ヒト腫瘍異種移植片は、血管新生およびインビボでの増殖期の間に、マウス起源の細胞によって浸潤されています。下流の分析の間に、これらの混入細胞によって引き起こされるバイアスを回避するために、我々は、磁気細胞選別により、すべてのマウス細胞の包括的枯渇を可能にする方法を開発しました。
癌研究のためのin vitroの細胞株モデルの使用は有用なツールとなっています。しかし、これらのモデルは、確実に異なるアッセイ1で患者の腫瘍を模倣することができないことが示されています。ヒト腫瘍異種移植片は、腫瘍生物学、薬物発見、および転移の研究2-4に対して、金本位制を表します。腫瘍異種移植片は、腫瘍細胞株のような材料の異なる種類の、一次患者腫瘍4または連続移植腫瘍からの腫瘍組織に由来することができます。 生体内で伝播すると、異種移植された組織は、マウス由来の細胞によって浸潤及び血管が新生されています。そのような腫瘍エンティティのような複数の要因が、移植の異種移植材料、成長速度と領域の起源は、組成物及び腫瘍異種移植片中に存在するマウス細胞の量に影響を与えます。しかし、これらの要因が一定に保たれている場合でも、マウス細胞混入の程度は非常に可変です。
共同ntaminatingマウス細胞は有意にヒト腫瘍異種移植片の下流分析を損ないます。マウス線維芽細胞は、高いめっき効力および増殖速度を示すように、それらは、特に、ゆっくりと亜集団の増殖、ヒト腫瘍細胞の培養物を過成長する傾向があります。マウス細胞は、DNA、mRNAを誘導し、タンパク質成分ができバイアス下流の遺伝子発現解析、次世代シークエンシング、ならびにプロテオーム解析5。これらの制限を克服するために、我々は、異種移植腫瘍組織から手付かずのヒト腫瘍細胞を単離するための迅速かつ簡単な方法を開発しました。この手順は、ベンチトップ型組織の解離および磁気細胞選別で自動化された組織解離を組み合わせることにより、マウス由来の細胞の総合的な枯渇に基づいています。ここでは、ヒト標的細胞は、腫瘍の種類未満の20分の独立した内の96%よりも高い純度で得ることができることができることを示しています。
ヒト固形腫瘍は、複数の生理的なだけでなく、腫瘍細胞の種類で構成されています。彼らは、複雑な生物学的構造を持つ異種の組織を形成します。腫瘍形成のような生物学的プロセスは、治療に向かって進行し、応答がまだ完全には理解されていない。 インビトロ細胞培養モデルにおいて腫瘍生物学を研究し、理解するための有用なツールを表します。しかし、それらは部分的にしか腫瘍組織に見られる構造とプロセスをミラーリングすることができます。信頼性の高い安定した前臨床のヒト腫瘍モデルは、抗腫瘍薬および治療4,6の開発のため、ならびに腫瘍生物学と腫瘍細胞とその環境との相互作用を理解するための前提条件です。
主要な患者の腫瘍由来のヒト腫瘍異種移植片モデルは、組織のアーキテクチャに関する起源の組織への高い関係、微小環境の構造との相互作用、転移の可能性および薬物7への応答を示します</sup>。腫瘍異種移植片は、従って、インビトロ細胞培養モデルと比較して、ほとんどのアッセイでより高い有効性を示し、培養細胞またはそれらがより密接に模倣する細胞株患者 の腫瘍に由来する場合であっても。これらの機能は、それらの前臨床モデル4のゴールドスタンダードにします。癌研究への応用に加えて、マウスへのヒト細胞の異種移植はまた、しばしば、標的集団8の幹細胞性および分化の可能性を決定するために、幹細胞研究で使用されています。
ヒト微小血管およびヒト免疫細胞がヒト腫瘍2,9のインビボ増殖の際に置き換えられていることが示されています。このような移植の腫瘍サブタイプ、成長率、および地域などの要因が主要な浸潤のグローバルレベルでの影響だけでなく、見つかったマウスの細胞型の組成を有します。しかし、これらの要因が一定に保たれている場合でも、マウス細胞の量と組成は非常に可変です。
異種移植された組織の下流の分析は、多くの場合、マウス起源の細胞によって挑戦されています。異種移植片由来のヒト腫瘍細胞の初代培養物は、しばしば、線維芽細胞による過成長されます。 インビトロでの腫瘍細胞株の生成を妨げる他に、このような薬剤の細胞毒性試験または薬物動態などの下流のアッセイは、マウス細胞を汚染することはほとんどの場合不可能であるから発信効果をインシリコ補正にのでバイアスされます。それを超えると、マウス線維芽細胞とヒト腫瘍細胞との間に部分的にしか解明クロストークが研究10の実験の結果に直接影響を与えます。さらに、マウス細胞浸潤の最も広く予測不可能な変化は、正確な分子下流の分析を悪化させます。 NGSまたはプロテオームに直接シーケンシング感度を低下させるヒト腫瘍信号の代わりに測定された各マウス由来の信号を解析します。また、マイクロアレイベースの発現解析は、マウスNUCによって挑戦されています人間のプローブへの可能性のクロスハイブリダイズleic酸。
異種移植片モデルからヒト腫瘍細胞の下流の分析に異なるアプローチをマウス細胞を汚染する障害を回避するために提案されています。多くの研究では、下流分析のための所望の標的細胞は、もっぱらヒト腫瘍細胞上に発現されるマーカーまたはマーカーの組合せを利用することによって単離されます。しかしながら、ヒト腫瘍細胞の正の同定のための信頼できるマーカーの欠如はしばしば大きな障害を表します。例えば、ヒト癌細胞上のEpCAMなどでも広く発現されるマーカーは、しばしば腫瘍固有発現差11を示しています。これは、上皮-間葉転換を受け、低発現する亜集団、 例えば、腫瘍細胞は、単離の間に失われるリスクを増大させます。加えて、標的細胞への選択剤の直接結合は、その後の分析の結果に影響を与えるかもしれません。によってマウス細胞を枯渇させる試みマウスCD45およびMHCクラスIエピトープに特異的な抗体の組み合わせを使用してもまた12なされています。しかし、このマーカーの組合せは、マウス細胞のサブセットを検出します。別のアプローチは、ソフトウェアによって分析プロセスを強化することです。それにもかかわらず、すべてのこれらのアプローチのいずれか実験の任意の種類のまたは任意の腫瘍エンティティ及び移植方法には適していません。
本研究では、総合的にマウス系統と起源の組織の独立した異種移植された組織からマウス細胞を枯渇させるための新規かつ迅速な方法を提示します。 (皮膚、肺、脳、腎臓および骨格筋を含む)の異種移植片の移植のための複数の標的器官および組織のスクリーニングでは、包括的に、マウスの細胞の検出を可能にする抗体の組み合わせを同定することができました。これらの抗体は、超常磁性粒子に結合された滴定し、磁気細胞ソーティングを用いて枯渇のために最適化しました。マウスのみの特定として、抗体は、ヒト標的細胞を「そのまま」まま、使用され、この方法は、異種移植腫瘍組織に限定されるものではありません。我々は、包括的に異種移植腫瘍試料からマウス細胞を除去して標準化し、ヒト腫瘍細胞の培養を促進することを示しています。さらに、我々は次世代配列決定によりヒト腫瘍異種移植片の分析が大幅に改善されることを示します。ヒト配列特異的選択はexome濃縮中に行われたが、この効果が観察されたように、全ゲノムおよび全トランスクリプトーム配列決定への影響はより一層顕著であると予想されます。まとめると、この新規な方法を使用して、マウス細胞の除去は、ヒト腫瘍細胞の培養を容易にし、有意にヒト腫瘍異種移植片の下流の分析を改善します。
私たちは、異種移植された腫瘍組織からそのままヒト腫瘍細胞を単離するための迅速かつ簡単な方法を開発しました。この手順は、自動化された組織の解離及び磁気細胞選別を組み合わせて、マウス由来の細胞の総合的な枯渇に基づいています。すべてのマウス細胞の枯渇に加えても、死細胞及びデブリの量が有意に標的細胞画分において減少します。まとめると、この方法は、かなり分子下流の分析およびヒト腫瘍細胞の培養を向上させます。
別の方法とは対照的に、腫瘍細胞特異的マーカー、マウス細胞またはアルゴリズムの確立の様々な組成の調整の知識を必要としません。提示された方法は、マウス株および腫瘍タイプとは無関係です。したがって、EpCAMの11のために示されるように、表情が変化してもよい単一のヒト特異的なマーカーに基づいて、ヒト腫瘍亜集団の分離を流れるバイアスは、回避されエド。さらに、それは、腫瘍の材料に限定されず、マウス細胞ではなく、特定のヒト腫瘍亜集団を標的とするように異種移植組織の任意の種類のために使用することができる(データは示さず)。
マウス細胞の総合的な除去は、排他的にマウス起源の細胞上に発現される表面エピトープを標的化することによって促進されます。別にこの研究で提示された腫瘍の解離のためのよく確立された方法から、酵素の種類を使用する多くの手順があります。細胞表面エピトープの保存は、この新規な方法のためだけでなく、ヒト腫瘍細胞集団の正確な分析のための前提条件です。したがって、穏やかな酵素が腫瘍組織の消化のために使用されることが重要です。従って、マウス細胞の枯渇は、明らかに、マウス細胞枯渇手順中に標的エピトープに影響しない酵素消化手順と組み合わせて使用することができます。疑わしい場合には、これは、それぞれの製造業者によって確認することができます。
<pクラス= "jove_content">この方法はまた、ヒトの循環腫瘍細胞(CTCの)で動作します。しかしながら、標的細胞の頻度が通常であるため、<マウス細胞の0.1%の除去がさらに期待できない赤血球溶解および50%以上の純度を必要とします。この場合には、マウス細胞の枯渇は、陽性のマーカーを用いて濃縮、続いてCTCの前濃縮のように使用することができる(データは示さず)。マウス細胞の除去は著しくマウス線維芽細胞の培養の過剰増殖を回避することによって、ヒト腫瘍細胞の培養を向上させます。また、次世代シークエンシングによりヒト腫瘍異種移植片の分析は、有意に改善され、標準化されています。標的ヒト配列特異的選択はexome濃縮中に行われたが、この効果が観察されたように、全ゲノムおよび全トランスクリプトーム配列決定への影響はより一層顕著であると予想されます。
また、提示された方法は、ACCURAを容易に異種移植ヒト腫瘍内の腫瘍亜集団のTE分子的研究。その後、二つの異なる亜集団でヒト腫瘍細胞を選別する最初のステップでそれぞれのサンプルからのマウス細胞の除去とは、人間のバルク腫瘍細胞20への関心の腫瘍亜集団の直接の分子比較を可能にします。それは、マウス由来の分子の交差ハイブリダイゼーションに影響されないように、腫瘍細胞サブタイプの間で異なる遺伝子発現をより確実に評価することができます。
The authors have nothing to disclose.
We are grateful to Janina Kuhl, Nadine Chelius, Petra Kussmann, Lena Willnow and Dorothee Lenhard for excellent technical assistance.
Tumor Dissociatio Kit, human | Miltenyi Biotec | 130-095-929 | contains enzymes H, R and A; see data sheet for reconstitution instructions |
RPMI 1640 | Biowest | L0501-500 | |
gentleMACS C-Tubes | Miltenyi Biotec | 130-096-334 | |
gentleMACS Octo Dissociator with Heaters | Miltenyi Biotec | 130-096-427 | |
MACS SmartStrainer (70 µm) | Miltenyi Biotec | 130-098-462 | |
Petri dish 100 mm | Various | ||
Scalpel | Various | ||
Mouse Cell Depletion Kit | Miltenyi Biotec | 130-104-694 | |
PBS | Various | use 1x PBS for PEB buffer | |
EDTA | Sigma-Aldrich | 3610 | use final concentration of 2 mM in PEB buffer |
BSA | Miltenyi Biotec | 130-091-376 | or use 5 mg/L BSA in PEB buffer |
MACS LS columns | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
QuadroMACS Separator | Miltenyi Biotec | 130-090-976 | |
MACS MultiStand | Miltenyi Biotec | 130-042-303 | |
PreSep filters (70 µm) | Miltenyi Biotec | 130-095-823 | |
MACSmix Tube Rotator | Miltenyi Biotec | 130-090-753 | |
CD326-FITC, human | Miltenyi Biotec | 130-080-301 | use 1:40 for immunofluorescence staining |
anti-Vimentin antibody | abcam | ab92547 | |
goat-anti-mouse IgG-Alexa488 | Life Technologies | A11029 | |
goat-anti-rabbit IgG-Alexa594 | Life Technologies | A11012 | |
DAPI | Sigma-Aldrich | D9542 | dilute to a final concentration of 0.1 µg/ml in 0.1 M sodium bicarbonate |
Inside Stain Kit | Miltenyi Biotec | 130-090-477 | InsideFix from this kit can be used for fixation step during immunofluorescence staining |
FBS | Various | ||
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | 93418 | |
FcR Blocking Reagent, mouse | Miltenyi Biotec | 130-092-575 | |
Gelatin | Sigma-Aldrich | G2500-100g | |
Nextera Rapid Capture Enrichment Kit | Illumina | FC-140-1000 | |
MiSeq Reagent Kit v3 | Illumina | MS-102-3001 |