用于癌症诊断和建模的生物基质支架制造技术

本文描述了体外癌症转移模型，如通过人结肠直肠癌细胞在肝和肺生物基质支架（通过新的去细胞化策略产生的器官特异性基质提取物）的基底上的行为所表明的，其概括了器官特异性的生物学方面。肿瘤细胞自发地形成集落，其在组织学、生物学和遗传学的以及其他表型特征方面模拟体内转移性病变。不受理论限制，假定肿瘤对放射或化学治疗剂的响应证明了依赖于所用的基质基底；因此，相信所述支架为癌症研究和诊断提供了有力的工具。

Biomatrix scaffolds for cancer diagnosis and modeling

This article describes a model of cancer metastasis in vitro, as demonstrated by the behavior of human colorectal cancer cells on the basis of liver and lung biomaterial scaffolds (organ-specific matrix extracts produced by a new decellularization strategy), which summarizes the biological aspects of organ-specific. Tumor cells spontaneously form colonies that mimic metastatic lesions in vivo in terms of histology, biology, genetics and other phenotypic characteristics. It is assumed that the response of tumors to radiation or chemotherapeutics is dependent on the substrate used; therefore, it is believed that the scaffolds provide a powerful tool for cancer research and diagnosis.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于癌症诊断和建模的生物基质支架相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.119(e)要求2016年7月12日提交的美国序列号62/361,306和2017年2月16日提交的美国序列号62/460,056的优先权，其全部内容通过引用并入本文。背景转移是癌症中发病率和死亡率的主要原因。癌症研究中的一个主要挑战是缺乏概括癌症转移的生物学的离体或体外模型，特别是关于器官特异性，这是转移的关键特征。因此，用于癌症研究和治疗开发的更好工具需要更好的转移性生长的模型。器官特异性是癌症转移的重要标志，因为已知肿瘤细胞倾向于转移至某些器官。此外，转移性病变的治疗响应可以取决于发生转移性病变的器官，并且即使是在同一患者体内。然而，现有的体外/离体模型系统不反映这种器官特异性，可能是由于这些肿瘤模型中器官-微环境中缺乏变量。尽管体内基因工程小鼠模型确实具有器官特异性，但是它们难以研究并且非常昂贵。临床上地，一个挑战是缺乏预测哪种肿瘤会转移以及其会转移至哪些组织或器官的工具。能够预测转移的部位的分析将具有巨大的临床价值，并且能够改变癌症治疗。概述本专利技术的各方面涉及与诊断和/或表征癌症或肿瘤有关的方法、试剂盒和组合物。在涉及本文的癌症或肿瘤的任何实施方案中，癌症或肿瘤可以是恶性的。在某些实施方案中，癌症或肿瘤的特征可以是其转移至特定组织的可能性和/或这些转移中的一种或多种响应于一种或多种下文描述的癌症治疗和/或化学治疗剂的响应性。本文公开的方法实施方案包含用来自肿瘤或癌症的细胞接种一种或多种生物基质支架。在这些方法实施方案的一些中，细胞可以来自（1）取自被诊断患有癌症或肿瘤的患者的肿瘤活组织检查（biopsy）或样品的细胞或（2）来自与患者相同的癌症或肿瘤类型的细胞系的细胞。在这些方法实施方案的一些中，分析细胞的形成生长细胞的集落的能力。在一些实施方案中，集落位于生物基质支架的基底（substratum）上。在这些方法实施方案的一些中，细胞形成集落。在这些方法实施方案的一些中，分析细胞的变成三维的集落的能力。在这些方法实施方案的一些中，细胞形成三维的集落。不受理论限制，相信这种三维集落形成可能受各个生物基质支架的基底的化学所影响。在这些方法实施方案的一些中，分析细胞的表达基因或分泌蛋白质或其他因子的能力。这些基因的非限制性实施例包括：多能性基因（例如OCT4、SOX2、KLF4、KLF5、SALL4、NANOG、BMi-1）、干细胞基因（例如EpCAM、LGR5/LGR6、CXCR4、编码透明质酸受体的基因的CD44家族的许多变体中的一种或多种）、多药耐药基因（例如mdr基因家族、p-糖蛋白）、编码溶解细胞外基质成分的酶的基因（例如透明质酸酶、胶原酶、弹性蛋白酶、基质降解金属蛋白酶）；这些蛋白质的非限制性实施例包括：由上述基因编码的蛋白质（例如CD44、p-糖蛋白、基质降解酶）；与该分析相关的其他因子的非限制性实施例包括与外泌体产生、microRNA、以及来自间充质饲养层的旁分泌信号传导的定性或定量独立性相关的因子。在这些方法实施方案的一些实施方案中，一旦将细胞接种并附着到一种或多种生物基质支架上，就可以进行该分析。在这些方法实施方案的一些实施方案中，细胞可以附着到一种或多种生物基质支架的组织特异性形式的基底。在这些方法实施方案的一些中，所述一种或多种生物基质支架分别来源于人体的一种或多种预定的器官。在进一步的实施方案中，基于患者的癌症或肿瘤类型选择预定的器官——例如，从而包括已知与癌症或肿瘤类型的转移相关的器官或从而包括在其中发现癌症或肿瘤的器官。在所有方法实施方案中，每种生物基质支架概括（recapitulate）了其来源自的组织的生物学方面（biologicalfacet）。该接种方法可以任选地被用于确定肿瘤在被诊断患有癌症或肿瘤的患者体内转移的可能性。例如，如果肿瘤或癌细胞在生物基质支架上形成生长细胞的集落，则可以预测转移到器官中。可以进一步确定所预测的转移定位至衍生所述支架的器官。因此，在一些实施方案中，如果细胞在一种或多种生物基质支架上形成生长细胞的集落，则预测体内转移到其分别起源自的一种或多种预定的器官中。该接种方法还可以被用于确定对被诊断患有癌症或肿瘤的患者中的肿瘤的适当治疗。这可以在除了确定肿瘤转移或由此独立的可能性之外进行。任何上述公开的方法实施方案可以进一步包含：基于集落的组织学、外泌体产生、microRNA产生、与间充质细胞的相互作用、和/或基因表达谱来表征该集落。任何上述公开的方法实施方案可以进一步包含：筛选集落的对一种或多种癌症治疗和/或化学治疗剂的响应性或用一种或多种癌症治疗和/或化学治疗剂治疗集落。所述癌症治疗和/或化学治疗剂包括但不限于放射治疗、免疫治疗、内分泌治疗、分子治疗的一个或多个剂量和/或一种或多种类型的化学治疗（例如蒽环类药物（anthracycline）、烷基化剂、铂基剂、抗代谢物、拓扑异构酶抑制剂、或有丝分裂抑制剂）。可以任选地基于患者的癌症或肿瘤类型选择此类癌症治疗和/或化学治疗剂。在某些实施方案中，可以将器官中的癌症或肿瘤的对一种或多种治疗方法和/或剂的体内响应性，与在接种在由所述器官制备的生物基质支架上时癌症或肿瘤细胞的对一种或多种治疗方法或药剂的响应性相关联。本公开的各方面还涉及试剂盒，其包含分别来源于人体的一种或多种预定的器官的一种或多种生物基质支架、以及实施上文公开的一种或多种方法的说明。进一步的实施方案考虑了试剂盒，所述试剂盒进一步包含一种或多种癌症治疗和/或化学治疗剂、用于获得取自被诊断患有癌症或肿瘤的患者的肿瘤活组织检查或样品的细胞的工具或说明、来自特定癌症或肿瘤类型的细胞系的细胞、和/或实施上述公开方法所需的任何试剂、介质或其他组分。本公开的其他方面考虑了人工肿瘤或转移模型，其对人体的一种或多种预定的器官有特异性，通过上文公开的接种方法产生。附图说明图1显示生物基质支架（BMS）概括了体内发现的组织特异性微环境。（a）描述用于体外研究转移性疾病的方法的示意图。（b）肺和肝BMS的扫描电子显微照片。比例尺，100纳米。（c）脱细胞化前后肺组织中存在的生长因子和细胞因子的分析（n=4）。使用配对t检验确定信号传导分子的相对丰度的差异。数据代表平均值±S.E.M，*p<0.001。（d）比较肝和肺BMS中存在的蛋白质的组成和相对丰度的热图（n=4）。使用z分数标准化无标记定量强度进行分层聚类。图2证明了当在肝和肺BMS上进行培养时，结肠直肠癌细胞自发地形成3D工程化转移。（a）在塑料、胶原蛋白、基质胶、肝BMS和肺BMS上生长的HT-29（左）、SW480（中）和Caco2（右）细胞的扫描电子显微照片。比例尺，50μm。接种在塑料、胶原蛋白、基质胶、肝BMS和肺BMS（n=3）上的HT-29（左）、SW480（中）和Caco2（右）细胞的（b）接种效率和（c）生长速率。数据代表平均值±S.E.M。使用具有Tukey多重比较后测试的单因素方差分析（onewayANOVA）确定接种效率和生长速率的差异。统计学的显著性用上面的字母表示（P<0.05）。共享相同字母的组没有显著差异。图3显示工程化肝转移和体内发现的肝转移是可比较的。（a）工程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定癌症或肿瘤在被诊断患有癌症或肿瘤的患者之内转移的可能性的方法，包含：用取自被诊断患有癌症或肿瘤的患者的肿瘤活组织检查或样品的细胞，对一种或多种生物基质支架进行接种，每一种或多种生物基质支架分别来源自人体的一种或多种预定的组织或器官，分析所述细胞的形成生长细胞的集落的能力，其中每种生物基质支架概括了其来源自的器官或组织的生物学方面，并且其中如果所述细胞在一种或多种生物基质支架上形成生长细胞的集落，则预测体内转移进其分别来源自的所述一种或多种预定的组织或器官中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.12 US 62/361,306;2017.02.16 US 62/460,0561.一种确定癌症或肿瘤在被诊断患有癌症或肿瘤的患者之内转移的可能性的方法，包含：用取自被诊断患有癌症或肿瘤的患者的肿瘤活组织检查或样品的细胞，对一种或多种生物基质支架进行接种，每一种或多种生物基质支架分别来源自人体的一种或多种预定的组织或器官，分析所述细胞的形成生长细胞的集落的能力，其中每种生物基质支架概括了其来源自的器官或组织的生物学方面，并且其中如果所述细胞在一种或多种生物基质支架上形成生长细胞的集落，则预测体内转移进其分别来源自的所述一种或多种预定的组织或器官中。2.根据权利要求1所述的方法，如果细胞在一种或多种生物基质支架的基底上形成生长细胞的集落，则预测转移进其分别来源自的所述一种或多种预定的组织或器官中。3.根据权利要求1所述的方法，其中来源自一种或多种预定的组织或器官的所述一种或多种生物基质支架中的每一种，选自生物基质支架的冷冻切片、冷冻粉末化的生物基质支架、以及完整的生物基质支架。4.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包含：基于所述集落的组织学、外泌体产生、microRNA产生、与间充质细胞的相互作用、和/或基因表达谱，对所述集落进行表征。5.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包含：筛选所述集落的对一种或多种癌症治疗和/或化学治疗剂的响应性。6.根据权利要求5所述的方法，其中基于所述集落的组织学、外泌体产生、microRNA产生、与间充质细胞的相互作用、和/或基因表达谱，选择所述癌症治疗和/或化学治疗剂。7.根据权利要求5所述的方法，其中所述一种或多种癌症治疗和/或化学治疗剂选自放射治疗的一个或多个剂量和/或一种或多种化学治疗，所述化学治疗例如是蒽环类药物、烷基化剂、铂基剂、抗代谢物、拓扑异构酶抑制剂和有丝分裂抑制剂。8.根据权利要求5所述的方法，其中所述一种或多种癌症治疗和/或化学治疗剂选自放射治疗、免疫治疗、内分泌治疗和分子治疗。9.一种确定对被诊断患有癌症或肿瘤的患者中的癌症或肿瘤的适当治疗的方法，包含：用（1）取自被诊断患有癌症或肿瘤的患者的肿瘤活组织检查或样品的细胞或（2）来自与患者相同的癌症或肿...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·庄·王，田希，洛拉·M·里德，
申请(专利权)人：北卡罗来纳大学教堂山分校，
类型：发明
国别省市：美国,US