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Method Article
本文描述了在实时的、与患者相关的临床前模型系统中评估肿瘤药物反应的患者来源的外植体的生成、药物治疗和分析方法。
对耐药性的理解和开发对高度耐药性癌症致敏的新策略依赖于能够准确预测患者反应的合适临床前模型的可用性。现有临床前模型的缺点之一是无法在上下文中保留人类肿瘤微环境(TME)并准确表示肿瘤内异质性,从而限制了数据的临床翻译。相比之下,通过表示人类肿瘤活片段的培养物,患者来源的外植体(PDE)平台允许在三维(3D)环境中检查药物反应,该上下文尽可能密切地反映原始肿瘤的病理和结构特征。先前的PDE报告已经记录了该平台区分化学敏感性和化学抵抗性肿瘤的能力,并且已经表明这种分离可以预测患者对相同化疗的反应。同时,偏微分方程允许有机会询问预测药物反应的肿瘤的分子,遗传和组织学特征,从而确定用于患者分层的生物标志物以及使耐药性肿瘤致敏的新型介入方法。本文详细介绍了PDE方法,从患者样本的收集到终点分析。它提供了外植体衍生和培养方法的详细说明,在适当的情况下突出了特定肿瘤的定制条件。对于终点分析,重点是多重免疫荧光和多光谱成像,用于肿瘤和基质区域内关键生物标志物的空间分析。通过结合这些方法,可以生成定量和定性的药物反应数据,这些数据可能与各种临床病理学参数相关,因此可能用于生物标志物鉴定。
开发有效和安全的抗癌药物需要适当的临床前模型,这些模型还可以深入了解作用机制,从而促进预测和药效学生物标志物的鉴定。已知肿瘤间和肿瘤内异质性1,2,3,4,5和TME 6,7,8,9,10,11,12影响抗癌药物反应,许多现有的临床前癌症模型,如细胞系,类器官和小鼠模型,无法完全适应这些至关重要的特征。"理想"模型可以概括肿瘤内恶性细胞与非恶性细胞的复杂空间相互作用,并反映肿瘤内的区域差异。本文重点介绍 PDE 作为可以满足其中许多要求的新兴平台13.
使用人类偏微分方程(也称为组织培养)的第一个例子可以追溯到20世纪80年代后期,当时霍夫曼等人产生了新鲜切除的人类肿瘤切片并将其培养在胶原蛋白基质14,15中。这涉及建立一个保留组织结构的3D培养系统,确保维持TME内的基质成分和细胞相互作用。在不解构原始肿瘤的情况下,Hoffman等人16预示着一种新的转化研究方法,从那时起,许多研究小组已经优化了不同的外植体方法,目的是保持组织的完整性并产生准确的药物反应数据17,18,19,20,21,22,23,24,尽管协议之间存在一些明显的差异。Butler等人在明胶海绵中培养外植体,以帮助营养物质和药物通过标本20,21,25扩散,而Majumder等人通过在存在来自同一患者的自体血清的情况下,在由肿瘤和基质蛋白组成的基质上培养外植体来创建肿瘤生态系统22, 23.
最近,我们的小组建立了一个方案,通过将肿瘤碎片化成2 - 3 mm3大小的块来生成外植体,然后在培养系统24的气液界面处的可渗透膜上放置没有附加组分。综上所述,这些大量研究表明,偏微分方程允许培养完整的活体人类肿瘤片段,这些片段保留了原始肿瘤的空间结构和区域异质性。在原始实验中,外植体或组织培养通常在药物治疗后进行均质化,之后对均质化样品进行各种活力测定,例如组织培养药物反应测定20,21,MTT(3-(6)-2,5-二苯基四唑溴化物测定,乳酸盐脱氢酶测定或基于刃天青的测定26,27,28.终点分析技术的最新进展,特别是数字病理学,现在已经扩大了可以在外植体29,30上进行的终点测试和测定的库。为了应用这些新技术,将外植体固定在福尔马林中,嵌入石蜡(FFPE),然后使用免疫染色技术进行分析,而不是均质化,从而进行空间分析。这种方法的例子已经记录在非小细胞肺癌(NSCLC),乳腺癌,结直肠癌和间皮瘤外植体中,其中免疫组织化学染色增殖标志物Ki67和凋亡标志物,切割的聚ADP核糖聚合酶(cPARP),用于监测细胞增殖和细胞死亡的变化24,31,32,33,34。
多重免疫荧光特别适合于在终点35处对外植体中的药物反应进行空间分析。例如,在药物治疗13,36,37,38时,可以测量TME内特定类别的免疫细胞(如巨噬细胞或T细胞)的重新定位和空间分布,并研究治疗剂是否可以有利于从"冷肿瘤"到"热肿瘤"的转变39.近年来,该小组专注于从不同肿瘤类型(NSCLC,肾癌,乳腺癌,结直肠癌,黑色素瘤)中提取PDEs,并测试一系列抗癌药物,包括化疗,小分子抑制剂和免疫检查点抑制剂(ICI)。终点分析方法已经过优化,包括多重免疫荧光,允许对生物标志物进行空间分析,以实现生存能力以及TME不同成分的生物标志物。
1. 组织收集
2. Explant制备
3. 药物治疗
4. 组织学处理
5. 苏木精和曙红(H&E)染色
6. 免疫染色
注意:除非另有说明,否则应在RT执行以下步骤。
7. 扫描
注:玻片扫描是使用多光谱自动成像系统进行的(参见 材料表)。
第8章 分析
注:以下方案说明了表型分析的方法。
mIF染色的组织学切片的多光谱成像允许识别和表型单个细胞群,并鉴定外植体TME中的肿瘤和基质成分(图2)。多光谱成像对于分析具有高固有自发荧光的组织(例如具有高胶原蛋白含量的组织)特别有用,因为它允许自发荧光信号从其他信号中解卷积并从后续分析中排除。随后的硅组织和细胞分割允许量化具有多种输出的药物反应,包括但不限于原始细胞数量(例如,阳性...
本文介绍了偏微分方程的生成、药物治疗和分析方法,并重点介绍了该平台作为临床前模型系统的优势。新切除的肿瘤的离体培养,不涉及其解构,允许保留肿瘤结构13,24,从而保留TME中细胞成分的空间相互作用以及肿瘤内异质性。该方法展示了通过使用肿瘤特异性标记物,可以识别肿瘤组织区域与基质区域,从而在这些隔室内分离药物反应(
无需披露
我们感谢莱斯特大学医院NHS信托基金会的外科医生和病理学家提供手术切除的肿瘤组织。我们还感谢Core Biotechnology Services的组织学设施在FFPE组织块的组织处理和切片方面的帮助,以及Kees Straatman对使用Vectra Polaris的支持。这项研究得到了由四个合作伙伴组成的Explant联盟的支持和资助:莱斯特大学,MRC毒理学部门,癌症研究英国治疗发现实验室和LifeArc。CRUK-NIHR莱斯特实验癌症医学中心(C10604 / A25151)提供了额外的支持。GM,CD和NA的资金由Breast Cancer Now的催化剂计划(2017NOVPCC1066)提供,该计划由辉瑞公司提供资金支持。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Acetic acid | Sigma | 320099 | Staining reagent |
Antibody Diluent / Block, 1x | Perkin Elmer | ARD1001EA | Antibody diluent/blocking buffer |
Barnstead NANOpure Diamond | Barnstead | Ultra Pure (UP) H2O machine | |
Citric Acid Monohydrate | Sigma-Aldrich | C7129 | Reagent for citrate buffer |
Costar Multiple Well Cell Culture Plates | Corning Incorporated | 3516 | 6 multiwell plate |
DAPI Dilactate | Life Technologies | D3571 | |
100 x 17 mm Dish, Nunclon Delta | ThermoFisher Scientific | 150350 | 100 mm diameter dish for tissue culture |
DMEM (1x) Dubelcco's Modified Eagle Medium + 4.5 g/L D-Glucose + 110 mg/mL Sodium Pyruvate | Gibco (Life Technologies) | 10569-010 | Tissue culture medium (500 mL) |
DPX mountant | VWR | 360294H | Mounting medium |
DPX mountant | Merck | 6522 | Mounting medium |
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma-Aldrich | 3609 | Reagent for TE buffer |
Eosin | CellPath | RBC-0100-00A | Staining reagent |
Foetal Bovine Serum | Gibco | 10500-064 | For use in tissue culture medium |
37% Formaldehyde | Fisher (Acros) | 119690010 | 10% Formalin |
iGenix, microwave oven IG2095 | iGenix | IG2095 | Microwave used for antigen retreival |
Industrial methylated spirit (IMS) | Genta Medical | 199050 | 99% Industrial Denatured Alcohol (IDA) |
InForm Advanced Image Analysis Software | Akoya Biosciences | InForm | |
Leica ASP3000 Tissue Processor | Leica Biosystems | Automated Vacuum Tissue Processor | |
Leica Arcadia H and C | Leica Biosystems | Embedding wax bath | |
Leica RM2125RT | Leica Biosystems | Rotary microtome | |
Leica ST4040 Linear Stainer | Leica Biosystems | H&E stainer | |
Mayer's Haematoxylin | Sigma | GHS132-1L | Staining reagent |
Millicell Cell Culture Inserts, 30 mm, hydrophilic PTFE, 0.4 µm | Merck Milipore | PICMORG50 | Organotypic culture insert disc |
Novolink Polymer Detection System | Leica Biosystems | RE7150-K | DAB staining kit |
OPAL 480 | Akoya Biosciences | FP1500001KT | Fluorophore with Dimethyl Sulfoxide (DMSO) diluent |
OPAL 520 | Akoya Biosciences | FP1487001KT | Fluorophore with Dimethyl Sulfoxide (DMSO) diluent |
OPAL 570 | Akoya Biosciences | FP1488001KT | Fluorophore with Dimethyl Sulfoxide (DMSO) diluent |
OPAL 620 | Akoya Biosciences | FP1495001KT | Fluorophore with Dimethyl Sulfoxide (DMSO) diluent |
OPAL 650 | Akoya Biosciences | FP1496001KT | Fluorophore with Dimethyl Sulfoxide (DMSO) diluent |
OPAL 690 | Akoya Biosciences | FP1497001KT | Fluorophore with Dimethyl Sulfoxide (DMSO) diluent |
OPAL 780 / OPAL TSA-DIG Reagent | Akoya Biosciences | FP1501001KT | Fluorophore with Dimethyl Sulfoxide (DMSO) diluent and TSA-DIG reagent |
Opal Polymer HRP Ms Plus Rb, 1x | Perkin Elmer | ARH1001EA | HRP polymer |
Penicillin/streptomycin solution | Fisher Scientific | 11548876 | For use in tissue culture medium |
PhenoChart Whole Slide Contextual Viewer | Akoya Biosciences | PhenoChart | Viewer software for scanned images |
Phosphate Buffered Saline Tablets | Thermo Scientific Oxoid | BR0014G | PBS |
1x Plus Amplification Diluent | Perkin Elmer | FP1498 | Fluorophore diluent |
Prolong Diamond Antifade Mountant | Invitrogen | P36961 | Mounting medium |
Slide Carrier | Perkin Elmer | To load slides into Slide Carrier Hotel for scanning with Vectra Polaris | |
Sodium Chloride | Fisher Scientific | S/3160/63 | 10% Formalin |
Sodium Hydroxide pellets | Fisher Scientific | S/4920/53 | Reagent for citrate buffer |
Tenatex Toughened Wax - Pink (500 g) | KEMDENT | 1-601 | Dental wax surface |
Thermo Scientific Shandon Sequenza Slide Rack for Immunostaining Center | Fisher Scientific | 10098889 | Holder for slides and slide clips |
Thermo Scientific Shandon Plastic Coverplates | Fisher Scientific | 11927774 | Slide clips |
Tris(hydroxymethyl)aminomethane (Tris) | Sigma-Aldrich | 252859 | Reagent for TE buffer |
VectaShield | Vecta Laboratories | H-1000-10 | Mounting medium |
Vectra Polaris Slide Scanner | Perkin Elmer | Vectra Polaris | Slide scanner |
Xylene | Genta Medical | XYL050 | De-waxing agent |
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