Но теперь исследователи Института Солка сделали важный шаг к решению этой проблемы. Отредактировав два гена всего в нескольких клетках церебральных органоидов человека, ученые из лаборатории Верма создали агрессивные опухоли GBM. Эта новая модель может быть использована для изучения прогрессирования опухоли, исследования новых лекарств или даже персонализации лечения пациентов.
Исследование было опубликовано в журнале Cell Reports 24 апреля 2018 года.Одна из проблем, возникающих при клинических испытаниях, заключается в том, что довольно часто лекарства, действующие на животных, не действуют на людей. Исследователи пытались решить эту проблему с помощью ксенотрансплантатов, при которых опухолевые ткани пациента имплантируются на животных моделях, но у этого подхода есть свои проблемы.
Иногда опухоли человека недостаточно для изучения, и со временем опухоли адаптируются к своему новому дому.«По мере роста опухоли у мышей окружающая среда меняет ее характеристики», — говорит Джунко Огава, старший научный сотрудник Солка и первый автор статьи. «Мы не знаем, похоже ли это на исходный рак пациента».Решением могут стать церебральные органоиды человека, содержащие нейроны и другие клетки мозга.
Лаборатория Солка в течение некоторого времени использовала стволовые клетки для создания этих небольших (около 4 мм) трехмерных структур в чашке и хотела изучить, как их можно применить для изучения ГБМ.Они использовали инструмент CRISPR-Cas9 для редактирования двух генов, тесно связанных с раком, HRas и p53, в нескольких клетках органоида. HRas — это онкоген рака, который стимулирует безудержный рост клеток, в то время как p53 является супрессором опухоли.
Другими словами, они сняли ногу с тормоза и нажали на педаль газа.Эти органоиды превратились в опухолевидные структуры в чашке — они агрессивно росли и имели несколько биомаркеров, связанных с ГБМ.
В конце концов, они захватили органоиды, вытеснив исходные клетки опухолевой тканью. Кроме того, их можно было серийно трансплантировать животным моделям, где они также были довольно агрессивными.Такой подход предлагает ряд преимуществ. Редактирование p53 и HRas всего в нескольких клетках лучше воспроизводит то, как на самом деле GBM развиваются у людей — они начинаются не как тысячи клеток одновременно (как ксенотрансплантат), а как одна или две аберрантные клетки.
Команда добавила флуоресцентный красный маркер tdTomato к онкогенному HRas. Когда эти клетки захватили органоиды, исследователи могли отслеживать их развитие. Кроме того, когда органоидные опухоли были трансплантированы в мозг мышей, они быстро росли и напоминали опухоли, взятые у пациентов, что облегчало доступ к образцам.«Вы можете фенокопировать свойства опухолей у мышей, — говорит Огава, — и теперь мы можем дать им лекарства, чтобы проверить их эффективность.
Мы также можем проверить способность опухоли проникать в нормальную ткань мозга».Эти органоиды могут также содержать образцы опухолей человека и некоторые клеточные линии GBM. Эту модель можно использовать для индивидуального ухода.
Исследователи и клиницисты могли трансплантировать раковые клетки от пациентов, чтобы создавать модели органоидов. В результате они могли изучить, как опухоль реагирует на лечение в клетках, соответствующих геному пациента. Хотя в органоидах отсутствуют эндотелиальные клетки и иммунная система (которая сделала бы их более сложными и помогло бы им лучше воспроизводить реальную ткань мозга), эта модель может быть весьма полезной при изучении различных метастатических опухолей головного мозга, а не только GBM.
Эта работа финансировалась Национальными институтами здравоохранения (R01CA095613, P30 CA014195-38, P30 014195, P30 014195 и P30 014195), Фондом Х.Н. и Фрэнсис С. Бергер, Благотворительным фондом Леоны М. и Гарри Б. Хелмсли (грант 2017-PG-MED001), Центр исследований старения Гленна и Фонд Чепмена.