在这里,我们提出了一个方案,以测试基于肿瘤的基因组构成选择的靶向疗法的疗效。该协议描述了结构DNA重组的识别和验证,将患者的肿瘤引入小鼠,并测试对相应药物的反应。
我们在这里介绍一种综合方法,用于测试靶向疗法的疗效,该方法结合了下一代测序技术、治疗靶点分析和药物反应监测,使用患者衍生异种移植(PDX)。以卵巢肿瘤为例验证了此策略。配合对下一代测序 (MPSeq) 协议用于识别结构变化,然后分析潜在的可定位变化。在免疫功能低下的小鼠中生长的人类肿瘤使用基于基因组分析选择的药物进行治疗。结果表明,在PDX模型中,预测响应与观测响应之间具有良好的相关性。提出的方法可用于测试联合治疗的疗效,并协助复发性癌症患者进行个性化治疗,特别是在标准治疗失败且需要使用标签外药物的情况下。
患者衍生的异种移植(PDX),这是从患者肿瘤片段植入免疫缺陷小鼠中产生的,已成为一个强大的临床前模型,以帮助个性化的抗癌护理。PDX模型已成功开发用于各种人类恶性肿瘤。这些包括乳腺癌和卵巢癌,恶性黑色素瘤,结肠直肠癌,胰腺癌,和非小细胞肺癌1,2,3,4,5。2,3,4,51肿瘤组织可以植入正畸或异位。前者被认为更准确,但技术上是困难的,涉及直接移植到肿瘤起源的器官。这些类型的模型被认为是精确模仿原始肿瘤的组织学由于”自然”微环境的肿瘤6,7。,7例如,正畸移植到小鼠卵巢的毛刺导致肿瘤扩散到腹腔和产生腹水,典型的卵巢癌8。同样,将乳腺肿瘤注射到胸腔而不是腹部乳腺中,也影响了PDX的成功率和行为9。然而,正畸模型需要复杂的成像系统来监测肿瘤的生长。实体肿瘤的异位植入通常通过将组织植入小鼠的皮下侧翼进行,这样可以更容易地监测肿瘤的生长,而且成本更低,耗时更耗时。然而,肿瘤生长皮下很少转移不像在正畸植入10的情况下观察到的。
包皮的成功率已证明不同,并在很大程度上取决于肿瘤类型。据报道,含有较高百分比肿瘤细胞的更具侵略性的肿瘤和组织标本的成功率为12,13。,13与这一点一致,从转移位点衍生的肿瘤被证明以50-80%的频率生长,而来自原位点的肿瘤以低至14%的频率12。相比之下,含有坏死细胞和存活性肿瘤细胞较少的组织感染不良。肿瘤生长也可以通过添加地下室膜基质蛋白到组织组合时注射到小鼠14,而不影响原肿瘤的特性。还发现用于植入的组织件的大小和数量会影响植入的成功率。与皮下植入相比,由于肾下胶囊能够维持原有的肿瘤频闪并提供宿主频闪细胞以及15,因此在肾后胶囊中植入肿瘤的接受率更高。
大多数研究使用NOT/SCID免疫缺陷小鼠,缺乏自然杀伤细胞16,并已被证明增加肿瘤移植,生长和转移相比,其他菌株14。然而,需要额外的监测,因为他们可能发展胸腺淋巴瘤早在3-4个月的13岁。在SCID小鼠生长的卵巢肿瘤移植中,B细胞的生长被利托西马成功抑制,防止淋巴瘤的发展,但不会影响卵巢肿瘤的移植17。
最近,NSG(NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/SzJ)小鼠,携带编码白细胞间2受体伽马链18的基因的空突变,成为PDX模型的生成常用菌株。据报道,从已建立的PDX模型传至后代小鼠的肿瘤,在3至6代19、20代中保留组织学和分子特性。许多研究表明,PDX模型中的治疗结果模仿了相应的患者2、3、4、21、22、23。,4,21,22,232,非小肺癌和结直肠癌PDX模型对化疗的响应率与同一药物24、25的临床试验相似。在PDX模型中进行的研究,为参加临床试验的患者开发,表明对测试药物的反应类似于在相应患者2,3,43的临床观察。2
结合 PDX 模型对患者肿瘤进行高通量基因组分析,为研究特定基因组变化与治疗反应之间的相关性提供了一个强大的工具。这些已经在几个出版物26,27,描述。例如,在一组携带EGFR扩增的结直肠PDX模型中对EGFR抑制剂cetuximab的治疗反应,在28的患者中对切图西马布的临床反应。
PDX 模型的开发和应用存在一些挑战。其中肿瘤异质性29,30,,30可能损害治疗反应解释的准确性,因为单细胞克隆在PDX中具有较高的增殖能力,可以超过其他31,从而导致异质性的损失。此外,当单个肿瘤活检用于开发PDX时,一些细胞群体可能会错过,不会代表在最后的移植。建议从同一肿瘤的多个样本进行植入,以解决此问题。虽然PDX肿瘤往往包含原始供体肿瘤的所有细胞类型,但这些细胞逐渐被那些穆林起源3的细胞替代。PDX模型中的乳氨酸频闪细胞与人类肿瘤细胞之间的相互作用尚不清楚。然而,频闪细胞被证明可以重述肿瘤微环境33。
尽管有这些限制,PDX 模型仍然是最有价值的转化研究工具之一,以及选择患者疗法的个性化医学。PDX 的主要应用包括生物标志物发现和药物测试。PDX模型还成功地用于研究耐药性机制和确定克服耐药性34,35,的策略。本手稿中描述的方法使研究人员能够识别人类肿瘤中潜在的治疗靶点,并评估体内相应药物的疗效,在携带最初基因组特征的内藏肿瘤的小鼠中。该协议使用卵巢肿瘤,在内包,但适用于任何类型的肿瘤足够侵略性生长在小鼠2,3,12。3,122
我们描述了我们在PDX模型中用于进行”临床试验”的方法和方案,这些方法和方案利用基因组分析获得的肿瘤分子特性来确定用于测试的药物的最佳选择。多个测序平台目前用于原发肿瘤的基因组表征,包括全基因组测序、RNAseq 和定制基因面板。对于高品位血清卵巢癌,Mpseq 识别结构变化,DNA重排和拷贝数变化,是特别有用的,因为在这种类型的肿瘤中观察到高度的基因组不稳定。Mpseq 平台的第二?…
The authors have nothing to disclose.
我们感谢梅奥临床个人医学中心(CIM)的成员林阳博士和Faye R. Harris,MS,帮助进行实验。这项工作得到了尼尔·埃克尔斯先生和夫人向梅奥临床个性化医学中心(CIM)赠送的礼物的支持。
3M Vetbond | 3M, Co. | 1469SB | |
anti-AKT antibody | Cell Signaling Technologies, Inc. | 9272 | |
Anti-GAPDH antibody(G-9) | Santa Cruz Biotech. Inc. | sc-365062 | |
Anti-MAPK antibody | Cell Signaling Technologies, Inc. | 9926 | |
Anti-phospho-AKT antibody | Cell Signaling Technologies, Inc. | 9271 | |
Anti-mTOR antibody | Cell Signaling Technologies, Inc. | 2972 | |
Anti-Phospho-mTOR antibody | Cell Signaling Technologies, Inc. | 2971 | |
Anti-Phospho-S6 antibody | Cell Signaling Technologies, Inc. | 4858 | |
Anti-Rictor antibody | Cell Signaling Technologies, Inc. | 2114 | |
Anti-S6 antibody | Cell Signaling Technologies, Inc. | 2217 | |
Captisol | ChemScene, Inc. | cs-0731 | |
Carboplatin | NOVAPLUS, Inc. | 61703-360-18 | |
DMEM | Mediatech, Inc. | 10-013-CV | |
Easy-A Hi-Fi PCR Cloning Enzyme | Agilent, Inc. | 600404-51 | |
Lubricant | Cardinal Healthcare | 82-280 | |
Matrigel | Corning, Inc. | 356234 | |
McCoy's media | Mediatech, Inc. | 10-050-CV | |
MK-2206 | ApexBio, Inc. | A3010 | |
MK-8669 | ARIAD Pharmaceuticals, Inc. | AP23573 | |
Nair Sensitive Skin | Church & Dwight Co. | Nair Hair Remover Shower Power Sensitive | |
NOD/SCID mice | Charles River, Inc. | NOD.CB17-Prkdcscid/NCrCrl | |
Paclitaxel | NOVAPLUS, Inc. | 55390-304-05 | |
PEG400 | Millipore Sigma, Inc. | 88440-250ML-F | |
Perjeta | Genetech, Co. | Pertuzumab | |
Rituximab | Genetech, Co. | Rituxan | |
RPMI1640 | Mediatech, Inc. | 10-040-CV | |
SCID mice | Harlan Laboratories, Inc. | C.B.-17/IcrHsd-PrkdcscidLystbg | |
SLAx 13-6MHz linear transducer | FUJIFILM SonoSite, Inc | HFL38xp | |
SonoSite S-series Ultrasound machine | FUJIFILM SonoSite, Inc | SonoSite SII | |
Tween 80 | Millipore Sigma, Inc. | P4780-100ML |