Name: establishment and characterization of patient-derived xenograft models of anaplastic thyroid carcinoma and head and neck squamous cell carcinoma
Uploaded: 2023-06-02T14:50:00
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Diese Arbeit wurde unterstützt durch das Wissenschafts- und Technologieunterstützungsprogramm der Provinz Sichuan (Förderkennzeichen 2019JDRC0019 und 2021ZYD0097), das Projekt 1.3.5 für Exzellenzdisziplinen, West China Hospital, Sichuan University (Förderkennzeichen ZYJC18026), das Projekt 1.3.5 für Exzellenzdisziplinen – Clinical Research Incubation Project, West China Hospital, Sichuan University (Förderkennzeichen 2020HXFH023), den Grundlagenforschungsfonds für die Zentraluniversitäten (SCU2022D025), das internationale Kooperationsprojekt des Chengdu Science and Technology Bureau (Fördernummer 2022-GH02-00023-HZ), das Innovation Spark-Projekt der Universität Sichuan (Fördernummer 2019SCUH0015) und der Talent Training Fund for Medical-Engineering Integration des West China Hospital - University of Electronic Science and Technology (Fördernummer HXDZ22012).

Alle Tierversuche wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien und Protokollen der Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care durchgeführt, die vom Institutional Animal Care and Use Committee des West China Hospital der Universität Sichuan genehmigt wurden. Für die vorliegende Studie wurden immundefiziente NOD-SCID-Mäuse im Alter von 4-6 Wochen (beiderlei Geschlechts) und weibliche Balb/c-Nacktmäuse im Alter von 4-6 Wochen verwendet. Die Tiere wurden aus einer kommerziellen Quelle bezog...

In dieser Studie konnten die subkutanen PDX-Modelle von ATC und HNSCC erfolgreich etabliert werden. Es gibt viele Aspekte, auf die beim Bau von PDX-Modellen geachtet werden muss. Wenn das Tumorgewebe vom Patienten getrennt wird, sollte es so schnell wie möglich in die Eisbox gelegt und zur Impfung ins Labor geschickt werden. Nachdem der Tumor im Labor angekommen ist, muss der Bediener auf die Aufrechterhaltung eines sterilen Feldes achten und aseptische Verfahren anwenden. Da das Tumorgewebe bei Nadelbiopsieproben beson...

Das PDX-Modell ist ein Tiermodell, bei dem menschliches Tumorgewebe in immundefiziente Mäuse transplantiert wird und in der von den Mäusen bereitgestellten Umgebung wächst1. Herkömmliche Tumorzelllinienmodelle leiden unter mehreren Nachteilen, wie z. B. der mangelnden Heterogenität, der Unfähigkeit, die Tumormikroumgebung zu erhalten, der Anfälligkeit für genetische Variationen während wiederholter In-vitro-Passagen und der schlechten klinischen Anwendung 2,3. Die Hauptnachteile gentechnisch veränderter Tiermodelle sind der potenzielle Verlust der genomischen Merkmale menschlicher Tumore, die Einführung neuer unbekannter Mutationen und die Schwierigkeit, den Grad der Homologie zwischen Maustumoren und menschlichen Tumoren zu bestimmen4. Hinzu kommt, dass die Herstellung gentechnisch veränderter Tiermodelle teuer, zeitaufwendig und relativ ineffizient ist4.
Das PDX-Modell hat gegenüber anderen Tumormodellen viele Vorteile in Bezug auf die Widerspiegelung der Tumorheterogenität. Aus histopathologischer Sicht ersetzt das Maus-Pendant zwar im Laufe der Zeit das menschliche Stroma, aber das PDX-Modell bewahrt die morphologische Struktur des Primärtumors gut. Darüber hinaus bewahrt das PDX-Modell die metabolomische Identität des Primärtumors für mindestens vier Generationen und spiegelt die komplexen Wechselbeziehungen zwischen Tumorzellen und ihrer Mikroumgebung besser wider, was es einzigartig in der Simulation von Wachstum, Metastasierung, Angiogenese und Immunsuppression von menschlichem Tumorgewebe macht 5,6,7. Auf zellulärer und molekularer Ebene spiegelt das PDX-Modell die Heterogenität zwischen und innerhalb des Tumors menschlicher Tumore sowie die phänotypischen und molekularen Merkmale des ursprünglichen Krebses genau wider, einschließlich Genexpressionsmuster, Mutationsstatus, Kopienzahl sowie DNA-Methylierung und Proteomik 8,9. PDX-Modelle mit unterschiedlichen Passagen weisen die gleiche Sensitivität gegenüber medikamentöser Therapie auf, was darauf hindeutet, dass die Genexpression von PDX-Modellen sehr stabil ist10,11. Studien haben eine ausgezeichnete Korrelation zwischen dem Ansprechen des PDX-Modells auf ein Medikament und dem klinischen Ansprechen der Patienten auf dieses Medikament gezeigt12,13. Daher hat sich das PDX-Modell zu einem leistungsstarken präklinischen und translationalen Forschungsmodell entwickelt, insbesondere für das Wirkstoffscreening und die Vorhersage klinischer Prognosen.
Schilddrüsenkrebs ist ein häufiger bösartiger Tumor des endokrinen Systems und eine bösartige Erkrankung des Menschen, deren Inzidenz in den letzten Jahren rapide zugenommen hat14. Das anaplastische Schilddrüsenkarzinom (ATC) ist mit einer medianen Überlebenszeit von nur 4,8 Monaten der bösartigste Schilddrüsenkrebs15. Obwohl in China jedes Jahr nur bei einer Minderheit der Schilddrüsenkrebspatienten ATC diagnostiziert wird, liegt die Sterblichkeitsrate bei fast 100 %16,17,18. ATC wächst in der Regel schnell und dringt in das angrenzende Gewebe des Halses sowie in die zervikalen Lymphknoten ein, und etwa die Hälfte der Patienten hat Fernmetastasen19,20. Das Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinom (HNSCC) ist die sechsthäufigste Krebserkrankung der Welt und eine der häufigsten Krebstodesursachen, wobei jedes Jahr schätzungsweise 600.000 Menschen an HNSCC erkranken21,22,23. Das HNSCC umfasst eine große Anzahl von Tumoren, darunter solche in der Nase, den Nasennebenhöhlen, dem Mund, den Mandeln, dem Rachen und dem Kehlkopf24. ATC und HNSCC sind zwei der wichtigsten Malignome von Kopf und Hals. Um die Entwicklung neuartiger Therapeutika und personalisierter Behandlungen zu erleichtern, ist es notwendig, robuste und fortschrittliche präklinische Tiermodelle wie PDX-Modelle von ATC und HNSCC zu entwickeln.
In diesem Artikel werden detaillierte Methoden zur Etablierung des subkutanen PDX-Modells von ATC und HNSCC vorgestellt, die Schlüsselfaktoren analysiert, die die Tumoraufnahmerate in der Modellkonstruktion beeinflussen, und die histopathologischen Charakteristika zwischen dem PDX-Modell und dem Primärtumor verglichen. Währenddessen wurden in vivo pharmakodynamische Tests unter Verwendung der erfolgreich konstruierten PDX-Modelle durchgeführt, um deren klinische Relevanz zu validieren.

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	<tbody>
		<tr>
			<td>2.4 mm x 2.0 mm trocar</td>
			<td>Shenzhen Huayang Biotechnology Co., Ltd</td>
			<td>18-9065</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Balb/c nude mice</td>
			<td>Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd.</td>
			<td>401</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biosafety cabinet</td>
			<td>Suzhou Antai</td>
			<td>BSC-1300IIA2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blade</td>
			<td>Shenzhen Huayang Biotechnology Co., Ltd</td>
			<td>18-0823</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge tube&#160;</td>
			<td>Corning</td>
			<td>430791/430829</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cryopreservation tube</td>
			<td>Chengdu Dianrui Experimental Instrument Co., Ltd</td>
			<td>/</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Custodiol HTK-Solution</td>
			<td>Custodiol</td>
			<td>2103417</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl sulfoxide(DMSO)</td>
			<td>SIGMA-ALORICH</td>
			<td>D5879-500mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electronic balance</td>
			<td>METTLER</td>
			<td>ME104</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electronic digital caliper</td>
			<td>Chengdu Chengliang Tool Group Co., Ltd</td>
			<td>0-220</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fetal bovine serum(FBS)</td>
			<td>VivaCell</td>
			<td>C04001-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IBM SPSS Statistics 26</td>
			<td>IBM</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketamine</td>
			<td>Jiangsu Zhongmu Beikang Pharmaceutical Co., Ltd&#160;</td>
			<td>100761663</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lenvatinib</td>
			<td>ApexBio</td>
			<td>A2174</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NOD SCID immunodeficient mice</td>
			<td>Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd.</td>
			<td>406</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pen-Strep Solution</td>
			<td>Biological Industries</td>
			<td>03-03101BCS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish</td>
			<td>WHB</td>
			<td>WHB-60/WHB-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Saline&#160;</td>
			<td>Sichuan Kelun</td>
			<td>W220051705</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scissor</td>
			<td>Shenzhen Huayang Biotechnology Co., Ltd</td>
			<td>18-0110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tweezer</td>
			<td>Shenzhen Huayang Biotechnology Co., Ltd</td>
			<td>18-1241</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vet ointment</td>
			<td>Pfizer Inc.</td>
			<td>P10015353</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylazine</td>
			<td>Dunhua Shengda Animal Medicine Co., Ltd</td>
			<td>070031777</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

establishment and characterization of patient-derived xenograft models of anaplastic thyroid carcinoma and head and neck squamous cell carcinoma

Patient-derived xenograft (PDX)-Modelle bewahren die histologischen und genetischen Merkmale des Primärtumors und bewahren seine Heterogenität. Pharmakodynamische Ergebnisse, die auf PDX-Modellen basieren, korrelieren stark mit der klinischen Praxis. Das anaplastische Schilddrüsenkarzinom (ATC) ist die bösartigste Subform des Schilddrüsenkarzinoms mit starker Invasivität, schlechter Prognose und begrenzter Behandlung. Obwohl die Inzidenzrate von ATC nur 2%-5% des Schilddrüsenkrebses ausmacht, liegt die Sterblichkeitsrate bei 15%-50%. Das Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinom (HNSCC) ist mit über 600.000 Neuerkrankungen weltweit eine der häufigsten bösartigen Erkrankungen des Kopfes und Halses. Im Folgenden werden detaillierte Protokolle vorgestellt, um PDX-Modelle von ATC und HNSCC zu erstellen. In dieser Arbeit wurden die Schlüsselfaktoren, die die Erfolgsrate der Modellkonstruktion beeinflussen, analysiert und die histopathologischen Merkmale zwischen dem PDX-Modell und dem Primärtumor verglichen. Darüber hinaus wurde die klinische Relevanz des Modells validiert, indem die in vivo therapeutische Wirksamkeit repräsentativer klinisch eingesetzter Medikamente in den erfolgreich konstruierten PDX-Modellen evaluiert wurde.

Insgesamt wurden 18 Schilddrüsenkrebsproben transplantiert und fünf PDX-Modelle für Schilddrüsenkrebs erfolgreich konstruiert (27,8 % Tumorentnahmerate), darunter vier Fälle von undifferenziertem Schilddrüsenkrebs und ein Fall von anaplastischem Schilddrüsenkrebs. Der Zusammenhang zwischen der Erfolgsrate der Modellkonstruktion und dem Alter, dem Geschlecht, dem Tumordurchmesser, dem Tumorgrad und der Differenzierung wurde analysiert. Obwohl die Modellerfolgsrate von Tumorproben Grad 4 höher war als bei Proben mi...

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Establishment and Characterization of Patient-Derived Xenograft Models of Anaplastic Thyroid Carcinoma and Head and Neck Squamous Cell Carcinoma

Das vorliegende Protokoll etabliert und charakterisiert ein patientenabgeleitetes Xenotransplantat-Modell (PDX) für anaplastisches Schilddrüsenkarzinom (ATC) und Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinom (HNSCC), da PDX-Modelle schnell zum Standard im Bereich der translationalen Onkologie werden.

Etablierung und Charakterisierung von patientenabgeleiteten Xenotransplantatmodellen des anaplastischen Schilddrüsenkarzinoms und des Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinoms

Patient-derived xenograft (PDX) models faithfully preserve the histological and genetic characteristics of the primary tumor and maintain its ...

Dieses Protokoll hilft bei der Erstellung von ATC- und HNSCC-PDX-Modellen, die die Tumorheterogenität und die molekulare Vielfalt besser widerspiegeln und klinische Ergebnisse vorhersagen. Die Technik ist einfach zu bedienen, hat eine hohe Erfolgsquote und kann auch für andere PDX-Modelle geeignet sein. Diese Technik kann auf das Empfindlichkeitsscreening gegen Krebsmedikamente ausgeweitet werden, um die personalisierte Behandlung von Krebspatienten zu steuern.Eine Person, die diese Technik noch nie durchgeführt hat, kann auf einige Schwierigkeiten stoßen, und es wird empfohlen, auf jedes Detail des Schemas zu achten. Nach der Entnahme von ATC- und HNSCC-Tumorproben in einem 50-Millimeter-Zentrifugenröhrchen mit steriler HTK-Lösung werden diese mit 75%igem Alkohol desinfiziert. Übertragen Sie das Tumorgewebe mit einer sterilisierten Augenzange in eine sechs Zentimeter dicke, mit Kochsalzlösung gefüllte Petrischale und schneiden Sie es mit einer Klinge in kleine Stücke.Übertragen Sie die Stücke dann in eine neue sechs Zentimeter dicke Petrischale mit der Kochsalzlösung und wickeln Sie sie mit Siegelfolie ein. Stellen Sie die eingewickelte Schale in eine Eisbox und tragen Sie sie mit Schere, Pinzette und Impfnadeln in den erregerfreien Tierraum. Entfernen Sie nach der Betäubung der Maus die Haare am rechten seitlichen Brustkorb und desinfizieren Sie den Bereich mit 75%igem Alkohol.Machen Sie mit einer Schere einen zwei Millimeter langen Schnitt in der Mitte des rechten seitlichen Brustkorbs. Nehmen Sie mit einer Pinzette das Gewebe aus der Petrischale und legen Sie es in die Trokarnadel. Halten Sie die Maus fest und spannen Sie die Haut an der Einstichstelle.Führen Sie den Trokar mit dem Tumorstück in die Inzision zum Unterhautraum ein, bewegen Sie sich dann zur Rückseite der Schulter und schieben Sie den Trokarkern ein. Um das verbleibende Gewebe mit einer sterilen Gaze zu reservieren, entfernen Sie Kochsalzlösung von der Tumoroberfläche und achten Sie darauf, dass sie nicht übermäßig nass ist. Geben Sie vier bis sechs Gewebestücke in ein Zwei-Milliliter-Zellkryokonservierungsröhrchen und geben Sie einen Milliliter Kryokonservierungslösung in das Röhrchen.Legen Sie die Tube dann in eine Gradientenkühlbox und frieren Sie sie über Nacht bei minus 80 Grad Celsius ein. Zum Schluss in flüssigen Stickstoff überführen. Verwenden Sie für die Wiederbelebung der PDX-Modelltumoren einmal pro Woche Messschieber Vernier-Messschieber, um die Länge und Breite des subkutanen Tumors zu messen.Berechnen Sie das Tumorvolumen und zeichnen Sie die Tumorwachstumskurve. Schneiden Sie dann mit einer Schere die euthanasierte Maushaut ab, die den Tumor umgibt. Entfernen Sie den Tumor mit einer Pinzette und legen Sie ihn in eine Petrischale.Führen Sie die Tumortransplantation bis zur fünften Generation von Mäusen durch, wie zuvor gezeigt. Wählen Sie das Tumorgewebe einer Maus des Modells ATC PDX der P5-Generation aus. Schneiden Sie es in zwei bis vier Kubikmillimeter große Stücke.Impfen Sie diese Stücke subkutan, wie zuvor gezeigt, auf den rechten Rücken einer nackten, vier bis sechs Wochen alten weiblichen BALB/c-Maus. Wenn der Tumor 50 bis 150 Kubikmillimeter groß ist, teilen Sie die Mäuse in drei Gruppen ein. Messen Sie nach der Verabreichung von Lenvatinib, Cisplatin und der Kontrolle zweimal pro Woche das Körpergewicht der Maus.Messen Sie auch das Tumorvolumen. Die Korrelationsanalyse zeigte, dass die Erfolgsrate der ATC-PDX-Modellkonstruktion nicht von Alter, Geschlecht, Tumordurchmesser, Tumorgrad und Differenzierung abhängig war. Die Tumorentnahmerate in der HNSCC PDX-Modellkonstruktion zeigte, dass der Grad der Differenzierung mit der Modellerfolgsrate assoziiert war, während die anderen Parameter keinen Einfluss auf die Tumorentnahmerate hatten.Die Tumorwachstumskurven für jedes PDX-Modell zeigten, dass die ATC-Proben stabil an die P3-Generation weitergegeben wurden, während zwei Fälle von HNSCC-Proben nach dem Übergang in die P1-Generation keine Tumore bildeten. Die Tumorwachstumsrate der P0-Generation war für die meisten PDX-Modelle relativ langsamer als für die späteren Passagen, was wahrscheinlich auf die Anpassung der Mikroumgebung der Maus zurückzuführen ist. Die histopathologische Untersuchung zeigte, dass die PDX-Tumoren die morphologischen Merkmale der Primärtumoren beibehalten.Die Behandlung mit Lenvatinib hemmte das Tumorwachstum signifikant und zeigte im ATC-PDX-Modell im Vergleich zur Kontrollgruppe ein geringeres Tumorgewicht. Darüber hinaus zeigten die mit Lenvatinib behandelten Mäuse keine erkennbaren Veränderungen ihres Gesamtgewichts. Eine übermäßige Cisplatin-Dosierung führte zu einer erheblichen Toxizität, die sich in Gewichtsverlust und sogar Tod zeigte.Frische Tumore müssen mehrmals mit normaler Kochsalzlösung gewaschen werden, bevor sie in Stücke geschnitten werden. Das Mischen und Beimpfen von biopsierten Tumorproben führt wahrscheinlich zur Tumorbildung. Dieses Modell kann für die tumorbiologische Forschung, das Screening von Medikamenten und die personalisierte Therapie verwendet werden.

Research

JoVE Journal

Cancer Research

A Model for Perineural Invasion in Head and Neck Squamous Cell Carcinoma

Ein Modell für Perineurale Invasion in Kopf- und Hals-Plattenepithelkarzinom

Perineural invasion (PNI) is found in approximately 40% of head and neck squamous cell carcinomas (HNSCC). Despite multimodal treatment with surgery, ...

Forschung

Krebsforschung

Four-color Fluorescence Immunohistochemistry of T-cell Subpopulations in Archival Formalin-fixed, Paraffin-embedded Human Oropharyngeal Squamous Cell Carcinoma Samples

Vier-Farb-Fluoreszenz-Immunhistochemie von T-Zell-Subpopulationen im Archiv Formalin-fixierte, Paraffin-eingebettete menschliche Oropharynx-Plattenepithelkarzinom-Proben

The four-color fluorescence immunohistochemistry (IHC) technique is a method to quantify cell populations of interest while taking into account their ...

Therapy Testing in a Spheroid-based 3D Cell Culture Model for Head and Neck Squamous Cell Carcinoma

Therapie, die Tests in einem Sphäroid-basierten 3D Kultur Zellmodell für Kopf und Hals Squamous Zelle Krebsgeschwür

Current treatment options for advanced and recurrent head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) enclose radiation and chemo-radiation approaches with ...

Fabrication of Tongue Extracellular Matrix and Reconstitution of Tongue Squamous Cell Carcinoma In Vitro

Fabrication of Tongue Extracellular Matrix and Reconstitution of Tongue Squamous Cell Carcinoma In Vitro

Herstellung von Zunge extrazellulären Matrix und Rekonstitution der Zunge Squamous Zelle Krebsgeschwür In-vitro-

In order to construct an effective and realistic model for tongue squamous cell carcinoma (TSCC) in vitro, the methods were created to produce ...

Intramucosal Inoculation of Squamous Cell Carcinoma Cells in Mice for Tumor Immune Profiling and Treatment Response Assessment

Intramucosal Impfung des Plattenepithelkarzinom Zellen in Mäusen für Tumor immun Profilierung und Behandlung Antwort Bewertung

Head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) is a debilitating and deadly disease with a high prevalence of recurrence and treatment failure. To develop ...

Patient-derived Orthotopic Xenograft Models for Human Urothelial Cell Carcinoma and Colorectal Cancer Tumor Growth and Spontaneous Metastasis

Patientenabgeleitete orthotopische Xenograft-Modelle für humanes Urotheliale Zellkarzinom und Kolorektalkrebs-Tumorwachstum und spontane Metastasierung

Cancer patients have poor prognoses when lymph node (LN) involvement is present in both high-grade urothelial cell carcinoma (HG-UCC) of the bladder and ...

Establishment of Gastric Cancer Patient-derived Xenograft Models and Primary Cell Lines

Etablierung von vom Magenkrebs abgeleiteten Xenograft-Modellen und Primärzelllinien

The use of preclinical models to advance our understanding of tumor biology and investigate the efficacy of therapeutic agents is key to cancer research. ...

Isolation and Characterization of Patient-derived Pancreatic Ductal Adenocarcinoma Organoid Models

Isolierung und Charakterisierung von patientenabgeleiteten Pankreas-Ductal Adenokarzinom-Organoidmodellen

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is amongst the most lethal malignancies. Recently, next-generation organoid culture methods enabling the ...

Multidimensional Coculture System to Model Lung Squamous Carcinoma Progression

Multidimensionales Cokultursystem zur Modellierung der Fortschreitender Karzinomprogression der Lunge

Tumor-stroma interactions play a critical role in the development of lung squamous carcinoma (LUSC). However, understanding how these dynamic interactions ...