Xenograft models of human cancer play an important role in the screening and evaluation of candidates for new anticancer agents. The models, which are derived from human tumor cell lines and are classified according to the transplant site, such as ectopic xenograft and orthotopic xenograft, are still utilized to evaluate therapeutic efficacy and toxicity. The metastasis model is modified for the evaluation and prediction of cancer progression. Recently, animal models are made from patient-derived tumor tissue. The patient-derived tumor xenograft models with physiological characters similar to those of patients have been established for personalized medicine. In the discovery of anticancer drugs, standard animal models save time and money and provide evidence to support clinical trials. The current strategy for using xenograft models as an informative tool is introduced.
Patient-derived xenograft (PDX) models are useful tools for tumor biology research and testing the efficacy of candidate anticancer drugs targeting the druggable mutations identified in tumor tissue. However, it is still unknown how much of the genetic alterations identified in primary tumors are consistently detected in tumor tissues in the PDX model. In this study, we analyzed the genetic alterations of three primary colorectal cancers (CRCs) and matched xenograft tissues in PDX models using a next-generation sequencing cancer panel. Of the 17 somatic mutations identified from the three CRCs, 14 (82.4%) were consistently identified in both primary and xenograft tumors. The other three mutations identified in the primary tumor were not detected in the xenograft tumor tissue. There was no newly identified mutation in the xenograft tumor tissues. In addition to the somatic mutations, the copy number alteration profiles were also largely consistent between the primary tumor and xenograft tissue. All of these data suggest that the PDX tumor model preserves the majority of the key mutations detected in the primary tumor site. This study provides evidence that the PDX model is useful for testing targeted therapies in the clinical field and research on precision medicine.
Kim, Jaewon;Rhee, Hwanseok;Kim, Jhingook;Lee, Sanghyuk
Genomics & Informatics
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v.18
no.1
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pp.3.1-3.8
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2020
Patient-derived xenograft (PDX) mouse models are frequently used to test the drug efficacy in diverse types of cancer. They are known to recapitulate the patient characteristics faithfully, but a systematic survey with a large number of cases is yet missing in lung cancer. Here we report the comparison of genomic characters between mouse and patient tumor tissues in lung cancer based on exome sequencing data. We established PDX mouse models for 132 lung cancer patients and performed whole exome sequencing for trio samples of tumor-normal-xenograft tissues. Then we computed the somatic mutations and copy number variations, which were used to compare the PDX and patient tumor tissues. Genomic and histological conclusions for validity of PDX models agreed in most cases, but we observed eight (~7%) discordant cases. We further examined the changes in mutations and copy number alterations in PDX model production and passage processes, which highlighted the clonal evolution in PDX mouse models. Our study shows that the genomic characterization plays complementary roles to the histological examination in cancer studies utilizing PDX mouse models.
Yena Nam;Eunju Cha;Su Min Kwak;Seung Ju Seo;John Hoon Rim;Yoonhee Jin
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.34
no.8
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pp.1711-1717
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2024
This study evaluates the efficacy of a decellularized intestine tissue-derived extracellular matrix (Intestine ECM) as a scaffold for culturing colorectal cancer (CRC) organoids and establishing cell-derived xenograft (CDX) models, comparing its performance to traditional Matrigel. Intestine ECM demonstrates comparable support for organoid formation and cellular function, highlighting its potential as a more physiologically relevant and reproducible platform. Our findings suggest that Intestine ECM enhances the mimetic environment for colon epithelium, supporting comparable growth and improved differentiation compared to Matrigel. Moreover, when used as a delivery carrier, Intestine ECM significantly increases the growth rate of CDX models using patient-derived primary colorectal cancer cells. This enhancement demonstrates Intestine ECM's role not only as a scaffold but also as a vital component of the tumor microenvironment, facilitating more robust tumorigenesis. These findings advocate for the broader application of Intestine ECM in cancer model systems, potentially leading to more accurate preclinical evaluations and the development of targeted cancer therapies.
Barwe, Sonali P.;Gopalakrisnapillai, Anilkumar;Mahajan, Nitin;Druley, Todd E.;Kolb, E. Anders;Crowgey, Erin L.
Genomics & Informatics
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v.18
no.1
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pp.6.1-6.9
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2020
Acute leukemia represents the most common pediatric malignancy comprising diverse subtypes with varying prognosis and treatment outcomes. New and targeted treatment options are warranted for this disease. Patient-derived xenograft (PDX) models are increasingly being used for preclinical testing of novel treatment modalities. A novel approach involving targeted error-corrected RNA sequencing using ArcherDX HemeV2 kit was employed to compare 25 primary pediatric acute leukemia samples and their corresponding PDX samples. A comparison of the primary samples and PDX samples revealed a high concordance between single nucleotide variants and gene fusions whereas other complex structural variants were not as consistent. The presence of gene fusions representing the major driver mutations at similar allelic frequencies in PDX samples compared to primary samples and over multiple passages confirms the utility of PDX models for preclinical drug testing. Characterization and tracking of these novel cryptic fusions and exonal variants in PDX models is critical in assessing response to potential new therapies.
Song, Kyung-A;Park, Jihyun;Kim, Ha-Jung;Kang, Myung Soo;Kim, Sun Young
Biomedical Science Letters
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v.23
no.3
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pp.238-250
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2017
Patient's primary tumor-derived tumor cell lines likely represent ideal tools for human tumor biology in vitro and in vivo. Here, we describe eight human gastric carcinoma cell lines derived from established tumors in vivo upon subcutaneous transplantation of primary gastric carcinoma specimens in BALB/c nude mice. These xenografted gastric tumor cell lines (GTX) displayed close similarity with primary gastric tumor tissues in their in vivo growth pattern and genomic alterations. GTX-085 cells were resistant to cisplatin, while GTX-087 was the most sensitive cell line. GTX-085 was the only cell line showing a metastatic potential. Epithelial cell adhesion molecule (EPCAM) expression was especially strong in all tissue samples, as well as in cell cultures. GTX-139, the largest tumor graft obtained after injection, displayed distinct expression of CD44v6, fibroblast growth factor receptor 2 (FGFR2), and prominin 1 (PROM1, also known as CD133). In summary, we established eight xenograft gastric cancer cell lines from gastric cancer patient tissues, with their histological and molecular features consistent with those of the primary tumors. The established GTX cell lines will enable future studies of their responses to various treatments for gastric cancer.
Urological cancers such as kidney, bladder, prostate, and testicular cancers are the most common types of cancers worldwide with high mortality and morbidity. To date, traditional cell lines and animal models have been broadly used to study pre-clinical applications and underlying molecular mechanisms of urological cancers. However, they cannot reflect biological phenotypes of real tissues and clinical diversities of urological cancers in vitro system. In vitro models cannot be utilized to reflect the tumor microenvironment or heterogeneity. Cancer organoids in three-dimensional culture have emerged as a promising platform for simulating tumor microenvironment and revealing heterogeneity. In this review, we summarize recent advances in prostate and kidney cancer organoids regarding culture conditions, advantages, and applications of these cancer organoids.
Zhenyu Guo;Tingqin Huang;Yingfei Liu;Chongxiao Liu
International Journal of Stem Cells
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v.16
no.3
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pp.315-325
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2023
Background and Objectives: Glioblastoma (GBM) is an aggressive primary brain tumor characterized by its heterogeneity and high recurrence and lethality rates. Glioblastoma stem cells (GSCs) play a crucial role in therapy resistance and tumor recurrence. Therefore, targeting GSCs is a key objective in developing effective treatments for GBM. The role of Parathyroid hormone-related peptide (PTHrP) in GBM and its impact on GSCs remains unclear. This study aimed to investigate the effect of PTHrP on GSCs and its potential as a therapeutic target for GBM. Methods and Results: Using the Cancer Genome Atlas (TCGA) database, we found higher expression of PTHrP in GBM, which correlated inversely with survival. GSCs were established from three human GBM samples obtained after surgical resection. Exposure to recombinant human PTHrP protein (rPTHrP) at different concentrations significantly enhanced GSCs viability. Knockdown of PTHrP using target-specific siRNA (siPTHrP) inhibited tumorsphere formation and reduced the number of BrdU-positive cells. In an orthotopic xenograft mouse model, suppression of PTHrP expression led to significant inhibition of tumor growth. The addition of rPTHrP in the growth medium counteracted the antiproliferative effect of siPTHrP. Further investigation revealed that PTHrP increased cAMP concentration and activated the PKA signaling pathway. Treatment with forskolin, an adenylyl cyclase activator, nullified the antiproliferative effect of siPTHrP. Conclusions: Our findings demonstrate that PTHrP promotes the proliferation of patient-derived GSCs by activating the cAMP/PKA signaling pathway. These results uncover a novel role for PTHrP and suggest its potential as a therapeutic target for GBM treatment.
Heavy reliance on glucose metabolism and a reduced capacity to use ketone bodies makes glioblastoma (GBM) a promising candidate for ketone-based therapies. Ketogenic diet (KD) is well-known for its promising effects in controlling tumor growth in GBM. Moreover, synthetic ketone ester (KE) has demonstrated to increase blood ketone levels and enhance animal survival in a metastatic VM-M3 murine tumor model. Here, we compared the efficacy of a KE-supplemented Atkins-type diet (ATD-KE) to a classic KD in controlling tumor progression and enhancing survival in a clinically relevant orthotopic patient-derived xenograft GBM model. Our findings demonstrate that ATD-KE preserves body weight (percent change from the baseline; 112±2.99 vs. 116.9±2.52 and 104.8±3.67), decreases blood glucose (80.55±0.86 vs. 118.6±9.51 and 52.35±3.89 mg/dl), and increases ketone bodies in blood (1.15±0.03 mM vs. 0.55±0.04 and 2.66±0.21 mM) and brain tumor tissue (3.35±0.30 mM vs. 2.04±0.3 and 4.25±0.25 mM) comparable to the KD (results presented for ATD-KE vs. standard diet [STD] and KD, respectively). Importantly, the ATD-KE treatment significantly enhanced survival compared to the STD and was indistinguishable from the KD (47 days in STD vs. 56 days in KD and ATD-KE), suggesting that a nutritionally balanced low carbohydrate ATD combined with KE may be as effective as the KD alone in reducing brain tumor progression. Overall, these data support the rationale for clinical testing of KE-supplemented low-carb diet as an adjunct treatment for brain tumor patients.
Saewhan Park;Kyung-Hee Kim;Yun-Hee Bae;Young Taek Oh;Hyemi Shin;Hyung Joon Kwon;Chan Il Kim;Sung Soo Kim;Hwan-Geun Choi;Jong Bae Park;Byoung Dae Lee
International Journal of Stem Cells
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v.17
no.3
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pp.319-329
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2024
Leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2), a large GTP-regulated serine/threonine kinase, is well-known for its mutations causing late-onset Parkinson's disease. However, the role of LRRK2 in glioblastoma (GBM) carcinogenesis has not yet been fully elucidated. Here, we discovered that LRRK2 was overexpressed in 40% of GBM patients, according to tissue microarray analysis, and high LRRK2 expression correlated with poor prognosis in GBM patients. LRRK2 and stemness factors were highly expressed in various patient-derived GBM stem cells, which are responsible for GBM initiation. Canonical serum-induced differentiation decreased the expression of both LRRK2 and stemness factors. Given that LRRK2 is a key regulator of glioma stem cell (GSC) stemness, we developed DNK72, a novel LRRK2 kinase inhibitor that penetrates the blood-brain barrier. DNK72 binds to the phosphorylation sites of active LRRK2 and dramatically reduced cell proliferation and stemness factors expression in in vitro studies. Orthotopic patient-derived xenograft mouse models demonstrated that LRRK2 inhibition with DNK72 effectively reduced tumor growth and increased survival time. We propose that LRRK2 plays a significant role in regulating the stemness of GSCs and that suppression of LRRK2 kinase activity leads to reduced GBM malignancy and proliferation. In the near future, targeting LRRK2 in patients with high LRRK2-expressing GBM could offer a superior therapeutic strategy and potentially replace current clinical treatment methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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