Опыт создания коллекции клеточных культур немелкоклеточного рака легкого в ФГБУ «НМИЦ онкологии» Минздрава России

Цель исследования. Тестирование новых химиотерапевтических агентов в трансляционной и биомедицине нуждается в исследованиях на иммортализованных клеточных линиях. Однако такие модели не всегда обладают биологическими свойствами опухоли in situ, в отличие от первичных культур клеток. Первичные культуры клеток рака легкого обладают близкими или идентичными опухолевым клеткам in vivo биологическими, гистологическими и молекулярными характеристиками. Получение коллекций первичных клеточных линий рака легкого является важной задачей в создании различных моделей для доклинических исследований.

Материалы и методы. В работе использовали послеоперационные образцы опухоли, полученные от 25 пациентов с впервые выявленным раком лёгкого без предварительного лечения. Для получения первичных культур использовали следующие методы: ферментативной диссоциации в растворе Хэнкса с добавлением 300 ед./мл коллагеназы I (Thermo Fisher Scientific, США), ферментативной диссоциации с использованием набора Brain Tumor Dissotiation Kit (Miltenyi Biotec, Германия) и 150 ед./мл коллагеназы I, а также метод эксплантатов. Для удаления фибробластов использовали следующие методы: применение системы FibrOut™ (CHI Scientific, США), магнитная сепарация фибробластов с использованием Anti-Fibroblast MicroBeads (Miltenyi Biotec, Германия) и метод холодной трипсинизации.

Результаты. Получено 15 первичных клеточных культур рака легкого, прошедших нулевой пассаж. В данной работе наиболее эффективным оказался метод ферментативной диссоциации. Инкубирование образцов опухоли легкого с коллагеназой в течение 1 ч. сохраняет жизнеспособность и адгезивную способность клеток. Метод эксплантатов не показал своей эффективности в целях долгосрочного культивирования, отсутствовала миграция клеток опухоли на пластик. Магнитная сепарация, как метод удаления стромальных компонентов фибробластов, показала наибольшую эффективность, сохраняя жизнеспособность клеток опухоли.

Заключение. Полученные первичные клеточные культуры рака легкого могут быть использованы для многих задач экспериментальной онкологии: исследования биологических особенностей рака легкого, разработки доклинических моделей исследования новых химиотерапевтических препаратов. 

1. Злокачественные новообразования в России в 2020 году (заболеваемость и смертность). Под ред. А. Д. Каприна, В. В. Старинского, А. О. Шахзадовой. М.: МНИОИ им. П. А. Герцена – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, 2021, 252 с. Доступно по: https://oncology-association.ru/wp-content/uploads/2021/11/zis-2020-elektronnayaversiya.pdf, Дата обращения: 29.10.2022.

2. Saab S, Zalzale H, Rahal Z, Khalifeh Y, Sinjab A, Kadara H. Insights Into Lung Cancer Immune-Based Biology, Prevention, and Treatment. Front Immunol. 2020;11:159. https://doi.org/10.3389/fimmu.2020.00159

3. Leitão de Sousa VM, Carvalho L. Heterogeneity in Lung Cancer. Pathobiology. 2018;85(1–2):96–107. https://doi.org/10.1159/000487440

4. Knight SB, Crosbie PA, Balata H, Chudziak J, Hussell T, Dive C. Progress and prospects of early detection in lung cancer. Open Biol. 2017 Sep;7(9):170070. https://doi.org/10.1098/rsob.170070

5. Li PJ, Roose JP, Jablons DM, Kratz JR. Bioinformatic Approaches to Validation and Functional Analysis of 3D Lung Cancer Models. Cancers (Basel). 2021 Feb 9;13(4):701. https://doi.org/10.3390/cancers13040701

6. Фрешни Р. Я. Культура животных клеток: практическое руководство. М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2010, 691 с.

7. Le H, Seitlinger J, Lindner V, Olland A, Falcoz PE, Benkirane-Jessel N, et al. Patient-Derived Lung Tumoroids-An Emerging Technology in Drug Development and Precision Medicine. Biomedicines. 2022 Jul 12;10(7):1677. https://doi.org/10.3390/biomedicines10071677

8. Gazdar AF, Girard L, Lockwood WW, Lam WL, Minna JD. Lung cancer cell lines as tools for biomedical discovery and research. J Natl Cancer Inst. 2010 Sep 8;102(17):1310–1321. https://doi.org/10.1093/jnci/djq279

9. Галимова Э. С., Галагудза М. М. Двухмерные и трехмерные модели культур клеток опухолей in vitro: преимущества и недостатки. Бюллетень сибирской медицины. 2018;17(3):188–196.

10. Кутилин Д. С., Айрапетова А. Г., Анистратов П. А., Пыльцин С. П., Лейман И. А., Карнаухов Н. С. и др. Изменение копийности генов в опухолевых клетках и внеклеточной ДНК у больных аденокарциномой легкого. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2019;167(6):731–738.

11. Passaro A, Malapelle U, Del Re M, Attili I, Russo A, Guerini-Rocco E, et al. Understanding EGFR heterogeneity in lung cancer. ESMO Open. 2020 Oct;5(5):e000919. https://doi.org/10.1136/esmoopen-2020-000919

12. Fidler IJ. Biological heterogeneity of cancer: implication to therapy. Hum Vaccin Immunother. 2012 Aug;8(8):1141–1142. https://doi.org/10.4161/hv.19643

13. Zheng C, Sun Y hua, Ye X lei, Chen H quan, Ji H bin. Establishment and characterization of primary lung cancer cell lines from Chinese population. Acta Pharmacol Sin. 2011 Mar;32(3):385–392. https://doi.org/10.1038/aps.2010.214

14. Karekla E, Liao WJ, Sharp B, Pugh J, Reid H, Quesne JL, et al. Ex Vivo Explant Cultures of Non-Small Cell Lung Carcinoma Enable Evaluation of Primary Tumor Responses to Anticancer Therapy. Cancer Res. 2017 Apr 15;77(8):2029–2039. https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-16-1121

15. Herreros-Pomares A, Zhou X, Calabuig-Fariñas S, Lee SJ, Torres S, Esworthy T, et al. 3D printing novel in vitro cancer cell culture model systems for lung cancer stem cell study. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2021 Mar;122:111914. https://doi.org/10.1016/j.msec.2021.111914

16. Herreno A, Sanchez M, Rey L, Mejía J, Cañas A, Moreno O, et al. Primary lung cancer cell culture from Transthoracic needle biopsy samples. Cogent Medicine. 2018 Jul 23;5:1503071. https://doi.org/10.1080/2331205X.2018.1503071

17. Mitra A, Mishra L, Li S. Technologies for deriving primary tumor cells for use in personalized cancer therapy. Trends in Biotechnology. 2013 Jun;31(6):347–354. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2013.03.006

18. Филиппова С. Ю., Ситковская А. О., Сагакянц А. Б., Бондаренко Е. С., Ващенко Л. Н., Кечеджиева Э. Э. и др. Выделение опухолевых стволовых клеток рака молочной железы с применением коллагеназы. Современные проблемы науки и образования. 2019;(6):147.

19. Seo J, Park SJ, Kim J, Choi SJ, Moon SH, Chung HM. Effective method for the isolation and proliferation of primary lung cancer cells from patient lung tissues. Biotechnol Lett. 2013 Aug;35(8):1165–1174. https://doi.org/10.1007/s10529-013-1189-3

20. Kisselbach L, Merges M, Bossie A, Boyd A. CD90 Expression on human primary cells and elimination of contaminating fibroblasts from cell cultures. Cytotechnology. 2009 Jan;59(1):31–44. https://doi.org/10.1007/s10616-009-9190-3

21. Dai Y, Guo S, Huang S, Zhang J, Zhang Z. Summary of primary culture of human lung cancer cells. Austin J Cancer Clin Res. 2018;5(1):1083.

22. Boucherit N, Gorvel L, Olive D. 3D Tumor Models and Their Use for the Testing of Immunotherapies. Front Immunol. 2020;11:603640. https://doi.org/10.3389/fimmu.2020.603640

23. Green ML, Breite AG, Beechler CA, Dwulet FE, McCarthy RC. Effectiveness of different molecular forms of C. histolyticum class I collagenase to recover islets. Islets. 2017 Nov 2;9(6):177–181. https://doi.org/10.1080/19382014.2017.1365996

24. Powley IR, Patel M, Miles G, Pringle H, Howells L, Thomas A, et al. Patient-derived explants (PDEs) as a powerful preclinical platform for anti-cancer drug and biomarker discovery. Br J Cancer. 2020 Mar;122(6):735–744. https://doi.org/10.1038/s41416-019-0672-6

25. Шамова Т. В., Ситковская А. О., Росторгуев Э. Е., Кузнецова Н. С., Кавицкий С. Э. Получение первичных клеточных линий глиальных опухолей. Пермский медицинский журнал. 2020;37(5):79–89.

26. Межевова И. В., Шамова Т. В., Ситковская А. О., Шевченко А. Н., Швырев Д. А., Филатова Е. В. и др. Опыт создания первичной культуры рака предстательной железы in vitro. Современные проблемы науки и образования. 2020;5:91.

27. Gentles AJ, Hui ABY, Feng W, Azizi A, Nair RV, Bouchard G, et al. A human lung tumor microenvironment interactome identifies clinically relevant cell-type cross-talk. Genome Biol. 2020 May 7;21(1):107. https://doi.org/10.1186/s13059-020-02019-x

28. Serebriiskii I, Castelló-Cros R, Lamb A, Golemis EA, Cukierman E. Fibroblast-derived 3D matrix differentially regulates the growth and drug-responsiveness of human cancer cells. Matrix Biol. 2008 Jul;27(6):573–585. https://doi.org/10.1016/j.matbio.2008.02.008

29. Xu Y, Hu YD, Zhou J, Zhang MH. Establishing a lung cancer stem cell culture using autologous intratumoral fibroblasts as feeder cells. Cell Biol Int. 2011 May;35(5):509–517. https://doi.org/10.1042/CBI20100473

30. Yan X, Zhou L, Wu Z, Wang X, Chen X, Yang F, et al. High throughput scaffold-based 3D micro-tumor array for efficient drug screening and chemosensitivity testing. Biomaterials. 2019 Apr;198:167–179.

31. Wu R. Growth of Human Lung Tumor Cells in Culture. 2005, 1–21 p. https://doi.org/10.1002/0471722782.ch1

32. Tiran V, Lindenmann J, Brcic L, Heitzer E, Stanzer S, Tabrizi-Wizsy NG, et al. Primary patient-derived lung adenocarcinoma cell culture challenges the association of cancer stem cells with epithelial-to-mesenchymal transition. Sci Rep. 2017 Aug 30;7(1):10040. https://doi.org/10.1038/s41598-017-09929-0