توانمندسازی غربالگری دارو با ارگانوئیدهای سرطانی – یک مطالعه موردی تحول آفرین

این قسمت از Tech Snapshot® که توسط Crown Bioscience نوشته شده است، اهمیت استفاده از ارگانوئیدهای تومور مناسب برای بیمار را برای غربالگری دارویی با کارایی بالا در تحقیقات سرطان برجسته می کند. مطالعه موردی ارائه شده، مزایای یک پلت فرم ارگانوئیدی آماده سنجش (AR) را نشان می‌دهد که کاهش زمان‌بندی، تکرارپذیری و مناسب بودن را برای ارزیابی‌های پانل گسترده نشان می‌دهد.

صنعت داروسازی به طور سنتی برای غربالگری داروهای ضد سرطان در شرایط آزمایشگاهی به رده های سلولی سرطانی دوبعدی متکی بوده است. اگرچه این سیستم برای بسیاری از کاربردها مناسب است، اما مشخص شده است که همبستگی محدودی بین نتایج بالینی و بالینی وجود دارد. مدل‌های پیش‌بالینی پیچیده‌تر فوری مورد نیاز است، که از اولین مراحل کشف دارو شروع می‌شود (یعنی غربالگری دارویی با توان عملیاتی بالا [HTS]) برای خلاصه کردن بهتر پیچیدگی سرطان انسان، امکان راه حل های اولیه. ارگانوئیدهای مشتق از بیمار (PDO) و ارگانوئیدهای مشتق از زنوگرافت مشتق از بیمار (PDX) (PDXO) به‌عنوان نمایش‌های آزمایشگاهی زیست‌شناسی تومور پدیدار شده‌اند و به‌عنوان ابزار ارزشمندی برای تولید بانک‌های زیستی که طیف وسیعی از نشانه‌های سرطان، زیرشاخه‌ها و منشاء ژنتیکی را پوشش می‌دهند، عمل می‌کنند.

ارزش ارگانوئیدهای تومور

همانطور که در اینجا توضیح داده شدارگانوئیدهای تومور، مدل‌های سه بعدی آزمایشگاهی هستند که تا حد زیادی ویژگی‌های فنوتیپی، ژنومی و مورفولوژیکی (معماری سه بعدی) تومور اولیه را خلاصه می‌کنند، که همگی عوامل مهمی هستند که می‌توانند بر پاسخ دارویی تأثیر بگذارند. آنها مقیاس پذیر هستند، قابلیت پیش بینی بالینی بالایی دارند و از نظر ژنتیکی و فنوتیپی حتی پس از کشت طولانی مدت و انجماد پایدار هستند.

ارگانوئیدهای تومور را می توان مستقیماً از بافت تومور بیمار (PDOs) یا از PDXs (PDXOs) به دست آورد، که دومی به صورت تجاری در مجموعه های بزرگ، تأیید شده و حاشیه نویسی با چندین ویژگی کلیدی موجود است:

• ثبت ناهمگونی جمعیت بیمار، از جمله زمینه های ژنتیکی مختلف.
• طیف گسترده ای از نشانه ها را پوشش می دهد.
• از مطالعات در مقیاس بزرگ مانند HTS پشتیبانی کنید; و
• از در دسترس بودن برای امتحانات مکرر اطمینان حاصل کنید.

PDX و PDXO هستند از نظر بیولوژیکی معادل و می تواند به عنوان آواتار بیمار عمل کند. بنابراین، آنها جایگزینی برای سلول های اولیه بیمار هستند. هر دو مدل منحصراً با استفاده از پروتکل‌های HUB توسعه داده شده‌اند و امکانات جدید زیادی را برای آن‌ها ایجاد می‌کنند کشف داروی سرطان.

پانل های ارگانوئیدی بزرگ از چندین مدل مناسب برای بیمار به طور همزمان استفاده می کنند. این نشان دهنده یک رویکرد انقلابی برای کشف اولیه دارو است: انتخاب شخصی PDO/PDXO یک “آزمایش بالینی در یک ظرف” را امکان پذیر می کند. چنین مجموعه هایی منعکس کننده ویژگی های بیمار نه تنها در سطح فرد-بیمار بلکه در سطح بیمار-جمعیت هستند. تصور می شود که ناهمگونی بین بیمار و داخل تومور زمینه ساز مقاومت دارویی است که اغلب در محیط بالینی مشاهده می شود. ترکیبات را می توان به طور همزمان بر روی پانل بزرگی از مدل ها غربال کرد، که امکان تصمیم گیری سریع تر در مورد اینکه کدام ترکیب سرب برای پیشرفت وجود دارد را می دهد.

مطالعه موردی: غربالگری داروی ارگانوئید پان سرطان “آماده تجزیه و تحلیل” با نتیجه قوی، قابل تکرار و از نظر بالینی مرتبط

این آموزش عملکرد PDXOs (پلتفرم ارگانوئیدی AR) با بانک زیستی (منجمد شده) را با ارگانوئیدهای تومور مشتق شده از بیمار تازه تهیه شده (روش کلاسیک) مقایسه کرد.

پلت فرم AR توسط 50 مدل PDO/PDXO انتخاب شده از هفت نوع تومور (کولورکتال، پستان، ریه، لوزالمعده، تخمدان، گردن رحم و ملانوم) و حاوی چندین نمونه (جفت) بافت سالم (شاهد) بود (شکل 1A). هدف تولید یک گروه ناهمگن بود که نماینده تنوع زیاد در زیرگروه‌ها و جهش‌های محرک باشد که نمونه آن تنوع جهش‌های KRAS در نمونه‌ها است (شکل 1B). چهارده مدل با استفاده از روش کلاسیک تهیه شد که همچنین مجموعه ای از نشانه های تومور را نشان می دهد (نشان داده نشده است). برای بهبود سازگاری، همه رویه‌ها استاندارد شدند و از تجهیزات خودکار انتقال مایعات استفاده شد.

تکثیر و پاسخ دارویی مدل‌های PDO/PDXO آزمایش‌شده با هر دو روش مورد ارزیابی قرار گرفت. عملکرد ارگانوئید با آزمایش حساسیت دارویی چندگانه، ارزیابی تنوع درون صفحه و بین صفحه، CV، فاکتور Z، پنجره های آنالیز و IC مورد ارزیابی قرار گرفت.₅₀ ارزش های. پاسخ‌های دارویی ارگانوئید با استفاده از تیتر گلو سلولی (CTG، زنده ماندن نسبی سلول برای کنترل) و تصویربرداری با محتوای بالا (HCI) (میانگین تعداد هسته‌ها در هر ارگانوئید، نسبت به شاهد) به دست آمد.

چهارده مدل ارگانوئیدی که همه نشانه‌های تومور موجود در پلت فرم ارگانوئیدی AR را نشان می‌دهند، ابتدا برای عملکرد سنجش در یک سنجش غربالگری دارویی مبتنی بر CTG مقایسه شدند. به طور کلی، مدل‌های کلاسیک و AR تکرارپذیری بالایی را با ضریب Z بالا، تغییرپذیری کنترل درون صفحه و بین صفحه (CV) نشان دادند.<15%) и големи прозорци за анализ (отрицателна контрола/положителна контрола) (Фигура 2). Платформата AR значително намали разходите и съкрати сроковете на проекта от месеци до седмици (>6 برابر) از شروع تا تحویل داده ها در مقایسه با مدل های کلاسیک (داده ها نشان داده نشده اند).

پلت فرم AR و روش کلاسیک نتایج مشابهی را در آنالیزهای CTG و HCI ارائه می‌دهند. شکل 3 نمودارهایی را نشان می دهد که پاسخ دارویی به پاکلیتاکسل، کربوپلاتین و سیس پلاتین رشد یافته با روش کلاسیک (3A و 3C) و پلت فرم AR (3B و 3D) را مقایسه می کند.

همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است، آی سی های بسیار مشابه₅₀ مقادیر (μM) برای یک مدل ارگانوئید تخمدان آزمایش شده (OV5296B) تهیه شده با استفاده از روش های کلاسیک و AR به دست آمد. برازش شیب متغیر (چهار پارامتر) در منشور GraphPad داده های قابل مقایسه بین دو روش و تجزیه و تحلیل CTG و HCI را نشان می دهد. این شباهت برای 23 مدل دیگر تأیید شد که زیرمجموعه ای از هفت نشانه با زمینه های ژنتیکی متنوع را پوشش می دهد (داده ها نشان داده نشده است). هر دو پلتفرم IC ثابتی را ارائه کردند₅₀ نتایج حتی زمانی که سنجش‌ها به فاصله ماه‌ها از هم یا در سایت‌های مختلف Crown Bioscience انجام شده‌اند (داده‌ها نشان داده نشده است).

مدل تومور کولورکتال PDXO (CR5043B) – با مقایسه روش‌های کلاسیک و AR – از نظر حساسیت دارویی به SN38 در آزمایش‌ها طی چند هفته (آزمون CTG، n = 4) ارزیابی شد (شکل 4A). CR5043B با استفاده از روش کلاسیک برای بیش از 10 پاساژ تکثیر شد و در چهار پاساژ مختلف (p19، p20، p21، p29) برای پاسخ به دارو آزمایش شد. منحنی‌های پاسخ دارویی همپوشانی قوی را نشان می‌دهند که نشان‌دهنده یک IC مشابه است₅₀ مقادیر (تجزیه و تحلیل CTG، n = 4) (شکل 4B).

ارگانوئیدهای تومور کولورکتال AR (P18T) با استفاده از سیستم های مختلف پردازش مایع و در سایت های مختلف (Crown Bioscience Leiden و Utrecht) کاشته شدند. پاسخ دارویی به 5-fluorouracil (5-FU) با استفاده از روش HCI (n = 4) تعیین شد. شباهت در شکل و موقعیت منحنی در این آزمایش ها تکرارپذیری بین تجربی نتایج را برجسته می کند (شکل 4C).

به طور کلی، هر دو سیستم عملکرد خوبی داشتند. با این حال، پلت فرم ارگانوئیدی AR می تواند به طور قابل توجهی زمان تحویل و هزینه های مرتبط را برای مشتریان کاهش دهد، چالش های لجستیکی را به حداقل برساند و امکان غربالگری پانل های ارگانوئید تومور بزرگ را به طور همزمان فراهم کند. این مطالعه موردی تاکید کرد که پلتفرم AR به طور موثری بین مدل‌های حساس، تا حدی حساس و غیر حساس تمایز قائل می‌شود و توانایی ارگانوئیدها را در اجازه طبقه‌بندی بیمار نشان می‌دهد.

نتیجه

غربالگری دارویی پیش بالینی با استفاده از ارگانوئیدهای مشتق شده از بیمار قبل از ارزیابی in vivo یک پلت فرم سریع، مقیاس پذیر و ترجمه را فراهم می کند زیرا این مدل های تومور سه بعدی in vitro به طور صادقانه ویژگی های ژنومی، مورفولوژیکی و پاتوفیزیولوژیکی تومور اصلی را خلاصه می کنند. یک پلت فرم ارگانوئید AR می تواند در زمان و هزینه قابل توجهی صرفه جویی کند. از آنجایی که اکثر مدل‌های PDO/PDXO موجود به‌عنوان PDX نیز در دسترس هستند، محققان دسترسی مستقیم به مدل‌های تطبیق‌پذیر in vivo دارند که می‌توانند بیشتر برای فعال کردن انتقال کارآمد از مطالعات اولیه آزمایشگاهی به مراحل پایانی آزمایش‌های اعتبار سنجی حیوانی مورد استفاده قرار گیرند.

با Crown Bioscience در Scientist.com ارتباط برقرار کنید