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Method Article
* Estos autores han contribuido por igual
Los objetivos del protocolo son utilizar este enfoque para 1) comprender el papel del microambiente del tumor gástrico inmunosupresor y 2) predecir la eficacia de la respuesta del paciente, aumentando así la tasa de supervivencia de los pacientes.
Los tumores que expresan el ligando 1 de muerte celular programada (PD-L1) interactúan con la proteína de muerte celular programada 1 (PD-1) en los linfocitos T citotóxicos (CTL) CD8+ para evadir la vigilancia inmunitaria, lo que conduce a la inhibición de la proliferación, la supervivencia y la función efectora de CTL y, posteriormente, la persistencia del cáncer. Aproximadamente el 40% de los cánceres gástricos expresan PD-L1, pero la tasa de respuesta a la inmunoterapia es solo del 30%. Presentamos el uso del cocultivo de organoides y células inmunitarias de cáncer gástrico autólogo de origen humano como modelo preclínico que puede predecir la eficacia de las terapias dirigidas para mejorar el resultado de los pacientes con cáncer. Aunque se han reportado cocultivos de organoides cancerosos con células inmunitarias, este enfoque de cocultivo utiliza antígeno tumoral para pulsar las células dendríticas presentadoras de antígeno. A continuación, las células dendríticas (CD) se cultivan con las células T CD8+ del paciente para ampliar la actividad citolítica y la proliferación de estos linfocitos T antes del cocultivo. Además, se investiga la diferenciación y la función inmunosupresora de las células supresoras derivadas de mieloides (MDSC) en cultivo dentro de este sistema de cocultivo. Este enfoque de organoides puede ser de amplio interés y apropiado para predecir la eficacia del tratamiento y el resultado del paciente en otros cánceres, incluido el cáncer de páncreas.
El cáncer gástrico es el quinto cáncer más común en todo el mundo 1. El diagnóstico y tratamiento efectivos de Helicobacter pylori (H. pylori) han resultado en una baja incidencia de cáncer gástrico en los Estados Unidos 2. Sin embargo, la tasa de supervivencia a 5 años para los pacientes diagnosticados con esta neoplasia maligna es solo del 29%, lo que convierte al cáncer gástrico en un desafío médico importante3. El propósito de los métodos presentados aquí es desarrollar un enfoque para predecir con precisión las respuestas a la inmunoterapia en pacientes individuales. Los tumores sólidos consisten en células cancerosas y varios tipos de células estromalas, endoteliales y hematopoyéticas, como macrófagos, células supresoras derivadas de mieloides (MDSC) y linfocitos (revisado en 4,5). Las interacciones entre las células madre cancerosas y el microambiente tumoral (TME, por sus siglas en inglés) tienen un impacto sustancial en las características del tumor y en la respuesta del paciente al tratamiento. Este enfoque se esfuerza por permitir que los investigadores adquieran conocimientos para el desarrollo preclínico de fármacos y el descubrimiento de biomarcadores para el tratamiento personalizado del cáncer gástrico.
El método que se presenta aquí utiliza cocultivos de organoides autólogos/células inmunitarias de origen humano generados a partir de pacientes con cáncer gástrico para comprender el papel inmunosupresor de las MDSC. Se presenta un modelo preclínico que puede predecir la eficacia de las terapias dirigidas para mejorar la supervivencia de los pacientes. Los cocultivos de organoides cancerosos con células inmunitarias han sido ampliamente reportados en el campo del cáncer de páncreas 6,7,8,9,10. Sin embargo, no se ha informado que estos cocultivos estudien el cáncer gástrico. En general, este método demuestra el cocultivo de células inmunitarias autólogas derivadas de humanos dentro del mismo entorno de matriz que los organoides cancerosos, lo que permite que las células inmunitarias estén en contacto con los organoides objetivo.
El estudio de Tiriac et al.10 informó que los organoides de cáncer de páncreas derivados de pacientes, que mostraron respuestas heterogéneas a los quimioterapéuticos estándar, podrían agruparse en firmas de expresión génica de quimiosensibilidad basadas en organoides que podrían predecir mejores respuestas de los pacientes a la quimioterapia. Los investigadores propusieron que el perfil molecular y terapéutico combinado de los organoides del cáncer de páncreas puede predecir la respuesta clínica10. Los datos de los ensayos clínicos de Yao et al.11 también mostraron que los organoides derivados del cáncer de recto representan una fisiopatología y cambios genéticos similares a los tejidos tumorales del paciente en respuesta a la quimiorradiación. Por lo tanto, es fundamental que los cultivos de organoides se utilicen en el contexto de las células inmunitarias del paciente y del fenotipo inmunitario tumoral cuando se utilizan estos cultivos como modelos predictivos para la terapia.
Los tumores que expresan PD-L1 y que interactúan con PD-1 inhiben la proliferación, supervivencia y función efectora de los linfocitos T citotóxicos CD8+ 12,13,14. Mientras que aproximadamente el 40% de los cánceres gástricos expresan PD-L1, solo el 30% de estos pacientes responden a la inmunoterapia 15,16,17. Los anticuerpos anti-PD1 se utilizan en ensayos clínicos para el tratamiento del cáncer gástrico 18,19,20. Sin embargo, en la actualidad no existen modelos preclínicos que permitan testear la eficacia terapéutica para cada paciente. La optimización del cultivo de organoides de modo que las células inmunitarias del paciente se incluyan en el sistema permitiría potencialmente la identificación individualizada de la eficacia de la inmunoterapia.
Se obtuvo la aprobación para la recolección de tejidos de biopsia humana de tumores de pacientes (1912208231R001, Programa de Protección de Sujetos Humanos de la Universidad de Arizona; Número de protocolo IRB: 1099985869R001 , Programa de Protección de Sujetos Humanos de la Universidad de Arizona TARGHETS).
1. Establecimiento de organoides gástricos derivados del paciente a partir de biopsias
2. Establecimiento de organoides gástricos derivados del paciente a partir de muestras quirúrgicas
3. Mantenimiento y expansión de cultivos de organoides
NOTA: Todos los procedimientos deben realizarse en un entorno aséptico utilizando materiales y reactivos estériles.
4. Cultivo de células inmunitarias a partir de células mononucleares de sangre periférica (PBMC)
NOTA: Todos los procedimientos deben realizarse en un entorno aséptico utilizando materiales y reactivos estériles.
5. Establecimiento de cocultivos de organoides/células inmunitarias
Cuando se completan, los organoides gástricos aparecen como esferas dentro del pocillo, generalmente dentro de los 2 a 4 días posteriores a la inclusión (Figura 1). La Figura 1A muestra un próspero cultivo de organoides gástricos que exhibe una membrana regular. Los organoides tumorales a menudo exhiben una morfología divergente que es única para la muestra del paciente. Los cultivos no exitosos parecerán densos o no exh...
Presentamos el uso del cocultivo de organoides y células inmunitarias de cáncer gástrico autólogo derivado en humanos que puede utilizarse como modelo preclínico para predecir la eficacia de las terapias dirigidas y, en última instancia, mejorar el resultado del tratamiento y el pronóstico del paciente. Aunque se han reportado co-cultivos de organoides cancerosos con células inmunes, este es el primer reporte de un sistema de co-cultivo de este tipo para el estudio del cáncer g?...
Los autores no tienen nada que revelar.
Este trabajo fue apoyado por la subvención de los NIH (NIAID) 5U19AI11649105 (PIs: Weiss and Wells, Project Leader 1: Zavros) y NIH (NIDDK) 2 R01 DK083402-06A1 (PI: Zavros). Este proyecto fue apoyado en parte por la subvención PHS P30 DK078392 (Núcleo de Morfología Integrativa) del Centro Central de Investigación de Enfermedades Digestivas en Cincinnati y 5P30CA023074 UNIVERSITY OF ARIZONA CANCER CENTER – CANCER CENTER SUPPORT GRANT (PI: Sweasy). Nos gustaría agradecer la ayuda de Chet Closson (Live Microscopy Core, Universidad de Cincinnati) y a los antiguos miembros del laboratorio Zavros, las Dras. Nina Steele y Loryn Holokai, por su contribución al desarrollo del sistema de cultivo de organoides. Agradecemos sinceramente a los pacientes que consintieron donar tejido y sangre para el desarrollo de los cocultivos de organoides gástricos/células inmunitarias. Sin su voluntad de participar en el estudio, este trabajo no sería posible.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
12 well plate | Midwest Scientific | 92012 | |
15 mL Falcon tube | Fisher scientific | 12-565-269 | |
24 well plate | Midwest Scientific | 92024 | |
30 μm filters | Miltenyi Biotec | 130-041-407 | |
40 μm filters (Fisher Scientific) | Fisher scientific | 352340 | |
5 mL round bottom polystyrene tubes | Fisher scientific | 14956-3C | |
50 mL Falcon tube | Fisher scientific | 12-565-271 | |
Advanced DMEM/F12 | Thermo Fisher Scientific | 12634010 | |
AIMV | Thermo Fisher Scientific | 12055091 | Basal medium for PBMCs and DCs |
Amphotericin B/ Gentamicin | Thermo Fisher Scientific | R-01510 | |
B-27 supplement | Thermo Fisher Scientific | 12587010 | |
β-mercaptoethanol | Thermo Fisher Scientific | 800-120 | |
Bone morphogenetic protein inhibitor (Noggin) | Peprotech | 250-38 | |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma Aldrich | A7906 | |
Cabozantinib | Selleckchem | S1119 | |
Carboxyfluorescein diacetate succinimidyl ester (CFSE) | Biolegend | 423801 | |
Collagenase A | Sigma Aldrich | C9891 | |
Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline (DPBS) | Fisher scientific | 14190-144 | cell separation buffer |
EasySep Buffer | Stem Cell Technologies | 20144 | Contains Enrichment Cocktail and Magnetic Particles used in CTL culture |
EasySep Human CD8+ T Cell Enrichment Kit | Stem Cell Technologies | 19053 | cell separation magnet |
EasySep Magnet | Stem Cell Technologies | SN12580 | |
EDTA | Sigma Aldrich | E6758 | |
Epidermal Growth Factor (EGF) | Peprotech | 315-09 | |
Farma Series 3 Water Jacketed Incubator | Thermo Fisher Scientific | 4120 | |
Fetal Calf Serum (FCS) | Atlanta Biologicals | SI2450H | |
Fibroblast growth factor 10 (FGF-10) | Peprotech | 100-26 | density gradient medium |
Ficoll-Paque | GE Healthcare | 171440-02 | |
Gastrin 1 | Tocris | 30061 | |
Gelatin | Cell Biologics | 6950 | |
GM-CSF | Thermo Fisher Scientific | PHC6025 | |
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) | Thermo Fisher Scientific | 14175095 | |
HEPES (2-[4-(2-hydroxyethyl)piperazin-1-yl]ethanesulfonic acid) | Fisher scientific | BP299-100 | |
Human Epithelial Cell Basal Medium | Cell Biologics | H6621 | |
human serum AB | Gemini Bioscience | 21985023 | |
Hyaluronidase Type IV-S | Sigma Aldrich | H3884 | |
Insulin-Transferrin-Selenium | Thermo Fisher Scientific | 41400045 | |
Interleukin 1β (IL-1β) | Thermo Fisher Scientific | RIL1BI | |
Interleukin 6 (IL-6) | Thermo Fisher Scientific | RIL6I | |
Interleukin 7 (IL-7) | Thermo Fisher Scientific | RP-8645 | |
Kanamycin | Thermo Fisher Scientific | 11815024 | |
L-glutamine | Fisher scientific | 350-50-061 | basement membrane matrix |
Matrigel (Corning Life Sciences, Corning, NY) | Fisher scientific | CB40230C | |
N-2 supplement | Thermo Fisher Scientific | 17502048 | |
N-acetyl-L-cysteine | Sigma Aldrich | A7250 | |
Nicotinamide (Nicotinamide) | Sigma Aldrich | N0636 | |
PD-L1 inhibitor | Selleckchem | A2002 | |
Penicillin/Streptomycin | Thermo Fisher Scientific | SV3000 | |
Petridish | Fisher scientific | 07-202-030 | |
Potassium chloride (KCl) | Fisher scientific | 18-605-517 | |
Potassium dihydrogenphosphate (KH2PO4) | Fisher scientific | NC0229895 | |
prostaglandin E2 (PGE2) | Sigma Aldrich | P0409 | |
RPMI 1640 | Thermo Fisher Scientific | 11875119 | |
Sodium chloride (NaCl) | Fisher scientific | 18-606-419 | |
Sodium hydrogen phosphate (Na2HPO4) | Fisher scientific | NC0229893 | cell dissociation reagent |
StemPro Accutase solution | Thermo Fisher Scientific | A1110501 | |
Transforming growth factor beta 1 (TGF-β1) | Thermo Fisher Scientific | 7754-BH-005/CF | |
Tumor necrosis factor α (TNF-α) | Thermo Fisher Scientific | PHC3015 | |
Vascular endothelial growth factor (VEGF) | Thermo Fisher Scientific | RVGEFI | |
Y-27632 ROCK inhibitor | Sigma Aldrich | Y0350 |
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