Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
В этой статье мы описываем комплексный протокол создания и использования лабораторно спроектированных органоидов глиобластомы (LEGO) для исследования зависимости генотипа и фенотипа и скрининга потенциальных препаратов для лечения глиобластомы.
Глиобластома (ГБМ) описывается как группа высокозлокачественных первичных опухолей головного мозга и является одним из самых смертоносных злокачественных новообразований. Генетические и клеточные характеристики ГБМ были в центре внимания текущих исследований, показывающих, что это группа гетерогенных заболеваний с вариациями экспрессии РНК, метилирования ДНК или клеточного состава. Несмотря на обилие доступных молекулярных данных, отсутствие переносимых доклинических моделей ограничило применение этой информации для классификации заболеваний, а не для стратификации лечения. Перенос генетической информации пациентов в клинические преимущества и преодоление разрыва между подробными описаниями ГБМ, ассоциациями генотип-фенотип и достижениями в лечении остаются значительными проблемами. В этом контексте мы представляем усовершенствованную модель органоида ГБМ человека, органоид глиобластомы (LEGO), и иллюстрируем ее использование для изучения зависимости генотипа и фенотипа и скрининга потенциальных препаратов для лечения ГБМ. Используя эту модель, мы определили нарушение липидного обмена как критическую веху в прогрессировании ГБМ и обнаружили, что микросомальный ингибитор белка переноса триглицеридов Ломитапид является перспективным в качестве потенциального лечения ГБМ.
Глиобластома (ГБМ) составляет более 60% всех диагностированных первичных опухолей головного мозга у взрослых, с медианой выживаемости менее двух лет 1,2,3. Несмотря на значительные усилия по расшифровке основной сложности этого заболевания, постоянные попытки таргетной терапии или иммунотерапии, а также скрининг потенциальных противораковых препаратов, стратегией лечения пациентов с впервые диагностированным ГБМ остается максимально безопасная хирургическая резекция с последующей лучевой терапией (ЛТ) в сочетании с темозоломидом (ТМЗ) и затем адъювантом ТМЗ4.
Крайне гетерогенная мутационная природа глиобластомы внутри и между опухолями чрезвычайно затрудняет препарирование молекулярных свойств этой опухоли, что в конечном итоге приводит к неудаче лечения. Таким образом, необходимо деусложнить заболевание путем сокращения разнообразия генетических мутаций до модулей мутаций, которые чаще всего встречаются у пациентов с ГБМ 5,6,7,8, и исследовать молекулярные последствия каждого мутационного субклона в отдельности.
В последнее время органоиды стали многообещающей моделью для исследований рака. Органоиды превосходят канонические модели рака, поскольку они демонстрируют человеческое микроокружение и сложные клеточные компоненты, при этом их легко создавать и расширять при относительнонизкой стоимости. Также были пионеры генетически модифицированных органоидов с кластеризованными регулярно чередующимися короткими палиндромными повторами (CRISPR)/CRISPR-ассоциированным белком 9 (Cas9) для изучения глиомы10,11. Следуя этому направлению, мы создали набор моделей органоидов GBM человека на основе индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) (LEGO: Laboratory Engineered Glioblastoma Organoid) на основе генной инженерии CRISPR/Cas9 частых мутаций, выявленных у пациентов с GBM. С детальной характеристикой одноклеточного транскриптома, метилома ДНК, метаболома, липидома, протеома и фосфо-протеома LEGO, мы продемонстрировали большое сходство LEGO с человеческим ГБМ и обнаружили основные вехи в прогрессировании ГБМ, а с помощью скрининга лекарств на основе люциферазы мы определили несколько потенциальных препаратов для лечения ГБМ, подробности таких результатов были опубликованы ранее12. В этой статье описан подробный протокол создания и скрининга лекарственных препаратов LEGO (Рисунок 1A).
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. Мечение люциферазой ИПСК
ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения подробных инструкций по культивированию ИПСК обратитесь к протоколу, предоставленному учреждениями или компаниями, у которых были получены клетки. Во всех экспериментах, описанных в этом протоколе, использовали иПСК в пассажах 3-10 после восстановления, и любые клетки, проявляющие признаки дифференцировки, отбрасывали. Для производства вируса использовали плазмиды, содержащие промотор EF1α, управляющий Luc2, а также устойчивую к пуромицину кассету.
2. Дизайн гРНК и клонирование плазмид
ПРИМЕЧАНИЕ: Эти шаги могут быть выполнены одновременно с разделом 1. Плазмиды CRISPR/Cas9 при правильной системе отбора должны работать. Эти специфические плазмиды были использованы, потому что они позволяют одновременно нокаутировать несколько генов-мишеней. В этом разделе показано, как клонировать плазмиду с помощью двух скаффолдов гРНК; По тому же принципу можно клонировать больше скаффолдов гРНК в одну плазмиду. Первоначальный протокол был ранее опубликован13.
3. Генерация и валидация нокаута на iPSC
ПРИМЕЧАНИЕ: Следуйте стандартным протоколам нокаута CRISPR/Cas9, опубликованным до 13,14. В этом разделе описан метод, используемый для выполнения нокаутов с помощью электропорации.
4. Органоидная культура
Примечание: Органоиды были сгенерированы в соответствии с ранее опубликованными протоколами с незначительными адаптациями 15,16,17. Оптимальный возраст органоидов (продолжительность культивирования) должен определяться исходя из конкретной цели исследования. Например, при исследовании ассоциаций между генотипом и фенотипом или наблюдении за моделями роста органоидов рекомендуется анализировать несколько временных точек в диапазоне от 1-4 месяцев или дольше. Органоиды в возрасте 2-2,5 месяцев использовались для скрининга лекарств, так как они имели тенденцию к развитию некротического ядра в центре из-за ограничений питательных веществ при больших размерах, что могло повлиять на точность результатов скрининга лекарств.
5. Скрининг на наркотики с помощью LEGOs
ПРИМЕЧАНИЕ: Время воздействия iPSCs или органоидов BLI следует оценивать с использованием различного оборудования или лабораторных условий.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
В наших руках LEGO, полученные из мутантных иПСК, показали повышенную экспансию по сравнению с изогенным контролем WT (рисунок 1C) и показали атипичное ядро после 4 недель культивирования (рисунок 1D), что подтверждает потенциальную злокачес...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Отсутствие персонализированного лечения человеческого GBM в значительной степени можно объяснить тем фактом, что многие модели GBM, такие как человеческие клеточные линии или мышиные модели, не могут точно воспроизвести человеческий GBM. Следовательно, стратегии лечени...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Авторы не имеют конфликта интересов, который можно было бы раскрыть
Эта работа поддержана грантом Deutsche Forschungsgemeinschaft SFB1389 (H-K.L.), Deutsche Krebshilfe grant 110227 (H-K.L.), Грантом Европейского исследовательского совета (ERC) 647055 (H-K.L.), Немецким консортиумом по переводу Krebsforschung (DKTK) грантом AIM2GO (H-K.L.).
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Accutase | A6964 | Sigma-Aldrich | Passaging reagent B |
Antibiotic-Antimycotic | 15240096 | Life-Technologies | |
B27 | 17504044 | Life Technologies | |
B27 without vitamin A | 12587010 | Life Technologies | |
Bbs1-HF | R3539S | New England Biolabs | |
Bsa1-HF | R3535S | New England Biolabs | |
CHIR99021 | 4423 | Tocris Bioscience | |
CloneR | #05889 | STEMCELL Technologies | Reagent to facilitate single-cell survival |
D-Luciferin | L2916 | Invitrogen | Luciferase Substrate |
DMEM/F-12 | 11330032 | Life Technologies | |
EcoRl-HF | R3101T | New England Biolabs | |
Fetal Bovine Serum | 30-2020 | ATCC | |
FGF-2 | 100-18B | PeproTech | |
GlutaMAX | 35050038 | Life Technologies | |
Heparin | H3149 | Sigma-Aldrich | |
hES-quality Fetal Bovine Serum | 10270106 | Life Technologies | |
Insulin Solution | I9278 | Sigma-Aldrich | |
IVIS Lumina II | NA | PerkinElmer | |
Knockout serum replacement | 10828-028 | Life Technologies | |
L-Ascorbic Acid | A4544-25G | Sigma-Aldrich | |
Matrigel® hES qualified | 354277 | Corning | Basement matrix membrane |
MEM-NEAA | 11140050 | Life Technologies | |
mTeSR Plus | 100-0276 | STEMCELL Technologies | Human embryonic cell qualified culture medium |
N2 | 17502048 | Life Technologies | |
Neon Electroporation System | NA | Thermo Fisher Scientific | Electroporation system |
Neon Transfection System 100 µL Kit | MPK10096 | Invitrogen | Electroporation kit |
Neurobasal medium | 21103049 | Life Technologies | |
Online knockout efficiency analysis | NA | http://shinyapps.datacurators.nl/tide/ | |
Organoid Embedding Sheet | # 08579 | STEMCELL Technologies | |
Penicillin-Streptomycin | 15140122 | Life-Technologies | |
Polybrene (10mg/mL) | TR-1003-50UL | Merck Millipore | |
Puromycin | P8833 | Sigma-Aldrich | |
px330-A-1x2 | https://www.addgene.org/58766/ | Addgene | |
px330-S-2 | https://www.addgene.org/58778/ | Addgene | |
px459 | https://www.addgene.org/48139/ | Addgene | |
ReleSR | 5872 | STEMCELL Technologies | Passaging reagent A |
Rock Inhibitor | 72304 | STEMCELL Technologies | |
sgRNA design | NA | https://zlab.bio/guide-design-resources | |
sgRNA design | NA | NA | www.benchling.com |
T4 DNA ligase | M0202S | New England Biolabs | |
β-Mercaptoethanol | M3148 | Sigma-Aldrich |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены