【介紹】

患者來源的異種移植（Patient - Derived Xenograft，PDX）正在成為研究腫瘤行為和藥物反應性的前沿技術(shù)。PDX是通過從患者身上取出腫瘤樣本，植入免疫抑制的小鼠宿主中，然后對其細胞或分子特征進行檢測，這些特征可能對患者具有治療價值。人們對PDX方法的熱情很高，因為它不僅允許腫瘤在體內(nèi)（在小鼠中）穩(wěn)定存在，而且因為從一個小鼠宿主到其他宿主的連續(xù)移植為長期檢測腫瘤提供了巨大的機會。在這種情況下，PDX臨床試驗（PCTs）解決了單宿主場景無法解決的藥物耐藥性問題。它們也被用于公共存儲庫的存檔，如由國家癌癥研究所（NCI）和杰克遜實驗室維護的存儲庫，供多研究者使用。

此外，PDX本身的性質(zhì)便于研究同一類型腫瘤之間的變異，甚至同一腫瘤內(nèi)的異質(zhì)性。 盡管PDX技術(shù)具有巨大的前景和實用性，但異種移植過程本身仍存在一些實際挑戰(zhàn)。主要的障礙包括細胞制備不穩(wěn)定和移植物排斥。通常，來自患者的樣本——這可能來自活檢、原發(fā)腫瘤組織、轉(zhuǎn)移性腫瘤組織，或來自血液或淋巴循環(huán)腫瘤細胞——懸浮在動物來源的基質(zhì)（Matrigel）中，以增強實際注射到宿主中的過程。

然而，對聚集、凝集或其他粘度問題的擔憂可能導致臨床醫(yī)生避免將懸浮液保存在冰上，這就要求在樣本制備和注射到小鼠之間的時間很短。此外，許多非無外源成分（非動物來源無）的水凝膠引發(fā)了注射時會產(chǎn)生不良反應的擔憂。如果用于異種移植的水凝膠沒有這些并發(fā)癥，臨床醫(yī)生將顯著提高PDX分析的療效。 因此，在這里使用肺癌細胞系統(tǒng)對用于PDX的無外源成分水凝膠和基于動物的水凝膠進行了比較。特別是，將TheWell Bioscience的VitroGel 水凝膠基質(zhì)（SKU：VHM01）的特性和易用性與Matrigel和純生理鹽水溶液在PDX背景下的異種移植應用進行了并排比較。請參見圖1的方案概述。

圖1. VitroGel注射方案

在這項研究中，使用Matrigel、VitroGel或生理鹽水作為可注射載體介質(zhì)，將NSG ^TM scid小鼠與PDX模型TM00244進行異種移植。選擇的PDX模型是TM00244，這是一個來自62歲白人女性的原發(fā)性惡性2期肺鱗狀細胞癌。結(jié)果表明，與Matrigel相比，VitroGel水凝膠基質(zhì)可以支持更高的腫瘤形成率和更快的細胞生長動力學。

【材料和方法】

將基因型為NOD.Cg - Prkdc scid Il2rg tm1Wjl / SzJ的NSG TM scid小鼠與懸浮在Matrigel、VitroGel或生理鹽水的PDX模型TM00244細胞進行異種移植。用研缽和杵將1cm 3的腫瘤碎片在DPBS中研磨。通過19G針頭和注射器進一步分散細胞。重懸液的體積為500μL。然后，在室溫下將200μL的載體凝膠（或生理鹽水）與100μL的腫瘤懸浮液混合。15分鐘后，將50μL注射到小鼠中（每個處理N = 3）。 每周通過標準卡尺方法測量腫瘤8周。通過單向方差分析（one - way ANOVA）和多重比較分析腫瘤大小，以確定治療方案（載體凝膠）之間的統(tǒng)計學顯著性。

【結(jié)果和討論】 

注射懸浮在VitroGel中的細胞進展順利。在注射當天的觀察中，“僅腫瘤”（生理鹽水）和“腫瘤和Matrigel”小鼠在注射部位出現(xiàn)變暗和瘀傷。相比之下，注射“腫瘤和VitroGel”的小鼠在注射部位沒有顯示任何變暗或瘀傷。 重要的是，在實驗的8周期間，注射VitroGel的小鼠的腫瘤生長異常良好（圖2A）。生長在3周后加速，并在6周達到峰值大小。在8周時間點，來自VitroGel支持的注射的腫瘤大小明顯大于僅在Matrigel或生理鹽水溶液中支持的腫瘤大小（圖2B）。當將Matrigel與生理鹽水溶液進行比較時，腫瘤生長沒有顯著差異。

圖2. 。A. 使用VitroGel水凝膠（綠色三角形）、Matrigel（紅色正方形）或無水凝膠（生理鹽水溶液；藍色圓圈）進行PDX注射后腫瘤生長的時間進程；B. 通過單向方差分析和多重比較的腫瘤大小的統(tǒng)計學顯著性。每個點代表一只處理過的小鼠。** P < 0.003；ns = 不顯著。

總的來說，可以得出結(jié)論，在一致性和易用性方面，VitroGel支持的注射明顯優(yōu)于Matrigel或生理鹽水溶液。通過在肺癌PDX樣本中重復三次的腫瘤生長維持情況來衡量，VitroGel優(yōu)于Matrigel。Matrigel是基于動物的，含有大約2000種未定義的化合物。該系統(tǒng)具有已知的批間不一致性，因此不太能夠支持臨床應用，并且對于高通量和實驗室自動化來說具有挑戰(zhàn)性。VitroGel沒有這些問題。它在與細胞樣本混合后也能在很長一段時間內(nèi)保持穩(wěn)定，避免了將患者樣本匆忙送到PDX宿主的需要。在VitroGel輔助注射后在宿主中生長的腫瘤顯示出強大的長期生長，明顯優(yōu)于Matrigel所見。 更多關(guān)于VitroGel的信息 TheWell Bioscience的VitroGel是一種優(yōu)于基于動物和植物的細胞外基質(zhì)（ECM）的替代品，作為異種移植、靶向遞送、控制釋放和細胞治療組織工程的可注射載體。作為一種高效的水凝膠系統(tǒng)，VitroGel將細胞/組織攜帶到目標注射部位，在注射位置保持出色的細胞保留，并支持細胞在遞送后的生長。與需要精細低溫操作的基于動物的ECM不同，VitroGel是一種易于使用的水凝膠溶液，在室溫下進行操作設置和細胞/化合物水凝膠混合物，見圖3。經(jīng)過簡單、快速和容易的準備設置后，它即可用于注射，并在室溫或37°C下保持可注射狀態(tài)數(shù)小時。 因為VitroGel具有獨特的流變學特性，在與細胞混合后可以保持數(shù)小時的出色可注射狀態(tài)（可逆的溶膠 - 凝膠轉(zhuǎn)變狀態(tài)），科學家可以批量制備樣本并繼續(xù)注射，而無需擔心針頭堵塞。這種無外源成分的生物功能水凝膠系統(tǒng)還有許多其他優(yōu)點（圖3）。在動物安全性研究中，VitroGel表現(xiàn)出生物相容性，沒有顯示出毒性或炎癥反應。研究人員可以完全控制ECM補充劑，以優(yōu)化和促進細胞生長。此外，VitroGel不受供應鏈問題的限制，并且以批間一致性制造，以實現(xiàn)可重復的批次。

圖3. VitroGel水凝膠用于異種移植的特點

【參考文獻】

1. Risbridger, P., Lawrence, M. G., & Taylor, R. A. (2020). PDX: Moving Beyond Drug Screening to Versatile Models for Research Discovery. Journal of the Endocrine Society 4(11). https://doi.org/10.1210/jendso/bvaa132

2. Pang K., Park J., Ahn S.G., et al. (2019). RNF208, an estrogen-inducible E3 ligase, targets soluble Vimentin to suppress metastasis in triple-negative breast cancers. Nat. Comm. 10: 5805

https://doi:10.1038/s41467-019-13852-5