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新型脑类器官的胶质瘤模型

2021-09-04 李梦欣 花玮

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胶质瘤模型对于研究疾病进展和药物筛选具有重要意义。




































































































































中南大学湘雅医院神经外科的刘志雄教授等选取来自于患者的脑胶质瘤标本建立脑类器官的异种移植模型,用于研究胶质瘤分子生物学特征以及预测对化疗药物的反应,结果发表于2020年12月《Cancer Letters》在线。


——摘自文章章节


【Ref: Zhang L, et al. Cancer Lett. 2021 Mar 1;500:87-97. doi: 10.1016/j.canlet.2020.12.013. Epub 2020 Dec 10.】


研究背景




胶质瘤模型对于研究疾病进展和药物筛选具有重要意义。但体外、体内建立胶质瘤模型比其它恶性实体瘤困难。目前,多数体外、体内胶质瘤模型是无真实的微环境,因此不能客观反映胶质瘤病理生理过程,也不能准确评价临床治疗效果。中南大学湘雅医院神经外科的刘志雄教授等选取来自于患者的脑胶质瘤标本建立脑类器官的异种移植模型,用于研究胶质瘤分子生物学特征以及预测对化疗药物的反应,结果发表于2020年12月《Cancer Letters》在线。


研究方法



作者手术中取得新鲜胶质瘤样本,置于预冷的PBS中机械分离成体积小于3-5mm的颗粒;经胰蛋白酶消化后,收集原代胶质瘤细胞。传代后配置成1×105细胞/μL浓度的无血清培养基悬乳液;将2μL传代的肿瘤细胞悬乳液注射至裸鼠颅内,建立原位异种移植胶质瘤模型。术后第8天,通过MRI成像观察移植瘤生长情况。术后第80天进行第二次MRI检查。最后解剖取肿瘤和固定之。


作者采用多能干细胞iPS诱导产生脑器官样细胞,通过一系列的人多能干细胞系在体外干细胞培养基基质凝胶培养皿中传代培养,建立脑类器官模型;再将患者来源的胶质瘤细胞(GPDC)种植在脑类器官模型中。经过多次反复在多孔培养板中培养胶质瘤细胞,然后把2μl含1×105胶质瘤细胞的悬乳液,注射到实验动物颅内离大脑皮质3mm深度部位。每天监测类器官的RFP阳性组织;在注射种植后的第3、5和7天分析其免疫荧光,提取总RNA,定量、测序。


研究结果



模型建立1-3个月后,所有植入的小鼠脑内的胶质瘤细胞均发展成肿瘤。而且异种移植模型保留人胶质瘤的重要病理学特征,包括侵袭性和坏死,模拟疾病进展情况。胶质瘤原位移植模型保持亲代肿瘤的特征,并显示相应的症状、肿瘤进展和生存率。


作者进一步研究在脑类器官模型中的胶质瘤细胞对TMZ的敏感性,发现与在传统的2D培养系统中有所不同。在2D培养系统中,用TMZ处理胶质瘤细胞时,细胞毒性试验揭示胶质瘤细胞对TMZ的剂量有明显的依赖性凋亡或存活。而在脑类器官中,TMZ治疗7天后,GPDC1、GPDC7和GPDC8表现明显的TMZ抗性,TMZ给药后胶质瘤细胞的凋亡百分比在4.93%至21.21%之间。由此可见,与脑类器官相比,传统的2D培养无法模拟肿瘤细胞与微环境之间的相互作用。


结论



综上所述,脑类器官中种植的胶质瘤,保留肿瘤微环境特征,具有手术标本的遗传学和病理学结构特性。作者通过该研究整合胶质瘤脑类器官和小鼠原位脑内移植,清楚地展示肿瘤微环境对化疗的重要作用以及对患者预后的影响。基于胶质瘤的脑类器官中生长和体内异种移植模型的研究,可以反映亲代肿瘤的特征、对化疗耐药和临床进展情况,从而能够做到对患者进行个体化治疗。


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