Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Burada, genotip-fenotip bağımlılıklarını araştırmak ve glioblastoma tedavisi için potansiyel ilaçları taramak için laboratuvar mühendisliği glioblastoma organoidleri (LEGO) üretmek ve kullanmak için kapsamlı bir protokolün ana hatlarını çiziyoruz.
Glioblastoma (GBM), yüksek derecede malign primer beyin tümörleri grubu olarak tanımlanır ve en ölümcül malignitelerden biri olarak kabul edilir. GBM'nin genetik ve hücresel özellikleri, devam eden araştırmaların odak noktası olmuştur ve RNA ekspresyonu, DNA metilasyonu veya hücresel bileşimde varyasyonları olan bir grup heterojen hastalık olduğunu ortaya koymuştur. Mevcut moleküler verilerin zenginliğine rağmen, aktarılabilir klinik öncesi modellerin eksikliği, bu bilgilerin tedavi sınıflandırmasından ziyade hastalık sınıflandırmasına uygulanmasını sınırlamıştır. Hastaların genetik bilgilerinin klinik faydalara aktarılması ve GBM'nin ayrıntılı tanımları, genotip-fenotip ilişkileri ve tedavi ilerlemeleri arasındaki boşluğun kapatılması önemli zorluklar olmaya devam etmektedir. Bu bağlamda, gelişmiş bir insan GBM organoid modeli olan Laboratuvar Mühendisliğine Tabi Glioblastoma Organoid'i (LEGO) sunuyoruz ve genotip-fenotip bağımlılıklarının incelenmesinde ve GBM için potansiyel ilaçların taranmasında kullanımını gösteriyoruz. Bu modeli kullanarak, lipid metabolizması düzensizliğini GBM ilerlemesinde kritik bir kilometre taşı olarak tanımladık ve mikrozomal trigliserit transfer protein inhibitörü Lomitapid'in GBM için potansiyel bir tedavi olarak umut vaat ettiğini keşfettik.
Glioblastoma (GBM), yetişkinlerde teşhis edilen tüm primer beyin tümörlerinin %60'ından fazlasını oluşturur ve medyan sağkalım iki yıldan azdır 1,2,3. Bu hastalığın altta yatan karmaşıklığını deşifre etmek için önemli çabalara, hedefe yönelik tedaviler veya immünoterapilerle sürekli girişimlere ve potansiyel anti-kanser ilaçlarının taranmasına rağmen, yeni tanı konan GBM hastaları için tedavi stratejisi, maksimum güvenli cerrahi rezeksiyon ve ardından temozolomid (TMZ) ile birlikte radyoterapi (RT) ve ardından adjuvan TMZ4 olmaya devam etmektedir.
Glioblastomun tümörler içinde ve arasında oldukça heterojen mutasyonel doğası, bu tümörün moleküler özelliklerini incelemeyi son derece zorlaştırır ve bu da sonunda tedavi başarısızlığına yol açar. Bu nedenle, genetik mutasyonların çeşitliliğini GBM hastalarında en sık görülen mutasyon modüllerine indirgeyerek hastalığın karmaşıklığını gidermekönemlidir 5,6,7,8 ve her bir mutasyonel alt klonun moleküler sonuçlarını ayrı ayrı araştırmak önemlidir.
Son zamanlarda, organoidler kanser araştırmaları için umut verici bir model olarak ortaya çıkmıştır. Organoidler, nispeten düşük bir maliyetle üretilmesi ve genişletilmesi kolay olurken, bir insan mikro çevresi ve karmaşık hücresel bileşenler sergiledikleri için kanonik kanser modellerini aşmaktadır9. Glioma10,11'i incelemek için kümelenmiş düzenli aralıklı kısa palindromik tekrarlar (CRISPR)/CRISPR ile ilişkili protein 9 (Cas9) ile genetik olarak tasarlanmış organoidlerin öncüleri de vardı. Bu yönü takiben, GBM hastalarında tanımlanan sık mutasyonların CRISPR / Cas9 genetik mühendisliğine dayanan bir dizi indüklenmiş pluripotent kök hücre (iPSC) tabanlı insan GBM organoid modeli (LEGO: Laboratuvar Mühendisliği Glioblastoma Organoid) oluşturduk. LEGO'ların tek hücreli transkriptomu, DNA metilomu, metabolomu, lipidomu, proteomu ve fosfo-proteomunun ayrıntılı karakterizasyonu ile, LEGO'ların insan GBM'si ile yüksek benzerliğini gösterdik ve GBM'nin ilerlemesi sırasında önemli kilometre taşları keşfettik ve lusiferaz bazlı ilaç taraması ile GBM tedavisi için birkaç potansiyel ilaç belirledik, bu sonuçların detayları daha önce yayınlanmıştı12. Bu makale, LEGO'ların üretimi ve ilaç taraması için ayrıntılı protokolü açıklamaktadır (Şekil 1A).
1. iPSC'lerin lusiferaz etiketlemesi
NOT: iPSC'lerin kültürlenmesiyle ilgili ayrıntılı talimatlar için, hücrelerin elde edildiği kurumlar veya şirketler tarafından sağlanan protokole bakın. Bu protokolde açıklanan tüm deneylerde, iyileşme sonrası 3-10 pasajlarındaki iPSC'ler kullanıldı ve farklılaşma belirtileri gösteren hücreler atıldı. Virüs üretimi için, puromisine dirençli bir kaset ile birlikte Luc2'yi çalıştıran bir EF1α promotörü içeren plazmitler kullanıldı.
2. gRNA tasarımı ve plazmid klonlama
NOT: Bu adımlar Bölüm 1 ile eş zamanlı olarak gerçekleştirilebilir. Uygun bir seçim sistemine sahip CRISPR / Cas9 plazmitleri çalışmalıdır. Bu spesifik plazmitler, birkaç hedef genin aynı anda nakavt edilmesini sağladıkları için kullanıldı. Bu bölüm, iki gRNA iskelesi ile bir plazmitin nasıl klonlanacağını gösterir; aynı prensibi izleyerek bir plazmitte daha fazla gRNA iskelesi klonlanabilir. Orijinal protokol daha önce13 yayınlanmıştı.
3. iPSC'lerde nakavt oluşturma ve doğrulama
NOT: 9'ten önce yayınlanan standart CRISPR/Cas13,14 nakavt protokollerini izleyin. Bu bölüm, elektroporasyon yoluyla nakavtları gerçekleştirmek için kullanılan yöntemi açıklar.
4. Organoid Kültür
NOT: Organoidler, küçük adaptasyonlarla daha önce yayınlanmış protokollerizlenerek üretilmiştir 15,16,17. Organoidlerin optimal yaşı (kültür süresi), çalışmanın özel amacına göre belirlenmelidir. Örneğin, genotip-fenotip ilişkilerini araştırırken veya organoid büyüme modellerini gözlemlerken, 1-4 ay veya daha uzun arasında değişen birden fazla zaman noktasının analiz edilmesi önerilir. 2-2.5 aylık organoidler, ilaç tarama sonuçlarının doğruluğunu etkileyebilecek daha büyük boyutlarda besin sınırlamaları nedeniyle merkezde nekrotik bir çekirdek geliştirme eğiliminde olduklarından, ilaç taraması için kullanıldı.
5. LEGO'lu uyuşturucu ekranı
NOT: iPSC'ler veya organoidler BLI için maruz kalma süresi, çeşitli ekipman veya laboratuvar ortamları kullanılarak değerlendirilmelidir.
Elimizde, mutant iPSC'lerden türetilen LEGO'lar, WT izojenik kontrolüne kıyasla daha fazla genleşme gösterdi (Şekil 1C) ve 4 haftalık kültürden sonra atipik nükleer gösterdi (Şekil 1D), bu da mutant organoidlerdeki hücrelerin potansiyel malign dönüşümünü destekler18. Organoidlerin tümörjenik potansiyeli, daha önce gösterdiğimiz gibi, gerekirse ksenogreftli deneylerle daha fazla do?...
İnsan GBM'sinde kişiselleştirilmiş tedavi eksikliği, büyük ölçüde, insan hücre hatları veya fare modelleri gibi birçok GBM modelinin, insan GBM'sini aslına uygun olarak özetleyememesi gerçeğine bağlanabilir. Sonuç olarak, bu model sistemlere dayalı olarak seçilen tedavi stratejileri klinik uygulamalara aktarılamamaktadır. Bunun yerine, organoidler, insan fizyolojik koşullarının varlığıyla bu translasyonel problemlerin üstesinden gelebilir. Bu amaçla, LEGO'y...
Yazarların ifşa edecek herhangi bir çıkar çatışması yoktur
Bu çalışma Deutsche Forschungsgemeinschaft Grant SFB1389 (H-K.L.), Deutsche Krebshilfe Grant 110227 (H-K.L.), Avrupa Araştırma Konseyi (ERC) hibe 647055 (H-K.L.), Deutschen Konsortium für Translationale Krebsforschung (DKTK) hibe AIM2GO (H-K.L.) tarafından desteklenmektedir.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır