Method Article
Os organoides derivados do paciente (DOP) são uma cultura tridimensional (3D) que pode imitar o ambiente tumoral in vitro. No câncer de ovário seroso de alto grau, as DOPs representam um modelo para estudar novos biomarcadores e terapias.
Os organoides são modelos de tumores dinâmicos 3D que podem ser cultivados com sucesso a partir de tecido tumoral de ovário derivado do paciente, ascite ou líquido pleural e ajudam na descoberta de novas terapêuticas e biomarcadores preditivos para o câncer de ovário. Esses modelos recapitulam a heterogeneidade clonal, o microambiente tumoral e as interações célula-célula e célula-matriz. Além disso, eles demonstraram corresponder ao tumor primário morfologicamente, citologicamente, imuno-histoquimicamente e geneticamente. Assim, os organoides facilitam a pesquisa sobre as células tumorais e o microambiente tumoral e são superiores às linhagens celulares. O presente protocolo descreve métodos distintos para gerar organoides de câncer de ovário derivados de pacientes a partir de tumores, ascite e amostras de líquido pleural com uma taxa de sucesso superior a 97%. As amostras do paciente são separadas em suspensões celulares por digestão mecânica e enzimática. As células são então banhadas utilizando um extrato de membrana basal (BME) e são suportadas com meios de crescimento otimizados contendo suplementos específicos para a cultura de câncer de ovário seroso de alto grau (HGSOC). Depois de formar organoides iniciais, as DOP podem sustentar a cultura a longo prazo, incluindo a passagem para expansão para experimentos subsequentes.
Em 2021, aproximadamente 21.410 mulheres nos Estados Unidos foram recém-diagnosticadas com câncer de ovário epitelial, e 12.940 mulheres morreram dessa doença1. Embora avanços suficientes tenham sido feitos na cirurgia e na quimioterapia, mais de 70% dos pacientes com doença avançada desenvolvem resistência quimioterápica e morrem dentro de 5 anos após o diagnóstico 2,3. Assim, novas estratégias para tratar esta doença mortal e modelos representativos e confiáveis para a pesquisa pré-clínica são urgentemente necessários.
Linhagens celulares de câncer e xenoenxertos derivados de pacientes (PDX) criados a partir de tumores primários de ovário são os principais instrumentos utilizados na pesquisa do câncer de ovário. Uma grande vantagem das linhagens celulares de câncer é a sua rápida expansão. No entanto, sua cultura contínua resulta em alterações fenotípicas e genotípicas que fazem com que as linhagens celulares cancerígenas se desviem da amostra original de tumor primário de câncer. Devido às diferenças existentes entre a linhagem celular cancerígena e o tumor primário, os ensaios de drogas que têm efeitos positivos em linhagens celulares não conseguem ter esses mesmos efeitos em ensaios clínicos2. Para superar essas limitações, os modelos PDX são usados. Esses modelos são criados pela implantação de tecido fresco de câncer de ovário em camundongos imunodeficientes. Como são modelos in vivo , eles se assemelham com mais precisão às características biológicas humanas e, por sua vez, são mais preditivos dos resultados das drogas. No entanto, esses modelos também apresentam limitações significativas, incluindo o custo, o tempo e os recursos necessários para gerá-los4.
As DOP oferecem um modelo alternativo para pesquisa pré-clínica que supera as limitações de ambas as linhagens celulares de câncer e modelos PDX. As DOP recapitulam o tumor e o microambiente tumoral de um paciente e, assim, fornecem um modelo tratável in vitro ideal para a pesquisa pré-clínica 2,3,5. Esses modelos 3D têm capacidades de auto-organização que modelam o tumor primário, que é uma característica que suas contrapartes de linhagem celular bidimensional (2D) não possuem. Além disso, esses modelos demonstraram representar geneticamente e funcionalmente seus tumores pais e, portanto, são modelos confiáveis para o estudo de novas terapêuticas e processos biológicos. Em suma, oferecem capacidades de expansão e armazenamento a longo prazo semelhantes às linhagens celulares, mas também abrangem o microambiente e as interações célula-célula inerentes aos modelos de camundongos 4,6.
O presente protocolo descreve a criação de DOP a partir de tumores derivados de pacientes, ascite e amostras de líquido pleural com uma taxa de sucesso superior a 97%. As culturas de DOP podem então ser expandidas por várias gerações e usadas para testar a sensibilidade à terapia medicamentosa e biomarcadores preditivos. Este método representa uma técnica que poderia ser utilizada para personalizar tratamentos com base nas respostas terapêuticas das DOP.
Todos os espécimes de tecido humano coletados para pesquisa foram obtidos de acordo com o protocolo aprovado pelo Institutional Review Board (IRB). Os protocolos descritos abaixo foram realizados em um ambiente estéril de cultura de tecidos humanos. O termo de consentimento livre e esclarecido foi obtido de seres humanos. As pacientes elegíveis tinham que ter um diagnóstico ou diagnóstico presumido de câncer de ovário, estar dispostas e capazes de assinar o consentimento informado e ter pelo menos 18 anos de idade. Tecido tumoral (tumor primário maligno ou sítios metastáticos), ascite e líquido pleural foram obtidos de pacientes consensuais no momento do procedimento. Esses espécimes foram imediatamente transportados para o laboratório e processados para geração de organoides usando os métodos descritos abaixo.
1. Preparação para a mídia
2. Colheita de organoides da ascite e do líquido pleural
NOTA: A ascite e o líquido pleural devem ser processados o mais rapidamente possível para obter o melhor rendimento dos organoides. Descongele previamente o tampão de reação BME, DNase I e DNase I (ver Tabela de Materiais) colocando-o no gelo até que o conteúdo seja liquefeito.
Figura 1: Revestimento de organoides de câncer de ovário derivados de pacientes. Imagem representativa do revestimento organoide. As alíquotas da mistura organoide são cuidadosamente chapeadas, garantindo que nenhuma bolha seja formada. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
3. Colheita de organoides do tecido
NOTA: O tecido deve ser processado o mais rapidamente possível para obter o melhor rendimento de organoides.
Figura 2: Tecido tumoral antes da dissecção. Imagem representativa do tecido tumoral obtida para geração de organoides. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
4. Passaging de organoides
NOTA: Se a amostra for confluente, cada poço organoide pode ser passado semanalmente para dois novos poços.
5. Congelamento e descongelamento de organoides
6. Incorporação e geração de lâminas embutidas em parafina fixada em formalina (FFPE) para avaliar a composição organoide
Para gerar DOPs, as amostras foram digeridas mecanicamente e enzimaticamente em suspensões unicelulares. As células foram então ressuspensas em BME e suplementadas com meios especificamente modificados (Figura 3). Os organoides são tipicamente estabelecidos ao longo de um período de tempo de 10 dias, após o qual demonstram organoides discretos em cultura (Figura 4).
Figura 3: Esquema das coleções de pacientes formadas em organoides. O tecido do paciente, a ascite ou o líquido pleural são digeridos mecanicamente ou enzimaticamente. A suspensão de célula única é então banhada em BME, onde a cultura prolifera com a ajuda de meios de crescimento especializados adaptados ao HGSOC. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: Imagens representativas de dois organoides exclusivos de câncer de ovário derivados de pacientes após 7 dias de crescimento. As imagens organoides foram obtidas a 40x. A barra de escala de campo brilhante na imagem esquerda é de 100 μm e na imagem à direita é de 200 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
A partir do protocolo apresentado, um biobanco de 23 organoides foi produzido e cultivado por mais de 5 meses com passe regular. As características clínicas dos tumores de origem estão apresentadas na Tabela 1. A maioria dos tumores era de estágio avançado (100%), carcinoma seroso de alto grau (92,9%) e tratamento ingênuo (85,7%).
N = 23 | |
Idade (anos) | 63,5 ± 9,7 |
Etapa FIGO III IV Pendente | 13 (56.5) 9 (39.2) 1 (4.3) |
Histologia Seroso de alto grau Carcinossarcoma Seroso de baixo grau | 21 (92.9) 1 (7.1) 1 (4.3) |
Mutação BRCA Sim Não | 1 (4.3) 22 (95.7) |
Linhas Prévias de Quimioterapia 0 1-5 ≥5 | 20 (85.7) 0 2 (14.2) |
Tabela 1: Características do biobanco DOP. A tabela contém as características específicas dos organoides gerados usando o presente protocolo. Essas características incluem idade, estágio FIGO (Federação Internacional de Ginecologia e Obstetrícia), histologia, status de mutação BRCA (BReast CAncer gene) e linhas anteriores de quimioterapia.
As culturas organoides podem ser avaliadas por incorporação em agarose e avaliação com H&E (Figura 5).
Figura 5: Coloração de hematoxilina e eosina da DOP. Imagem representativa da coloração H&E de um organoide de câncer de ovário gerado a partir de uma amostra de paciente. A imagem foi tirada a 40x, e a barra de escala é de 50 μm. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
O câncer de ovário é extremamente mortal devido ao seu estágio avançado no diagnóstico, bem como ao desenvolvimento comum de resistência à quimioterapia. Muitos avanços na pesquisa do câncer de ovário foram feitos utilizando linhas celulares de câncer e modelos PDX; no entanto, há uma necessidade evidente de um modelo in vitro mais representativo e acessível. As DOP têm demonstrado representar com precisão a heterogeneidade tumoral, o microambiente tumoral e as características genômicas e transcriptômicas de seus tumores primários e, portanto, são modelos pré-clínicos ideais para diversas abordagens de pesquisa, como a implementação de modelos organoides na terapia medicamentosa16.
O protocolo descrito aqui é muito eficaz e confiável, como indicado pela taxa de sucesso de 97%. É importante destacar que o presente protocolo tem etapas críticas às quais se deve prestar muita atenção. Primeiro, ao colher organoides do tecido, é essencial garantir que a amostra seja completamente homogeneizada. Isso pode exigir a execução do programa de dissociação mais de uma vez, se necessário. Se a amostra não for homogênea, os pedaços restantes de tecido podem comprometer o crescimento organoide. Em segundo lugar, como a temperatura de trabalho do BME é de 2-8 °C, é importante realizar todas as etapas que envolvem este reagente no gelo para evitar a polimerização. Além disso, ao ressuspender e revestir com BME, é crucial evitar bolhas, pois isso torna as alíquotas organoides banhadas instáveis, fazendo com que elas se desloquem da placa. Por fim, a EMB utilizada neste protocolo foi gerada a partir do tumor Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) e, portanto, tem o potencial de composição inconsistente entre os lotes. Essas diferenças podem afetar a geração e o crescimento de organoides. Não há uma maneira específica de superar essa limitação, pois os autores desconhecem opções alternativas deEMB 17. Pesquisas futuras são necessárias para estabelecer materiais alternativos para BME ou andaime 3D. Dadas todas as considerações acima, é importante enfatizar que esses métodos devem ser adaptados e testados para diferentes ambientes e equipamentos de laboratório.
Apesar dos avanços que os organoides podem fornecer à pesquisa do câncer de ovário, existem limitações para a implementação de modelos organoides. A geração e a manutenção de organoides são processos demorados e caros. A quantidade de tempo necessária para o crescimento organoide permite a introdução de contaminação. Além disso, a variabilidade do crescimento requer supervisão constante para garantir que a quantidade de meios disponíveis seja suficiente para o desenvolvimento de organoides e que a contaminação não esteja presente. Além disso, a composição celular dos organoides é variável. As células imunes estão presentes inicialmente, mas geralmente não persistem após a segunda passagem. Isso pode ser superado com a suplementação de citocinas na mídia, mas está fora do escopo de nosso trabalho atual. As células estromais parecem persistir através da passagem, mas os componentes dependem muito da amostra inicial18,19. Mais trabalhos são necessários para entender melhor os componentes celulares exatos e a persistência de cada tipo de célula. A geração de organoides de pacientes submetidos a várias linhas de quimioterapia é desafiadora e problemática. Mais estudos são necessários para compreender o impacto da quimioterapia na geração e desenvolvimento de organoides. Por fim, em nossa experiência, o número de organoides gerados a partir de uma quantidade específica de tecido, ascite ou líquido pleural é imprevisível. Por exemplo, a mesma quantidade de tumor, ascite ou líquido pleural coletado de dois pacientes diferentes resultará em quantidades diferentes de organoides. Mais pesquisas estão sendo realizadas para obter informações sobre os melhores tipos de células para sobrevivência e viabilidade organoides.
No entanto, as DOP oferecem oportunidades únicas para a pesquisa pré-clínica em comparação com linhagens celulares e modelos PDX. Embora tenham sido feitos progressos em relação ao diagnóstico e tratamento do câncer de ovário, ainda há um trabalho significativo a ser feito, e as DOP são uma ferramenta especial necessária para o avanço da pesquisa sobre o câncer de ovário.
Os autores não têm nada a revelar.
Somos gratos pela orientação de Ron Bose, MD, PhD, e pela assistência de Barbara Blachut, MD, no estabelecimento deste protocolo. Também gostaríamos de agradecer à Escola de Medicina da Universidade de Washington no Departamento de Obstetrícia e Ginecologia e Divisão de Oncologia Ginecológica da Universidade de Washington, ao Programa Acadêmico do Decano da Universidade de Washington e ao Programa de Desenvolvimento de Cientistas Reprodutivos por seu apoio a este projeto.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1% HEPES | Life Technologies | 15630080 | |
1% Penicillin-Streptomycin | Fisher Scientific | 30002CI | |
1.5 mL Eppendorf Tubes | Genesee Scientific | 14125 | |
10 cm Tissue Culture Dish | TPP | 93100 | |
10 mL Serological Pipet | |||
100 µm Cell Filter | MidSci | 100ICS | |
15 mL centrifuge tubes | Corning | 430052 | |
2 mL Cryovial | Simport Scientific | T301-2 | |
2% Paraformaldehyde Fixative | Sigma-Aldrich | ||
37 °C water bath | NEST | 602052 | |
3dGRO R-Spondin-1 Conditioned Media Supplement | Millipore Sigma | SCM104 | |
6 well plates | TPP | 92006 | |
70% Ethanol | Sigma-Aldrich | R31541GA | |
A83-01 | Sigma-Aldrich | SML0788 | |
Advanced DMEM/F12 | ThermoFisher | 12634028 | |
Agar | Lamda Biotech | C121 | |
B-27 | Life Technologies | 17504044 | |
Centrifuge | |||
Cultrex Type 2 | R&D Systems | 3533-010-02 | basement membrane extract |
DNase I | New England Bio Labs | M0303S | |
DNase I Reaction Buffer | New England Bio Labs | M0303S | |
EGF | PeproTech | AF-100-15 | |
FBS | Sigma-Aldrich | F2442 | |
FGF-10 | PeproTech | 100-26 | |
FGF2 | PeproTech | 100-18B | |
gentleMACS C Tubes | Miltenyi BioTech | 130-096-334 | |
gentleMACS Octo Dissociator with Heaters | Miltenyi BioTech | 130-096-427 | We use the manufacturers protocol. |
GlutaMAX | Life Technologies | 35050061 | dipeptide, L-alanyl-L-glutamine |
Hematoxylin and Eosin Staining Kit | Fisher Scientific | NC1470670 | |
Histoplast Paraffin Wax | Fisher Scientific | 22900700 | |
Microcentrifuge | |||
Mr. Frosty Freezing Container | Fisher Scientific | 07202363S | |
N-acetylcysteine | Sigma-Aldrich | A9165 | |
Nicotinamide | Sigma-Aldrich | N0636 | |
p1000 Pipette with Tips | |||
p200 Pipette with Tips | |||
Pasteur Pipettes 9" | Fisher Scientific | 1367820D | |
PBS | Fisher Scientific | MT21031CM | |
Pipet Controller | |||
Prostaglandin E2 | R&D Systems | 2296 | |
Puromycin | ThermoFisher | A1113802 | |
Recombinant Murine Noggin | PeproTech | 250-38 | |
Recovery Cell Culture Freezing Medium | Invitrogen | 12648010 | |
Red Blood Cell Lysis Buffer | BioLegend | 420301 | |
ROCK Inhibitor (Y-27632) | R&D Systems | 1254/1 | |
SB202190 | Sigma-Aldrich | S7076 | |
T75 Flask | MidSci | TP90076 | |
Tissue Culture Hood | |||
Tissue Embedding Cassette | |||
TrypLE Express | Invitrogen | 12604013 | animal origin-free, recombinant enzyme |
Type II Collagenase | Life Technologies | 17101015 | |
Vortex |
Solicitar permissão para reutilizar o texto ou figuras deste artigo JoVE
Solicitar PermissãoThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos os direitos reservados