Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Ксенотрансплантаты пациента ( PDX ) представляют собой модели рака, в которых ткань или клетки опухоли пациента имплантируются иммунодефицитной или гуманизированной мыши . [1] Модели PDX используются для создания среды, которая позволяет естественному росту рака, его мониторингу и соответствующей оценке лечения исходного пациента. [1]

Методы ксенотрансплантации опухолей [ править ]

Несколько типов иммунодефицитных мышей могут быть использованы для создания моделей PDX: бестимусных голых мышей , сильно скомпрометированы иммунодефицитом (SCID) мышей , NOD-SCID мышей , и рекомбинация-активации гена 2 (RAG2) -knockout мышей. [2] Используемые мыши должны быть с ослабленным иммунитетом, чтобы предотвратить отторжение трансплантата. Мышь NOD-SCID считается более иммунодефицитной, чем мышь nude, и поэтому чаще используется для моделей PDX, поскольку мышь NOD-SCID не производит естественных клеток-киллеров . [3]

При резекции опухолей человека некротические ткани удаляются, и опухоль может быть механически разрезана на более мелкие фрагменты, химически переварена или физически преобразована в одноклеточную суспензию. Есть преимущества и недостатки в использовании либо дискретных фрагментов опухоли, либо одноклеточных суспензий. Фрагменты опухоли сохраняют межклеточные взаимодействия, а также некоторую архитектуру ткани исходной опухоли, таким образом имитируя микроокружение опухоли. В качестве альтернативы суспензия единичных клеток позволяет ученым собирать беспристрастную выборку всей опухоли, устраняя пространственно разделенные субклоны, которые в противном случае были бы случайно выбраны во время анализа или пассажа опухоли . [4] Однако суспензии отдельных клеток подвергают выжившие клетки резким химическим или механическим воздействиям, которые могут сенсибилизировать клетки к аноики , что сказывается на жизнеспособности клеток и успешности приживления. [5]

Гетеротопическая и ортотопическая имплантация [ править ]

В отличие от создания моделей мышей с ксенотрансплантатом с использованием существующих линий раковых клеток, промежуточные этапы обработки in vitro перед имплантацией фрагментов опухоли мыши-хозяину для создания PDX отсутствуют. Фрагменты опухоли либо гетеротопически, либо ортотопически имплантируются иммунодефицитной мыши. При гетеротопической имплантации ткань или клетки имплантируют в область мыши, не связанную с исходным участком опухоли, обычно подкожно или в субренальные капсульные участки. [6] Преимуществами этого метода являются прямой доступ для имплантации и простота наблюдения за ростом опухоли. С ортотопической имплантацией, ученые трансплантируют опухолевую ткань или клетки пациента в соответствующее анатомическое положение мыши. Подкожные модели PDX редко вызывают метастазы у мышей и не имитируют исходное микроокружение опухоли со скоростью приживления 40-60%. [6] Субренально-капсульный PDX поддерживает исходную строму опухоли, а также эквивалентную строму хозяина и имеет скорость приживления 95%. [7] В конечном итоге для приживления опухоли требуется от 2 до 4 месяцев, что зависит от типа опухоли, расположения имплантата и линии используемых мышей с иммунодефицитом; О неудаче приживления следует заявлять не ранее, чем через 6 месяцев. [2]Исследователи могут использовать гетеротопическую имплантацию для первоначального приживления от пациента к мыши, а затем использовать ортотопическую имплантацию для имплантации опухоли, выращенной на мышах, в следующие поколения мышей. [1]

Поколения приживлений [ править ]

Первое поколение мышей, получивших фрагменты опухоли пациента, обычно обозначают F0. Когда опухоль становится слишком большой для мышей F0, исследователи передают опухоль следующему поколению мышей. После этого каждое поколение обозначается F1, F2, F3… Fn. Для исследований по разработке лекарств размножение мышей после поколения F3 часто используют после того, как убедитесь, что PDX не отклонился генетически или гистологически от опухоли пациента. [8]

Преимущества перед установленными линиями раковых клеток [ править ]

Линии раковых клеток первоначально происходят из опухолей пациентов, но они приобретают способность размножаться в культурах клеток in vitro . В результате манипуляций in vitro клеточные линии, которые традиционно использовались в исследованиях рака, претерпевают генетические трансформации, которые не восстанавливаются, когда клеткам позволяют расти in vivo . [9] Благодаря процессу культивирования клеток, который включает ферментативную среду и центрифугирование, отбираются клетки, которые лучше приспособлены для выживания в культуре, удаляются резидентные клетки опухоли и белки, которые взаимодействуют с раковыми клетками, и культура становится фенотипически гомогенной. [4]

При имплантации иммунодефицитным мышам клеточные линии не вызывают легкого развития опухолей, и результатом любой успешно выращенной опухоли является генетически дивергентная опухоль, в отличие от гетерогенной опухоли пациента. [4] Исследователи начинают объяснять причину, по которой только 5% противораковых агентов одобрены Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов после доклинических испытаний, отсутствием неоднородности опухоли и отсутствием стромального микроокружения человека. [10] В частности, клеточные линии-ксенотрансплантаты часто не позволяют прогнозировать лекарственный ответ в первичных опухолях, потому что клеточные линии не следуют путям устойчивости к лекарствам или эффектам микросреды на лекарственный ответ, обнаруживаемым в первичных опухолях человека. [10]

Многие модели PDX были успешно созданы для рака груди, простаты, колоректального рака, легкого и многих других видов рака, потому что при использовании PDX перед клеточными линиями для исследований безопасности и эффективности лекарств, а также для прогнозирования реакции опухоли пациента на определенные противораковые агенты существуют отличительные преимущества. . [11] Поскольку PDX можно пассировать без этапов обработки in vitro , модели PDX позволяют размножение и разрастание опухолей пациентов без значительной генетической трансформации опухолевых клеток в нескольких поколениях мышей. [12] В моделях PDX образцы опухолей пациентов растут в физиологически значимых микроокружениях опухолей, которые имитируют уровни кислорода, питательных веществ и гормонов, которые обнаруживаются в месте первичной опухоли пациента. [8]Кроме того, имплантированная опухолевая ткань сохраняет генетические и эпигенетические аномалии, обнаруженные у пациента, и ткань ксенотрансплантата может быть удалена из пациента, чтобы включить окружающую строму человека. [13] В результате многочисленные исследования показали, что модели PDX демонстрируют аналогичные ответы на противораковые агенты, как у реального пациента, предоставившего образец опухоли. [14]

Гуманизированные модели ксенотрансплантатов [ править ]

Одним из заметных недостатков моделей PDX является то, что мышей с иммунодефицитом необходимо использовать для предотвращения иммунных атак против ксенотрансплантированной опухоли. Когда иммунная система выведена из строя, критический компонент известного взаимодействия микроокружения опухоли исключен, что предотвращает изучение иммунотерапевтических и противораковых агентов, нацеленных на компоненты иммунной системы, на моделях PDX. Исследователи начинают изучать использование моделей гуманизированного ксенотрансплантата для проведения иммунных исследований. Модели гуманизированного ксенотрансплантата создаются путем совместной трансплантации фрагмента опухоли пациента и периферической крови или клеток костного мозга в мышь NOD / SCID. [3]Совместное приживление позволяет восстановить иммунную систему мышей, давая представление о взаимодействиях между ксеногенной стромой человека и средой опухоли при прогрессировании рака и метастазировании. [15] Однако эти стратегии еще предстоит проверить для большинства типов опухолей, и остаются вопросы о том, будет ли восстановленная иммунная система вести себя так же, как и у пациента. Например, иммунная система может быть «гиперактивированной» из-за воздействия на ткани мыши аналогично болезни трансплантат против хозяина. [16] Были созданы модели гуманизированного ксенотрансплантата для острого лимфобластного лейкоза и острого миелоидного лейкоза. [17]

Клиническая значимость [ править ]

Рак груди [ править ]

Классификация подтипов генетического рака молочной железы , включая тройной отрицательный и HER2-положительный подтипы [8] , позволила онкологам использовать подтип рака молочной железы пациента для персонализации графиков лечения рака. Используя модели тройного отрицательного рака молочной железы PDX , ученые обнаружили, что ингибиторы киназы полярного сияния замедляют скорость роста опухоли и подавляют рецидивы подтипа рака молочной железы, который имеет высокую частоту рецидивов и плохую выживаемость. [18] Ученые также обнаружили, что PDX-модели рака молочной железы способны предсказывать прогноз у женщин с недавно диагностированным диагнозом, наблюдая за скоростью приживления опухоли, чтобы определить, агрессивна ли опухоль пациента. [19]

Колоректальный рак [ править ]

Колоректальные модели PDX относительно легко создать, и модели поддерживают генетическое сходство первичной опухоли пациента в течение примерно 14 поколений. [20] В 2012 году исследование установило 27 колоректальных PDX-моделей, которые не отличались от соответствующих опухолей человека по гистологии, экспрессии генов или статусу мутации KRAS / BRAF. [21] Благодаря своей стабильности 27 колоректальных PDX-моделей могут служить доклиническими моделями в будущих исследованиях лекарственных средств. Исследования лекарственной устойчивости были проведены с использованием колоректальных моделей PDX. В одном исследовании исследователи обнаружили, что модели предсказывают реакцию пациента на цетуксимаб с точностью 90%. [22] Другое исследование выявило усиление ERBB2.как еще один механизм резистентности и предполагаемая новая действенная мишень в лечении. [23]

Рак поджелудочной железы [ править ]

Первоначально исследователи сосредоточились на использовании моделей PDX поджелудочной железы для исследований лекарств, чтобы улучшить процесс разработки прогностических и фармакодинамических конечных точек для нескольких молекулярно-направленных терапий. [8] Были проведены другие исследования, чтобы выяснить, можно ли использовать модели PDX поджелудочной железы для руководства текущим лечением пациента с распространенным раком поджелудочной железы путем скрининга нескольких препаратов, чтобы выбрать препарат с наибольшей активностью в качестве следующего направления лечения. [24] [25] Модели PDX поджелудочной железы показали, что клетки CAR-T против мезотилина ( T-клетки, модифицированные рецептором химерного антигена ) подавляют рост рака. [26]

Детский рак (нейробластома) [ править ]

Исследователи установили PDX нейробластомы путем ортотопической имплантации эксплантатов опухоли пациента иммунодефицитным мышам. PDX сохраняли генотип и фенотип опухолей пациента и демонстрировали значительный инфильтративный рост и метастазирование в отдаленные органы, включая костный мозг. Исследователи культивировали клетки нейробластомы, полученные из PDX, in vitro, и клетки сохранили канцерогенную и метастатическую способность in vivo . [27]

Проблемы с адаптацией модели PDX [ править ]

Есть несколько проблем, с которыми ученые сталкиваются при разработке или использовании моделей PDX в исследованиях. Например, не все образцы опухолей успешно приживаются у иммунодефицитных мышей. [11] Когда происходит приживление, протоколы клинических исследований трудно стандартизировать, если частота приживления различается. [11] Также дорого содержать мышей, поддерживать гистопатологические ядра для частого тестирования [11] и выполнять пассирование опухолей ex vivo у мышей с высокой опухолевой нагрузкой. [3] Научное сообщество пытается решить эти проблемы, объединяя усилия и обмениваясь моделями и опытом, чтобы избежать дублирования: академические сети возникли в Европе [28] и США, [29]а программа Horizon 2020 финансирует новую исследовательскую инфраструктуру [30], предоставляющую стандартизированные услуги и ресурсы с целью повышения воспроизводимости и открытого доступа к ресурсам и услугам. [31]

Что касается использования PDX в персонализированной медицине , существуют финансовые проблемы. В США стоимость разработки моделей PDX потенциально может стоить пациенту тысячи долларов на лечение. [32] Для создания моделей PDX может потребоваться значительное время, что может стать проблемой для пациентов с поздними стадиями рака. [1] Несмотря на эти неудачи, ожидается, что рынок PDX вырастет с рыночной капитализации в 77,4 миллиона долларов в 2017 году до 167,6 миллиона долларов в 2022 году из-за растущего спроса на персонализированную медицину. [33]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Лай, Юньсинь; Вэй, Синьру; Линь, Шоухэн; Цинь, Ле; Ченг, Линь; Ли, Пэн (12 мая 2017 г.). «Текущее состояние и перспективы ксенотрансплантатов, полученных от пациентов, в исследованиях рака» . Журнал гематологии и онкологии . 10 (1): 106. DOI : 10,1186 / s13045-017-0470-7 . ISSN  1756-8722 . PMC  5427553 . PMID  28499452 .
  2. ^ a b Morton CL, Houghton PJ (2007). «Создание ксенотрансплантатов опухоли человека у иммунодефицитных мышей» . Протоколы природы (протокол). 2 (2): 247–50. DOI : 10.1038 / nprot.2007.25 . PMID 17406581 . 
  3. ^ a b c Сиолас Д., Хэннон Г.Дж. (сентябрь 2013 г.). «Ксенотрансплантаты опухоли, полученные от пациентов: преобразование клинических образцов в модели мышей» . Раковые исследования (перспектива). 73 (17): 5315–9. DOI : 10.1158 / 0008-5472.CAN-13-1069 . PMC 3766500 . PMID 23733750 .  
  4. ^ a b c Williams SA, Андерсон WC, Santaguida MT, Dylla SJ (сентябрь 2013 г.). «Ксенотрансплантаты, полученные от пациентов, парадигма раковых стволовых клеток и патобиология рака в 21 веке» . Лабораторные исследования . 93 (9): 970–82. DOI : 10.1038 / labinvest.2013.92 . PMID 23917877 . 
  5. ^ Zvibel I, Smets F, H Сориано (2002). «Аноикис: препятствие на пути к трансплантации клеток?». Трансплантация клеток . 11 (7): 621–30. DOI : 10.3727 / 000000002783985404 . PMID 12518889 . S2CID 27366723 .  
  6. ↑ a b Jin K, Teng L, Shen Y, He K, Xu Z, Li G (июль 2010 г.). «Ксенотрансплантаты опухолевой ткани человека, полученные от пациентов, у мышей с иммунодефицитом: систематический обзор». Клиническая и трансляционная онкология (обзор). 12 (7): 473–80. DOI : 10.1007 / s12094-010-0540-6 . PMID 20615824 . S2CID 38277136 .  
  7. ^ Cutz JC, Guan J, Bayani J и др. (Июль 2006 г.). «Установление у мышей с тяжелым комбинированным иммунодефицитом ксенотрансплантатов субренальной капсулы и трансплантируемых линий опухолей из различных первичных раковых заболеваний легких человека: потенциальные модели для изучения изменений, связанных с прогрессированием опухоли» . Клинические исследования рака . 12 (13): 4043–54. DOI : 10.1158 / 1078-0432.CCR-06-0252 . PMID 16818704 . 
  8. ^ a b c d Tentler JJ, Tan AC, Weekes CD, et al. (Июнь 2012 г.). «Ксенотрансплантаты опухоли, полученные от пациентов, как модели для разработки онкологических препаратов» . Обзоры природы. Клиническая онкология (обзор). 9 (6): 338–50. DOI : 10.1038 / nrclinonc.2012.61 . PMC 3928688 . PMID 22508028 .   Примечание: открытый доступ через PMC; закрыто через сайт издателя.
  9. ^ Daniel VC, Marchionni L, Hierman JS и др. (Апрель 2009 г.). «Первичная модель ксенотрансплантата мелкоклеточного рака легкого выявляет необратимые изменения в экспрессии генов, вызванные культурой in vitro» . Исследования рака . 69 (8): 3364–73. DOI : 10.1158 / 0008-5472.CAN-08-4210 . PMC 2821899 . PMID 19351829 .  
  10. ^ a b Хатчинсон Л., Кирк Р. (апрель 2011 г.). «Высокий уровень отсева лекарств - где мы ошибаемся?» . Обзоры природы. Клиническая онкология (от редакции). 8 (4): 189–90. DOI : 10.1038 / nrclinonc.2011.34 . PMID 21448176 . 
  11. ^ a b c d Малани П., Никосия С.В., Даве В. (март 2014 г.). «Парадигма одной мыши, одного пациента: новые аватары персонализированной терапии рака» . Письма о раке (мини-обзор). 344 (1): 1–12. DOI : 10.1016 / j.canlet.2013.10.010 . PMC 4092874 . PMID 24157811 .  
  12. ^ Reyal F, Guyader C, Decraene C и др. (2012). «Молекулярное профилирование ксенотрансплантатов рака молочной железы, полученных от пациентов» . Исследование рака груди . 14 (1): R11. DOI : 10.1186 / bcr3095 . PMC 3496128 . PMID 22247967 .  
  13. Перейти ↑ Richmond A, Su Y (2008). «Мышиные модели ксенотрансплантата против моделей GEM для лечения рака человека» . Модели и механизмы заболеваний (от редакции). 1 (2–3): 78–82. DOI : 10,1242 / dmm.000976 . PMC 2562196 . PMID 19048064 .  
  14. Перейти ↑ Kerbel RS (2003). «Ксенотрансплантаты опухоли человека как прогностические доклинические модели активности противоопухолевых препаратов у людей: лучше, чем принято считать, но их можно улучшить» . Биология и терапия рака (Обзор). 2 (4 Suppl 1): S134–9. DOI : 10,4161 / cbt.213 . PMID 14508091 . 
  15. ^ Талмадж JE, Сингх РК, Фидлер IJ, Рац A (март 2007). «Мышиные модели для оценки новых и традиционных терапевтических стратегий при раке» . Американский журнал патологии (обзор). 170 (3): 793–804. DOI : 10,2353 / ajpath.2007.060929 . PMC 1864878 . PMID 17322365 .  
  16. ^ Кассиди JW, Caldas С, Bruna А (июль 2015). «Поддержание гетерогенности опухоли в ксенотрансплантатах опухолей, полученных от пациентов» . Исследования рака (обзор). 75 (15): 2963–2968. DOI : 10.1158 / 0008-5472.CAN-15-0727 . PMC 4539570 . PMID 26180079 .  
  17. ^ Meyer LH, Debatin KM (декабрь 2011). "Разнообразие моделей мышей ксенотрансплантата лейкемии человека: значение для биологии болезни" . Исследования рака (обзор). 71 (23): 7141–4. DOI : 10.1158 / 0008-5472.CAN-11-1732 . PMID 22088964 . 
  18. ^ Romanelli A, Clark A, Assayag F и др. (Декабрь 2012 г.). «Ингибирование киназ полярного сияния снижает рост опухоли и подавляет рецидив опухоли после химиотерапии в ксенотрансплантатах рака молочной железы с тройным отрицательным результатом» . Молекулярная терапия рака . 11 (12): 2693–703. DOI : 10.1158 / 1535-7163.MCT-12-0441-T . PMID 23012245 . 
  19. ^ DeRose YS, Wang G, Lin YC и др. (2011). «Опухолевые трансплантаты, полученные от женщин с раком груди, достоверно отражают патологию опухоли, рост, метастазирование и исход болезни» . Природная медицина . 17 (11): 1514–20. DOI : 10.1038 / nm.2454 . PMC 3553601 . PMID 22019887 .  
  20. ^ Guenot D, Guérin E, Aguillon-Romain S и др. (Апрель 2006 г.). «Первичные опухолевые генетические изменения и внутриопухолевая гетерогенность сохраняются в ксенотрансплантатах рака толстой кишки человека, демонстрируя хромосомную нестабильность». Журнал патологии . 208 (5): 643–52. DOI : 10.1002 / path.1936 . PMID 16450341 . S2CID 30504094 .  
  21. ^ Uronis JM, Osada T, McCall S и др. (2012). «Гистологическая и молекулярная оценка эксплантатов колоректального рака, полученных от пациентов» . PLOS ONE . 7 (6): e38422. DOI : 10.1371 / journal.pone.0038422 . PMC 3366969 . PMID 22675560 .  
  22. ^ Крумбы R, Schüler Дж, Хофман М, Giesemann Т, Фибиг НН, Бекерс Т (май 2011). «Первичная устойчивость к цетуксимабу в панели моделей ксенотрансплантатов опухоли, полученных от пациентов: активация МЕТ как один из механизмов устойчивости к лекарствам». Европейский журнал рака . 47 (8): 1231–43. DOI : 10.1016 / j.ejca.2010.12.019 . PMID 21273060 . 
  23. ^ Бертотти А., Мильярди Г., Галими Ф. и др. (Ноябрь 2011 г.). «Молекулярно аннотированная платформа ксенотрансплантатов, полученных от пациентов (« ксенопатенты »), идентифицирует HER2 как эффективную терапевтическую мишень при цетуксимаб-резистентном колоректальном раке» . Открытие рака . 1 (6): 508–23. DOI : 10.1158 / 2159-8290.CD-11-0109 . PMID 22586653 . 
  24. ^ Идальго М., Брукхаймер Э, Раджешкумар Н.В. и др. (Август 2011 г.). «Пилотное клиническое исследование лечения пациентов с распространенным раком с использованием персонализированных трансплантатов опухоли» . Молекулярная терапия рака . 10 (8): 1311–6. DOI : 10.1158 / 1535-7163.MCT-11-0233 . PMC 4629061 . PMID 21673092 .  
  25. ^ Лахеру Д., Шах П., Раджешкумар Н.В. и др. (Декабрь 2012 г.). «Комплексная доклиническая и клиническая разработка S-транс, транс-фарнезилтиосалициловой кислоты (FTS, салиразиб) при раке поджелудочной железы» . Новые исследуемые препараты . 30 (6): 2391–9. DOI : 10.1007 / s10637-012-9818-6 . PMC 3557459 . PMID 22547163 .  
  26. ^ Цзян, Хуа; и другие. (8 декабря 2017 г.). «Эффективное подавление роста в модели PDX рака поджелудочной железы полностью человеческими клетками против мезотелина CAR-T» . Белки и клетки . 8 (12): 926–931. DOI : 10.1007 / s13238-017-0472-9 . PMC 5712292 . PMID 28929447 .  
  27. ^ Braekeveldt N, Wigerup C, Gisselsson D, et al. (Март 2015 г.). «Ортотопические ксенотрансплантаты, полученные от пациентов с нейробластомой, сохраняют метастатические паттерны, а также гено- и фенотипы опухолей пациента» . Международный журнал рака . 136 (5): E252–61. DOI : 10.1002 / ijc.29217 . PMC 4299502 . PMID 25220031 .  
  28. ^ "EurOPDX - Европейская сеть PDX онкологии" . Проверено 9 февраля 2021 года .
  29. ^ "PDXNet - Исследовательская сеть центров разработки и тестирования PDX" . Проверено 9 февраля 2021 года .
  30. ^ "Исследовательская инфраструктура - Европейская комиссия" . Проверено 9 февраля 2021 года .
  31. ^ "EDIReX - Распределенная инфраструктура EurOPDX для исследований ксенотрансплантатов рака, полученных от пациентов" . Проверено 9 февраля 2021 года .
  32. ↑ Pollack A (25 сентября 2012 г.). «В поисках лечения пациенты вербуют мышей» . Рабочий день. Нью-Йорк Таймс .
  33. ^ «Рынок моделей ксенотрансплантатов / PDX, полученных от пациентов - Глобальный прогноз до 2022 года - Растущий спрос на персонализированную медицину - Исследования и рынки» . Деловой провод. 2017-12-29 . Проверено 11 июня 2018 .