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Method Article
Dieses Protokoll beschreibt die Aufbereitung von organotypischen Schnittkulturen (OTSCs). Diese Technik ermöglicht die ex vivo-Kultivierung von intaktem mehrzelligem Gewebe. OTSCs können sofort eingesetzt werden, um ihr jeweiliges Ansprechen auf Medikamente in einer multizellulären Umgebung zu testen.
Realitätsnahe präklinische Modelle des primären Pankreaskarzinoms und der Metastasierung werden dringend benötigt, um das Therapieansprechen ex vivo zu testen und eine personalisierte Behandlung der Patienten zu ermöglichen. Das Fehlen einer tumorspezifischen Mikroumgebung in den derzeit verwendeten Modellen, z.B. bei patienteneigenen Zelllinien und Xenotransplantaten, erlaubt jedoch nur begrenzte prädiktive Erkenntnisse. Organotypische Schnittkulturen (OTSCs) bestehen aus intaktem mehrzelligem Gewebe, das schnell für die ortsaufgelöste Wirkstoffreaktionsprüfung verwendet werden kann.
Dieses Protokoll beschreibt die Erzeugung und Kultivierung lebensfähiger Tumorschnitte des Bauchspeicheldrüsenkarzinoms und dessen Metastasierung. Kurz gesagt, das Gewebe wird in Low Melt Agarose gegossen und in kaltem isotonischem Puffer gelagert. Anschließend werden Gewebeschnitte von 300 μm Dicke mit einem Vibratom erzeugt. Nach der Aufbereitung werden die Scheiben an einer Luft-Flüssig-Grenzfläche unter Verwendung von Zellkultureinsätzen und einem geeigneten Kultivierungsmedium kultiviert. Während der Kultivierung können Veränderungen der Zelldifferenzierung und der Lebensfähigkeit überwacht werden. Darüber hinaus ermöglicht diese Technik die Anwendung der Behandlung auf lebensfähiges menschliches Tumorgewebe ex vivo und nachfolgende nachgelagerte Analysen, wie z. B. Transkriptom- und Proteom-Profiling.
OTSCs bieten eine einzigartige Möglichkeit, das individuelle Ansprechen auf die Behandlung ex vivo zu testen und individuelle transkriptomische und proteomische Profile zu identifizieren, die mit dem jeweiligen Ansprechen verschiedener Schnitte eines Tumors verbunden sind. OTSCs können weiter erforscht werden, um therapeutische Strategien zur Personalisierung der Behandlung von primärem Bauchspeicheldrüsenkrebs und Metastasen zu identifizieren.
Bestehende präklinische Modelle des duktalen Adenokarzinoms der Bauchspeicheldrüse (PDAC) und der entsprechenden Metastasen sind schlechte Prädiktoren für das Ansprechen auf die Behandlung bei Patienten, was ein großer Nachteil bei der Arzneimittelentwicklung und der Identifizierung prädiktiver Biomarker darstellt1. Obwohl Modelle wie patienteneigene Organoide und patienteneigene Xenotransplantate vielversprechend sind, ist ihr Einsatz nach wie vor begrenzt2. Die Haupteinschränkungen dieser In-vitro-Modelle sind das Fehlen der Tumormikroumgebung und die Xenotransplantation bei nicht-humanen immungeschwächten Spezies. Insbesondere bei PDAC und seinen Metastasen hat die Tumormikroumgebung in den letzten Jahren aufgrund ihrer entscheidenden Funktionen in der Tumorbiologie erheblich an Interesse gewonnen. Es besteht aus zellulären und azellulären Komponenten, wie z.B. (Myo-)Fibroblasten, Pankreas-Sternzellen, Immunzellen, Blutgefäßen, extrazellulärer Matrix, Zytokinen und Wachstumsfaktoren3. Diese Mikroumgebung ist keine nicht-funktionelle Tumorkomponente, sondern induziert die Tumorprogression und Metastasierung und scheint wesentlich zur Strahlen- und Chemotherapieresistenz beizutragen4. Die PDAC-Mikroumgebung beeinträchtigt nicht nur mechanisch die Wirkstoffabgabe, sondern besitzt auch eine Immun- und Wirkstofffängeraktivität 5,6,7. Daher werden präklinische Modelle, die das komplexe Zusammenspiel von Tumorzellen und der Tumormikroumgebung widerspiegeln, dringend benötigt, um das Ansprechen der Patienten auf die Behandlung ex vivo angemessen zu testen und eine individualisierte klinische Behandlung zu leiten.
Ex-vivo-Kulturen frischer Tumorproben stellen eine große Annäherung an den Tumor in situ dar. Organotypische Schnittkulturen (OTSCs) wurden kürzlich entwickelt und für verschiedene Tumoren wie Kopf-, Hals-, Brust-, Prostata-, Lungen-, Dickdarm- und Bauchspeicheldrüsenkrebs untersucht 8,9,10,11,12. Es wurde gezeigt, dass OTSCs ihre Ausgangsmorphologie, proliferative Aktivität und Mikroumgebung während der Kultivierung für einen definierten, gewebeabhängigen Zeitraum beibehalten 11,12,13. OTSCs von PDACs behielten ihre Lebensfähigkeit, Morphologie und die meisten Bestandteile ihrer Tumormikroumgebung für 4-9 Tage in mehreren In-vitro-Studien bei 5,12,14. Perspektivisch ermöglicht diese Technik eine unmittelbare Anwendung der Behandlung auf lebensfähiges menschliches Tumorgewebe ex vivo und nachfolgende Analysen, wie z. B. die Profilerstellung des Transkriptoms und des Proteoms.
Die Etablierung von OTSCs bietet eine einzigartige Möglichkeit, das Ansprechen auf die Behandlung ex vivo zeitnah nach der Operation zu testen. Auf diese Weise werden OTSCs prospektiv die Identifizierung therapeutischer Strategien zur Personalisierung der Behandlung von metastasierten Erkrankungen ermöglichen. Dieses Protokoll beschreibt die Generierung und Kultivierung lebensfähiger OTSCs für Bauchspeicheldrüsenkrebs.
Die Gewebeproben wurden nach Genehmigung durch die örtliche Ethikkommission der Universität zu Lübeck entnommen und verarbeitet (# 16-281).
1. Entnahme und Handhabung von frischem Gewebe
HINWEIS: Jede nicht fixierte menschliche Gewebeprobe sollte mit Vorsicht behandelt werden, um das Risiko einer Infektion durch durch Blut übertragbare Krankheitserreger zu vermeiden. Alle Patienten sollten vor der Gewebeaufbereitung auf HIV, HBV und HCV negativ getestet werden. Tragen Sie einen Schutzmantel und fassen Sie menschliche Gewebeproben mit Handschuhen an.
2. Vorbereitung
3. Einbettung von Gewebe in niedrigschmelzende Agarose
4. Schneiden des in Agarose eingebetteten Gewebes mit einem Vibratom
5. Kultur organotypischer Scheibenkulturen
6. Viabilitätstest von Resazurin
HINWEIS: Der Resazurin-Viabilitätsassay misst die allgemeine metabolische Aktivität der organotypischen Schnittkulturen basierend auf der Reduktion von nicht fluoreszierendem blauem Resazurin zu rot fluoreszierendem Resorufin in lebenden Zellen15. Der Assay hat keine toxischen Wirkungen auf Zellen und kann je nach individueller Fragestellung wiederholt auf die Kulturen angewendet werden. Die Lebensfähigkeit wurde alle 2-3 Tage mit dem Resazurin-Assay gemessen.
7. Formalinfixierung und Paraffineinbettung von OTSCs
8. Hämatoxylin- und Eosin-Färbung (H&E)
9. Immunhistochemie von OTSCs
Abbildung 1 gibt einen Überblick über den Arbeitsablauf zur Kultivierung von OTSCs aus frischem, ungefrorenem Tumorgewebe. Proben von primären PDACs und Metastasen wurden direkt nach der chirurgischen Resektion entnommen und über Nacht auf Nasseis bei 4 °C in der Gewebeaufbewahrungslösung gelagert. Die Proben wurden verarbeitet und die Scheiben wurden wie im Protokoll beschrieben kultiviert. Die makroskopische Morphologie der einzelnen OTSC veränderte sich während der Kultivierung ni...
OTSCs von frischen Tumorproben sind eine enge Annäherung an den Tumor in situ. Sie behalten ihre Ausgangsmorphologie, ihre proliferative Aktivität und ihr Mikromilieu während der Kultivierung für einen definierten, gewebeabhängigen Zeitraum bei 11,12,13. Diese Technik ermöglicht die unmittelbare Anwendung der Behandlung auf lebensfähiges menschliches Tumorgewebe ex vivo und nachfolgende Analysen, wie z. ...
Die Autoren legten keine potenziellen Interessenkonflikte offen.
R. Braun wurde gefördert durch die Clinician Scientist School Lübeck (DFG #413535489) und das Junior Funding Program der Universität zu Lübeck.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Advanced DMEM/F-12 Medium | Gibco | 12634028 | |
Agarose Low Melt | Roth | 6351.2 | 8% in Ringer solution |
Antibody Diluent, Background Reducing | Dako | S3022 | |
AquaTex | Merck | 108562 | |
Bioethanol (99%, denatured) | CHEMSolute | 2,21,19,010 | |
Citric Acid monohydrate | Sigma Aldrich | C7129 | |
Cleaved Caspase-3 (Asp175) (5A1E) Rabbit mAb | Cell Signalling Technology | 9664 | 1:400 dilution |
Derby Extra Double Edge Safety Razor Blades | Derby Tokai | ||
Embedding cassettes | Roth | H579.1 | |
Eosin Y-solution 0,5% aqueous | Merck | 10,98,44,100 | |
Eukitt Quick hardening mounting medium | Sigma-Aldrich | 3989 | |
Fetal bovine serum | Gibco | 10270106 | |
Formaldehyde solution 4,5%, buffered | Büfa Chemikalien | B211101000 | |
Hem alum solution acid acc. to Mayer | Roth | T865 | |
Human EGF | Milteniy Biotec | 130-097-794 | |
Hydrocortisone | Sigma Aldrich (Merck) | H0888 | |
Hydrogen peroxide 30% | Merck | 1,08,59,71,000 | |
Insulin human | Sigma Aldrich (Merck) | 12643 | |
Liquid DAB+ Substrate Chromogen System | Dako | K3468 | |
MACS Tissue Storage Solution | Milteniy Biotech | 130-100-008 | |
Methanol | Merck | 10.600.092.500 | |
Microscope Slides Superfrost Plus | Thermo Scientific | J1800AMNZ | |
Millicell Cell Culture Insert, 30 mm, hydrophilic PTFE, 0.4 µm | Millipore (Merck) | PICM0RG50 | |
Monoclonal mouse anti-human Cytokeratin 7 (Clone OV-TL 12/30) | Dako | M7018 | 1:200 dilution |
Monoclonal mouse anti-human Ki67 Clone MIB-1 | Dako | M7240 | 1:200 dilution |
Monoclonal mouse Anti-vimentin (Clone V9) | Dako | M0725 | 1:200 dilution |
Negative control Mouse IgG2a | Dako | X0943 | 1:200 dilution |
Negative control Mouse IgG1 | Dako | X093101-2 | 1:200 dilution |
Paraffin (melting temperature 56°- 58°) | Merck | 10,73,37,100 | |
Penicillin-Streptomycin (10.000 U/ml) | Gibco | 15140122 | |
PBS pH 7,4 (1x) Flow Cytometry Grade | Gibco | A12860301 | |
Resazurin sodium salt; 10 mg/ml in PBS | Sigma Aldrich | R7017 | 1:250 dilution |
Ringer's solution | Fresenius Kabi | 2610813 | |
RPMI-1640 Medium | Sigma Aldrich (Merck) | R8758 | |
Tissue culture testplate 6 | TPP | 92006 | |
Triton X-100 | Sigma Aldrich | 9002-93-1 | |
VECTASTAIN Elite ABC-Peroxidase Kit | Vector Laboratories | PK-6200 | |
Xylene (extra pure) | J.T.Baker | 8,11,85,000 | |
Equipment | |||
ClarioStar Microplate Reader | BMG Labtech | ||
Paraffin Embedding Center E61110 | Leica | ||
Rotary Microtome Microm HM355S | Thermo Scientific | ||
Section Transfer System Microm STS | Thermo Scientific | ||
VT 1200S Vibratom | Leica |
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