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このプロトコルは、患者由来の細胞培養モデルまたは腫瘍および微小環境細胞の直接的な特徴付けの確立のための死後拡散固有橋グリオーマサンプルを迅速に処理するための方法を記載します。
びまん性内因ポンティーネ神経膠腫(DIPG)は普遍的に致命的な予後を運ぶ子供の頃の脳幹腫瘍です。外科的切除は、実行可能な治療戦略ではなく、生検が日常的に行われていないため、研究のための患者サンプルの利用可能性は限られています。したがって、この病気を研究するための努力は、忠実な疾患モデルの不足によって挑戦されています。この必要性に対処するために、我々は、in vitroアッセイまたはin vivo同所異種移植実験に使用することができる耐久性のある患者由来の細胞培養モデルを生成するために、ここでは、死後剖検組織サンプルの迅速な処理のためのプロトコルを説明します。これらのモデルは、潜在的な薬物標的をスクリーニングするとDIPG内の基本的な病理生物学的プロセスを研究するために使用することができます。このプロトコルは、さらに分析した遺伝子の元のその後の分析を可能にする(FACS)、蛍光活性化細胞選別を用いて、腫瘍および微小環境の細胞を単離するために拡張することができますPRESSION、タンパク質の発現、またはバルク細胞または単一細胞レベルでDNAのエピジェネティック修飾。最後に、このプロトコルは、他の中枢神経系の腫瘍の患者由来の培養物を生成するように適合させることができます。
DIPGは、通常、小児期中期1、2の間に、腹側橋で発生積極的な中枢神経系悪性腫瘍です。臨床試験の数十年にもかかわらず、現在の治療は、症状の一時的な改善または安定化を提供し、わずか3ヶ月平均で生存期間の中央値を拡張し、放射線治療、に限定されています。でも放射線治療で、全生存期間の中央値は、初期診断の2年以内に病気で死亡する子どもの90%とわずか9ヶ月です。そのため、腫瘍の浸潤性の性質および脳幹の重要な機能の、外科的切除は不可能です。組織病理学的分析は、典型的には、単独の神経画像によって作製することができる臨床治療及び診断を導くには、現在の役割を持たないようにまた、米国では、DIPGための外科的生検を得る歴史的に、3を行っていません。腫瘍組織のFしたがって、可用性または研究は、候補薬物分子とその下の腫瘍生物学に関する研究を行うための努力を制限し、制限されています。特に、神経画像と定位技術の向上は、分子生物学の進歩と相まって、近年のDIPGの安全な生検の開発4、のために許可している、疾患の我々の理解を変えました。現在、治療計画を個別化するための先行投資生検およびDIPGの分子プロファイリングを使用して、複数の臨床試験は(NCT01182350、NCT02274987)5進行中です。
DIPGおよびその他の小児高悪性度神経膠腫は、それらの成人の神経膠芽腫の対応6、7は異なる疾患を表し、従って、DIPGの忠実な実験モデルは、そのユニークな病態生理を理解し、効果的な治療戦略を発見するために必要です。近年では、DIPG腫瘍トンを得るための努力を集中剖検時の研究のための問題は、または、あまり一般的ではないが、生検は、私たちの理解とDIPGを研究する能力に革命をもたらしてきました。ゲノム全体の配列決定の努力は、H3ヒストン、ファミリー3A(H3F3A)およびヒストンクラスター1タンパク質8、9、10、11符号化ヒストンの突然変異によって引き起こされるヒト疾患の第1の例を示す、H3B(HIST1H3B)における再発性変異を明らかにしました。さらに、DIPGsのサブセットは、以前に癌で報告が、先天性小児期発達障害の進行性骨化性線維形成異常症8、9、10、11に見られる変異と同一であるれていないACVR1遺伝子における突然変異を発現します。同様に、最初の患者由来のDIPG細胞培養および同所性異種移植片カ月DELSは現在1、2、12、13、14、ならびにマウスモデルは、シリアル異種移植3、14、15を生成するために免疫不全マウスに腫瘍細胞の直接的な異種移植を通じて確立確立されています。これらの患者由来のモデルを使用して初期薬物スクリーニングの努力は、臨床翻訳4、14のための有望な新規薬剤を同定していると、少なくとも1つの臨床試験(NCT02717455)のための基礎を築いてきました。
進歩に向けたこれらの最初のステップはほんの始まりであり、多数の患者由来の組織試料および培養モデルは、疾患のサブタイプを定義し、最も効果的な治療戦略を開発する必要があります。遺伝的にエンジンDIPGのeredマウスモデルはまた、疾患の私達の基本的な理解を促進することを目的とした研究を促進します。 DIPGの遺伝的モデルを生成するための努力は、上述の基礎ゲノム研究によって支援されますが、オプションの現在の限られた数が用意されています。組織学的に類似した高品位の脳幹神経膠腫を発生させる一つのこのようなモデルは、新生児マウス5、16の後頭蓋窩にネスチン陽性細胞にPDGF-Bの過剰発現とのINK4a-ARF損失を駆動するために、ウイルスRCAS / TV-システムを使用しています。別のアプローチは、6、7、17腫瘍形成、これらの細胞をレンダリングするのに十分である、ヒト胚性幹細胞由来の神経前駆細胞におけるいくつかの主要なDIPG関連変異(ヒストンH3.3のK27M変異、p53の損失とPDGFRA活性化)を反復することを含みます。遺伝子的方法および患者DERIVの組み合わせEDモデルは、前臨床試験を可能にし、効果的な治療法の開発を促進します。
上記に詳述DIPG研究の課題に対処するために、この迅速剖検プロトコルは調査8、9、10、11、12、14のための患者由来の細胞培養物を生成するために開発されました。プロトコルは、組織の生存能力を保護し、拡張死後間隔と輸送時間に伴う課題にもかかわらず、耐久性のある培養物を生成する可能性を最大化することを意図しています。正常に生成されたとき、これらのDIPG培養物は、患者由来の細胞に対する潜在的な治療用分子の評価を可能にする、その後のインビトロ操作およびin vivo異種移植実験において使用され得ます。
このプロトコルは、すべての患者データの適切な脱識別とし、人間の福祉のためのすべて、機関、国、国際的なガイドラインに基づいて、当社の倫理審査委員会の承認を得て行われています。患者の家族から事前にこのプロトコルでの作業に適切なすべての施設内倫理委員会の承認とインフォームドコンセントを取得します。
1.取得組織サンプル
注:このプロトコルの重要なコンポーネントは、剖検時に直ちに開始する組織の寄付の適切な取り扱いを必要とします。サンプル全体の生存率は、すぐに抗生物質/抗真菌剤を補充した適切な寒培地に組織を移す、死後間隔(PMI)を最小輸送中濡れた氷の上にサンプルを維持し、プロトコルを通して滅菌技術を維持することに大きく依存しています。
サンプル処理のため2.準備
3.機械的解離
4.酵素的解離
5.ショ糖勾配遠心
前記ACK赤血球溶解
7.初期文化のメンテナンス
記載されたプロトコルは、 図1の処理の様々な段階での組織の画像を5段階のワークフローのように要約されます。サンプルは、最初の急速な滅菌剖検によって得られます。試料からの血管と髄膜を除去しながら、機械的解離の際に、組織を細切し、100μmのナイロンメッシュフィルターを通して濾過しました。残りの組織フラグメントを、酵素的に加温オーブン内で解離されます。次に、破片は、試料からのミエリンの別個の層を分離する、ショ糖勾配遠心分離によって低減されます。また、ACK溶解は、視覚的試料中に存在する赤血球の量を減少させます。最後に、細胞を、成長因子を補充した無血清培地中に播種します。
補足図1は、剖検時に腫瘍の一例です。腫瘍は橋ANのびまん性浸潤として成長します脳幹のDに隣接する地域。試料調製時には、小〜1センチメートル×1センチチャンクがカットされるべきであり、直ちに氷上に冷たい出荷メディアに入れました。
図2は、サンプルが耐久性のある文化に培養の初期段階から現れることができる方法の様々な例を示しています。最初にプレートし、早期の文化(A、B)は、しばしば、多くの生存細胞を含むように表示されません。また、初期の細胞クラスター(C、D)は、多くの場合、一般的に、神経球に関連したコントラストの程度を示しません。特に、前の細胞クラスターの出現に培養時間の期間は数ヶ月に数週間かかることがあります。しかし、セルクラスタの逆フィルタリングと組み合わされ、これらの細胞クラスターの最初の通過は、球体(F)を形成することができる健康な腫瘍細胞を単離することができます。ろ液(E)は、典型的には、残りの破片が含まれしかし、我々は、メッキ、ろ液を維持するとの監視をお勧めします細胞クラスターの開発。これらの患者由来の試料は、複数の通路(G、H)培養中で維持することができます。
図3は、マウスに異種移植されたことがこれらの細胞の能力を実証します。これらの場合の各々において、DIPG細胞は生物発光(A)を介して腫瘍の発生を監視するためにGFP-ルシフェラーゼレポーターをトランスフェクトしました。腫瘍は、腫瘍生着(B)または特異的マーカー(C)の発現を観察するために、例えば、組織学的に調べることができます。 インビトロアッセイと組み合わせてこれらのin vivoモデルは、様々な薬物または遺伝子操作の効果を評価するために使用され得る( 例えば、8、9、10、11、14)。
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処理の様々な段階における図1.組織サンプル。 (A)無菌剖検手順および濡れた氷の上で一晩出荷を介してサンプルを入手。左から右へ(B):(行1)出荷メディアにおける腫瘍組織を含むチューブ。 100ミリメートルX 20ミリメートルの細胞培養皿で新鮮な組織。組織の最初のミンチ。 (行2)部分的に細分化した組織。髄膜及び血管を除去します。刻んだ組織片の最終的なサイズ。左から右へ(C):(行1)37℃のオーブン中で回転テーブル上でインキュベート組織。 (行2)10 mLのピペットに取り付けられた1000年μLのピペットチップを介して、組織の摩砕。 100μmのナイロンメッシュフィルターを通して解離した組織のフィルタリング。左から(D)は :遠心分離前に0.9 Mショ糖溶液中に懸濁し、組織を解離しました。遠心分離後のショ糖勾配に分かれた組織を分離し;目に見える層Oショ糖勾配の上にFミエリンの破片。 ACK溶解および洗浄後の最終的な細胞ペレット。 (E)最後のサンプルは、培養物中に配置されるか、または他の下流の分析に使用することができます。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
初代培養および初期継代細胞の2.イメージ図。 (A - B)培養物を解離(SU-DIPG-XXX、A)の直後にメッキ、または(SU-DIPG-XXIX、B)まだニューロスフェアを成長していないこと。 (C - D)SU-DIPG-XXVIII(C)とSU-DIPG-XXIX(D)の初代培養物におけるニューロスフェアの早期出現。 Fi付き(EF)を100μmのナイロンフィルターを使用して、Dからの初代培養の最初の継代、濾液(E)およびリバースろ液(F)を播種しました。 (G - H)SU-DIPG-XXVII(G)の第一通路とSU-DIPG-XXVの第3通路(H)から成熟した神経球を培養液中で成長しています。スケールバー=200μmです。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図3.患者由来の培養細胞は生着し、マウスで腫瘍を形成することができます。 (A)GFP-ルシフェラーゼレポーターでトランスフェクトされた四つの異なる患者由来の細胞培養物の生物発光画像。 (B)マウス異種移植片からサジタル断面、マウス脳橋に移植腫瘍細胞を示します。緑:GFP、赤:ミエリン塩基性タンパク質。スケールバー= 1ミリメートル。 (C)の例immunofluoresマウス脳に移植GFP腫瘍細胞を示すcence画像。青:DAPI、緑:GFP、赤:IGF2R。 =40μmのスケールバー。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
橋腫瘍の補足図1剖検例 。びまん固有橋グリオーマの即時死後の外観。腫瘍は橋の腹面に大きな、ミエリンが豊富な塊として表示されます。 このイメージをダウンロードするにはこちらをクリックしてください。
このプロトコルは、インビトロの種々またはインビボ実験で使用することができ、患者由来の細胞培養物を、開発するための死後腫瘍組織寄付の迅速な処理のための方法が記載されています。そのため剖検試料での作業の性質上、サンプルの生存率を維持することは重要な課題を提起します。剖検する死後変化や組織の輸送に必要な時間を含むいくつかの要因は、可能な限り最小限に抑えますが、多くの場合、制御することが困難であるべきです。我々の経験では、6未満の死後変化 - 8時間(死亡の時に組織を氷冷出荷および輸送媒体に置かれている時間には)耐久性のある細胞培養を確立するための最善の機会をもたらしました。その後、24時間以内に実験室で組織を受信し、受信時に直ちに培養のためにそれを処理するのが最善です。
これらの稀な例の場所は広く変化するため、および組織検索ステップの品質が強く剖検を行うの物流が挑戦することができ、成功のチャンスに影響を与えます。多くの場合、6~8時間の時間枠を達成するためには、学術センターで組織採取を行うことは不可能です。その代わりに、IRB承認のプロトコルの下で葬儀場での腫瘍組織を回復するために、コールに組織回収サービスを持つことは、多くの場合、組織の回復のために、より好都合です。死の前にインフォームドコンセントを得ることは推奨されており、物流計画を容易にされます。組織検索(手袋、ドレープ、メス)のための明確かつ徹底的な指示や無菌電源で自己完結型の剖検キットを準備することを強くお勧めします。さらに、研究者、病理学者、および葬儀場の間で通信の明確なポイントを確立することが重要です。例えば、研究者は前剖検に病理学者でプロトコルを議論し、一般的なエラーを強調表示する必要があります。これらのエラーはマイクロを含みます組織検索、thermoinsulated容器内に十分な濡れた氷の上にサンプルを出荷するために一晩/迅速発送、失敗を通じて出荷する障害が発生したときにBial社の汚染(通常は酵母)。最後に、我々は輸送時間を最小限にするために、サンプルの出荷のためのドア・ツー・ドアの宅配便を使用することをお勧めします。
注意はまた、細胞の生存率を維持するために組織解離の間に取られるべきです。例えば、輸送のための神経組織の健康を維持するために設計されたメディアの使用は、(休止-抗生物質/抗真菌剤で補充を)成功した文化を生成する機会が増加します。常に氷上でサンプルを転送することにより、プロトコルを通して冷たい温度でサンプルを維持することも重要です。両方のステップは、細胞に外傷性であるため、プロトコルの成功を向上させることができトリチュレーションを最小限に抑えるとともに、両方の機械的および酵素的解離の画分を収集します。我々の経験では、最も成功した培養物は、両方の画分のうちに成長しながら、、我々は2つの調製物の一方のみが潜在的にこれらのサンプルのデリケートな性質を反映して、耐久性のある文化を確立インスタンスを持っていました。プロトコルにおける別の外傷のステップは、トリチュレーションです。必要なの磨砕の程度を減らすことができる1つの戦略は、サンプルが完全に準備の先頭にミンチされるようにするためです。サンプルの生存率を改善するために設計されたプロトコルの態様の他の例は、酵素的解離の際に特に重要であるプロトコル、全体緩衝液( 例えば、HEPES)を添加することが挙げられます。
さらに、細胞の生存率を高めるために、このプロトコルの可能な変更は、ACK赤血球溶解ステップの除去です。しかしながら、この場合には、赤血球を除去するために、培養の最初の週の間にACK溶解ステップを実行するために、その後しばしば必要です。修正することができるこのプロトコルの他の態様は、ショ糖を使用して、ミエリンおよび細胞破片の除去であるdensityの勾配。具体的に、ミクログリア細胞の細胞生存率を改善することが報告されている他の戦略は、不連続パーコール密度勾配18又は磁気ミエリン除去ビーズとして、この段階でも可能です。
最後に、初期の組織解離およびニューロスフェアの外観の間の期間は、試料間で変化し、月またはそれ以上の週からどこでも取ることができます。初期の培養は、通常、死細胞および細胞破片のかなりの程度を含んでいるので、生存細胞が残っているかどうかを決定するために挑戦することができます。 8週間( 図2) -培養物は、少なくとも4のために維持されるべきです。ここに提示され、残りの破片から増殖している細胞を単離するための一つの戦略( すなわち 、新鮮な培地に細胞クラスターと再メッキをフィルタリング逆)。文化を維持し続けるべきかどうかについての決定は、最終的には目の周囲の要因に基づいてケースバイケースの判断であり、電子の剖検( 例えば、長期の死後変化、組織輸送中の問題)、組織解離( 例えば、過度の血液や破片)、およびどのようにサンプルが培養中に表示されます。培養物が確立されると、同一性は、この目的のために保持された元の腫瘍のサンプルを培養物を比較すると、短いタンデム反復の分析または類似の方法を用いて、DNAフィンガープリンティングによって検証されるべきです。 6ヶ月 - 私たちは日常的にすべての3例えば、他の文化によって全く汚染が発生していないことを確認するためにDNA指紋によって文化を検証することをお勧めします。
これらの患者由来のDIPG培養物の生成は有効な治療法の開発に成功の重要なステップを表します。利用可能な患者由来DIPGの文化や異種移植モデルの拡大は、最も効果的な治療戦略を識別し、最終的には、この壊滅的な疾患を克服するために重要となります。
著者らは、開示することは何もありません。
作者は感謝してマッケナクレア基金、神経疾患および脳卒中(NINDS K08NS070926とR01NS092597)の国立研究所、国防総省(NF140075)、カリフォルニア再生医療研究所(CIRM RB4-06093とRN3-06510)、アレックスのレモネードからの支援を認めます財団スタンド、硬化はフィオナペネロペ、ウェイランドヴィラールDIPG財団、ディランジューエットのメモリで今すぐ財団とDIPG共同、ライラNsouli財団、解明小児がん、小児脳腫瘍財団、マシュー・ラーソン財団、V財団、ゴドフリーファミリーファンド開始します、コナー・ジョンソン、ゾーイガネーシュ、ディランフリック、アビゲイル・ジェンセン、そしてジェニファー・クランツメモリアル基金、N8財団、バージニア州および癌研究のためのDKルートヴィヒ基金、小児におけるスタンフォードアンT.ロバート・M・ベース寄附学部奨学金では子供の健康研究所がんや血液疾患。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Hibernate-A | Gibco | A12475-01 | |
HBSS with Calcium/Magnesium | Gibco | 24020-117 | |
HBSS | Corning | 21-022-CV | |
HEPES | Gibco | 15630-080 | |
Liberase DH (Collagenase/Dispase) | Roche | 5401054001 | |
DNAse I | Worthington Biochemical | LS002007 | |
Sucrose | Sigma | S0389 | |
Antibiotic/Antimycotic | Gibco | 15240-096 | |
Neurobasal-A | Gibco | 10888-022 | |
DMEM/F12 | Gibco | 11330-032 | |
GlutaMAX-I (100x) | Gibco | 35050-061 | |
Sodium Pyruvate (100 mM) | Gibco | 11360-070 | |
B27 Supplement Minus Vitamin A | Gibco | 12587-010 | |
MEM Non-Essential Amino Acids (100x) | Gibco | 11140-050 | |
Human PDGF-AA | Shenandoah Biotechnology | 100-16 | |
Human PDGF-BB | Shenandoah Biotechnology | 100-18 | |
Human EGF | Shenandoah Biotechnology | 100-26 | |
Human FGF | Shenandoah Biotechnology | 100-146 | |
Sterile scalpel blades | Bard Paker | 372610 | |
Curved hemostats | Fine Science Tools | 13013-14 | |
Razor blades | VWR | 55411-050 | |
100 x 20 mm cell culture dish | Corning | 353003 | |
Sterile forceps | TWD Tradewinds | DF8988-5 | |
Sterile drapes | 3M | 2037 | |
Sterile gloves | Kimberly Clark | 1182307 | |
ACK Lysis Buffer | Gibco | A1049201 | |
100 micron mesh filter | Fisher | 352360 | |
50 mL conical tube | Fisher | 1495949A |
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