A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
פרוטוקול זה מספק הוראות שלב אחר שלב ליצירה ופתרון בעיות של השתלות קסנוגרפים של לוקמיה לימפובלסטית חריפה אנושית (ALL) מקווי תאים וחומר מטופל טרי בעוברי דג זברה מדוכאי חיסון חולפים, יחד עם הנחיות להערכת תגובה לתרופות באמצעות ציטומטריית זרימה. ניתן להתאים את צינור הניסוי גם לגידולים מוצקים.
השתלת דג זברה היא טכניקה מרכזית לחקירת פתוגנזה של סרטן אנושי וחיזוי תגובות תרופות בודדות. מסמך זה מציג פרוטוקול יעיל (ZefiX) להרחבת דגימות חולים ראשוניות של לוקמיה לימפובלסטית חריפה (BCP-ALL) או קווי תאים אימורטליים בעוברי דג זברה מדוכאי חיסון חולפים, תוך שימוש בזרימה ציטומטרית לניתוח תא בודד ברזולוציה גבוהה של תגובות הטיפול. בהשוואה להשתלות גידול מוצק, תאי לוקמיה מרוויחים באופן משמעותי מדיכוי מבוסס אוליגונוקלאוטידים של מורפולינו אנטיסנס של גורמים מבדלים של מקרופאגים ונויטרופילים במהלך הבדיקה. ניתוח זרימה ציטומטרית של תאי שתל מנותקים מאפשר הערכה מדויקת של ספירת התאים, קצב ההתפשטות והחיוניות לאחר הטיפול על בסיס כל תא. גישה זו אומתה באמצעות טיפולים ממוקדים כגון ונטוקלקס ודאסטיניב, עם תוצאות טיפול בהשוואה לרשומות קליניות של דגימות מטופלים קשורות ובקרות תרבית דו-ממדיות מסורתיות. יש לציין כי הפרוטוקול מסתיים תוך 7 ימים, בהתאם ללוחות הזמנים של קבלת ההחלטות הקליניות. המתודולוגיה ניתנת להתאמה לבדיקת תרופות נבחרות בסוגי סרטן שונים, כולל גידולים מוצקים, ובכך תומכת באסטרטגיות טיפוליות מותאמות אישית. עם זאת, יש לשקול מגבלות על מספר התרופות שניתן להעריך, ככל הנראה עקב אילוצים פרמקוקינטיים בעוברי דג הזברה.
השתלת דג הזברה הפכה למודל חיוני in vivo להבנת פתוגנזה של סרטן וחיזוי תגובות לתרופות 1,2,3,4,5. מודלים של בעלי חיים נותרו קריטיים לבדיקת תרופות פרה-קליניות, ומודל דג הזברה מציע יתרונות משמעותיים על פני מערכות in vivo אחרות, כולל תפוקה גבוהה וחסכון 6,7,8. מודל זה יכול גם לסייע בחיזוי תגובה לטיפול מותאם אישית, כולל טיפולים ממוקדים מולקולריים וטיפול בתאי CAR-T 9,10,11,12.
BCP-ALL יכול להפיק תועלת במיוחד מהשתלת דג הזברה, מכיוון שהרחבת תאי החולה הראשוניים בתרבית נותרה מאתגרת13. יש צורך בלתי ניתן להכחשה בגישות טיפול חדשות ב-ALL. למרות שיעור הפוגה גבוה של 80%-85% בילדים עם BCP-ALL, שיעורי ההישרדות לטווח ארוך עבור חולים עם מחלה חוזרת או עמידה נעים בין כ-30%-60%14,15,16 בלבד. במקרים כאלה, ניתן לשלב בדיקות תרופות באמצעות הצינור המוצע במסגרת הקלינית כדי לזהות את הטיפול האופטימלי הספציפי למטופל14,15. גישה מותאמת אישית זו יכולה להיות חיונית בעת התמודדות עם עמידות לתרופות מרובות, ולהפחית משמעותית את נטל הטיפול בחולים על ידי הימנעות מתרופות לא יעילות או לא אופטימליות עם תופעות לוואי חמורות.
מספר תכונות הופכות את השתלת עובר דג הזברה לדגם מתאים. הדמיון הגנטי בין בני אדם לדגי הזברה - 70% הומולוגיה גנטית ו-84% גנים משותפים הקשורים למחלה - תומכים במחקרי אינטראקציה בין גנים לתרופות17. שימוש בעובר מארח טרנסגני יכול אפוא לחשוף נטיות גנטיות המשפיעות על רגישות לתרופות18. לחלופין, ניתן להשתיל תאים עם שינויים גנטיים ספציפיים כדי להעריך אם הרגישות או העמידות לתרופה תואמת את הממצאים במבחנה . השתלות עובר של דג הזברה מספקות גם תובנות לגבי ההשפעות המערכתיות הפוטנציאליות של תרופות. למרות שהתפתחות האיברים בעוברים בני 2-3 ימים אינה בשלה לחלוטין, האיברים ממוקמים בצורה נכונה וחולקים חלקית את ההרכב התאי עם עמיתיהם הבוגרים19.
יתרונות נוספים של מודל זה כוללים שרק כמה תאים סרטניים נדרשים להשתלה, תחזוקת עוברי המארח היא פשוטה, מכיוון שאין צורך בהאכלה במהלך 5 הימים הראשונים לחיים, וניתן להעריך במהירות את הצלחת ההזרקה בשל השקיפות והגודל של העוברים. מאפיין ייחודי הוא שרק חסינות מולדת פעילה בשלב התפתחותי זה, מה שמקל על השתלה יעילה20. בפרוטוקול ZefiX המתואר כאן (ראה סיכום באיור 1), כשל חיסוני מוגבר עוד יותר על ידי דיכוי מערכת החיסון המולדת במהלך 4 הימים הראשונים לחיים באמצעות אוליגונוקלאוטידים אנטי-סנס יציבים של מורפולינו המכוונים ל-spi1 ו-csf3r, החוסמים התמיינות מקרופאגים ונויטרופילים 21,22,23.
פרוטוקול זה שונה גם מפרוטוקולי השתלת דגי זברה קודמים, שפותחו בעיקר עבור השתלות גידול מוצק ומשתמשים בדרך כלל בשיטות הערכת תגובה לתרופות מבוססות הדמיה מלאה. ZefiX מותאם לתאי סרטן נוזליים, כגון תאי BCP-ALL, ושימש בהצלחה להרחבת חומר מטופל טרי או קפואטרי 21. ניתן להתאים את ZefiX גם לתאי סרטן דבקים על ידי בחירת אנזימים מתאימים לדיסוציאציה של רקמות.
יתרון מרכזי נוסף הוא הניתוח במורד הזרם באמצעות ציטומטריית זרימה, המציעה מספר יתרונות: (i) ניתן לעבד מספר רב של תאי שתל במהירות, מה שמאפשר ניתוח סטטיסטי חזק ברמת התא הבודד, (ii) ניתן להעריך את קצב ההתפשטות והכדאיות בו זמנית בתאים בודדים, ו (iii) ציטומטרים זרימה זמינים בדרך כלל במסגרות מחקר קליניות, מאפשר הערכת תגובה לתרופות של תאי שתל ברמת תא בודד תוך מספר שעות. כדי להבטיח שחזור, פרוטוקול זה מספק צינור סטנדרטי מהכנה דרך השתלה ועד לניתוח זרימה ציטומטרית, המאפשר חיזוי תגובה לתרופות בכל התאים תוך שבוע.
כל הניסויים בדגי הזברה עומדים בהנחיות מכוני המחקר לרפואה ניסויית בברלין ולרשויות הרשמיות. כל המחקרים כללו עוברי דג זברה < 6 ימים לאחר ההפריה (dpf), מה שפוטר אותם מחוק הגנת בעלי חיים. דג הזברה (Danio rerio) גודלו והוחזקו במתקן בעלי החיים של Charité-Universitätsmedizin Berlin, ברלין, גרמניה, על פי פרוטוקולים סטנדרטיים. הם שוכנו בטמפרטורה של 28 מעלות צלזיוס עם מחזור אור של 14 שעות ו-10 שעות חושך. דגי בר מסוג AB או TüLF שימשו לכל הניסויים.
הערה: קביעת תנאי טיפול אופטימליים לכל תרופה רצויה לפני יישום ZefiX כוללת מספר שלבים הכרחיים. ראשית, קבע את הריכוז המעכב החצי מקסימלי (IC50) של כל תרופה באמצעות קו תאים מתאים בתוך מערכת תרבית דו-ממדית קונבנציונלית. בהתבסס על ניסיון קודם, ריכוזי התרופות האפקטיביים לטיפול ב-ZefiX עשויים להיות גדולים פי 5 עד פי 50 מאלה המשמשים בתנאי תרבית תאים טיפוסיים21,24. לפני הטיפול בעוברים מושתלים, חיוני להעריך את הרעילות בתוך העוברים המארחים שלא הושתלו באמצעות טווח הריכוז שנקבע. לאחר הערכת הרעילות, חשוף עוברים מושתלים בקו תאים למגוון ריכוזי תרופות בסביבות פי 50 מערך ה-IC50 שנקבע בעבר בתרבית דו-ממדית. אם התאים המושתלים אינם מראים תגובה למינונים של עד פי 100 מה-IC50, התרופה עשויה להיחשב כלא יעילה עבור ZefiX. כדי לשפר את היעילות, אפשרות אחת היא להתנות תאי השתלה בתרופה זמן קצר לפני השתלתם בעוברים25. ראה טבלה 1 עבור כל הפתרונות המשמשים כאן.
1. יום 1: הכנה לניסוי
2. יום 2: הזרקת מורפולינו
3. יום 3: דה-כוריון
4. יום 4: השתלה וטיפול תרופתי
5. השתלה
6. יום 7
להערכה מדעית מפורטת של פרוטוקול ZefiX, כולל קסנוגרפט וטיפול תרופתי בדגימות תאי BCP-ALL ראשוניות שהוקפאו טריות, אנא עיין בכתב היד שפורסם בעבר21. אישור לשימוש בדגימות מטופלים במחקר לבדיקת תרופות פרה-קליניות ניתן כחלק ממחקרים משלימים לניסוי ALL-REZ BFM 2002 (NCT00114348) ולרישו?...
עוברי דג הזברה הפכו למודל קסנוגרפט פופולרי יותר ויותר לבדיקת תרופות וחקר סרטן בשל יכולת התפוקה הגבוהה והעלות-תועלת שלהם. xenografts אלה מבטיחים כעמוד תווך קריטי של רפואה תרגומית, המסייעים למחקר פרה-קליני וקבלת החלטות 9,21. עם זאת, מודלים של קסנו?...
כל המחברים מצהירים שאין ניגודי אינטרסים.
עבודה זו נתמכה על ידי Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, קרן המחקר הגרמנית) במסגרת המרכז למחקר שיתופי CRC1588, פרויקט מספר 493872418 וקרן ד"ר קלייסט בברלין, כמו גם על ידי Deutsche José Carreras Leukämie Stiftung (R03/2016), Berliner Krebsgesellschaft (HEFF201633KK) והקונסורציום הגרמני לסרטן (DKTK, Joint Funding Call 2016). אנו מודים לג'וליה קופקה ולמאריקה וולף על הקריאה הביקורתית של כתב היד.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Petri dish (10 cm) | Greiner | P7237 | |
7-AAD viability staining solution | Invitrogen | 00-6993-50 | |
Agarose (LE, analytic grade) | Biozym | 840004 | |
Air pressure injector | Narishige | IM400 | with external gas supply |
Alexa Fluor 488 anti-human CD19 antibody | Biolegend | 302219 | |
Annexin binding buffer | Biolegend | 422201 | Or see solutions for preparation |
APC annexin V | Biolegend | 640941 | |
Capillaries (10 cm, OD 1.0 mm, with filaments) | WPIINC | TW100F-4 | 1.0 OD; 0.75 ID |
Cell culture flask (T-175) | Sarstedt | 83,39,12,002 | |
CellTrace Violet | Invitrogen | C34557 | |
Dimethyl sulphoxide (DMSO) | Roth | A994.1 | |
Dispase II | Sigma Aldrich | D4693-1g | |
DNase I | AppliChem GmbH | A3778 | |
Eppendorf tubes (1.5 ml) | Eppendorf | 30120086 | |
FACS tube (Polystyrene round botton Tube with Cell strainer Cap, 5 ml) | Falcon | 352235 | |
Falcon tubes (50 ml) | Falcon | 352070 | |
Fetal calf serum (FCS) | Sigma Aldrich | C8056 | |
Fine mesh filter (10 µm) | PluriStrainer | 435001050 | |
Fine mesh filter (20 µm) | PluriStrainer | 431002040 | |
Flow cytometer | Becton Dickinson | BD LSRFortessa X-20 | |
Fluorescent stereomicroscope | Leica | ||
Fluorescent stereomicroscope with camera | Leica | M165 FC | Camera: DFC7000 T |
Hank’s Balanced Salt Solution (HBSS, Calcium and Magnesium free ) | Sigma Aldrich | 88284 | |
Injection mold (Zebrafish MI/Transplant KIT) | World Precision Instruments | Z-MOLDS | |
Injection needles (without filament) | Biomedical instruments | VZIPbl-20-10-55 | Zebrafish injection pipette, blunt, OD: 20μm ± 1, TL:~10mm, PL: 55mm, Glass: BM100T-10P |
Macro-centrifuge | Eppendorf | ||
Micro-centrifuge | |||
Morpholino (csf3r) | Gene Tools LLC | csf3r (GAAGCACAAGCGA GACGGATGCCA) | |
Morpholino (spi1) | Gene Tools LLC | spi1(GATATACTGATAC TCCATTGGTGGT) | |
Papain | Sigma Aldrich | P3125 | |
Penicillin-Streptomycin (Penstrep; 10.000 U/ml) | Gibco | 15140122 | |
Plates (4-well) | Greiner Bio one | 657160 | |
Plates (96-well) | Greiner Bio one | 657180 | |
Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 1640 Medium | Gibco | 21875-034 | |
Tricaine (MS-222) | Sigma Aldrich | E10521-50G | Ethy-3 aminobenzoate methanesulfenate |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved