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Method Article
* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Les objectifs du protocole sont d’utiliser cette approche pour 1) comprendre le rôle du microenvironnement de la tumeur gastrique immunosuppressive et 2) prédire l’efficacité de la réponse des patients, augmentant ainsi le taux de survie des patients.
Les tumeurs exprimant le ligand de mort cellulaire programmée 1 (-L1) interagissent avec la protéine de mort cellulaire programmée 1 (-1) sur les lymphocytes T cytotoxiques (CTL) CD8+ pour échapper à la surveillance immunitaire, ce qui conduit à l’inhibition de la prolifération, de la survie et de la fonction effectrice des CTL, et par conséquent à la persistance du cancer. Environ 40 % des cancers gastriques expriment-L1, mais le taux de réponse à l’immunothérapie n’est que de 30 %. Nous présentons l’utilisation de la co-culture d’organoïdes et de cellules immunitaires autologues du cancer gastrique d’origine humaine comme modèle préclinique qui pourrait prédire l’efficacité des thérapies ciblées pour améliorer l’issue des patients atteints de cancer. Bien que des co-cultures d’organoïdes cancéreux avec des cellules immunitaires aient été signalées, cette approche de co-culture utilise l’antigène tumoral pour pulser les cellules dendritiques présentatrices d’antigène. Les cellules dendritiques (DC) sont ensuite cultivées avec les lymphocytes T CD8+ du patient afin d’augmenter l’activité cytolytique et la prolifération de ces lymphocytes T avant la co-culture. De plus, la différenciation et la fonction immunosuppressive des cellules suppressives dérivées de myéloïdes (MDSC) en culture sont étudiées dans le cadre de ce système de co-culture. Cette approche organoïde peut être d’un grand intérêt et appropriée pour prédire l’efficacité du traitement et l’issue du patient dans d’autres cancers, y compris le cancer du pancréas.
Le cancer de l’estomac est le cinquième cancer le plus fréquent dans le monde 1. Le diagnostic et le traitement efficaces d’Helicobacter pylori (H. pylori) ont entraîné une faible incidence de cancer gastrique aux États-Unis 2. Cependant, le taux de survie à 5 ans des patients diagnostiqués avec cette tumeur maligne n’est que de 29 %, ce qui fait du cancer gastrique un défi médical important3. L’objectif des méthodes présentées ici est de développer une approche permettant de prédire avec précision les réponses d’immunothérapie chez les patients individuels. Les tumeurs solides sont constituées de cellules cancéreuses et de divers types de cellules stromales, endothéliales et hématopoïétiques, y compris les macrophages, les cellules suppressives dérivées de myéloïdes (MDSC) et les lymphocytes (examiné dans 4,5). Les interactions entre les cellules souches cancéreuses et le microenvironnement tumoral (TME) ont un impact substantiel sur les caractéristiques de la tumeur et la réponse du patient au traitement. Cette approche vise à permettre aux chercheurs d’acquérir des connaissances pour le développement préclinique de médicaments et la découverte de biomarqueurs pour le traitement personnalisé du cancer gastrique.
La méthode présentée ici utilise des co-cultures autologues d’organoïdes et de cellules immunitaires dérivées de l’homme générées à partir de patients atteints d’un cancer gastrique pour comprendre le rôle immunosuppresseur des MDSC. Des co-cultures d’organoïdes cancéreux avec des cellules immunitaires ont été largement rapportées dans le domaine du cancer du pancréas 6,7,8,9,10. Cependant, de telles co-cultures n’ont pas été signalées pour étudier le cancer gastrique. Dans l’ensemble, cette méthode démontre la co-culture de cellules immunitaires autologues dérivées de l’homme dans le même environnement matriciel que les organoïdes cancéreux, permettant ainsi aux cellules immunitaires d’être en contact avec les organoïdes cibles.
L’étude de Tiriac et al.10 a rapporté que les organoïdes du cancer du pancréas dérivés de patients, qui présentaient des réponses hétérogènes aux chimiothérapies standard, pouvaient être regroupés en signatures d’expression génique de chimiosensibilité basées sur les organoïdes qui pouvaient prédire l’amélioration des réponses des patients à la chimiothérapie. Les chercheurs ont proposé que le profilage moléculaire et thérapeutique combiné des organoïdes du cancer du pancréas puisse prédire la réponse clinique10. Les données d’essais cocliniques de Yao et al.11 ont également montré que les organoïdes dérivés du cancer du rectum représentent une physiopathologie similaire et des changements génétiques similaires aux tissus tumoraux du patient en réponse à la chimioradiothérapie. Ainsi, il est fondamental que les cultures d’organoïdes soient utilisées dans le contexte des cellules immunitaires du patient et du phénotype immunitaire tumoral lors de l’utilisation de ces cultures comme modèles prédictifs pour la thérapie.
Les tumeurs exprimant-L1 qui interagissent avec-1 inhibent la prolifération, la survie et la fonction effectrice des lymphocytes T cytotoxiques CD8+ 12,13,14. Alors qu’environ 40 % des cancers gastriques expriment-L1, seuls 30 % de ces patients répondent à l’immunothérapie 15,16,17. Les anticorps anti-PD1 sont utilisés dans les essais cliniques pour le traitement du cancer gastrique 18,19,20. Cependant, il n’existe actuellement aucun modèle préclinique permettant de tester l’efficacité thérapeutique pour chaque patient. L’optimisation de la culture d’organoïdes de manière à ce que les cellules immunitaires du patient soient incluses dans le système permettrait potentiellement d’identifier individualisément l’efficacité de l’immunothérapie.
L’approbation a été obtenue pour la collecte de tissus biopsiés par l’homme à partir de tumeurs de patients (1912208231R001, Programme de protection des sujets humains de l’Université de l’Arizona ; Numéro de protocole IRB : 1099985869R001 , Programme de protection des sujets humains de l’Université de l’Arizona TARGHETS).
1. Établir des organoïdes gastriques dérivés de patients à partir de biopsies
2. Établir des organoïdes gastriques dérivés de patients à partir d’échantillons chirurgicaux
3. Maintien et expansion des cultures d’organoïdes
REMARQUE : Toutes les procédures doivent être effectuées dans un environnement aseptique à l’aide de matériaux et de réactifs stériles.
4. Culture de cellules immunitaires à partir de cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC)
REMARQUE : Toutes les procédures doivent être effectuées dans un environnement aseptique à l’aide de matériaux et de réactifs stériles.
5. Établir des co-cultures de cellules organoïdes/immunitaires
Une fois terminés, les organoïdes gastriques apparaissent sous forme de sphères dans le puits, généralement dans les 2 à 4 jours suivant l’intégration (Figure 1). La figure 1A montre une culture d’organoïdes gastriques florissante qui présente une membrane régulière. Les organoïdes tumoraux présentent souvent une morphologie divergente qui est unique à l’échantillon du patient. Les cultures infructueuses app...
Nous présentons l’utilisation de la co-culture d’organoïdes et de cellules immunitaires autologues du cancer gastrique d’origine humaine qui peut être utilisée comme modèle préclinique pour prédire l’efficacité des thérapies ciblées afin d’améliorer les résultats du traitement et le pronostic du patient. Bien que des co-cultures d’organoïdes cancéreux avec des cellules immunitaires aient été rapportées, il s’agit du premier rapport d’un tel système de co...
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Ce travail a été soutenu par la subvention NIH (NIAID) 5U19AI11649105 (PIs : Weiss and Wells, Project Leader 1 : Zavros) et NIH (NIDDK) 2 R01 DK083402-06A1 (PI : Zavros). Ce projet a été soutenu en partie par la subvention PHS P30 DK078392 (Integrative Morphology Core) du Digestive Diseases Research Core Center à Cincinnati et 5P30CA023074 UNIVERSITY OF ARIZONA CANCER CENTER – CANCER CENTER SUPPORT GRANT (PI : Sweasy). Nous tenons à remercier Chet Closson (Live Microscopy Core, Université de Cincinnati) et les anciens membres du laboratoire Zavros, les Drs Nina Steele et Loryn Holokai, pour leur contribution au développement du système de culture d’organoïdes. Nous remercions sincèrement les patients qui ont consenti au don de tissus et de sang pour le développement des co-cultures d’organoïdes gastriques et de cellules immunitaires. Sans leur volonté de participer à l’étude, ce travail ne serait pas possible.
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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