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Method Article
La caracterización de las células tumorales circulantes (CTC) es un tema popular en la investigación traslacional. Este protocolo describe un ensayo de inmunofluorescencia semiautomática (IF) para la caracterización y enumeración de CTCs en muestras de pacientes con cáncer de pulmón de células no pequeñas (NSCLC).
Las células tumorales circulantes (CTC) derivadas del tumor primario se derraman en el torrente sanguíneo o en el sistema linfático. Estas células raras (1 a 10 células por ml de sangre) justifican un mal pronóstico y están correlacionadas con una supervivencia global más corta en varios tipos de cáncer (por ejemplo, mama, próstata y colorrectal). Actualmente, el sistema de captura de CTC basado en perlas magnéticas recubierta con recubrimiento anti-EpCAM es la prueba estándar de oro aprobada por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA, por sus otros) para enumerar los CTC en el torrente sanguíneo. Esta prueba se basa en el uso de perlas magnéticas recubiertas con marcadores anti-EpCAM, que se dirigen específicamente a las células cancerosas epiteliales. Muchos estudios han ilustrado que EpCAM no es el marcador óptimo para la detección de CTC. De hecho, los CTC son una subpoblación heterogénea de células cancerosas y son capaces de someterse a una transición epitelial a mesenquimal (EMT) asociada con la proliferación e invasión metastásica. Estos CTC son capaces de reducir la expresión del marcador eptelítico de superficie celular EpCAM, mientras que aumentan los marcadores mesenquimales como la vimentina. Para hacer frente a este obstáculo técnico, se han desarrollado otros métodos de aislamiento basados en las propiedades físicas de los CTC. Las tecnologías microfluídicas permiten un enfoque sin etiquetas para el enriquecimiento de CTC a partir de muestras de sangre enteras. La tecnología microfluídica espiral utiliza las fuerzas de arrastre inercial y Dean con flujo continuo en canales curvos generados dentro de un chip microfluídico espiral. Las células se separan en función de las diferencias de tamaño y plasticidad entre las células sanguíneas normales y las células tumorales. Este protocolo detalla los diferentes pasos para caracterizar la expresión programada de la muerte-ligand 1 (PD-L1) de los CTC, combinando un dispositivo microfluídico espiral con un conjunto de marcadores de inmunofluorescencia personalizable (IF).
Los linfocitos T citotóxicos (CTL) específicos del antígeno tumoral desempeñan un papel crucial en la respuesta a los cánceres a través de un proceso conocido como "vigilancia inmune" del cáncer. Sus funciones antitumorales se ven reforzadas por anticuerpos de bloqueo de punto de control inmune como inhibidores de CTLA-4 e inhibidores de PD-1/PD-L1. En el cáncer de pulmón de células no pequeñas (NSCLC), las terapias anti-PD-1/PD-L1 dan como resultado tasas de respuesta que oscilan entre el 0% y el 17% en pacientes con tumores PD-L1 negativos y un 36%-100% en aquellos que expresan PD-L1. Las respuestas sólidas al bloqueo PD-1/PD-L1 observado según el melanoma y el NSCLC se muestran mediante evidencia de una mejor tasa de respuesta global (RR), beneficios clínicos duraderos y supervivencia libre de progresión (SLP). Actualmente, los tratamientos anti-PD1 son el estándar de atención en el tratamiento de Segunda Línea de NSCLC con nivolumab independientemente de la expresión de PD-L1 y con pembrolizumab en pacientes que expresan PD-L1 a 1%. En el tratamiento de primera línea, el estándar de atención es pembrolizumab solo en pacientes con CPSN que expresa PD-L1 el 50% y puede mejorarse potencialmente con quimioterapia (platin y doblete dependiendo del subtipo histológico)1,2.
Sin embargo, este enfoque para el manejo del paciente es discutible3, ya que la expresión de PD-L1 en células tumorales por inmunohistoquímica (IHC) probablemente no es el biomarcador complementario más ideal. Otros como la carga de mutación tumoral4 (TMB), la inestabilidad de microsatélites (MSI) y/o la microbiota son posiblemente interesantes en este entorno, ya sea solo o en combinación. Se sabe que el CPNC son tumores heterogéneos, ya sea espacialmente (de un sitio tumoral a otro) o temporalmente (desde el diagnóstico hasta la recurrencia). Los pacientes con NSCLC suelen ser frágiles, y las biopsias de tejidos invasivos iterativos pueden ser un problema. De hecho, la tasa de rebiopsia en la primera progresión oscila entre 46%-84% dependiendo de la serie, y la re-biopsia exitosa (es decir, con análisis histológico y molecular completo) oscila entre 33%-75%. Esto significa que entre el 25% y el 67% delos pacientes no pueden recibir un análisis completo de la rebiopsia durante la primera progresión 5,6,7,8.
Así pues, el advenimiento de las "biopsias líquidas" ha generado un entusiasmo considerable en este entorno particular, ya que permite una reevaluación crucial de las alteraciones moleculares durante la progresión de la enfermedad examinando el ADN libre circulante (ADNr) derivado de la circulación células tumorales (CTC). Estas células vivas se liberan del tumor hacia el torrente sanguíneo, donde circulan libremente. Aunque no se utiliza habitualmente, el análisis de los CTC parece ser muy prometedor en el caso de caracterización molecular y fenotípica, pronóstico y significación predictiva en el cáncer de pulmón (através de DNAseq, RNAseq, miRNA y análisis de proteínas). De hecho, es probable que los CTC albergan características fenotípicas de la enfermedad activa en lugar de los marcadores iniciales (detectados en biopsias de tejidos al momento del diagnóstico). Además, los CTC evitan el problema de la heterogeneidad espacial del tejido tumoral, que puede ser un problema crucial en pequeñas biopsias. En consecuencia, la expresión de PD-L1 en los CTC puede potencialmente arrojar luz sobre las discrepancias derivadas de su uso como biomarcador predictivo utilizando tejido tumoral.
Recientemente, la expresión PD-L1 se ha probado en CTC de NSCLC. Casi todos los pacientes evaluados9 fueron positivos en PD-L1, lo que complica la interpretación del resultado y su uso clínico. En general, se detectaron CTC con PD-L1 positivos en el 69,4% de las muestras a partir de un promedio de 4,5 células/ml10. Después del inicio de la radioterapia, la proporción de CTC pd-L1 positivos aumentó significativamente, lo que indica una regulación ascendente de la expresión de PD-L1 en respuesta a la radiación11. Por lo tanto, el análisis de CTC PD-L1 se puede utilizar para monitorear los cambios dinámicos del tumor y la respuesta inmunitaria, que pueden reflejar la respuesta a los tratamientos de quimioterapia, radiación y probable inmunoterapia (IT).
Hasta la fecha, el aislamiento de los CTC y la caracterización PD-L1 se basan en diversos métodos tales como la captura de CTC basada en perlas magnéticas recubierta santi-EpCAM, el ensayo basado en el enriquecimiento y los ensayos de captura12basados en el tamaño,13 CTC. Sin embargo, los CTC solo se detectaron en el 45%-65% de los pacientes con CPNC metastásico, lo que limita batuta su capacidad de proporcionar cualquier información para más de la mitad de los pacientes con CPNC metastásica. Además, el recuento de CTC fue bajo en la mayoría de estos estudios utilizando el enfoque basado en el tamaño10. Además, este método ha dado lugar a discrepancias como la detección de células CD45(-)/DAPI(+) con "patrones citomorfológicos de neoplasia maligna" en el torrente sanguíneo de donantes sanos. Estas preocupaciones ponen de relieve la necesidad de un método altamente sensible de recolección de CTC asociado con el fenotipado inmune de células atípicas CD45(-) de sangre entera sana utilizando biomarcadores adicionales de cáncer (es decir, TTF1, Vimentin, EpCAM y CD44) en NSCLC.
En consecuencia, evaluamos un dispositivo microfluídico en espiral que utiliza fuerzas de arrastre inercial y dedean para separar las células en función del tamaño y la plasticidad a través de un chip microfluídico. La formación de flujos de vórtice Dean presentes en el chip microfluídico da como resultado CTCs más grandes ubicados a lo largo de la pared interna y células inmunitarias más pequeñas a lo largo de la pared externa del chip. El proceso de enriquecimiento se completa siphoning las células más grandes en la salida de la colección como la fracción CTC enriquecida. Este método es particularmente sensible y específico (detección de alrededor de 1 CTC/ml de sangre entera)14 y puede asociarse con análisis personalizados de inmunofluorescencia (IF). Estas herramientas permitirán establecer un umbral positivo para la interpretación clínica. Se describe así un flujo de trabajo que permite a los biólogos aislar e inmunofenotótipos CTC con una alta tasa de recuperación y especificidad. El protocolo describe el uso óptimo del dispositivo microfluídico espiral para recoger los CTC, los ensayos IF optimizados que se pueden personalizar según el tipo de cáncer, y el uso de software libre de código abierto para medir y analizar imágenes celulares para realizar una numeración de las células según la tinción fluorescente. Además, la multiplexación por microscopio se puede llevar a cabo dependiendo del número de filtros/marcadores fluorescentes disponibles.
Las muestras fueron recogidas prospectivamente en el marco de la cohorte CIRCAN ("CIRculating CANcer") con sede en el Hospital Universitario de Lyon tras el consentimiento por escrito del paciente. Este estudio se integró en la cohorte CIRCAN_ALL. El estudio CIRCAN_ALL fue reconocido como no intervencionista por el CPP South-East IV de fecha 04/11/2015 bajo la referencia L15-188. Una versión modificada fue reconocida como no intervencionista el 20/09/2016 bajo la referencia L16-160. El estudio CIRCAN_ALL fue declarado al corresponsal de TI y libertad de los Hospices Civils de Lyon el 01/12/2015, bajo la referencia 15-131. La recolección de sangre se realizó cuando los médicos observaron la primera indicación de progresión tumoral.
NOTA: Utilice todos los reactivos y materiales descritos en la Tabla de Materiales con las condiciones de almacenamiento respectivas para la preparación de muestras preanalíticas y el ensayo de inmunofluorescencia. La sustitución de reactivos y/o la modificación de las condiciones de almacenamiento podrían dar lugar a un rendimiento de ensayo subóptimo.
1. Descontaminación del dispositivo microfluídico espiral
NOTA: La descontaminación del dispositivo microfluídico espiral es un requisito para eliminar todos los antecedentes de inmunofluorescencia generados por la contaminación bacteriana, explorar la citomorfología de los CTC y ser capaces de diferenciarlos de las células inmunitarias normales. El protocolo está optimizado para muestras de sangre recogidas en tubos K2EDTA dentro de las 6 h después del muestreo de sangre y enriquecido utilizando el dispositivo microfluídico espiral en condiciones limpias. El uso de este ensayo para otros tipos de muestras (otros fluidos biológicos) puede requerir optimización adicional. Este protocolo de descontaminación debe hacerse una vez por semana.
2. Mantenimiento para mantener el dispositivo microfluídico espiral libre de bacterias
NOTA: El mantenimiento de rutina debe realizarse al final del día durante el último paso de limpieza.
3. Enriquecimiento pre-analítico del CTC de muestras de sangre del paciente
4. Enriquecimiento de CTCs de Patient Whole Blood con el Dispositivo Microfluídico Espiral
5. Mancha de inmunofluorescencia
6. Adquisición de imágenes inmunofluorescentes con microscopio fluorescente recto y software asociado
7. Análisis de imágenes inmunofluorescentes con software de análisis de imágenes
El primer requisito previo fue obtener colecciones no contaminadas (sin agentes infecciosos) de CTC según el cultivo de tejidos y evitar los antecedentes IF generados. El protocolo de descontaminación permitió la limpieza de todas las tuberías y bombas, y dio lugar a la recogida de CTCs con una buena tasa de recuperación sin contaminación bacteriana. Las muestras enriquecidas se compararon sin y con el flujo de trabajo del protocolo de descontaminación del dispositivo microfluídico espiral. Para validar el protoc...
En el presente estudio se plantearon dos puntos importantes, el primero en lo que respecta al rendimiento del flujo de trabajo para su transferencia a aplicaciones clínicas, y el segundo relativo a la disminución de la subjetividad para el análisis de las imágenes de fluorescencia obtenidas.
Inicialmente se determinó un flujo de trabajo optimizado y de rendimiento para la enumeración CTC mediante el ensayo IF personalizable después del enriquecimiento celular a través de un sistema mic...
Jean-Philippe Aurel y Kathryn Weiqi Li son empleados de la empresa Biolidics que produce instrumentos utilizados en este artículo. Los otros autores no tienen nada que revelar.
Este trabajo fue apoyado por becas de investigación de AstraZeneca (Londres, Reino Unido), Biolídicas (Singapur) y la Ligue Contre le Cancer (Saone et Loire, Francia). Los autores agradecen a las empresas de AstraZeneca y Biolidics su apoyo financiero.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
4',6-diamidino-2-phénylindole (DAPI) | Ozyme | BLE 422801 | Storage conditions: +4 °C |
BD Facs Clean – 5 L | BD Biosciences | 340345 | Bleach-based cleaning agent. Storage conditions: Room temperature |
Bleach 1% Cleaning Solution 100 mL | Biolidics | CBB-F016012 | Bleach. Storage conditions: Room temperature |
Bovine Serum Albumin (BSA) 7.5% | Sigma | A8412 | Storage conditions: +4 °C |
CD45 monoclonal antibody (clone HI30) Alexa Fluor 647 | BioLegend | BLE304020 | Storage conditions: +4 °C |
CellProfiler Software | Broad Institute | Image Analysis Software | |
Centrifuge device | Hettich | 4706 | Storage conditions: Room temperature |
Centrifuge tube 50 mL | Corning | 430-829 | Storage conditions: Room temperature |
Centrifuge Tube 15 mL | Biolidics | CBB-F001004-25 | Storage conditions: Room temperature |
ClearCell FX-1 System | Biolidics | CBB-F011002 | Spiral microfluidic device. Storage conditions: Room temperature |
Coulter Clenz Cleaning Agent – 5 L | Beckman Coulter | 8448222 | All-purpose cleaning reagent. Storage conditions: Room temperature |
CTChip FR1S | Biolidics | CBB-FR001002 | Microfluidic chip. Storage conditions: Room temperature |
Cytospin 4 | ThermoFisher | A78300003 | Storage conditions: Room temperature |
Diluent Additive Reagent – 20 mL | Biolidics | CBB-F016009 | Storage conditions: +4 °C |
EZ Cytofunnels | ThermoFisher | A78710003 | Sample chamber with cotton. Storage conditions: Room temperature |
FcR blocking Agent | Miltenyi Biotec | 130-059-901 | Storage conditions: +4 °C |
Fetal Calf Serum (FCS) | Gibco | 10270-106 | Storage conditions: +4 °C |
Fluoromount | Sigma | F4680 | Mounting solution. Storage conditions: Room temperature |
Fungizone - 50 mg | Bristol-Myers-Squibb | 90129TB29 | Anti-fungal reagent. Storage conditions: +4 °C |
FX1 Input Straw with lock cap | Biolidics | CBB-F013005 | Straw. Storage conditions: Room temperature |
KovaSlide | Dutscher | 50126 | Chambered slide. Storage conditions: Room temperature |
PanCK monoclonal antibody (clone AE1/AE3) Alexa Fluor 488 | ThermoFisher | 53-9003-80 | Storage conditions: +4 °C |
Paraformaldehyde 16% | ThermoFisher | 11490570 | Fixation solution. Storage conditions: +4 °C |
PD-L1 monoclonal antibody (clone 29E2A3) - Phycoerythrin | BioLegend | BLE329706 | Storage conditions: +4 °C |
Petri Dish | Dutscher | 632180 | Storage conditions: Room temperature |
Phosphate Buffered Saline (PBS) | Ozyme | BE17-512F | Storage conditions: +4 °C |
Phosphate Buffered Saline Ultra Pure Grade 1x – 1 L | 1st Base Laboratory | BUF-2040-1X1L | Storage conditions: Room temperature |
Pluronic F-68 10% | Gibco | 24040-032 | Anti-binding solution. Storage conditions: Room temperature |
Polylysine slides | ThermoFisher | J2800AMNZ | Storage conditions: Room temperature |
Polypropylene Conical Tube 50 mL | Falcon | 352098 | Storage conditions: Room temperature |
RBC Lysis Buffer – 100 mL | G Biosciences | 786-649 | Storage conditions: +4 °C |
RBC Lysis Buffer – 250 mL | G Biosciences | 786-650 | Storage conditions: +4 °C |
Resuspension Buffer (RSB) | Biolidics | CBB-F016003 | Storage conditions: +4 °C |
Shandon Cytopsin4 centrifuge | ThermoFisher | A78300003 | Dedicated centrifuge. Storage conditions: Room temperature |
Silicon Isolator | Grace bio-Labs | 664270 | Storage conditions: Room temperature |
Sterile Deionized Water – 100 mL | 1st Base Laboratory | CUS-4100-100ml | Storage conditions: Room temperature |
Straight Fluorescent microscope Axio Imager D1 | Zeiss | Storage conditions: Room temperature | |
Surgical Sterile Bag | SPS Laboratoires | 98ULT01240 | Storage conditions: Room temperature |
Syringe BD Discardit II 20 mL sterile | BD Biosciences | 300296 | Storage conditions: Room temperature |
Syringe Filter 0.22 µm 33 mm sterile | ClearLine | 51732 | Storage conditions: Room temperature |
Zen lite 2.3 Lite Software | Zeiss | Microscope associated software |
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