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Method Article
* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Gli obiettivi del protocollo sono di utilizzare questo approccio per 1) comprendere il ruolo del microambiente del tumore gastrico immunosoppressivo e 2) prevedere l'efficacia della risposta del paziente, aumentando così il tasso di sopravvivenza dei pazienti.
I tumori che esprimono il ligando 1 della morte cellulare programmata (PD-L1) interagiscono con la proteina 1 della morte cellulare programmata (PD-1) sui linfociti T citotossici (CTL) CD8+ per eludere la sorveglianza immunitaria portando all'inibizione della proliferazione, della sopravvivenza e della funzione effettrice dei CTL e, di conseguenza, alla persistenza del cancro. Circa il 40% dei tumori gastrici esprime PD-L1, ma il tasso di risposta all'immunoterapia è solo del 30%. Presentiamo l'uso della co-coltura di organoidi/cellule immunitarie di carcinoma gastrico autologo di derivazione umana come modello preclinico che può prevedere l'efficacia di terapie mirate per migliorare l'esito dei pazienti oncologici. Sebbene siano state riportate co-colture di organoidi tumorali con cellule immunitarie, questo approccio di co-coltura utilizza l'antigene tumorale per pulsare le cellule dendritiche presentanti l'antigene. Le cellule dendritiche (DC) vengono quindi coltivate con le cellule T CD8+ del paziente per espandere l'attività citolitica e la proliferazione di questi linfociti T prima della co-coltura. Inoltre, all'interno di questo sistema di co-coltura vengono studiate la differenziazione e la funzione immunosoppressiva delle cellule soppressore di derivazione mieloide (MDSC) in coltura. Questo approccio organoidrico può essere di ampio interesse e appropriato per prevedere l'efficacia della terapia e l'esito del paziente in altri tumori, incluso il cancro del pancreas.
Il cancro gastrico è il quinto tumore più comune in tutto il mondo 1. La diagnosi e il trattamento efficaci dell'Helicobacter pylori (H. pylori) hanno portato a una bassa incidenza di cancro gastrico negli Stati Uniti 2. Tuttavia, il tasso di sopravvivenza a 5 anni per i pazienti con diagnosi di questo tumore maligno è solo del 29%, rendendo il cancro gastrico un'importante sfida medica3. Lo scopo dei metodi qui presentati è quello di sviluppare un approccio per prevedere con precisione le risposte all'immunoterapia nei singoli pazienti. I tumori solidi sono costituiti da cellule tumorali e vari tipi di cellule stromali, endoteliali ed ematopoietiche, inclusi macrofagi, cellule soppressori di derivazione mieloide (MDSC) e linfociti (rivisti in 4,5). Le interazioni tra le cellule staminali tumorali e il microambiente tumorale (TME) hanno un impatto sostanziale sulle caratteristiche del tumore e sulla risposta del paziente al trattamento. Questo approccio mira a consentire ai ricercatori di acquisire conoscenze per lo sviluppo preclinico di farmaci e la scoperta di biomarcatori per il trattamento personalizzato del cancro gastrico.
Il metodo qui presentato utilizza co-colture di organoidi autologhi/cellule immunitarie di derivazione umana generate da pazienti con carcinoma gastrico per comprendere il ruolo immunosoppressivo delle MDSC. Viene presentato un modello preclinico che può prevedere l'efficacia delle terapie mirate per migliorare la sopravvivenza dei pazienti. Le co-colture di organoidi tumorali con cellule immunitarie sono state ampiamente riportate nel campo del cancro del pancreas 6,7,8,9,10. Tuttavia, tali co-colture non sono state riportate per studiare il cancro gastrico. Nel complesso, questo metodo dimostra la co-coltura di cellule immunitarie autologhe di derivazione umana all'interno dello stesso ambiente di matrice degli organoidi tumorali, consentendo così alle cellule immunitarie di essere in contatto con gli organoidi bersaglio.
Lo studio di Tiriac et al.10 ha riportato che gli organoidi del cancro del pancreas derivati da pazienti, che hanno mostrato risposte eterogenee ai chemioterapici standard di cura, potrebbero essere raggruppati in firme di espressione genica della chemiosensibilità basate su organoidi che potrebbero prevedere una migliore risposta dei pazienti alla chemioterapia. I ricercatori hanno proposto che la profilazione molecolare e terapeutica combinata degli organoidi del cancro del pancreas possa predire la risposta clinica10. I dati degli studi co-clinici di Yao et al.11 hanno anche mostrato che gli organoidi derivati dal cancro del retto presentano una fisiopatologia simile e cambiamenti genetici simili ai tessuti tumorali del paziente in risposta alla chemioradioterapia. Pertanto, è fondamentale che le colture di organoidi vengano utilizzate nel contesto delle cellule immunitarie del paziente e del fenotipo immunitario tumorale quando si utilizzano queste colture come modelli predittivi per la terapia.
I tumori che esprimono PD-L1 che interagiscono con PD-1 inibiscono la proliferazione, la sopravvivenza e la funzione effettrice dei linfociti T citotossici CD8+ 12,13,14. Mentre circa il 40% dei tumori gastrici esprime PD-L1, solo il 30% di questi pazienti risponde all'immunoterapia 15,16,17. Gli anticorpi anti-PD1 sono utilizzati negli studi clinici per il trattamento del cancro gastrico 18,19,20. Tuttavia, attualmente non esistono modelli preclinici che consentano di testare l'efficacia terapeutica per ciascun paziente. Ottimizzare la coltura di organoidi in modo tale che le cellule immunitarie del paziente siano incluse nel sistema consentirebbe potenzialmente l'identificazione individualizzata dell'efficacia dell'immunoterapia.
È stata ottenuta l'approvazione per la raccolta di tessuti sottoposti a biopsia umana da tumori di pazienti (1912208231R001, Programma di protezione dei soggetti umani dell'Università dell'Arizona; Numero di protocollo IRB: 1099985869R001, Programma di protezione dei soggetti umani dell'Università dell'Arizona TARGHETS).
1. Determinazione di organoidi gastrici derivati da pazienti da biopsie
2. Determinazione di organoidi gastrici derivati da pazienti da campioni chirurgici
3. Mantenimento ed espansione delle colture di organoidi
NOTA : Tutte le procedure devono essere eseguite in un ambiente asettico utilizzando materiali e reagenti sterili.
4. Coltura di cellule immunitarie da cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC)
NOTA: Tutte le procedure devono essere eseguite in un ambiente asettico utilizzando materiali e reagenti sterili.
5. Stabilire co-colture organoidi/cellule immunitarie
Una volta completati, gli organoidi gastrici appaiono come sfere all'interno del pozzetto, in genere entro 2-4 giorni dall'inclusione (Figura 1). La Figura 1A mostra una fiorente coltura di organoidi gastrici che presenta una membrana regolare. Gli organoidi tumorali mostrano spesso una morfologia divergente che è unica per il campione del paziente. Le colture non riuscite appariranno dense o non mostreranno alcuna crescita dal...
Presentiamo l'uso di una co-coltura di organoidi/cellule immunitarie di carcinoma gastrico autologo di derivazione umana che può essere utilizzata come modello preclinico per prevedere l'efficacia di terapie mirate per migliorare in ultima analisi l'esito del trattamento e la prognosi del paziente. Sebbene siano state riportate co-colture di organoidi tumorali con cellule immunitarie, questo è il primo rapporto di un tale sistema di co-coltura per lo studio del cancro gastrico. Numeros...
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questo lavoro è stato sostenuto dalla sovvenzione NIH (NIAID) 5U19AI11649105 (PIs: Weiss and Wells, Project Leader 1: Zavros) e NIH (NIDDK) 2 R01 DK083402-06A1 (PI: Zavros). Questo progetto è stato supportato in parte dal PHS Grant P30 DK078392 (Integrative Morphology Core) del Digestive Diseases Research Core Center di Cincinnati e dal 5P30CA023074 UNIVERSITY OF ARIZONA CANCER CENTER – CANCER CENTER SUPPORT GRANT (PI: Sweasy). Ringraziamo Chet Closson (Live Microscopy Core, University of Cincinnati) e i precedenti membri del laboratorio Zavros, le dott.sse Nina Steele e Loryn Holokai, per il loro contributo allo sviluppo del sistema di coltura degli organoidi. Ringraziamo sinceramente i pazienti che hanno acconsentito a donare tessuto e sangue per lo sviluppo delle co-colture di organoidi gastrici/cellule immunitarie. Senza la loro volontà di partecipare allo studio, questo lavoro non sarebbe possibile.
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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