A New Labcorp Offering: Predictive Oncology® Reconstructed Bone (r-Bone), plate-based, 3-dimensional (3D) culture assay that mimics the tumor microenvironment found in myeloma, acute myelogenous leukemia and solid tumor metastasis.

Date: Aug 2020

腫瘍細胞の被験物質に対する反応をよりよく反映する In vivo モデルを提供するためには、腫瘍が成長・増殖する生理学的機構を In vitro で繰り返し模倣・構築する必要があります。 This process has been accomplished using Predictive Oncology® organ-specific three-dimensional (3D) matrices that support long-term culture of carcinoma cells. Labcorp and Predictive Oncology® have worked together to develop tumor-specific 3D models, based on Predictive Oncology® proprietary 3D cell culture platform for preclinical testing and research studies in the biopharmaceutical industry. この手法は「骨再建（r-Bone）型」であることが注目すべき点でもあります。

血液悪性疾患では骨髄内で腫瘍細胞が増殖するのが一般的な現象であることから、 概念実証試験ではヒト骨髄腫細胞株の RPMI 8226、NCI-H929、U266B1 を用いました。図 1 は、ヒト骨髄腫細胞 U266B1 を基礎培地のみで培養したもの（2D）と、r-Bone 基質で 4 日間培養したものです。  2D の培養はすぐに過増殖し、単細胞懸濁液の形態特性が維持されましたが、r-Bone 3D の培養では細胞が凝集してより大きなクラスターへと拡大し、腫瘍の形態がよりよく現れていました。このクラスターは、研究者のわずかな介入で長期間維持することができます。

図 1：ヒト骨髄細胞 U266B1 の 2D 培養と骨再建（r-Bone）3D 培養

Figure 2 shows cryo-electron microscopic images of r-Bone culture and ex vivo bone marrow seeded with metastatic breast cancer cells. r-Bone 細胞外基質（ECM）では骨髄間質の空間的・物理的構造が維持されています。 r-Bone ECM を使用すると、腫瘍細胞を間葉系幹細胞、線維芽細胞、リンパ系細胞、骨髄系細胞、CAR-T 細胞と合わせて培養する共培養が可能です。

細胞は、被験物質に暴露し、その後フローサイトメトリー、RNASeq、in situ イメージングなどの適切な手法で分析を行った後、基質から分離することができます。CellTiter-Glo® などの細胞毒性アッセイも、高能率の 96 ウェル、384 ウェルの両フォーマットで効果的に行うことができます。この培養プラットフォームは、バイオロジックスや低分子を含め、あらゆる薬剤クラスに対応しています。

図 2：r-Bone の細胞外基質構造は Ex vivo の組織と区別がつかないほどよく似ている

図 3：多発性骨髄腫の標準的な治療薬のひとつに「ボルテゾミブ」がありますが²、 r-Bone で NCI-H929、RPMI 8226、U266B1 の各細胞を 4 日間培養した後にこのボルテゾミブを加え、培地に戻してさらに 4 日間培養しました。A は、そこに CellTiter-Glo® 試薬を加え、Cytation 3 イメージングプレートリーダー（Biotek Instruments 社）を使用して発光の定量測定を行った時のものです。溶媒で処理したウェル（各濃度 3 ウェルずつ）に対して 4 つのパラメータ非線形回帰分析を行い、データを正規化しています。B は、r-Bone 培地中の U266B1 細胞を溶媒（0.5% の DMSO）またはボルテゾミブ 20nM で処理した時の典型的な画像。赤い矢印は、72 時間の暴露後に死亡した、あるいは死にかけているクラスター内の細胞を示しています。

図 3: ボルテゾミブが r-Bone 培地中の骨髄細胞の増殖を阻害している様子

r-Bone アッセイは今後、複数の悪性血液疾患の In vitro 試験のプラットフォームになり得るだけでなく、乳癌、前立腺癌などの転移性固形腫瘍や骨基質の研究にまで応用できる可能性があります。 

Predictive Oncology® has provided customized tumor-specific 3D cell culture models since 2014 and has been actively developing numerous organ-specific matrices to broaden the preclinical tumor offerings since we've been working together. 

現在では、マウス乳房再建（r-mBreast）、ヒト乳房再建（r-Breast）、 肺再建（r-Lung） 前立腺再建（r-Prostate）のモデルの特性化、開発が進められています。こうしたモデルが完成すれば、In vivo の組織微小環境をより忠実に模倣するプラットフォームを用いた被験物質の早期スクリーニングが可能になり、動物実験に先行的な投資を行う必要はなくなります。したがって、初期の開発においては、標的となる化学物質のライブラリが高能率の 3D アッセイでスクリーニング可能かどうか検討すべきです。

For more information on how these 3D model assays can be applied to your preclinical oncology and immuno-oncology research, contact our scientists below. 

参照