Burada, birincil hasta örneklerinden veya hasta kaynaklı hücre kültürlerinden glioblastoma (GBM) organoidleri üretme ve olgunluğa kadar sürdürme yöntemini açıklıyoruz. Bu GBM organoidleri fenotipik olarak çeşitli hücre popülasyonları içerir ve tümör mikroortamlarını ex vivo olarak yeniden yaratır.
Glioblastoma (GBM), son derece kötü prognozu ile en sık görülen primer malign beyin kanseridir. İntra-tümöral hücresel ve moleküler çeşitliliğin yanı sıra tümör mikro ortamları arasındaki karmaşık etkileşimler, etkili tedaviler bulmayı zorlaştırabilir. Geleneksel yapışkan veya küre kültürü yöntemleri bu tür karmaşıklıkları maskeleyebilirken, üç boyutlu organoid kültür bölgesel mikro çevresel gradyanları özetleyebilir. Organoidler, hasta tümör mimarisini daha iyi taklit eden, fenotipik olarak çeşitli hücre popülasyonları içeren ve orta verimli deneyler için kullanılabilen üç boyutlu GBM kültürünün bir yöntemidir. Üç boyutlu organoid kültür, geleneksel kültüre kıyasla daha zahmetli ve zaman alıcı olmasına rağmen, benzersiz faydalar sunar ve akım in vitro ve in vivo sistemler arasındaki boşluğu kapatmaya hizmet edebilir. Organoidler, tümör davranışını ve direnç mekanizmalarını daha iyi anlamak için kanser biyologlarının cephaneliğinde paha biçilmez araçlar olarak kendilerini kanıtlamışlardır ve uygulamaları sadece büyümeye devam etmektedir. Burada, GBM organoidlerinin üretilmesi ve bakımı için yöntemler hakkında ayrıntılı bilgi verilmektedir. Hem dondurulmuş hem de parafin gömme teknikleri kullanılarak organoid numune gömme ve bölümlemenin nasıl yapılacağına dair talimatların yanı sıra organoid kesitlerde immünohistokimya ve immünofloresan protokolleri için öneriler ve toplam organoid hücre canlılığının ölçülmesi de açıklanmaktadır.
Glioblastoma (GBM), tanıdan itibaren yaklaşık 15 aylık korkunç bir prognozu olan en sık görülen primer beyin tümörüdür1. Preklinik çalışmalarda etkili olan tedaviler genellikle hastalarda zayıf etkili olabilir 2,3. Zayıf klinik yanıt, GBM’nin mikroçevresel heterojenliği ve karmaşık tümöral içi etkileşimler de dahil olmak üzere birçok faktöre atfedilir. Bunların, geleneksel yapışkan veya küre kültürü yöntemleriyle laboratuvar ortamında yeniden oluşturulması zor olabilir4. GBM içinde kendi kendini yenileyen kanser kök hücrelerinin (CSC’ler) bir alt kümesinin varlığı da bu karmaşıklığa katkıda bulunabilir 5,6. CSC’ler tümör yayılımı için çok önemlidir ve aktif anjiyogenezi, kanser invazyonunu ve radyasyon dahil tedavilere direnci teşvik ederek tümör büyümesini sürdürür 7,8,9. CSC’ler tümörler boyunca eşit olarak dağılmamıştır, bunun yerine perivasküler niş ve perinekrotik bölgeler de dahil olmak üzere belirli mikro ortamlar içinde zenginleştirilmiştir ve her biri hücresel durumlarının10,11,12,13,14 farklı moleküler düzenlemesini sağlar. CSC’ler mikroçevresel ipuçlarının pasif alıcıları değildir, bunun yerine kendi mikro ortamlarını yeniden şekillendirme yeteneğine sahiptir 7,15,16. Bir CSC’nin mikro ortamı, besin kıtlığı, pH ve hipoksi17,18,19,20 gibi baskılara yanıt olarak kök hücre durumunun korunmasını teşvik edebilir ve bu koşulların model bir sistemde önemini düşündürmektedir. Bu nedenle, tümörlerdeki çeşitli hücresel mikro ortamın özetlenmesi, terapötik direnci anlamak ve yeni tedavileri tanımlamak için kritik öneme sahiptir.
Üç boyutlu kültürün popülaritesi son yıllardaartmıştır 21,22. Organoidler diğer kanser türlerinde kullanılmıştır ve hücreleri organoidler olarak tutmanın birincil amacı, heterojen hücre popülasyonlarının (birçoğu normalde daha homojen küre kültüründe rekabet edebilir) ve genetik özgüllüğe sahip bölgesel tümör mikro ortamları olarak görülen mekansal çeşitliliğin büyümesine izin vermektir 4,23,24,25,26 . Kanser hücrelerinin üç boyutlu kültürü için birçok yöntem vardır, bunların her birinin avantajları ve dezavantajları vardır27,28,29. Organoid kültürün, geleneksel yapışkan veya küre kültürünün yerini alması amaçlanmamıştır. Hücre mikroçevresi ile tümör hücresi yanıtları arasındaki etkileşimin kritik olduğu spesifik sorular olduğunda iki boyutlu yöntemlere tamamlayıcı bir teknik olarak en iyi şekilde kullanılır.
Bu makalede, birincil hasta örneklerinden veya hasta kaynaklı kültürlerden GBM organoidleri oluşturmak için güvenilir ve tekrarlanabilir yöntemler açıklanmaktadır. Üç boyutlu organoid kültür için iki farklı hedefi ele alıyoruz: (1) birincil hasta dokusundan, tekdüzelikten bağımsız olarak maksimum engraftment potansiyeline sahip organoidlerin oluşturulması veya (2) daha kantitatif deneysel kullanım için üniform organoidlerin yetiştirilmesi. Birincil bir örneği organoidler olarak oluştururken, tek hücreler için filtrelemek veya hücreleri saymak gerekli değildir, çünkü başlangıç kültürünü oluşturmak için maksimum hücre sayılarını ve türlerini korumak bir önceliktir. Bununla birlikte, karşılaştırmalı deneyler için organoidler yetiştirilirken, replikasyon organoidlerinin deneysel tutarlılık için karşılaştırılabilir olmasını sağlamak için tek hücreli filtrasyon ve hücre sayımı gereklidir. Bu protokol, organoid kültürlerin nasıl oluşturulacağını ve üniform organoidlerin nasıl oluşturulacağını, ayrıca organoidlerin gömülmesi ve korunması için rafine edilmiş yöntemleri ve immünohistokimya, immünofloresan ve GBM organoidlerinde toplam hücre canlılığının değerlendirilmesi dahil olmak üzere standart hücre kültürü deneylerini detaylandırmaktadır.
GBM organoidleri, daha büyük hücresel ve mikroçevresel heterojenliği içeren geleneksel kürelere tamamlayıcı bir kültür yöntemidir 4,22,30. Daha fazla zaman ve kaynak yoğun olmasına rağmen, organoid kültür, tümör içi davranış ve ilaç direnci mekanizmaları hakkında değerli bilgiler sunabilir.
GBM, CSC 5,31’lik bir popülasyon tarafından yönlendirilmektedir ve bu yöntemler, buCSC popülasyonunun sürekli büyümesine ve kendini yenilemesine izin vermek için geliştirilmiştir. Epidermal büyüme faktörü (EGF) ve fibroblast büyüme faktörünün (FGF) kök hücre bakımını ve büyümesini arttırdığı ve aktif reseptör tirozin kinaz (RTK) sinyallemesi sağladığı bilinmektedir. GBM tümörleri içinde heterojen hücresel popülasyonların ve farklı tümör mikroortamlarının oluşumu, CSC davranışlarını desteklemeye dayanır. Bir lrECM seçimi, laminin bakımından zengin beyin ortamını taklit eder ve organoid kültürdeki hücrelerin kendi kendini organize etmesini ve istila yoluyla göç etmesini destekler. Her ne kadar bazı gruplar lrECM veya EGF / FGF zenginleştirilmiş medya24,28 kullanmadan organoid kültürü kurmuş olsalar da, bu kültür yönteminin daha zaman verimli bir yolunu ve büyümeyi yönlendirmek için onkojenik sinyallemenin daha güçlü seçimini sunabilir, bu yöntemler organoidlerin hücresel heterojenliğini en iyi şekilde oluşturmak için pro-kök hücre ortamını optimize etmek için seçilmiştir. Hem serebral organoidler hem de GBM organoidleri literatürde daha önce21,32,33 lrECM ile yapılmıştır. Organoidlerde bulunan tümör popülasyonları ve mekansal varyasyon ile ilgili veriler oluşturmamıza rağmen, organoidler içindeki tümör dışı popülasyonlar ve orijinal hasta örneklerinden ne kadar süre hayatta kaldıkları hakkında daha az şey bilinmektedir. Bazı IHC lekeleri (CD45 gibi) bu verileri sağlayabilir ve gelecekte organoidlerle ilgili ilginç bir araştırma noktası olabilir.
Organoid kültürün kullanım amacının bilinmesi, uygun yöntemlerin seçilmesi açısından önemlidir. Belirli deneyler için büyüyen üniform organoidlere karşı birincil örneklerden organoidlerin oluşturulması biraz farklı prosedürlere sahiptir. Organoidlerin lrECM iskelesinde nasıl olgunlaştığını ve görsel olarak nasıl doldurduğunu takdir etmek, organoid kültüre uygun zaman ve kaynakları tahsis edebilmek için önemlidir. Organoidlerdeki hücrelerin seyrek bölgeleri, numunenin davranışına bağlı olarak 2-8 hafta arasında herhangi bir yerde alabilen lrECM’yi doldurmak için yavaşça genişleyecek ve büyüyecektir. Bu büyüme oranı, her bir numuneye biraz özgüdür; farklı organoid grupları arasında korunur ve küre büyümesinin göreceli hızı ile oldukça tutarlıdır. Organoidler 1 yıldan fazla korunabilir ve ksenogreftte farelere tümör oluşum yeteneklerini koruyabilir; ancak, laboratuvar kaynaklarını (hem malzeme hem de zaman) boşa harcamamak için ayrı bir amaçla yetiştirilmeleri önerilir4. Organoid büyümesi birden fazla kuyucuk boyutu ve formatında test edilmiştir ve 10 cm’lik bir plakanın optimal hücre canlılığını korumak için ideal ayar olduğunu, ardından kuyu başına üç organoid içeren 6 delikli bir plakanın34 olduğunu göstermektedir. Organoidler, iki boyutlu kültür muadillerine kıyasla daha fazla ortam tüketir ve daha küçük bir kuyu formatı kullanmak uygun bakıma yol açmaz. Örneğin, 96 delikli formattaki bir plakanın bir kuyusu, organoid büyümeyi sürdürmek için bir organoidin boyutuna göre yeterli alana veya ortam hacmine sahip değildir.
Organoidlerin kurduğu gibi, gözlemci olmak başarıyı arttırmak için önemlidir. Başlangıçta, organoidler medyayı yavaş tüketir, ancak daha yoğun ve daha olgun hale geldikçe, medyayı daha hızlı tüketirler. Medyaya fenol kırmızısı eklemek, medya tüketiminin bir göstergesi olarak hizmet etmeye yardımcı olabilir. Medya daha sarı olduğunda, daha yüksek hacimli bir ortam değişimi, plakadaki toplam ortam miktarını artırmak, organoidleri büyümelerine ayak uydurmak için çoklu hücre kültürü plakaları arasında bölmek veya hatta deneyler için zaman çizelgesini ayarlamak için besleme düzenini ayarlamamızı isteyebilir.
Birçok yönden, organoidler kanser araştırması yapmanın verimsiz bir yoludur. Uzun zaman ölçekleri içerirler ve GBM küre kültürüne kıyasla pahalı ve kaynak ağırlıklıdırlar. Bununla birlikte, hücresel ve mikro çevresel çeşitliliği yeniden yaratmak için alternatif bir yöntem olan hasta kaynaklı ksenogreftlerle karşılaştırıldığında, daha basit, daha ucuz ve kontrol edilebilirler. Organoidlerin en iyi ne zaman kullanılacağının seçimi kanser araştırmacıları için önemlidir. Geleneksel kürenin veya bağlı kültürün yerini alması ve ksenogreft modellerinin yerini alması amaçlanmamıştır. Organoidler, doğru bilimsel soruya uygulandığında, her iki sistemin faydalarını birleştirebilir ve aksi takdirde gizli kalacak tümör hücresi biyolojisini gözlemlememize izin verebilir. Bilimsel topluluk, organoidlerin hangi öğrenme fırsatlarını sunduğunu anlamaya yeni başlıyor, ancak gelecekte GBM’nin karmaşık biyolojisini anlamak için paha biçilmez bir araç olacakları açık.
The authors have nothing to disclose.
Dr. Justin Lathia’ya paha biçilmez tavsiyeleri ve sürekli desteği için teşekkür ederiz. Ayrıca Katrina Fife, Lisa Wallace ve Maya Camhi’ye mükemmel teknik destekleri için teşekkür ederiz.
3,3-Diaminobenzidine (DAB) tablets | MP Biomedicals | 08980681 | 3,3-Diaminobenzidine (DAB) tablets |
96-well PCR plates | ThermoFisher Scientific | 96-well PCR plates | |
Accutase | ThermoFisher Scientific | SCR005 | Cell detachment solution |
Antibiotic-antimycotic | ThermoFisher Scientific | 15240062 | Antibiotic-antimycotic |
B-27 supplement minus vitamin A | ThermoFisher Scientific | 12587001 | B-27 supplement minus vitamin A (50x) |
GelCode Blue Stain Reagent | ThermoFisher Scientific | 24590 | Bluing reagent |
Cell strainer (70 µm) | CellTreat Scientific | 229483 | Cell strainer (70 µm) |
CellTiter-Glo 3D | Promega | G9681 | Luminescent cell viability assay |
Clarifier 2 | ThermoFisher Scientific | 7301 | Nuclear hematoxylin clarifying reagent |
Clear-Rite 3 | ThermoFisher Scientific | 6901 | xylene substitute |
Epredia Gill 2 Hematoxylin | ThermoFisher Scientific | 72504 | Hematoxylin |
Glutamine in 0.85% NaCl | ThermoFisher Scientific | 35050061 | Glutamine in 0.85% NaCl (200 mM) |
Matrigel | ThermoFisher Scientific | 354234 | Laminin-enriched extracellular matrix |
Mini PAP pen | ThermoFisher Scientific | 008877 | Hydrophobic barrier pen |
Mounting medium | ThermoFisher Scientific | 22-050-102 | Mounting medium |
Neurobasal media minus phenol red | ThermoFisher Scientific | 12349015 | Neurobasal media minus phenol red (500 mL) |
Normal donkey serum (NDS) | Jackson ImmunoResearch | 017-000-121 | Normal donkey serum (NDS) |
Paraformaldehyde 4% in PBS | ThermoFisher Scientific | AAJ19943K2 | Paraformaldehyde 4% in PBS |
Phenol red | Sigma | P0290 | Phenol red (0.5%) |
ProLong Gold Antifade Mountant with DAPI | ThermoFisher Scientific | P10144 | Liquid curing mountant |
Recombinant human EGF protein | R&D systems | 236-EG-01M | Recombinant human EGF protein (250 µg/mL) |
Recombinant human FGF basic | R&D systems | 4144-TC-01 | Recombinant human FGF basic (250 µg/mL) |
SignalStain Antibody Diluent | Cell Signaling | 8112 | Antibody diluent |
SignalStain Boost IHC Detection Reagent | Cell Signaling | 8114 | Immunohistochemistry detection reagent |
SignalStain Citrate Unmasking Solution | Cell Signaling | 14746 | Citrate unmasking solution |
Single edge razor blade | Uline | H-595B | Single edge razor blade |
Sodium pyruvate | ThermoFisher Scientific | 11360070 | Sodium pyruvate (100 mM) |
Tissue-Tek Cryomolds | VWR | 25608-916 | Disposable cryomolds |
Tissue-Tek O.C.T. Compound | VWR | 25608-930 | Optimal cutting temperature compound |
Trypan Blue Stain | ThermoFisher Scientific | T10282 | Cell impermeant stain (0.4%) |
Xylene | ThermoFisher Scientific | X3P-1GAL | Xylene |