Мультиформная глиобластома (ГБМ) – это невероятно смертельный рак мозга, представляющий серьезную проблему с черным ящиком. Практически невозможно наблюдать, как эти опухоли действуют в естественной среде, и модели на животных не всегда дают точные ответы.
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. Эту новую модель можно использовать для изучения прогрессирования опухоли, исследования новых лекарств или даже персонализации лечения пациентов. Исследование было опубликовано в журнале Cell Reports 24 апреля 2018 г.
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 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, похож ли он 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 пересаживать моделям животных, 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 давать им лекарства, чтобы проверить, эффективны ли они. Мы также можем проверить способность опухоли проникать в нормальную ткань мозга.”
Эти органоиды также могут содержать образцы опухолей человека и некоторые клеточные линии GBM. Эту модель можно использовать для индивидуального ухода. Исследователи и клиницисты могут 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 (что сделало 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.