No pacientu materiāla iegūtos krūts dziedzera epitēlija organoīdos primāro krūts audzēju transkriptomisko iezīmju rekapitulācija ir pārāka, salīdzinot ar konvencionālajām divdimensiju šūnu kultūrām

Abstract

Krūts audzējs ir viens no visbiežākajiem ar audzējiem saistītiem nāves cēloņiem sievietēm ne tikai Eiropā, bet arī visā pasaulē. Pirms-klīniskajā audzēju un zāļvielu pētniecības stadījā svarīgi izmantot vislabākās mūsdienās pieejamās modeļsistēmas. Audzēju pētniecības centros ārvalstīs trīs dimensiju (3D) šūnu kultūras iemanto arvien lielāku popularitāti, jo tās labi ataino oriģinālā audzēja histoloģiskās un ģenētiskās iezīmes. Šī darba mērķis bija ieviest šo modeļsistēmu Latvijā un salīdzināt oriģinālo audu ģenētisko iezīmju saglabāšanu 2D un 3D kultūrās. Pacientu materiāls (audzēja un rezekcijas līnijas audi) tika iegūts no trim pacientēm, kurām tika veikta mastektomija. Audi tika enzimātiski un mehāniski sašķelti, pirms izmantošanas šūnu kultūru iniciēšanai. 2D šūnu kultūras tika uzturētas DMEM/ F12 barotnē ar 10% fetālā liellopa serumu vai HuMEC barotnē ar piedevām, savukārt 3D kultūrai tika izmantota barotne, kas aprakstīta Sachs et al. (2018). Gēnu ekspresijas analīze tika veikta, izmantojot kvantitatīvo reālā laika PĶR un programmas R versiju 3.5.1 Izmantojot klāsteranalīzi, tika novērots, ka 3D šūnu kultūrās gēnu ekspresijas raksturs līdzinājās audiem, no kuriem tās tika iegūtas, bet 2D šūnu kultūras visos gadījumos grupējās atsevišķi. Audu un 3D šūnu kultūrās tika vērota augstāka PYGO2 (krūts dziedzera priekštečšūnu proliferācijas marķieris), GATA3 (nobriedušu luminālo krūts audzēju šūnu regulators), CDH1 (atbilstošais proteins nodrošina šūnu adhēziju) ekspresija nekā 2D šūnu kultūrās, bet gluži pretēji - migrācijā un invāzijā iesaistīto gēnu ekspresija. Visos paraugos relatīvi zemi ekpresēts bija audzēju supresors AXIN2 un cilmšūnības marķieri NANOG un NODAL. Krūts audzēja 3D kultivēšanas platforma tika veiksmīgi ieviesta, tika iegūti organoīdi, kuru gēnu ekspresijas raksturs līdzinājās oriģinālajiem audiem, vienlaikus – 2D kultūru šūnu gēnu ekspresija bija atšķirīgāka. Audos un 3D kultūru šūnās tika novērota paaugstināta nobriedušo luminālo regulatoru ekspresija. Cilmšūnības marķieru ekspresija savukārt bija salīdzinoši zema gan audos, gan abu veidu šūnu kultūrās, iespējams, tādējādi demonstrējot, ka šūnu populācija, kurām piemīt cilmes šūnām līdzīgas īpašības, ir neliela.

Breast cancer (BC) is the leading cause of cancer-related deaths among women in Europe and worldwide. In order to aid in cancer research and drug development, employment of the up-to-date best BC model systems in preclinical settings is paramount. Three-dimensional (3D) BC cell culture methods are gaining in popularity in cancer research centers abroad for they have recently been suggested to recapitulate histological and genetic features of original tumors better than the conventional 2D cell cultures. The aim of this study was to implement this platform for the first time in Latvia. Patient material (the cancerous core and the resection line of the removed breast tissue) was obtained from three patients undergoing BC surgery and further enzymatically and mechanically disintegrated. For 2D cultures, cells were grown in either DMEM/ F12 10% FBS or HuMEC with supplements, and for 3D - the BC medium recently described by Sachs et al. (2018) was used. Gene expression data were assessed by qPCR and analysed in R version 3.5.1. 3D cultures yielded cells with gene expression patterns similar to the original tissues, while 2D cultures formed a separate cluster in all patients. Tissue and 3D cultures showed higher expression of PYGO2 (cell proliferation), GATA3 (mature luminal regulator), CDH1 (cell adhesion) than 2D cells, while the opposite was observed for genes related with migration and invasion. All samples had relatively low expression of tumor suppressor gene AXIN2 and stemness markers NANOG and NODAL. 3D BC cultivation was successfully implemented yielding organoids which gene expression patters resembled the original tumors, while 2D cultures were more distant. Tissue and 3D cultures demonstrated high expression of the mature luminal regulator. The expression of markers of stemness was relatively low in tissues and cultures, probably demonstrating the smaller population of cells with stem-cell like properties.