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* Estos autores han contribuido por igual
Los organoides tumorales derivados de pacientes son un sistema modelo sofisticado para la investigación básica y traslacional. Este artículo de métodos detalla el uso de imágenes fluorescentes multiplexadas de células vivas para la evaluación cinética simultánea de diferentes fenotipos de organoides.
Los modelos de organoides derivados del paciente (PDO, por sus siglas en inglés) del cáncer son un sistema de investigación multifuncional que recapitula mejor las enfermedades humanas en comparación con las líneas celulares cancerosas. Los modelos de PDO se pueden generar mediante el cultivo de células tumorales de pacientes en extractos extracelulares de membrana basal (BME) y su siembra en forma de cúpulas tridimensionales. Sin embargo, los reactivos disponibles comercialmente que han sido optimizados para ensayos fenotípicos en cultivos monocapa a menudo no son compatibles con BME. En este artículo, describimos un método para placar modelos de PDO y evaluar los efectos de los fármacos utilizando un sistema automatizado de imágenes de células vivas. Además, aplicamos colorantes fluorescentes que son compatibles con las mediciones cinéticas para cuantificar la salud celular y la apoptosis simultáneamente. La captura de imágenes se puede personalizar para que se produzca a intervalos de tiempo regulares durante varios días. Los usuarios pueden analizar los efectos de las drogas en imágenes individuales del plano Z o en una proyección Z de imágenes en serie de múltiples planos focales. Mediante el enmascaramiento, se calculan parámetros específicos de interés, como el número de PDO, el área y la intensidad de fluorescencia. Proporcionamos datos de prueba de concepto que demuestran el efecto de los agentes citotóxicos en la salud, la apoptosis y la viabilidad celular. Esta plataforma automatizada de imágenes cinéticas se puede ampliar a otras lecturas fenotípicas para comprender los diversos efectos terapéuticos en los modelos de cáncer de PDO.
Los organoides tumorales derivados de pacientes (PDO, por sus siglas en inglés) están emergiendo rápidamente como un sistema modelo sólido para estudiar el desarrollo del cáncer y las respuestas terapéuticas. Las PDO son sistemas de cultivo celular tridimensionales (3D) que recapitulan el complejo perfil genómico y la arquitectura del tumor primario 1,2. A diferencia de los cultivos bidimensionales (2D) tradicionales de líneas celulares cancerosas inmortalizadas, las PDO capturan y mantienen la heterogeneidad intratumoral 3,4, lo que las convierte en una herramienta valiosa tanto para la investigación mecanicista como para la traslacional. Aunque las PDO se están convirtiendo en un sistema modelo cada vez más popular, los reactivos disponibles comercialmente y los métodos de análisis para los efectos celulares que son compatibles con los cultivos de PDO son limitados.
La falta de métodos sólidos para analizar los cambios sutiles en la respuesta al tratamiento dificulta la traslación clínica. El reactivo de salud celular de referencia en cultivos 3D, CellTiter-Glo 3D, utiliza los niveles de ATP como determinante de la viabilidad celular 5,6. Si bien este reactivo es útil para los ensayos de punto final, existen varias advertencias, sobre todo la imposibilidad de utilizar muestras para otros fines después de completar el ensayo.
La obtención de imágenes de células vivas es una forma sofisticada de microscopía cinética que, cuando se combina con reactivos fluorescentes, tiene la capacidad de cuantificar una variedad de lecturas de salud celular dentro de los modelos de PDO, incluida la apoptosis 7,8,9 y la citotoxicidad10. De hecho, la obtención de imágenes de células vivas ha sido fundamental para el cribado de compuestos de alto rendimiento en plataformas 2D11,12. Sistemas como el Incucyte han hecho que la tecnología sea asequible y, por lo tanto, accesible para grupos de investigación en una variedad de entornos. Sin embargo, la aplicación de estos sistemas para analizar cultivos 3D aún está en pañales.
En este trabajo se describe un método para evaluar la respuesta a fármacos en modelos PDO de cáncer mediante imágenes multiplexadas de células vivas (Figura 1). A través del análisis de imágenes de campo claro, los cambios en el tamaño y la morfología de la PDO se pueden monitorear cinéticamente. Además, los procesos celulares se pueden cuantificar simultáneamente a lo largo del tiempo utilizando reactivos fluorescentes, como el colorante rojo de anexina V para la apoptosis y el colorante verde citotóxico para la citotoxicidad. Los métodos presentados están optimizados para el sistema de imágenes de células vivas Cytation 5, pero este protocolo puede adaptarse a diferentes plataformas de imágenes de células vivas.
Los estudios que utilizaron muestras de tumores humanos fueron revisados y aprobados por la Junta de Revisión Institucional (IRB) de la Universidad de Iowa, protocolo # 201809807, y se realizaron de acuerdo con los estándares éticos establecidos en la Declaración de Helsinki de 1964 y sus enmiendas posteriores. Se obtuvo el consentimiento informado de todos los sujetos que participaron en el estudio. Los criterios de inclusión incluyen el diagnóstico de cáncer y la disponibilidad de especímenes tumorales.
1. Recubrimiento de PDO intactos en una placa de 96 pocillos
2. Tratamientos y adición de colorantes fluorescentes para multiplexación
3. Configuración de los parámetros de imagen
4. Análisis de imágenes en el software Gen5 (Figura 2)
5. Exportación de datos de Gen5 a Excel
6. Análisis de datos externos
Nuestro objetivo fue demostrar la viabilidad del uso de imágenes multiplexadas de células vivas para evaluar la respuesta terapéutica de la PDO. Se realizaron experimentos de prueba de concepto en dos modelos PDO separados de cáncer de endometrio: ONC-10817 y ONC-10811 (ver Figura suplementaria 1 y Figura suplementaria 2 para ver los datos de ONC-10811). La apoptosis (tinción de anexina V) y la citotoxicidad (captación de Cytotox Green) se monitorizaron cinéticamente en respuesta ...
Los cultivos de PDO se están convirtiendo en un sistema modelo in vitro cada vez más popular debido a su capacidad para reflejar las respuestas y comportamientos celulares2. Se han logrado avances significativos en las técnicas de generación, cultivo y expansión de PDO, pero los métodos para analizar las respuestas terapéuticas se han retrasado. Los kits de viabilidad 3D disponibles en el mercado son ensayos de criterios de valoración líticos, que pierden datos de respuesta cinética pote...
KWT es copropietario de Immortagen Inc. CJD es empleado de Agilent. JSdB ha formado parte de consejos asesores y ha recibido honorarios de Amgen, Astra Zeneca, Astellas, Bayer, Bioxcel Therapeutics, Boehringer Ingelheim, Cellcentric, Daiichi, Eisai, Genentech/Roche, Genmab, GSK, Harpoon, ImCheck Therapeutics, Janssen, Merck Serono, Merck Sharp & Dohme, Menarini/Silicon Biosystems, Orion, Pfizer, Qiagen, Sanofi Aventis, Sierra Oncology, Taiho, Terumo y Vertex Pharmaceuticals; es un empleado del Instituto de Investigación del Cáncer (ICR), que ha recibido financiación u otro tipo de apoyo para su trabajo de investigación de AZ, Astellas, Bayer, Cellcentric, Daiichi, Genentech, Genmab, GSK, Janssen, Merck Serono, MSD, Menarini/Silicon Biosystems, Orion, Sanofi Aventis, Sierra Oncology, Taiho, Pfizer y Vertex, y que tiene un interés comercial en abiraterona, inhibición de PARP en cánceres defectuosos de reparación de ADN, e inhibidores de la vía PI3K/AKT (sin ingresos personales); fue nombrado inventor, sin interés financiero para la patente 8 822 438, presentada por Janssen que cubre el uso de acetato de abiraterona con corticosteroides; ha sido el IC/IP de muchos ensayos clínicos patrocinados por la industria; y es investigadora sénior del Instituto Nacional de Investigación en Salud (NIHR, por sus siglas en inglés). Ningún otro autor tiene ningún conflicto de intereses potencial que revelar.
Agradecemos al Centro de Obtención de Tejidos y a la Dra. Kristen Coleman de la Universidad de Iowa por proporcionar muestras tumorales de los pacientes y a la Dra. Sofia Gabrilovich del Departamento de Obstetricia y Ginecología por ayudar con la generación del modelo PDO. También agradecemos a la Dra. Valerie Salvatico (Agilent, EE.UU.) por el análisis crítico del manuscrito. Reconocemos las siguientes fuentes de financiamiento: NIH/NCI CA263783 y CDMRP del Departamento de Defensa CA220729P1 a KWT; Investigación del Cáncer del Reino Unido, Cáncer de Próstata del Reino Unido, Fundación del Cáncer de Próstata y Consejo de Investigación Médica a JSdB. Los financiadores no tuvieron ningún papel en el diseño o análisis de los experimentos ni en la decisión de publicarlos.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.5 mL microcentrfuge tube | Dot Scientific Inc | 1008113 | |
15 mL conical centrifuge tube | Sarstedt | 62.554.100 | |
554 NM LED Cube | Agilent | 1225012 | |
96-well plate | Corning Costar | 3596 | Prewarmed to 37 °C |
96-well plate | Agilent | 204626-100 | Prewarmed to 37 °C |
A83-01 | Tocris | 2939 | Final concentration is 500 nM (component of organoid culture media) |
Advanced DMEM/F-12 | Gibco | 12634-010 | component of organoid culture media |
B27 Supplement | Gibco | 17504044 | Final concentration is 1x (component of organoid culture media) |
BioTek BioSpa 8 Automated Incubator | Agilent | BIOSPAG-SN | Tabletop incubator; BioSpa OnDemand scheduling software comunicates with Gen5 to transfer plates between the BioSpa and the Cytation 5 for imaging (this protocol uses version 1.01.10) |
BioTek Cytation 5 Cell Imaging Multimode Reader | Agilent | CYT5PW-SN | Plate reader; Gen5 software is used for this device (this protocol uses version 3.12.08) |
Cultrex UltiMatrix Reduced Growth Factor Basement Membrane Extract | R&D Systems | BME001-10 | |
Daunorubicin HCl | Sigma-Aldrich | S3035 | Reconstituted in DMSO |
Dimethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | D2438 | |
EDTA (0.5 M) | Thermo Fisher | AM9260G | |
Forskolin | Tocris | 1099 | Final concentration is 10 µM (component of organoid culture media) |
Glutamax | Gibco | 35050-061 | Final concentration is 1x (component of organoid culture media) |
HEPES | Gibco | 15630-080 | Final concentration is 10 mM (component of organoid culture media) |
Human EGF, Animal-Free Recombinant Protein | Gibco | AF-100-15-1MG | Final concentration is 0.5 ng/mL (component of organoid culture media) |
Human FGF-10 Recombinant Protein | Gibco | 100-26-1MG | Final concentration is 10 ng/mL (component of organoid culture media) |
Human R-Spondin 1 Recombinant Protein | Gibco | 120-38-5UG | Final concentration is 250 ng/mL (component of organoid culture media) |
Hydrocortisone Stock Solution | StemCell Technologies | 7926 | Final concentration is 500 ng/mL (component of organoid culture media) |
Imaging Filter Cube- GFP | Agilent | 1225101 | |
Imaging Filter Cube- TRITC | Agilent | 1225125 | |
Imaging LED GFP/CFP | Agilent | 1225001 | |
Incucyte Annexin V Red Dye | Sartorius | 4641 | Reconstituted in organoid culture media |
Incucyte Cytotox Green Dye | Sartorius | 4633 | DMSO solution |
N-Acetyl-L-cysteine | Sigma-Aldrich | A7250 | Final concentration is 1.25 mM (component of organoid culture media) |
Nexcelom Bioscience ViaStain AOPI Staining Solution | Fisher-Scientific | 13366169 | Add 1:50 volume |
Nicotinamide | Sigma-Aldrich | N0636 | Final concentration is 10 mM (component of organoid culture media) |
Noggin | R&D Systems | 6057-NG | Final concentration is 100 ng/mL (component of organoid culture media) |
Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140122 | Final concentration is 10 units/mL (component of organoid culture media) |
Phosphate Buffered Saline (1x) | Gibco | 14190-144 | |
Primocin | InvivoGen | ant-pm-05 | Final concentration is 100 µg/mL (component of organoid culture media) |
Recombinant Human Heregulinβ-1 | Pepro Tech | 100-03 | Final concentration is 37.5 ng/mL (component of organoid culture media) |
Staurosporine solution from Streptomyces sp. | Sigma-Aldrich | S6942 | |
TrypLE Express | Life Technologies | 12604013 | |
Y-27632, CAS 331752-47-7 | Sigma-Aldrich | 688000 | Final concentration is 5 µM (component of organoid culture media) |
β-Estradiol | Sigma-Aldrich | E2758 | Final concentration is 100 nM (component of organoid culture media) |
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