，62.5毫摩尔Tris（pH值6.8），0。1米的β-巯基乙醇（警告）30分钟，在50°C。漂洗2倍的水，然后洗60-90分钟中的TBS-T 5-6改变，以消除剥离液。
   5. 通过Western blot检测总蛋白。

2。甲基纤维素含量

1. 分装4毫升甲基纤维素人力基础培养基中于50 ml锥形管使用无菌大口径钝端针。 （注：甲基纤维素，可以分装并储存于-20°C解冻在室温O / N在使用前）
2. 加入500μl的10倍TKI或车辆在生长培养基〜4毫升，持续10秒甲基纤维素和旋涡混合。
3. 收获和计数细胞。制备细胞悬浮液中的生长培养基中的浓度，它比最终细胞浓度的10倍以上。加入500μl细胞悬液，以甲基纤维素的混合物。涡旋10秒，让坐10分钟以去除气泡。
4. 用5毫升注射器和无菌LARG制定4毫升甲基纤维素混合物Ë孔钝端针。避免绘制了气泡。分配将1ml甲基纤维素混合物分成三个35mm组织培养平板的中央。漩涡的菜，直到底部完全覆盖甲基纤维素。
5. 对于每个甲基纤维素板，准备一块10厘米无菌组织培养板有两个额外的35mm组织培养皿充满无菌水，以确保在潮湿的环境。在水文化广场，5％的CO ₂为10〜14天套培养箱在37℃。
6. 1-2周后计数菌落。菌落应多于20个细胞和不重叠。菌落可使用倒置显微镜配备有显微镜载物台与电网或使用自动菌落计数器计数。响应于与TKI治疗变化菌落大小和形态也应进行评估。提高检测通过菌落计数器，菌落染色，加入60-100微升（3 - （4,5 - 二甲基-2 - 噻唑基）-2,5 - 二苯基-2H-四唑鎓溴化物溶胶ution（MTT法，在-20°C 5毫克/毫升H ₂ O，存储，避光，注意保护）逐滴在每个板的表面，并在5％CO ₂孵育8小时，在37℃。

3。软琼脂测定

1. 准备1％琼脂高贵的底层，0.7％琼​​脂高贵的顶层和2x生长培养基。在42℃水浴中平衡2倍的培养液。热1％，并在微波炉中（约1 min/100毫升）0.7％琼​​脂的高贵和平衡在42℃水浴。混合1％琼脂和2x中，分别为0.7％琼​​脂和2倍培养基在50毫升圆锥等份。计划10毫升软琼脂混合/六孔板中每一层的。
2. 标签6孔组织培养板中。每次用1.5ml 1％软琼脂混合地填补。电镀过程中避免气泡。干板用盖子关闭在无菌罩30分钟。
3. 计数细胞。备中的浓度，它比最终细胞concentrati 500倍以上的细胞悬浮在生长培养基中上。加入细胞悬液，以0.7％的琼脂混合，拌匀并在1％的琼脂层的顶部免除1.5毫升琼脂细胞混合物。让顶部层固化30分钟。
4. 制备含TKI或车辆控制1X生长培养基。加入2毫升培养基与TKI的顶部琼脂层的顶部所需的浓度。
5. 在5％孵育培养10天，在37℃的CO _2。取出并更换上覆介质，每3天。
6. 当菌落可见肉眼，吸覆介质，并加入200微升硝基四氮唑蓝溶液（1毫克/毫升NBT在H ₂ O，储存在4℃，避光保存，注意保护）。回到培养箱中培养24-48小时。移动到4℃至少2小时之前计数。彩色板可以被存储在4℃下一个月。用显微镜或自动菌落计数器计数菌落。

4。评价磷酸化蛋白抑制体内

1. 收集ÇELL的生长对数生长期通过离心在台式离心机中以1500 rpm离心5分钟。用无菌PBS洗涤一次，将细胞重悬在PBS中以适当的浓度（通常为1-5×10 ⁷细胞/ ml）。移植细胞的体积为100微升至6-12周龄的NSG小鼠经静脉注射入尾静脉用28政胰岛素注射器。将动物的抑止，热尾在温水的烧杯扩张的静脉，并清洁尾部与洗必泰棉签注射前。注射后，施加压力，用无菌纱布，直到出血停止注射部位。移植至少3只动物/组。维持对含有1毫克/毫升的硫酸庆大霉素水老鼠。
2. 十四天后移植，治疗动物与TKI或仅车辆和收获样本中抑制分析。称量动物和治疗用适当剂量的TKI或车辆（毫克/公斤体重）。管理治疗5毫升/ K的体积g体重腹腔（IP）注射或10毫升/千克体重灌胃。对于腹腔注射，人工抑制小鼠和注射在腹部用29号针头的右下象限。对于灌胃，手动抑制鼠标并按住动物直立。将管饲法在口中在舌头和进入口的后面。适用于轻微的压力通过食道进入胃通管。压下注射器活塞进行救治。如果柱塞不容易压低灌胃针应删除并重新定位。在使用前配制TKI制剂。
3. 如果过钒酸盐治疗是理想，收获前准备光伏溶液20分钟以上（步骤1.1.4）所述稀释到培养基中1微米^氯化镁和100 U / ml的DNA酶（120微升PV + 880μL培养基）。注意：PV是稳定的稀释后至少1小时。
4. 用CO ₂麻醉在AP牺牲动物propriate时间（s）后处理。通过去除皮毛，皮肤和肌肉从整个腿部，使骨头都完全暴露解剖股骨。用解剖剪略低于髋关节和再次高于膝关节裁剪取出股骨。转移到培养皿中，并冲洗骨髓用1毫升冷PBS或稀释的光伏解决方案使用注射器和27号针头。如果用光伏治疗，在黑暗中在室温下孵育10分钟。
5. 准备裂解液及以上（步骤1.1.6-1.2.5）所示，分析磷酸化蛋白和总蛋白水平。
6. 定量的相对磷酸化蛋白和总蛋白水平，使用光密度测定各样品。计算phospho-protein/total-protein相对于载体处理的动物的平均phospho-protein/total-protein值。

5。评价TKI的所有异种移植模型抗白血病活性

1. 如果有必要，暴露小鼠200 cGy的辐射在一个RS-2000辐射1天PRIOr来移植。上面（步骤4.1）所述移植小鼠白血病细胞株。移植至少每组6只小鼠。耳朵打孔识别小鼠。可替换地，一个黑色的标记可以被用于识别小鼠尾巴上的散列标记。添加浓缩到笼子里，以减少在研究期间笼交配侵略的潜力。
2. 治疗小鼠上面（步骤4.2）仅作为说明的TKI或车辆。每天通过体检和权重确定监测小鼠的健康状况。白血病的预期症状（降低的活性水平，体重减轻，后肢麻痹，和眼部感染）。减重超过10％-15％，通常用鼠标在两天内死亡有关，通常是死亡按照标准IACUC要求的替代终点。
3. 通过监控在体内生物发光成像系统高达2倍每周移植和白血病的发展。在免缝准备一个200×D-荧光素原液（30毫克/毫升）乐水。颠倒轻轻混匀，至D-荧光素完全溶解。立即使用，或分装冷冻在-20°C。在成像之前用体内生物发光成像系统，解冻的D-荧光素的等分试样在室温下和在PBS中稀释1:2到的通过0.2微米的过滤器15毫克/毫升，并过滤灭菌的最终浓度。
4. 成像前麻醉小鼠中的氧气1.5％，吸入异氟醚。监视足够麻醉，其特点是肌肉松弛，运动的损失和应对脚趾捏刺激的损失。
5. 立即成像之前，管理150毫克/公斤体重D-荧光素腹腔注射（10微升的15毫克/毫升荧光素/克体重）。
6. 使用体内生物发光成像系统捕获2系列连续的30，60和90秒曝光，并用120秒的曝光最终图像的图像。成像后，返回小鼠的笼子和监视从麻醉中恢复。取决于生物发光的强度，曝光时间可以变化。最佳曝光时间应预先确定一个给定的模型，并保持这种一致性，对于个别时间点的信号强度是整个研究具有可比性。
7. 确定生物发光强度，使用生活3.2图像采集和分析软件每只小鼠。第二通过绘制的权益，每只小鼠相同大小的回报率（ROI）区域确定在光子/测量总光通量值。
8. 如果经营不善，参展瘫痪，在大于15％的重量损失的情况下，或在研究结束时的CO ₂曝光和颈椎脱位牺牲老鼠。解剖小鼠并记录观察结果（脾，肝，或淋巴结肿大，例如 ，面色苍白骨髓）。用27号针头解剖股骨和冲洗骨髓用冷PBS。
9. 在2500 rpm离心5分钟收集在微量细胞。重悬含2％FBS的细胞在PBS中孵育5分钟，在RT。收集细胞并染色用20毫克/毫升的DAPI（4,6 -二脒基-2 -苯基吲哚二盐酸盐，1:1,000）和FITC标记的α-hCD45（1:100）或鼠IgG ₁同种型对照抗体（1:100） 。采用流式细胞仪评估白血病细胞植入。门上可存活种群（DAPI负），并确定CD45 +细胞（％骨髓幼稚细胞）的百分比。

结果

这里介绍的实验评估通过的TKI介导的生化和功能的影响，并可以用来进行排名基于靶抑制在体外和体内的程度的新的化合物，还原的集落形成，并且延迟在白血病发生中NSG小鼠移植了荧光素酶标签的白血病细胞。

免疫印迹分析，使用下列与TKI的治疗，以确定抑制白血病细胞中靶蛋白的活性磷酸化形式的。治疗用的TKI导致剂量依赖性降低磷酸化的蛋白质的量，

讨论

此手稿描述的有效策略在急性白血病的治疗新型酪氨酸激酶抑制剂评价。使用这种方法，生物化学和抗白血病活性，首先在体外基于细胞的测定在体内异种移植模型中进行评估，然 ​​后。免疫印迹分析已成功用于阐明用的TKI治疗后抑制白血病细胞的目标酪氨酸激酶，并直接在细胞比较多个化合物的效力。在这里介绍的协议，过钒酸盐被用于稳定磷酸化蛋白和靶蛋白浓缩，通过免疫...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
			Reagent/Material
Hydrogen Peroxide	MP Biomedicals	#02194057	GHS05, GHS07, H302-H318
Sodium Orthovanadate	Sigma	#S6508	GHS07, H302+ H312+H332
2-Mercaptoethanol	Sigma	#M7522	GHS05, GHS06, GHS08, GHS09, H301 + H331-H310-H315-H317-H318-H373-H410
ColonyGel Human Base Medium	ReachBio	#1101
3-(4,5-Dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide (MTT)	Sigma	#M5655	GHS07, GHS08, H315-H319-H335-H341
Difco Noble Agar	BD Biosciences	#214883
Nitrotetrazolium Blue Chloride	Sigma	#N6639	GHS07, H302
D-Luciferin Firefly, Potassium Salt	PerkinElmer	#122796
4',6- Diamidino-2-phenylindole dihydochloride	Sigma	#D9542
FITC CD45	BD Bioscience	#347463
FITC Mouse IgG1 Isotype control	BD Bioscience	#51-35404X-2
Gentamycin Sulfate	Sparhawk	#NDC58005-633-04
Protease Inhibitors	Roche	#11836153001
DNase	Sigma	#D4263
Protein G Beads	Invitrogen	#10-1242
Isofluran	VETONE	#NDC13985-030-60
			Equipment
Cell culture dishes, diam. 35 mm × H 10 mm	Nunclon	#D7804-500EA
Cell culture dishes, diam. 100 mm x  H 20 mm	Nunclon	#D8429-1CS
6-well plates	BD Bioscience	#353046
14 gauge x 4 inch blunt-end needles	Cadence science	#7956
5 ml syringe with luer-lok	BD Bioscience	#309646
GelCount automated colony counter	Oxford Optronix
In vivo bioluminescence imaging system	PerkinElmer	#IVIS200
Scout pro portable balances, scale	Ohaus	#SP202
Broome style rodent restrainer	Plas-labs	#551-BSRR
Ear punch, punch diameter: 2 mm	FST	#24210-02
Chlorhexidine swabs, Prevantics	PDI	#B10800
Insulin syringe 1 mL (40 Units) 29 G x 1/2	Monoject	#8881500042
Plastic feeding needles for rodents (disposable) 20 ga x 38 mm, sterile	Instech	#FTP-20-38
1 mL Luer-Lok disposable syringe	BD Bioscience	#309628
Lo-Dose U-100 insulin syringe with 28 G x ½, permanently attached needle	BD Bioscience	#329465
Extra fine bonn scissors	FST	#14084-08
Student fine scissors	FST	#91460-11
Moria ultra fine forceps	FST	#11370-40
Extra fine graefe forceps	FST	#11150-10
Scalpel handle	FST	#10003-12
Scalpel blades	FST	#10011-00