ssmuБюллетень сибирской медициныBulletin of Siberian Medicine1682-03631819-3684Siberian State Medical University, the Ministry of Healthcare of the Russian Federation10.20538/1682-0363-2022-3-50-58ssmu-4905Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL PAPERSВарианты создания гетеротопических и ортотопических PDX-моделей колоректального рака человекаVariants of creating heterotopic and orthotopic PDX models of human colorectal cancerhttps://orcid.org/0000-0002-9337-5535КиблицкаяА. А.KiblitskayaA. A.

Киблицкая Александра Андреевна – научный сотрудник, испытательный лабораторный центр, НМИЦ онкологии.

344037, Ростов-на-Дону, ул. 14-я Линия, 63

6, 14 Liniya Str., Rostov-on-Don, 344037

kibaleand@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-1397-837XМаксимовА. Ю.MaksimovA. Y.

Максимов Алексей Юрьевич – доктор медицинских наук, профессор, заместительгенерального директора по перспективным научным разработкам, НМИЦ онкологии.

344037, Ростов-на-Дону, ул. 14-я Линия, 63

6, 14 Liniya Str., Rostov-on-Don, 344037

rnioi@list.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0676-0871ГончароваА. С.GoncharovaA. S.

Гончарова Анна Сергеевна – кандидат биологических наук, зав. испытательным лабораторным центром, НМИЦ онкологии.

344037, Ростов-на-Дону, ул. 14-я Линия, 63

6, 14 Liniya Str., Rostov-on-Don, 344037

fateyeva_a_s@list.ruНепомнящаяЕ. М.NepomnyashchayaYe. M.

Непомнящая Евгения Марковна – доктор медицинских наук, профессор, врач-патологоанатом, патологоанатомическое отделение, НМИЦ онкологии.

344037, Ростов-на-Дону, ул. 14-я Линия, 63

6, 14 Liniya Str., Rostov-on-Don, 344037

rnioi@list.ruЗлатникЕ. Ю.ZlatnikYe. Y.

Златник Елена Юрьевна – доктор медицинских наук, профессор, главный научный сотрудник, лаборатория иммунофенотипирования опухолей, НМИЦ онкологии.

344037, Ростов-на-Дону, ул. 14-я Линия, 63

6, 14 Liniya Str., Rostov-on-Don, 344037

elena-zlatnik@mail.ruЕгоровГ. Ю.YegorovG. Y.

Егоров Георгий Юрьевич – аспирант, НМИЦ онкологии.

344037, Ростов-на-Дону, ул. 14-я Линия, 63

6, 14 Liniya Str., Rostov-on-Don, 344037

egorovgu@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-3036-6199ЛукбановаЕ. А.LukbanovaYe. A.

Лукбанова Екатерина Алексеевна – науч. сотрудник, испытательный лабораторный центр, НМИЦ онкологии, г. Ростов-на-Дону.

344037, Ростов-на-Дону, ул. 14-я Линия, 63

6, 14 Liniya Str., Rostov-on-Don, 344037

katya.samarskaja@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0088-2990ЗаикинаЕ. В.ZaikinaYe. V.

Заикина Екатерина Владиславовна – младший научный сотрудник, испытательный лабораторный центр, НМИЦ онкологии.

344037, Ростов-на-Дону, ул. 14-я Линия, 63

6, 14 Liniya Str., Rostov-on-Don, 344037

katherine_bio@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7823-3865ВолковаА. В.VolkovaA. V.

Волкова Анастасия Владимировна – младший научный сотрудник, испытательный лабораторный центр, НМИЦ онкологии.

344037, Ростов-на-Дону, ул. 14-я Линия, 63

6, 14 Liniya Str., Rostov-on-Don, 344037

volkovaav58@mail.ruНациональный медицинский исследовательский центр (НМИЦ) онкологииРоссияNational Medical Research Center of OncologyRussian Federation2022141020222135058Copyright © Киблицкая А.А., Максимов А.Ю., Гончарова А.С., Непомнящая Е.М., Златник Е.Ю., Егоров Г.Ю., Лукбанова Е.А., Заикина Е.В., Волкова А.В., 20222022Киблицкая А.А., Максимов А.Ю., Гончарова А.С., Непомнящая Е.М., Златник Е.Ю., Егоров Г.Ю., Лукбанова Е.А., Заикина Е.В., Волкова А.В.Kiblitskaya A.A., Maksimov A.Y., Goncharova A.S., Nepomnyashchaya Y.M., Zlatnik Y.Y., Yegorov G.Y., Lukbanova Y.A., Zaikina Y.V., Volkova A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.ssmu.ru/jour/article/view/4905Цель

Цель. Создание гетеротопических и ортотопических моделей ксенографтов колоректального рака (КРР), полученных от пациентов (Patient-derived xenograft, PDX-модель), путем трансплантации образцов опухоли пациента иммунодефицитным мышам линии Balb/c nude.

Материалы и методы

Материалы и методы. Проведено исследование на 15 самках мышей линии Balb/c nude, возраст 6–8 нед, масса тела 21–25 г. Всем животным проведена трансплантация опухолевого материала, взятого от пациентов с КРР, в следующие сайты: гетеротопические (под кожу бедра, в сальник); ортотопические (в нисходящий и восходящий отделы толстой кишки, в слепую кишку). В течение 80 сут у животных контролировали следующие параметры: массу тела, общее состояние, объем опухолевого узла. Успешность каждой из моделей оценивали по степени приживления, динамике опухолевого роста и воспроизводимости гистопатологических характеристик. По завершению эксперимента животным выполнена эвтаназия методом цервикальной дислокации.

Результаты

Результаты. На протяжении всего эксперимента наблюдалась 100%-я выживаемость животных и схожая динамика роста ксенографтов. Анализ гистологических препаратов ксенографтов и опухоли пациентов показал их соответствие умеренно дифференцированной аденокарциноме кишки. Описаны основные преимущества и недостатки создания различных вариантов PDX-моделей.

Заключение

Заключение. Гетеротопические и ортотопические PDX-модели воспроизводят морфогистологические признаки человеческой опухоли и обладают устойчивой динамикой роста, следовательно, являются подходящим инструментом для разработки, тестирования и валидации потенциальных лекарственных препаратов против рака.

Aim

Aim. To create heterotopic and orthotopic patient-derived xenograft (PDX) models of colorectal cancer (CRC) by transplantation of patient’s tumor samples into immunodeficient BALB / c Nude mice.

Materials and methods

Materials and methods. The study was performed on 15 female BALB / c Nude mice aged 6–8 weeks weighing 21–25 g. All animals underwent transplantation of the tumor material obtained from CRC patients into the following sites: heterotopic transplantation (under the skin of the thigh and into the omentum), orthotopic transplantation (into the descending and ascending colon and into the cecum). Weight and general condition of the animals and the size of the tumor nodule had been monitored for 80 days. The success of each model was assessed by the degree of engraftment, the dynamics of tumor growth, and the reproducibility of histopathologic characteristics. At the end of the experiment, the animals were euthanized by cervical dislocation.

Results

Results. 100% survival of the animals and similar tumor growth dynamics in the xenograft models were observed throughout the experiment. The analysis of histologic specimens obtained from the xenografts and patient’s tumor showed their correspondence to moderately differentiated intestinal adenocarcinoma. The main advantages and disadvantages of different variants of PDX models were described.

Conclusion

Conclusion. Heterotopic and orthotopic PDX models reproduce the morpho-histologic characteristics of human tumors and demonstrate stable growth dynamics. Therefore, they are a suitable tool for the development, testing, and validation of potential anticancer drugs.

PDX-модельксенографтколоректальный ракаденокарциномаортотопическая трансплантациягетеротопическая трансплантацияBalb/с nudePDX modelxenograftcolorectal canceradenocarcinomaorthotopic transplantationheterotopic transplantationBALB / с NudeReferencesФедоров В.Э., Поделякин К.А. Эпидемиологические аспекты колоректального рака (обзор). Медицинский альманах. 2017;4(49):145–148.Федоров В.Э., Поделякин К.А. Эпидемиологические аспекты колоректального рака (обзор). Медицинский альманах. 2017;4(49):145–148.Bray F., Ferlay J., Soerjomataram I., Siegel R.L., Torre L.A., Jemal A. Global cancer statistics 2018: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J. Clin. 2018;68(6):394–424. DOI: 10.3322/caac.21492.Bray F., Ferlay J., Soerjomataram I., Siegel R.L., Torre L.A., Jemal A. Global cancer statistics 2018: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J. Clin. 2018;68(6):394–424. DOI: 10.3322/caac.21492.Stastna M., Janeckova L., Hrckulak D., Kriz V., Korinek V. Human colorectal cancer from the perspective of mouse models. Genes. 2019;10(788):33. DOI: 10.3390/genes10100788.Stastna M., Janeckova L., Hrckulak D., Kriz V., Korinek V. Human colorectal cancer from the perspective of mouse models. Genes. 2019;10(788):33. DOI: 10.3390/genes10100788.Геворкян Ю.А., Колесников В.Е., Солдаткина Н.В., Харагезов Д.А., Дашков А.В., Каймакчи Д.О. и др. Малоинвазивные хирургические вмешательства в лечении больных метастатическим колоректальным раком. Южно-Российский онкологический журнал. 2020;1(2):22–27. DOI: 10.37748/2687-0533-2020-1-2-3.Геворкян Ю.А., Колесников В.Е., Солдаткина Н.В., Харагезов Д.А., Дашков А.В., Каймакчи Д.О. и др. Малоинвазивные хирургические вмешательства в лечении больных метастатическим колоректальным раком. Южно-Российский онкологический журнал. 2020;1(2):22–27. DOI: 10.37748/2687-0533-2020-1-2-3.Кит О.И., Геворкян Ю.А., Солдаткина Н.В., Колесни ков В.Е., Харагезов Д.А. Лапароскопические комбинированные оперативные вмешательства при метастатическом колоректальном раке. Колопроктология. 2015;4(54):19–23.Кит О.И., Геворкян Ю.А., Солдаткина Н.В., Колесни ков В.Е., Харагезов Д.А. Лапароскопические комбинированные оперативные вмешательства при метастатическом колоректальном раке. Колопроктология. 2015;4(54):19–23.Имятинов Е.Н. Клинико-молекулярные аспекты колоректального рака: этиопатогенез, профилактика, индивидуализация лечения. Практическая онкология. 2005;6(22):65–70.Имятинов Е.Н. Клинико-молекулярные аспекты колоректального рака: этиопатогенез, профилактика, индивидуализация лечения. Практическая онкология. 2005;6(22):65–70.Baran B., Ozupek N.M., Tetikа N.Y.., Acarb E., Bekcioglua O., Baskina Y. Difference between left-sided and right-sided colorectal cancer: a focused review of literature. Gastroenterology Res. 2018;11(4):264–273. DOI: 10.14740/gr1062w.Baran B., Ozupek N.M., Tetikа N.Y.., Acarb E., Bekcioglua O., Baskina Y. Difference between left-sided and right-sided colorectal cancer: a focused review of literature. Gastroenterology Res. 2018;11(4):264–273. DOI: 10.14740/gr1062w.Luisetto M., Ahmadabadi B.N., Nili-Ahmadabadi H., Rafa A.Y., Hamid G.A., Mashori G.R. et al. Comparison of risk factors and molecular analysis of right-sided colon and left sided colon cancer. Adv. Can. Res. & Clinical Imag. 2019;2(2):27. DOI: 10.33552/ACRCI.2019.02.000533.Luisetto M., Ahmadabadi B.N., Nili-Ahmadabadi H., Rafa A.Y., Hamid G.A., Mashori G.R. et al. Comparison of risk factors and molecular analysis of right-sided colon and left sided colon cancer. Adv. Can. Res. & Clinical Imag. 2019;2(2):27. DOI: 10.33552/ACRCI.2019.02.000533.Kwak H.D., Ju J.K. Immunological differences between right-sided and leftsided colorectal cancers: a comparison of embryologic midgut and hindgut. Ann. Coloproctol. 2019;35(6):342–346. DOI: 10.3393/ac.2019.03.17.1.Kwak H.D., Ju J.K. Immunological differences between right-sided and leftsided colorectal cancers: a comparison of embryologic midgut and hindgut. Ann. Coloproctol. 2019;35(6):342–346. DOI: 10.3393/ac.2019.03.17.1.Wilding J.L., Bodmer W.F. Cancer cell lines for drug discovery and development. Cancer Res. 2014;74(9):2377–2384. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-13-2971.Wilding J.L., Bodmer W.F. Cancer cell lines for drug discovery and development. Cancer Res. 2014;74(9):2377–2384. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-13-2971.Srivastava P., Kumar M., Nayak P.K. Role of patient derived cell lines and xenograft in cancer research. The Pharmstudent. 2016;27:40–48.Srivastava P., Kumar M., Nayak P.K. Role of patient derived cell lines and xenograft in cancer research. The Pharmstudent. 2016;27:40–48.Cho S.-Y. Patient-derived xenografts as compatible models for precision oncology. Laboratory Animal Research. 2020;36:14. DOI: 10.1186/s42826-020-00045-1.Cho S.-Y. Patient-derived xenografts as compatible models for precision oncology. Laboratory Animal Research. 2020;36:14. DOI: 10.1186/s42826-020-00045-1.Williams S.A., Anderson W.C., Santaguida M.T., Dylla S.J. Patient-derived xenografts, the cancer stem cell paradigm, and cancer pathobiology in the 21st century. Laboratory Investigation. 2013;93(9):970–982. DOI: 10.1038/labinvest.2013.92.Williams S.A., Anderson W.C., Santaguida M.T., Dylla S.J. Patient-derived xenografts, the cancer stem cell paradigm, and cancer pathobiology in the 21st century. Laboratory Investigation. 2013;93(9):970–982. DOI: 10.1038/labinvest.2013.92.Hidalgo M., Amant F., Biankin A.V., Budinská E., Byrne A.T., Caldas C. et al. Patient-derived xenograft models: an emerging platform for translational cancer research. Cancer Discov. 2014;4(9):998–1013. DOI: 10.1158/2159-8290.Hidalgo M., Amant F., Biankin A.V., Budinská E., Byrne A.T., Caldas C. et al. Patient-derived xenograft models: an emerging platform for translational cancer research. Cancer Discov. 2014;4(9):998–1013. DOI: 10.1158/2159-8290.DeRose Yo.S., Wang G., Lin Y.-C., Bernard P.S., Buys S.S., Ebbert M.T.W. et al. Tumor grafts derived from women with breast cancer authentically reflect tumor pathology, growth, metastasis and disease outcomes. Nature Medicine. 2011;17(11):1514–1520. DOI: 10.1038/nm.2454.DeRose Yo.S., Wang G., Lin Y.-C., Bernard P.S., Buys S.S., Ebbert M.T.W. et al. Tumor grafts derived from women with breast cancer authentically reflect tumor pathology, growth, metastasis and disease outcomes. Nature Medicine. 2011;17(11):1514–1520. DOI: 10.1038/nm.2454.Inoue A., Deem A.K., Kopetz S., Heffernan T.P., Draetta G.F., Carugo A. Current and Future Horizons of Patient-Derived Xenograft Models in Colorectal Cancer Translational Research. Cancers. 2019;11(9):1321. DOI: 10.3390/cancers11091321.Inoue A., Deem A.K., Kopetz S., Heffernan T.P., Draetta G.F., Carugo A. Current and Future Horizons of Patient-Derived Xenograft Models in Colorectal Cancer Translational Research. Cancers. 2019;11(9):1321. DOI: 10.3390/cancers11091321.Linnebacher M., Maletzki C., Ostwald C., Klier U., Krohn M., Klar E., Prall F. Cryopreservation of human colorectal carcinomas prior to xenografting. BMC Cancer. 2010;10:362. DOI: 10.1186/1471-2407-10-362.Linnebacher M., Maletzki C., Ostwald C., Klier U., Krohn M., Klar E., Prall F. Cryopreservation of human colorectal carcinomas prior to xenografting. BMC Cancer. 2010;10:362. DOI: 10.1186/1471-2407-10-362.Marangoni E., Vincent-Salomon A., Auger N., Degeorges A., Assayag F., de Cremoux P. et al. A new model of patient tumor-derived breast cancer xenografts for preclinical assays. Clinical Cancer Research. 2007;13(13):3989–3998. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-07-0078.Marangoni E., Vincent-Salomon A., Auger N., Degeorges A., Assayag F., de Cremoux P. et al. A new model of patient tumor-derived breast cancer xenografts for preclinical assays. Clinical Cancer Research. 2007;13(13):3989–3998. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-07-0078.Sivanand S., Peña-Llopis S., Zhao H., Kucejova B., Spence P., Pavia-Jimenez A. et al. A validated tumorgraft model reveals activity of dovitinib against renal cell carcinoma. Science Translational Medicine. 2012;4(137):137ra75. DOI: 10.1126/ scitranslmed.3003643.Sivanand S., Peña-Llopis S., Zhao H., Kucejova B., Spence P., Pavia-Jimenez A. et al. A validated tumorgraft model reveals activity of dovitinib against renal cell carcinoma. Science Translational Medicine. 2012;4(137):137ra75. DOI: 10.1126/ scitranslmed.3003643.Zhu Y., Tian T., Li Z., Tang Z., Wang L., Wu J. at al. Establishment and characterization of patient-derived tumor xenograft using gastroscopic biopsies in gastric cancer. Scientific Reports. 2015;5:8542. DOI: 10.1038/srep08542.Zhu Y., Tian T., Li Z., Tang Z., Wang L., Wu J. at al. Establishment and characterization of patient-derived tumor xenograft using gastroscopic biopsies in gastric cancer. Scientific Reports. 2015;5:8542. DOI: 10.1038/srep08542.Xu Y., Zhang F., Pan X., Wang G., Zhu L., Zhang J. et al. Xenograft tumors derived from malignant pleural efusion of the patients with non-small-cell lung cancer as models to explore drug resistance. Cancer Commun. 2018;38(1):19. DOI: 10.1186/s40880-018-0284-1.Xu Y., Zhang F., Pan X., Wang G., Zhu L., Zhang J. et al. Xenograft tumors derived from malignant pleural efusion of the patients with non-small-cell lung cancer as models to explore drug resistance. Cancer Commun. 2018;38(1):19. DOI: 10.1186/s40880-018-0284-1.Jung J., Sook H., Chang S.S. The generation and application of patient-derived xenograft model for cancer research. Cancer Res. Treat. 2018;50(1):1–10. DOI: 10.4143/crt.2017.307.Jung J., Sook H., Chang S.S. The generation and application of patient-derived xenograft model for cancer research. Cancer Res. Treat. 2018;50(1):1–10. DOI: 10.4143/crt.2017.307.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.