乳腺癌PDO与mini-PDX平台联合用于药物筛选和个体化治疗

The combination of breast cancer PDO and mini-PDX platform for drug screening and individualized treatment.

作者信息Yuxin Cui, Ran Ran, Yanyan Da, Huiwen Zhang, Meng Jiang, Xin Qi, Wei Zhang, Ligang Niu, Yuhui Zhou, Can Zhou, Xiaojiang Tang, Ke Wang, Yu Yan, Yu Ren, Danfeng Dong, Yan Zhou, Hui Wang, Jin Gong, Fang Hu, Shidi Zhao, Huimin Zhang, Chengsheng Zhang, Jin Yang
PMID38722288
发布时间2024-05
DOI10.1111/jcmm.18374

实验完整度

建立了17例乳腺癌类器官生物库,并通过IHC、NGS验证其保真性;结合体外PDO药物筛选和体内mini-PDX验证,并进行了Western blot机制验证。

主要模型

乳腺癌患者来源类器官(PDO) mini-PDX小鼠模型 乳腺癌患者肿瘤组织

重点核对

17例乳腺癌类器官成功建立,涉及不同分子亚型。 类器官与原始肿瘤的组织学(HE、IHC)和遗传学(NGS)特征一致性。 体外药物筛选使用CellTiter-Glo检测,药物处理6天。 体内mini-PDX使用BALB/c裸鼠,皮下植入含肿瘤细胞的中空纤维管。 alpelisib和fulvestrant的给药剂量和方式:alpelisib 25 mg/kg口服每日一次,fulvestrant 200 mg/kg皮下注射每周两次。

摘要

大多数晚期乳腺癌表现出很强的侵袭性、异质性和耐药性,目前缺乏有效的治疗策略是癌症研究必须面临的主要挑战之一。因此,开发一种可行的临床前模型来探索难治性乳腺癌的个体化治疗是迫切需要的。我们建立了来自17例乳腺癌患者的类器官生物库,并通过免疫组织化学(IHC)和下一代测序(NGS)对其进行了表征。此外,我们首次将患者来源的类器官(PDOs)与微型患者来源的异种移植瘤(mini-PDX)相结合,用于快速、精确的药物敏感性筛选。我们证实乳腺癌类器官是一种高保真的体外三维(3D)模型,能够重现原始肿瘤的组织学和遗传学特征。此外,对于一位经过多次预治疗的晚期耐药乳腺癌患者,我们结合PDO和mini-PDX模型为该患者确定了潜在有效的治疗药物组合,即alpelisib + fulvestrant。在类器官的药物敏感性实验中,我们观察到PI3K/AKT/mTOR信号轴和雌激素受体(ER)蛋白表达水平的变化,这进一步验证了筛选结果的可靠性。我们的研究表明,PDO联合mini-PDX模型提供了一个快速、精确的药物筛选平台,有望用于个体化医疗,改善患者预后,并解决晚期乳腺癌有效治疗方案的迫切需求。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
如何为晚期耐药乳腺癌患者建立快速、精确的药物筛选平台,以指导个体化治疗?
核心机制
alpelisib联合fulvestrant通过同时抑制PI3K-AKT-mTOR信号轴和ER信号通路,发挥协同抗肿瘤作用。
主要证据
体外PDO药物筛选显示两药联用具有协同效应(CI<1),并下调PI3K-p110α、p-AKT、p-mTOR、p-S6和ER表达;体内mini-PDX验证了联合用药组的细胞存活率明显下降。
研究意义
PDO联合mini-PDX平台有望为晚期乳腺癌患者提供快速、精确的个体化药物筛选,改善患者预后。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立乳腺癌类器官生物库

生成覆盖不同分子亚型和分期的乳腺癌类器官模型。

从17例乳腺癌患者肿瘤组织成功培养类器官,并稳定传代超过六代。

2

验证类器官保真性

确认类器官保留原始肿瘤的组织学和遗传学特征。

通过HE和IHC染色比较类器官与亲本肿瘤的组织形态和标志物表达;对9对样本进行NGS分析基因突变。

3

体外药物筛选

筛选对该患者肿瘤最敏感的抗肿瘤药物。

根据NGS结果选择PI3K抑制剂、mTOR抑制剂、CDK4/6抑制剂和TP53激活剂进行药物敏感性测试。

4

联合用药效果验证

验证alpelisib与fulvestrant的协同抗肿瘤作用。

使用CompuSyn软件分析两药联合的CI值,并通过Western blot检测PI3K/AKT/mTOR通路和ER蛋白水平。

5

体内药物筛选验证

验证体外药物筛选结果的可靠性。

将患者肿瘤细胞悬液填充到中空纤维管中,皮下植入裸鼠,进行药物处理,然后检测细胞活力。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
胶原酶SigmaC9407
Advanced DMEM/F12培养基Gibco12634010
基质胶Corning354230
HEPESGibco15630080
GlutaMAX添加剂Gibco35050061
青霉素/链霉素HyCloneSV30010
B27添加剂Gibco12587010
A83-01Tocris2939/10
人表皮生长因子PeprotechAF-100-15-1000
NogginPeprotech120-10C-100
人成纤维细胞生长因子7PeproTech100-19-10
人成纤维细胞生长因子10PeproTech100-26-25
N-乙酰半胱氨酸Sigma-AldrichA9165-5G
烟酰胺Sigma-AldrichN0636-100G
Y27632Abmole BioscienceM1817
R-spondin1Sino Biological11083-HNAS
Neuregulin1Peprotech100-03-100
SB202190Sigma-AldrichS7067-25MG
TrypLE Express消化液Gibco12605010
细胞冻存培养基Gibco12648010
ERα抗体Abcamab16660
雄激素受体抗体CST5153T
PR抗体Abcamab101688
HER2抗体CST4290S
Ki-67抗体Proteintech27309-1-AP
Agencourt AMPure XP磁珠Beckman Coulter--
GeneseeqOne泛癌基因panelGeneseeq Technology Inc.--
xGen Lockdown杂交和洗涤试剂盒Integrated DNA Technologies--
Dynabeads M-270磁珠Life Technologies--
KAPA HiFi热启动预混液KAPA Biosystems--
KAPA文库定量试剂盒KAPA Biosystems--
HiSeq4000测序平台Illumina--
CellTiter-Glo细胞增殖试剂盒PromegaG9681
AlpelisibSelleckS2814
TaselisibSelleckS7103
BuparlisibSelleckS2247
EverolimusSelleckS1120
TemsirolimusSelleckS1044
RapamycinSelleckS1039
AZD8055SelleckS1555
PalbociclibSelleckS1116
FlavopiridolSelleckS1230
TrilaciclibSelleckS8389
EprenetapoptSelleckS7724
COTI-2SelleckS8580
FulvestrantSelleckS1191
RIPA裂解液BiyuntianP0013C
蛋白和磷酸化抑制剂Abmole bioscienceM5293
BCA蛋白浓度检测试剂盒BiyuntianP0012
5×上样缓冲液BiyuntianP0015
超敏发光液/增强剂New Cell & Molecular--
PI3K-110α抗体Abcamab1678
p-AKT抗体CST4060S
AKT抗体CST4691S
p-mTOR抗体CST5536S
mTOR抗体CST2983S
p-S6抗体CST4857S
ER抗体CST13258S
GAPDH抗体Proteintech60004-1-Ig
中空纤维管Repligen Shanghai Biological CompanyS9320101
异氟烷小动物麻醉机Rayward Life Technology Company--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
类器官培养
组织消化时间(1-2小时),胶原酶浓度(2-3 mg/mL),基质胶类型(growth factor reduced Matrigel),培养基成分及浓度,传代频率。
阅读提示:Methods 2.2 人乳腺肿瘤类器官培养
免疫组织化学
一抗浓度、修复条件、封闭时间、DAB显色时间。
阅读提示:Methods 2.3 免疫组织化学
下一代测序
基因panel版本、捕获试剂盒、测序平台。
阅读提示:Methods 2.4 下一代测序
体外药物筛选
细胞数(3000-6000个/孔),药物处理时间(6天),药物浓度梯度,检测方法(CTG)。
阅读提示:Methods 2.5 细胞活力检测及图5
联合用药分析
药物浓度比例、CI值计算软件。
阅读提示:Methods 2.6 联合效应
Western blot
蛋白裂解方法、抗体稀释比例、孵育时间。
阅读提示:Methods 2.7 Western blot
mini-PDX
小鼠品系(BALB/cJGpt-Foxn1nu/Gpt),年龄(6-8周),细胞数(20000/1.5cm管),药物剂量(alpelisib 25 mg/kg QD,fulvestrant 200 mg/kg BIW),给药时间(7天)。
阅读提示:Methods 2.8 微型患者来源异种移植瘤的生成及图6