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Method Article
Es wird eine Methode beschrieben, um Organoide unter Verwendung von patientenabgeleiteter Xenografts (PDX) für das In-vitro-Screening herzustellen, was zu übereinstimmenden Paaren von In-vivo/In-vitro-Modellen führt. PDX-Tumoren wurden mechanisch oder enzymatisch in kleine Stücke geerntet / verarbeitet, gefolgt von der Clevers-Methode, um Tumororganoide zu züchten, die passageiert, kryokonserviert und gegen das ursprüngliche PDX charakterisiert wurden.
Patientenabgeleite Tumor-Xenografts (PDXs) gelten als die prädiktivsten präklinischen Modelle, von denen weitgehend angenommen wird, dass sie von Krebsstammzellen (CSC) für die konventionelle Krebsmedikamentenbewertung angetrieben werden. Eine große Bibliothek von PDXs spiegelt die Vielfalt der Patientenpopulationen wider und ermöglicht so populationsbasierte präklinische Studien ("Phase II-like mouse clinical trials"); PDX haben jedoch praktische Einschränkungen durch geringen Durchsatz, hohe Kosten und lange Lebensdauer. Tumororganoide, die auch patientenabgeleitete CSC-gesteuerte Modelle sind, können als in vitro-Äquivalent von PDX betrachtet werden und überwinden bestimmte PDX-Einschränkungen für den Umgang mit großen Bibliotheken von Organoiden oder Verbindungen. Diese Studie beschreibt eine Methode zur Herstellung von PDX-abgeleiteten Organoiden (PDXO), die zu gepaarten Modellen für die In-vitro- und In-vivo-Pharmakologieforschung führen. Subkutan transplantierte PDX-CR2110-Tumoren wurden von tumortragenden Mäusen gesammelt, als die Tumoren 200-800 mm 3 erreichten, gemäßeinemzugelassenen Autopsieverfahren, gefolgt von der Entfernung der benachbarten Nicht-Tumorgewebe und der Dissoziation in kleine Tumorfragmente. Die kleinen Tumorfragmente wurden gewaschen und durch ein 100 μm Zellsieb geleitet, um die Trümmer zu entfernen. Zellcluster wurden gesammelt und in einer BME-Lösung (Basement Membrane Extract) suspendiert und in einer 6-Well-Platte als fester Tröpfchen mit umgebenden flüssigen Medien für das Wachstum ineinem CO 2-Inkubator plattiert. Das Organoidwachstum wurde zweimal wöchentlich unter Lichtmikroskopie überwacht und fotografisch aufgezeichnet, gefolgt von einem Flüssigenmittelwechsel 2 oder 3 mal pro Woche. Die gezüchteten Organoide wurden (7 Tage später) im Verhältnis 1:2 weiter durchgelassen, indem die in BME eingebetteten Organoide durch mechanische Scherung gestört wurden, unterstützt durch Zugabe von Trypsin und die Zugabe von 10 μM Y-27632. Organoide wurden in Kryoröhrchen zur Langzeitlagerung kryokonserviert, nachdem sie durch Zentrifugation aus BME freigestellt und zur weiteren Charakterisierung ebenfalls beprobt wurden (z. B. DNA-, RNA- und FFPE-Block).
Krebserkrankungen sind eine Ansammlung verschiedener genetischer und immunologischer Erkrankungen. Die erfolgreiche Entwicklung wirksamer Behandlungen hängt in hohem Maße von experimentellen Modellen ab, die klinische Ergebnisse effektiv vorhersagen. Große Bibliotheken von gut charakterisierten, vom Patienten abgeleiteten Xenografts (PDX) werden aufgrund ihrer Fähigkeit, tumorbehaftete Merkmale, Heterogenität und Ansprechen des Patienten zu rekapitulieren, seit langem als das translationale In-vivo-System der Wahl angesehen, um Chemo- und/oder zielgerichtete Therapien zu testen2,3. PDXs werden im Allgemeinen als Krebsstammzellerkrankungen betrachtet, die im Gegensatz zu von Zelllinien abgeleiteten Xenografts genetische Stabilitätaufweisen 2. In den letzten Jahrzehnten wurden weltweit große Sammlungen von PDXs erstellt, die heute zum Arbeitspferd der Krebsmedikamentenentwicklung werden. Obwohl weit verbreitet und mit großem translationalem Wert, sind diese Tiermodelle an sich kostspielig, zeitaufwendig und mit geringem Durchsatz und daher für ein großflächiges Screening unzureichend. PDX sind auch für immunonkologische (IO) Tests aufgrund einer immungeschwächten Natur unerwünscht4. Es ist daher unpraktisch, die Vorteile der verfügbaren großen Bibliothek von PDXs voll auszuschöpfen.
Jüngste Entdeckungen, die vom Labor5von Hans Clevers entwickelt wurden, haben zur Etablierung von In-vitro-Kulturen von Organoiden geführt, die aus adulten Stammzellen in den meisten menschlichen Organen epithelialen Ursprungs erzeugt werden5. Diese Protokolle wurden weiter verfeinert, um das Wachstum von Organoiden aus angenommenen CSCs in menschlichen Karzinomen verschiedener Indikationen zu ermöglichen6,7. Diese von Patienten abgeleiteten Organoide (PDOs) sind genomisch stabil8,9 und haben sich als sehr prädiktiv für die klinischen Behandlungsergebnisse10,11,12erwiesen. Darüber hinaus ermöglicht die In-vitro-Natur von PDOs ein Hochdurchsatz-Screening (HTS)13, was potenziell einen Vorteil gegenüber In-vivo-Modellen bietet und große Organoidbibliotheken als Ersatz für die Patientenpopulation nutzt. PDOs sind bereit, eine wichtige Entdeckungs- und Übersetzungsplattform zu werden, die die vielen oben beschriebenen Einschränkungen von PDXs überwindet.
Sowohl PDO als auch PDX sind patientenbasierte und CSC-gesteuerte Modelle, die in der Lage sind, Therapeutika entweder im Rahmen einer personalisierten Behandlung oder eines klinischen Studienformats zu bewerten. Bestehende große Bibliotheken von PDXs, wie die proprietäre Sammlung von >3000 PDXs14,15,16,17, eignen sich daher für die schnelle Generierung von Bibliotheken von Tumororganoiden (PDX-abgeleitete Organoide oder PDXO), was zu einer abgestimmten Bibliothek von gepaarten PDX- und PDXO-Modellen führt. Dieser Bericht beschreibt das Verfahren zur Erstellung und Charakterisierung von Darmkrebs PDXO-CR2110 in Bezug auf sein elterliches PDX-CR2110 Modell16.
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Alle Protokolle und Änderungen oder Verfahren, die die Pflege und Verwendung von Tieren betreffen, wurden vor der Durchführung der Studien vom Crown Bioscience Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) überprüft und genehmigt. Die Pflege und Verwendung von Tieren wurde in Übereinstimmung mit den internationalen Richtlinien der AAALAC (Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care) durchgeführt, wie im Guide for the Care and Use of Laboratory Animals, National Research Council (2011) berichtet. Alle Tierversuche wurden unter sterilen Bedingungen in SPF-Einrichtungen (spezifisch pathogenfrei) durchgeführt und in strikter Übereinstimmung mit dem Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Versuchstieren verschiedener Regierungsinstitutionen (z. B. The National Institutes of Health) durchgeführt. Die Protokolle wurden vom Ausschuss für die Ethik der Tierversuche an der Einrichtung (z. B. institutioneller IACUC-Ausschuss) genehmigt.
1. Vorbereitung auf die Tumortransplantation
2. Subkutanes Tumorwachstum
3. Nekropsie und Tumorernte
4. Vorbereitung für PDX-abgeleitete Organoidkultur
HINWEIS: Alle folgenden Schritte wurden in einer Biosicherheitswerkbank gemäß den Standardrichtlinien für Gewebekulturen durchgeführt. Bewahren Sie vorgewärmte Bestände von 96-, 24- und 6-Well-Platten vor Gebrauch in einem 37 °C-Inkubator auf.
5. Histopathologie und Next Generation Sequencing (NGS) Analyse
6. IC50 Assay20
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Morphologie von PDXOs, typisch für Organoide unter Lichtmikrokopie und konsistent mit elterlicher PDX pro H & E-Färbung
Unter Lichtmikroskopie zeigt PDXO-CR2110 eine typische zystische Morphologie (Abbildung 1A), wie zuvor für patientenabgeleitete Organoide (PDO) beschrieben, die die Ähnlichkeit zwischen PDXO und PDO unter den gleichen Kulturbedingungen unterstützen.
Die histopathologische Untersuchung durch H&E-Färbung zeigt, dass die Ge...
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Die vorläufigen Daten für PDX-/PDXO-CR2110 in diesem Bericht unterstützen die biologische Äquivalenz zwischen PDX und seinem Derivat PDXO in Bezug auf Genomik, Histopathologie und Pharmakologie, da beide Modelle die Krankheitsformen darstellen, die vom ursprünglichen CSC des Patienten abgeleitet wurden. Beide Modelle sind patientenbasierte Krankheitsmodelle, die potenziell das klinische Ansprechen der Patienten10,11,12...
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Alle Autoren sind die derzeitigen Vollzeitmitarbeiter von Crown Bioscience, Inc.
Die Autoren danken Dr. Jody Barbeau, Federica Parisi und Rajendra Kumari für die kritische Lektüre und Bearbeitung des Manuskripts. Die Autoren danken auch dem Crown Bioscience Oncology in vitro und in vivo Team für ihren großen technischen Aufwand.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Advanced DMEM/F12 | Life Technologies | 12634028 | Base medium |
DMEM | Hyclone | SH30243.01 | Washing medium |
Collagenese type II | Invitrogen | 17101015 | Digest tumor |
Matrigel | Corning | 356231 | Organoid culture matrix (Basement Membrane Extract, growth factor reduced) |
N-Ac | Sigma | A9165 | Organoid culture medium |
A83-01 | Tocris | 2939 | Organoid culture medium |
B27 | Life Technologies | 17504044 | Organoid culture medium |
EGF | Peprotech | AF-100-15 | Organoid culture medium |
Noggin | Peprotech | 120-10C | Organoid culture medium |
Nicotinamide | Sigma | N0636 | Organoid culture medium |
SB202190 | Sigma | S7076 | Organoid culture medium |
Gastrin | Sigma | G9145 | Organoid culture medium |
Rspondin | Peprotech | 120-38-1000 | Organoid culture medium |
L-glutamine | Life Technologies | 35050038 | Organoid culture medium |
Hepes | Life Technologies | 15630056 | Organoid culture medium |
penicillin-streptomycin | Life Technologies | 15140122 | Organoid culture medium |
Y-27632 | Abmole | M1817 | Organoid culture medium |
Dispase | Life Technologies | 17105041 | Screening assay |
CellTiter-Glo 3D | Promega | G9683 | Screening assay (luminescent ATP indicator) |
Multidrop dispenser | Thermo Fisher | Multidrop combi | Plating organoids/CellTiter-Glo 3D addition |
Digital dispener | Tecan | D300e | Compound addition |
Envision Plate reader | Perkin Elmer | 2104 | Luminescence reading |
Balb/c nude mice | Beijing HFK Bio-Technology Co | ||
RNAeasy Mini kit | Qiagen | 74104 | tRNA purification kit |
DNAeasy Blood & Tissue Kit | Qiagen | 69506 | DNA purification kit |
Histogel | Thermo Fisher | HG-4000-012 | Organoid embedding |
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