Name: creating matched in vivo/in vitro patient-derived model pairs of pdx and pdx-derived organoids for cancer pharmacology research
Uploaded: 2021-05-05T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Creating Matched In vivo/In vitro Patient-Derived Model Pairs of PDX and PDX-Derived Organoids for Cancer Pharmacology Research at JoVE.com

Les auteurs tiennent à remercier Jody Barbeau, Federica Parisi et Rajendra Kumari pour la lecture critique et l’édition du manuscrit. Les auteurs tiennent également à remercier l’équipe in vitro et in vivo de Crown Bioscience Oncology pour ses grands efforts techniques.

Tous les protocoles et modifications ou procédures concernant le soin et l’utilisation des animaux ont été examinés et approuvés par le Crown Bioscience Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) avant la réalisation des études. Le soin et l’utilisation des animaux ont été effectués conformément aux lignes directrices internationales de l’AAALAC (Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care), telles qu’elles sont indiquées dans le Guide pour le soin et l’utilisatio...

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	<li>Tentler, J. 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P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+RNAi+library+based+on+partially+randomized+consensus+sequences+of+nuclear+receptors:+identifying+the+receptors+involved+in+amyloid+beta+degradation.">A novel RNAi library based on partially randomized consensus sequences of nuclear receptors: identifying the receptors involved in amyloid beta degradation.</a> Genomics. 88 (3), 282-292 (2006).</li><li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+subset+of+gastric+cancers+with+EGFR+amplification+and+overexpression+respond+to+cetuximab+therapy.">A subset of gastric cancers with EGFR amplification and overexpression respond to cetuximab therapy.</a> Scientific Reports. 3, 2992 (2013).</li><li>Chen, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+set+of+defined+oncogenic+mutation+alleles+seems+to+better+predict+the+response+to+cetuximab+in+CRC+patient-derived+xenograft+than+KRAS+12/13+mutations.">A set of defined oncogenic mutation alleles seems to better predict the response to cetuximab in CRC patient-derived xenograft than KRAS 12/13 mutations.</a> Oncotarget. 6 (38), 40815-40821 (2015).</li><li>Guo, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+Pathology+of+Patient+Tumors,+Patient-Derived+Xenografts,+and+Cancer+Cell+Lines.">Molecular Pathology of Patient Tumors, Patient-Derived Xenografts, and Cancer Cell Lines.</a> Cancer Research. 76 (16), 4619-4626 (2016).</li><li>Sato, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+expansion+of+epithelial+organoids+from+human+colon,+adenoma,+adenocarcinoma,+and+Barrett's+epithelium.">Long-term expansion of epithelial organoids from human colon, adenoma, adenocarcinoma, and Barrett's epithelium.</a> Gastroenterology. 141 (5), 1762-1772 (2011).</li><li>Tiriac, H., French, R., Lowy, A. 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B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+BRAF+and+MEK+Inhibition+With+Dabrafenib+and+Trametinib+in+BRAF+V600-Mutant+Colorectal+Cancer.">Combined BRAF and MEK Inhibition With Dabrafenib and Trametinib in BRAF V600-Mutant Colorectal Cancer.</a> Journal of Clinical Oncology. , (2015).</li><li>Huch, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+culture+of+genome-stable+bipotent+stem+cells+from+adult+human+liver.">Long-term culture of genome-stable bipotent stem cells from adult human liver.</a> Cell. 160 (1-2), 299-312 (2015).</li></ol>

Les données préliminaires pour PDX-/PDXO-CR2110 dans ce rapport soutiennent l’équivalence biologique entre PDX et son dérivé, PDXO, en ce qui concerne la génomique, l’histopathologie et la pharmacologie, puisque les deux modèles représentent les formes de maladie dérivées du CSC original du patient. Les deux modèles sont des modèles de maladies dérivées du patient, potentiellement prédictifs de la réponse clinique des patients10,11,...

Les cancers sont un ensemble de divers troubles génétiques et immunologiques. Le succès de la mise au point de traitements efficaces dépend fortement de modèles expérimentaux qui prédisent efficacement les résultats cliniques. De grandes bibliothèques de xénogreffes dérivées du patient (PDX) bien caractérisées ont longtemps été considérées comme le système translationnel in vivo de choix pour tester les thérapies chimio- et / ou ciblées en raison de leur capacité à récapituler les caractéristiques tumorales du patient, l’hétérogénéité et la réponse du médicament patient1,permettant ainsi aux essais cliniques de souris de type Phase II d’améliorer le succès clinique2,3. Les PDX sont généralement considérés comme des maladies des cellules souches cancéreuses, présentant une stabilité génétique, contrairement aux xénogreffes dérivées de lignées cellulaires2. Au cours des dernières décennies, de grandes collections de PDX ont été créées dans le monde entier, devenant le cheval de bataille du développement de médicaments anticancéreux aujourd’hui. Bien que largement utilisés et ayant une grande valeur translationnelle, ces modèles animaux sont intrinsèquement coûteux, longs et à faible débit, donc inadéquats pour le criblage à grande échelle. Les PDX sont également indésirables pour les tests d’immuno-oncologie (IO) en raison d’une nature immunodéprimée4. Il n’est donc pas pratique de tirer pleinement parti de la grande bibliothèque de PDX disponible.
Des découvertes récentes, initiées par le laboratoire5de Hans Clevers, ont conduit à l’établissement de cultures in vitro d’organoïdes générés à partir de cellules souches adultes dans la plupart des organes humains d’origine épithéliale5. Ces protocoles ont été affinés pour permettre la croissance d’organoïdes à partir de CSC supposés dans des carcinomes humains de diverses indications6,7. Ces organoïdes dérivés du patient (PDO) sont génomiquement stables8,9 et se sont avérés hautement prédictifs des résultats du traitement clinique10,11,12. En outre, la nature in vitro des PDO permet un criblage à haut débit (HTS)13,offrant ainsi potentiellement un avantage sur les modèles in vivo et tirant parti de grandes bibliothèques organoïdes comme substitut de la population de patients. Les PDO sont sur le point de devenir une importante plate-forme de découverte et de traduction, surmontant les nombreuses limitations des PDX décrites ci-dessus.
L’AOP et la PDX sont des modèles dérivés du patient et axés sur le SCC, qui ont la capacité d’évaluer les traitements dans le contexte d’un traitement personnalisé ou d’un format d’essai clinique. Les grandes bibliothèques existantes de PDX, comme la collection propriétaire de >3000 PDX14,15,16,17,conviennent donc à la génération rapide de bibliothèques d’organoïdes tumoraux (organoïdes dérivés de PDX, ou PDXO), résultant en une bibliothèque appariée de modèles PDX et PDXO appariés. Ce rapport décrit la procédure pour créer et caractériser le cancer côlorectal PDXO-CR2110 par rapport à son pdx-cr2110 parental modèle16.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Advanced DMEM/F12</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>12634028</td>
			<td>Base medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM</td>
			<td>Hyclone</td>
			<td>SH30243.01</td>
			<td>Washing medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collagenese type II</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>17101015</td>
			<td>Digest tumor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matrigel</td>
			<td>Corning</td>
			<td>356231</td>
			<td>Organoid culture matrix (Basement Membrane Extract, growth factor reduced)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-Ac</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>A9165</td>
			<td>Organoid culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A83-01</td>
			<td>Tocris</td>
			<td>2939</td>
			<td>Organoid culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B27</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>17504044</td>
			<td>Organoid culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EGF</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>AF-100-15</td>
			<td>Organoid culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Noggin</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>120-10C</td>
			<td>Organoid culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nicotinamide</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>N0636</td>
			<td>Organoid culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SB202190</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>S7076</td>
			<td>Organoid culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gastrin</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>G9145</td>
			<td>Organoid culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rspondin</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>120-38-1000</td>
			<td>Organoid culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-glutamine</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>35050038</td>
			<td>Organoid culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hepes</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>15630056</td>
			<td>Organoid culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>penicillin-streptomycin</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>15140122</td>
			<td>Organoid culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Y-27632</td>
			<td>Abmole</td>
			<td>M1817</td>
			<td>Organoid culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dispase</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>17105041</td>
			<td>Screening assay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CellTiter-Glo 3D</td>
			<td>Promega</td>
			<td>G9683</td>
			<td>Screening assay (luminescent ATP indicator)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multidrop dispenser</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>Multidrop combi</td>
			<td>Plating organoids/CellTiter-Glo 3D addition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital dispener</td>
			<td>Tecan</td>
			<td>D300e</td>
			<td>Compound addition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Envision Plate reader</td>
			<td>Perkin Elmer</td>
			<td>2104</td>
			<td>Luminescence reading</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Balb/c nude mice</td>
			<td>Beijing HFK Bio-Technology Co</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RNAeasy Mini kit</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>74104</td>
			<td>tRNA purification kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DNAeasy Blood &#38; Tissue Kit</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>69506</td>
			<td>DNA purification kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Histogel</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>HG-4000-012</td>
			<td>Organoid embedding</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

creating matched in vivo/in vitro patient-derived model pairs of pdx and pdx-derived organoids for cancer pharmacology research

Les xénogreffes tumorales dérivées du patient (PDX) sont considérées comme les modèles précliniques les plus prédictifs, largement considérés comme pilotés par les cellules souches cancéreuses (CSC) pour l’évaluation conventionnelle des médicaments anticancéreux. Une grande bibliothèque de PDX reflète la diversité des populations de patients et permet ainsi des essais précliniques basés sur la population (« essais cliniques de souris de type II »); cependant, pdx ont des limites pratiques de faible débit, coûts élevés et longue durée. Les organoïdes tumoraux, étant également des modèles CSC-conduits patients-dérivés, peuvent être considérés comme l’équivalent in vitro de PDX, surmontant certaines limitations de PDX pour traiter de grandes bibliothèques d’organoïdes ou de composés. Cette étude décrit une méthode pour créer des organoïdes dérivés de PDX (PDXO), résultant ainsi en des modèles appariés pour la recherche en pharmacologie in vitro et in vivo. Des tumeurs PDX-CR2110 sous-cutanées-transplantées ont été rassemblées des souris de tumeur-roulement quand les tumeurs ont atteint 200-800millimètres 3,par une procédure approuvée d’autopsie, suivie du déplacement des tissus non-tumoraux adjacents et de la dissociation dans de petits fragments de tumeur. Les petits fragments tumoraux ont été lavés et passés à travers une passoire cellulaire de 100 μm pour enlever les débris. Des amas de cellules ont été rassemblés et suspendus dans la solution d’extrait de membrane de sous-sol (BME) et plaqués dans une plaque de 6 puits comme gouttelette solide avec des milieux liquides environnants pour la croissance dans un incubateur de CO2. La croissance d’Organoid a été surveillée deux fois par semaine sous la photomicroscopie et enregistrée par la photographie, suivie du changement liquide de milieu 2 ou 3 fois par semaine. Les organoïdes cultivés ont ensuite été croisés (7 jours plus tard) à un rapport de 1:2 en perturbant les organoïdes incorporés au BME à l’aide d’un cisaillement mécanique, aidés par l’ajout de trypsine et l’ajout de 10 μM d’Y-27632. Les organoïdes ont été cryoconservés dans des cryo-tubes pour le stockage à long terme, après libération de BME par centrifugation, et également échantillonnés (par exemple, l’ADN, l’ARN et le bloc FFPE) pour une caractérisation plus approfondie.

Morphologie des PDXO, typique des organoïdes sous microcopie légère, et compatible avec pdx parental par coloration H&E En microscopie optique, PDXO-CR2110 démontre une morphologie kystique typique(figure 1A),comme décrit précédemment pour les organoïdes dérivés du patient (AOP), preuves soutenant la similitude entre PDXO et AOP dans les mêmes conditions de culture.
L’examen histopathologique par coloration H&E révèle que les str...

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Creating Matched In vivo/In vitro Patient-Derived Model Pairs of PDX and PDX-Derived Organoids for Cancer Pharmacology Research

Une méthode est décrite pour créer des organoïdes à l’aide de xénogreffes dérivées du patient (PDX) pour le dépistage in vitro, ce qui donne des paires appariées de modèles in vivo/in vitro. Des tumeurs de PDX ont été moissonnes/traitées en petits morceaux mécaniquement ou enzymatiquement, suivies du Clevers' méthode pour cultiver des organoids de tumeur qui ont été passaged, cryopreserved et caractérisés contre le PDX original.

Création de paires de modèles appariés in vivo/in vitro dérivés du patient d’organoïdes dérivés de PDX et de PDX pour la recherche en pharmacologie du cancer

Patient-derived tumor xenografts (PDXs) are considered the most predictive preclinical models, largely believed to be driven by cancer stem cells (CSC) ...

Ce protocole peut être utilisé pour établir une bibliothèque appariée de xénogreffes dérivées du patient appariées, ou PDX, et de lignes organoïdes dérivées du patient correspondantes. L’avantage de cette méthode est qu’elle peut être utilisée pour créer des organoïdes à l’aide de PDX pour le dépistage in vitro, ce qui donne des paires appariées de modèles in vivo/in vitro. Commencez par récolter les tumeurs et traiter le tissu comme décrit dans le manuscrit de texte.Après la digestion des tissus, pipeter le tissu de haut en bas avec une pipette en plastique stérile de cinq millilitres. Ajoutez ensuite 20 millilitres d’AD+ à l’homogénat et filtrez-le avec une passoire cellulaire de 100 micromètres. Lavez le filtrat deux fois avec AD+, puis transférez-le dans un tube en plastique et centrifugez-le à 450 fois G pendant cinq minutes.Ressusciter les cellules dans le BME et les garder sur la glace. Pour préparer la culture organoïde, transférer 200 microlitres de la suspension cellulaire dans chaque puits d’une plaque de six puits et incuber la plaque à 37 degrés Celsius pendant 30 minutes. Ajoutez deux millilitres de milieux organoïdes à chaque puits et imaginez les gouttes représentatives au microscope.Maintenir les cultures organoïdes à 37 degrés Celsius et 5% de dioxyde de carbone avec des changements de milieu tous les trois à quatre jours et un passage à un rapport d’un à deux tous les sept jours. Après avoir dissocié les organoïdes, passez-les à travers un filtre de 70 micromètres dans un tube en plastique de 50 millilitres. Comptez les organoïdes au microscope et ressuscitez-les dans du BME sur de la glace pour une concentration finale de 5%Ajouter 50 microlitres de la suspension organoïde dans chaque plaque de 384 puits avec un distributeur de liquide pour une densité d’ensemencement de 200 CR2110 PDXO par puits.Utilisez le distributeur numérique pour ajouter du SN38 à chaque puits en dilution en série. Créez une carte de plaque à l’aide de l’outil logiciel de distributeur numérique. Les traitements devraient inclure un véhicule témoin négatif avec une viabilité de 100% et un contrôle positif de cinq staurosporines micromolaires avec une viabilité de 0%.Une fois terminé, replacez les plaques de 384 puits traitées par le médicament dans un incubateur à 37 degrés Celsius. En microscopie optique, PDXO CR2110 montre une morphologie kystique typique démontrant la similitude entre les organoïdes dérivés de PDX et les organoïdes dérivés du patient dans les mêmes conditions de culture. L’examen histopathologique par la souillure de H&E indique que les structures tissulaires et les types de cellules de PDXO CR2110 sont semblables au PDX CR2110 original.Les comparaisons de profils génomiques de PDX et de PDXO démontrent une corrélation de 94,92 % de l’expression du transcriptome et une concordance de 97,67 % des mutations de l’ADN, ce qui suggère une similitude génomique globale entre cette paire de modèles. Des analyses de sensibilité de drogue ont été exécutées sur PDXO CR2110 dans des plaques de 384 puits. PDXO CR2110 était sensible à l’irinotécan et résistant au cisplatine, compatible avec les résultats du traitement PDX.La paire appariée de modèles in vitro et in vivo peut se compléter pour le dépistage et la validation in vitro in vivo, améliorant ainsi le taux de réussite de la découverte de médicaments et réduisant potentiellement les taux d’attrition dans le développement clinique.

Research

JoVE Journal

Cancer Research

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Recherche

Recherche en cancérologie

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Testing Targeted Therapies in Cancer using Structural DNA Alteration Analysis and Patient-Derived Xenografts

Test de thérapies ciblées dans le cancer à l’aide de l’analyse structurale de l’altération de l’ADN et des Xénogreffes dérivées du patient

We present here an integrative approach for testing efficacy of targeted therapies that combines the next generation sequencing technolo-gies, therapeutic ...

High-Throughput In Vitro Assay using Patient-Derived Tumor Organoids

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Test in vitro à haut débit utilisant des organoïdes tumoraux dérivés du patient

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Visualizing DNA Damage Repair Proteins in Patient-Derived Ovarian Cancer Organoids via Immunofluorescence Assays

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