VitroGel水凝胶基质应用异种移植的优势大比拼

【介绍】

患者来源的异种移植（Patient - Derived Xenograft，PDX）正在成为研究肿瘤行为和药物反应性的前沿技术。PDX是通过从患者身上取出肿瘤样本，植入免疫抑制的小鼠宿主中，然后对其细胞或分子特征进行检测，这些特征可能对患者具有治疗价值。人们对PDX方法的热情很高，因为它不仅允许肿瘤在体内（在小鼠中）稳定存在，而且因为从一个小鼠宿主到其他宿主的连续移植为长期检测肿瘤提供了巨大的机会。在这种情况下，PDX临床试验（PCTs）解决了单宿主场景无法解决的药物耐药性问题。它们也被用于公共存储库的存档，如由国家癌症研究所（NCI）和杰克逊实验室维护的存储库，供多研究者使用。

此外，PDX本身的性质便于研究同一类型肿瘤之间的变异，甚至同一肿瘤内的异质性。 尽管PDX技术具有巨大的前景和实用性，但异种移植过程本身仍存在一些实际挑战。主要的障碍包括细胞制备不稳定和移植物排斥。通常，来自患者的样本——这可能来自活检、原发肿瘤组织、转移性肿瘤组织，或来自血液或淋巴循环肿瘤细胞——悬浮在动物来源的基质（Matrigel®）中，以增强实际注射到宿主中的过程。

然而，对聚集、凝集或其他粘度问题的担忧可能导致临床医生避免将悬浮液保存在冰上，这就要求在样本制备和注射到小鼠之间的时间很短。此外，许多非无外源成分（非动物来源无）的水凝胶引发了注射时会产生不良反应的担忧。如果用于异种移植的水凝胶没有这些并发症，临床医生将显著提高PDX分析的疗效。 因此，在这里使用肺癌细胞系统对用于PDX的无外源成分水凝胶和基于动物的水凝胶进行了比较。特别是，将TheWell Bioscience的VitroGel®水凝胶基质（SKU：VHM01）的特性和易用性与Matrigel和纯生理盐水溶液在PDX背景下的异种移植应用进行了并排比较。请参见图1的方案概述。

图1. VitroGel注射方案

在这项研究中，使用Matrigel、VitroGel或生理盐水作为可注射载体介质，将NSG ^TM scid小鼠与PDX模型TM00244进行异种移植。选择的PDX模型是TM00244，这是一个来自62岁白人女性的原发性恶性2期肺鳞状细胞癌。结果表明，与Matrigel相比，VitroGel水凝胶基质可以支持更高的肿瘤形成率和更快的细胞生长动力学。

【材料和方法】

将基因型为NOD.Cg - Prkdc scid Il2rg tm1Wjl / SzJ的NSG TM scid小鼠与悬浮在Matrigel、VitroGel或生理盐水的PDX模型TM00244细胞进行异种移植。用研钵和杵将1cm 3的肿瘤碎片在DPBS中研磨。通过19G针头和注射器进一步分散细胞。重悬液的体积为500μL。然后，在室温下将200μL的载体凝胶（或生理盐水）与100μL的肿瘤悬浮液混合。15分钟后，将50μL注射到小鼠中（每个处理N = 3）。 每周通过标准卡尺方法测量肿瘤8周。通过单向方差分析（one - way ANOVA）和多重比较分析肿瘤大小，以确定治疗方案（载体凝胶）之间的统计学显著性。

【结果和讨论】

注射悬浮在VitroGel中的细胞进展顺利。在注射当天的观察中，“仅肿瘤”（生理盐水）和“肿瘤和Matrigel”小鼠在注射部位出现变暗和瘀伤。相比之下，注射“肿瘤和VitroGel”的小鼠在注射部位没有显示任何变暗或瘀伤。 重要的是，在实验的8周期间，注射VitroGel的小鼠的肿瘤生长异常良好（图2A）。生长在3周后加速，并在6周达到峰值大小。在8周时间点，来自VitroGel支持的注射的肿瘤大小明显大于仅在Matrigel或生理盐水溶液中支持的肿瘤大小（图2B）。当将Matrigel与生理盐水溶液进行比较时，肿瘤生长没有显著差异。

图2. 不同注射载体对肺PDX模型肿瘤生长的比较。A. 使用VitroGel水凝胶（绿色三角形）、Matrigel（红色正方形）或无水凝胶（生理盐水溶液；蓝色圆圈）进行PDX注射后肿瘤生长的时间进程；B. 通过单向方差分析和多重比较的肿瘤大小的统计学显著性。每个点代表一只处理过的小鼠。** P < 0.003；ns = 不显著。

总的来说，可以得出结论，在一致性和易用性方面，VitroGel支持的注射明显优于Matrigel或生理盐水溶液。通过在肺癌PDX样本中重复三次的肿瘤生长维持情况来衡量，VitroGel优于Matrigel。Matrigel是基于动物的，含有大约2000种未定义的化合物。该系统具有已知的批间不一致性，因此不太能够支持临床应用，并且对于高通量和实验室自动化来说具有挑战性。VitroGel没有这些问题。它在与细胞样本混合后也能在很长一段时间内保持稳定，避免了将患者样本匆忙送到PDX宿主的需要。在VitroGel辅助注射后在宿主中生长的肿瘤显示出强大的长期生长，明显优于Matrigel所见。 更多关于VitroGel的信息 TheWell Bioscience的VitroGel是一种优于基于动物和植物的细胞外基质（ECM）的替代品，作为异种移植、靶向递送、控制释放和细胞治疗组织工程的可注射载体。作为一种高效的水凝胶系统，VitroGel将细胞/组织携带到目标注射部位，在注射位置保持出色的细胞保留，并支持细胞在递送后的生长。与需要精细低温操作的基于动物的ECM不同，VitroGel是一种易于使用的水凝胶溶液，在室温下进行操作设置和细胞/化合物水凝胶混合物，见图3。经过简单、快速和容易的准备设置后，它即可用于注射，并在室温或37°C下保持可注射状态数小时。 因为VitroGel具有独特的流变学特性，在与细胞混合后可以保持数小时的出色可注射状态（可逆的溶胶 - 凝胶转变状态），科学家可以批量制备样本并继续注射，而无需担心针头堵塞。这种无外源成分的生物功能水凝胶系统还有许多其他优点（图3）。在动物安全性研究中，VitroGel表现出生物相容性，没有显示出毒性或炎症反应。研究人员可以完全控制ECM补充剂，以优化和促进细胞生长。此外，VitroGel不受供应链问题的限制，并且以批间一致性制造，以实现可重复的批次。

图3. VitroGel水凝胶用于异种移植的特点

【参考文献】

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