The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
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Department of Cell Biology, Harvard Medical School
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Davidowitz, R. A., Iwanicki, M. P., Brugge, J. S. In vitro Mesothelial Clearance Assay that Models the Early Steps of Ovarian Cancer Metastasis. J. Vis. Exp. (60), e3888, doi:10.3791/3888 (2012).
El cáncer de ovario es la quinta causa principal de muertes relacionadas con el cáncer en los Estados Unidos 1. A pesar de una respuesta inicial positiva a las terapias, del 70 al 90 por ciento de las mujeres con cáncer de ovario desarrollan metástasis a los nuevos, y la recurrencia es a menudo fatal 2. Es, por tanto, necesaria para entender cómo surgen metástasis secundarias con el fin de desarrollar mejores tratamientos para el cáncer de ovario en etapa intermedia y tardía. La metástasis del cáncer de ovario ocurre cuando las células malignas se desprenden de la localización del tumor primario y difundir toda la cavidad peritoneal. Las células diseminadas pueden formar grupos multicelulares, o esferoides, que o bien permanecerá sin conectar, o implantes en órganos dentro de la cavidad peritoneal 3 (Figura 1, la película 1).
Todos los órganos dentro de la cavidad peritoneal se revisten con una sola capa continua, de las células mesoteliales 4-6 (Figura 2). Sin embargo, las células mesoteliales están ausentes de debajolas masas tumorales peritoneales, como lo revelan los estudios de microscopio electrónico de secciones de tejidos humanos extirpados tumores 3,5-7 (Figura 2). Esto sugiere que las células mesoteliales se excluyen de debajo de la masa tumoral por un proceso desconocido.
Anterior en experimentos in vitro han demostrado que las células primarias de cáncer de ovario adjuntar más eficientemente a la matriz extracelular que a las células mesoteliales 8, y los estudios más recientes demostraron que las células primarias mesoteliales peritoneales realmente proporcionar una barrera para la adhesión celular de cáncer de ovario y la invasión (en comparación con la adhesión y la invasión sobre soportes que no fueron cubiertas con células mesoteliales) 9,10. Esto sugeriría que las células mesoteliales actuar como una barrera contra la metástasis de cáncer de ovario. Los mecanismos celulares y moleculares por los cuales las células de cáncer de ovario incumplan esta barrera, y no incluyen el mesotelio, hasta hace poco, sigue siendo desconocido.
A continuación se describe ºmetodología e para un ensayo in vitro que los modelos de la interacción entre los esferoides de ovario de células cancerosas y las células mesoteliales in vivo (Figura 3, la película 2). Nuestro protocolo es una adaptación de los métodos descritos anteriormente para el análisis de las interacciones de células de tumor de ovario con monocapas mesoteliales 8-16, y fue descrito por primera vez en un informe que muestra que las células tumorales de ovario utilizar una activación de la integrina-dependiente de la miosina y la fuerza de tracción para promover la exclusión de la las células mesoteliales de debajo de un esferoide del tumor 17. Este modelo toma ventaja de la microscopia de fluorescencia de lapso de tiempo para controlar las poblaciones de células de dos en tiempo real, proporcionando la información espacial y temporal de la interacción. Las células de cáncer de ovario expresan la proteína fluorescente roja (RFP), mientras que las células mesoteliales expresan la proteína verde fluorescente (GFP). RFP-expresando ovario esferoides celulares de cáncer de adjuntar a la monocapa mesotelial que expresan GFP. La difusión esferoides, invadir yforzar a las células mesoteliales lado creando un agujero en la monocapa. Este agujero se visualiza como el espacio negativo (negro) en la imagen de las buenas prácticas agrarias. El área del agujero se puede medir a analizar cuantitativamente diferencias en la actividad holgura entre el control y las poblaciones experimentales de cáncer de ovario y / o células mesoteliales. Este ensayo requiere sólo un pequeño número de células de cáncer de ovario (100 células por esferoides X 20-30 esferoides por condición), por lo que es factible realizar este ensayo utilizando preciosas muestras primarios de células tumorales. Además, este ensayo se puede adaptar fácilmente para el cribado de alto rendimiento.
1. Cáncer de ovario de la célula Esferoide Formación
2. Monocapa de células mesoteliales Formación
3. Ensayo de células mesoteliales Liquidación
4. Los resultados representativos
En este ejemplo, se comparó la capacidad de depuración mesotelial de esferoides celulares OVCA433 de cáncer de ovario que tienen expresión atenuada de talina-1 para controlar OVCA433 esferoides. OVCA433 esferoides de cada grupo se añadieron a un plato MatTek contiene ZT monocapas de células mesoteliales. Seis esferoides de cada grupo se obtuvieron imágenes cada 10 minutos durante ocho horas (Figura 4, 3 Película, Película 4). Los agujeros producidos en la monocapa por los esferoides de propagación se midieron y seis posiciones de cada grupo se promediaron. La Figura 4 muestra que la zona de aclaramiento promedio creado por esferoides Talin desmontables 1 fue significativamente menor que el área media creado por esferoides de control, lo que sugiere que se requiere para talina aclaramiento mesotelial por OVCA433 esferoides de cáncer de ovario.

Figura 1. La metástasis del cáncer del ovario. Los tumores primarios de ovario desarrollan ya sea desde el epitelio superficial del ovario o trompas de Falopio. Las células tumorales o grupos se desprenden del tumor primario y se acumulan en la cavidad peritoneal. Las células tumorales a continuación, pueden agregarse para formar esferoides multicelulares. Esferoides continuación, se adhieren a las monocapas de células mesoteliales que recubren la cavidad peritoneal. Las células mesoteliales están excluidos de debajo del esferoide de cáncer de ovario adjunto, permitiendo que los esferoides para obtener acceso a la membrana basal subyacente.
Película 1. La metástasis del cáncer de ovario. Haga clic aquí para ver la película .

Figura 2.

Figura 3. Ensayo de Liquidación mesoteliales. Esferoides de cáncer de ovario se forman mediante la incubación de 100 RFP-células que expresan el cáncer de ovario por pocillo en un poli-HEMA revestida 96 placa inferior la cultura y todo a 37 ° C durante 16 horas. Poli-HEMA evita que las células se adhieran a la placa de cultivo, permitiendo que las células permanezcan en suspensión y se adhieren entre sí para formar un solo grupo por pocillo. Monocapas de células mesoteliales se preparan mediante siembra de 6x10 5 células mesoteliales por pocillo en una fibronectina recubierto 6 así plato MatTek e incubando la placa a 37 ° C durante 16 horas. Los esferoides se transfieren luego al plato MatTek con la monocapa mesotelial y las dos poblaciones de células se visualizan cada 10 minutos durante 8 horas utilizando una Nikon Ti-EX Inverted motorizado de fluorescencia de campo amplio lapso de tiempo microscopio y software de los elementos.
Película 2. Ensayo de Liquidación mesoteliales. Haga clic aquí para ver la película .

Atenuación de la Figura 4. Talina de una expresión en OVCA433 esferoides disminuye la capacidad de depuración mesotelial. OVCA433 esferoides (rojo) con y sin expresión atenuada de una talina se permite adjuntar a e invadir en una monocapa mesotelial ZT (verde). Las dos poblaciones de células se obtuvieron imágenes cada 10 minutos durante 8 horas utilizando una Nikon Ti-E invertido motorizado de fluorescencia de campo amplio lapso de tiempo microscopio y software de los elementos. El gráfico muestra que talina una atenuación dedisminuye significativamente el aclaramiento de células mesoteliales (parcela Quantile con barras verdes en el medio).
Película 3. Control de OVCA433 esferoides (rojo) invadiendo en una monocapa mesotelial (verde). Haga clic aquí para ver la película .
Atenuación de la película 4. De talina una expresión en OVCA433 esferoides (rojo) disminuye mesotelial (verde) la capacidad de depuración. Haga clic aquí para ver la película .
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El "Ensayo de Liquidación mesoteliales" que aquí se presenta utiliza lapso de tiempo de microscopía para controlar las interacciones de los esferoides multicelulares de cáncer de ovario y monocapas de células mesoteliales, con gran detalle espacial y temporal. Anteriormente, varios grupos de 8-14 había utilizado los ensayos de punto final para demostrar que las células de cáncer de ovario y de adherirse a invadir en monocapas de células mesoteliales. Este ensayo es único en que utiliza células marcadas fluorescentemente para distinguir las células tumorales de las células mesoteliales, de modo que la dinámica de estas dos poblaciones celulares pueden ser controlados durante el ensayo. El proceso de intercalación se puede visualizar en tiempo real y la tasa de aclaramiento mesotelial puede ser medida cuantitativamente con el tiempo. El uso de la microscopía timelapse permite seguir de cerca la dinámica de la interacción entre las dos poblaciones de células en diferentes condiciones experimentales. Adicionalmente, un porcentaje pequeño de cualquiera de las células mesoteliales o el cáncer de ovario ceLLS puede marcarse con un marcador fluorescente tercero para controlar la dinámica de las células individuales dentro de la población. Mediante el seguimiento de las células individuales en el tiempo, la direccionalidad y la tasa de migración se puede calcular. Para realizar mayores análisis resolución de aclaramiento mesotelial, de reflexión interna total de fluorescencia (TIRF) microscopía puede ser utilizado. Si las adhesiones focales están etiquetados en las células mesoteliales, la disociación de las adherencias mesoteliales de las extensiones de protrusión de las células del tumor se puede controlar, como se describe en nuestra publicación anterior 17.
Este ensayo se puede utilizar para comparar la capacidad de invasión de esferoides de células de cáncer de ovario que han sido genéticamente modificados o farmacológicamente para aclarar los mecanismos moleculares por los cuales ovario esferoides celulares de cáncer de despejar la monocapa mesotelial o para identificar inhibidores de moléculas pequeñas del proceso. Además, el ensayo requiere un número muy pequeño de células de cáncer de ovario, de modo primario Tumor células de exudado de fluido se puede utilizar (ver limitaciones más adelante) si la etiqueta por preincubación de las células con colorantes cytotracker (Invitrogen). El ensayo es también susceptible de análisis de alto rendimiento. Para llevar a cabo estudios genéticos de alto rendimiento o farmacológica, las células de cáncer de ovario puede ser transfectadas con vectores diferentes siRNA o tratados con diferentes inhibidores farmacológicos en cada pocillo de la placa de 96 pocillos. Monocapas de células mesoteliales puede ser chapada en 96 platos de cultivo de fondo de vidrio, y los esferoides pueden ser transferidos 01:01 de las placas recubiertas de poli-HEMA a las placas que contienen monocapa. Todos estos pasos puede ser optimizado para el uso con los robots de detección de modo que cientos de siRNAs o inhibidores pueden proyectada en un tiempo.
Una de las ventajas de este ensayo es ser capaz de modelar la intercalación fuerza dependiente de las células de cáncer de ovario en la monocapa mesotelial. Nuestro laboratorio utilizó la microscopía de fuerza de tracción (TFM) para determinar si mecánica foICE regula despacho mesotelial 17. Hemos encontrado que la sobreexpresión de la integrina α5 aumentó la contractilidad de las células chapada en un sustrato recubierto con fibronectina, mientras RNAi mediada desmontables de talina, o II miosina disminución de la contractilidad de la célula 17. Desde regulación a la baja de la integrina α5, talina, o II miosina en los esferoides celulares de cáncer de ovario también la disminución del aclaramiento mesotelial, nuestras mediciones TFM apoyan la idea de que el despacho de mesotelial en un evento depende de celulares fuerzas de contracción, en el que las células con mayores fuerzas de contracción causado mayor mesotelial despacho. Por lo tanto, el ensayo de aclaramiento mesotelial se puede utilizar para entender mejor los eventos de intercalación, asociados con la metástasis ovárica esferoide, que son dependientes de las fuerzas mecánicas.
Este ensayo tiene algunas limitaciones a tener en cuenta. En primer lugar, con el fin de formar los esferoides multicelulares, las células deben ser cultivadas en suspensión por lo menos 6 horas. Silas células son incapaces de sobrevivir sin la matriz de ponerse en contacto con su capacidad de depuración se verá comprometida. En segundo lugar, es ventajoso utilizar células de cáncer de ovario que forman esferoides uniformes, multicelulares compactos. Si las células de cáncer de ovario sólo se forman grupos sueltos, que pueden romperse en la transferencia de la placa de poliHEMA recubierto a la cápsula que contiene la monocapa mesotelial, la creación de esferoides de diferentes formas y tamaños que se sumarán la variabilidad de los datos. En tercer lugar, si las células utilizadas son heterogéneas, esto añadirá variabilidad adicional a los tamaños de agujeros creados en la monocapa. Es importante utilizar múltiples pozos replicar (10-20/sample) debido a la variabilidad en la medida de intercalación después de ocho horas. En los ensayos descritos aquí, bien establecido del cáncer de ovario (OVCA433) y mesoteliales (ZT) se utilizaron las líneas celulares. Para realizar este ensayo más clínicamente relevantes, células primarias de cáncer de ovario, desde el líquido ascítico de los pacientes, se pueden utilizar. Sería interesante para determmente si in vitro la capacidad de remoción de células mesoteliales se correlaciona con el resultado clínico. Las limitaciones anteriores son particularmente importantes a considerar cuando se utiliza muestras primarias, como el número de células disponibles primarios es un factor limitante. Adicionalmente, es importante comprobar la integridad de la monocapa mesotelial antes de realizar este ensayo. La monocapa mesotelial se puede fijar y teñir para proteínas de unión célula-célula para asegurar que las uniones de células mesoteliales están intactos.
Finalmente, el ensayo de aclaramiento mesotelial puede ser fácilmente modificado para responder a las preguntas específicas experimentales. Aquí, hemos utilizado fibronectina como el componente de ECM que permite que las células de ovario y mesotelial a adherirse a las placas de cultivo de fondo de vidrio, sin embargo, otros componentes de ECM se puede utilizar como el colágeno y laminina. Además, otros tipos de células que se encuentran bajo la membrana basal, incluyendo fibroblastos, se puede añadir a este sistema experimental, para evaluar el papelde estos tipos de células mesoteliales en el despacho de 9,19,20. Por último, las interacciones de otros tipos de células tumorales (por ejemplo, páncreas, mama, etc) con células mesoteliales también puede ser modelado utilizando este ensayo. Y es factible para estudiar las interacciones entre las células cancerosas y una monocapa endotelial, utilizando este ensayo, para imitar intravasación o extravasación (ensayos similares han sido descritos en: 15,16,21-27).
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No tenemos nada que revelar.
Nos gustaría dar las gracias a la Nikon Imaging Center de la Harvard Medical School, en concreto las aguas de Jennifer, Lara Petrak y Salmón Wendy, para la formación y el uso de microscopios sus timelapse. También nos gustaría dar las gracias a Rosa Ng y Besser Achim valiosa para los debates. Este trabajo fue apoyado por el NIH Grant 5695837 (a M. Iwanicki) y GM064346 de ACC, por una beca de la Dra. Miriam y Sheldon G. Adelson Fundación de Investigación Médica (con ACC).
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| OVCA433 Ovarian Cancer Cells | Gift from Dr. Dennis Slamon | ||
| ZT Mesothelial Cells | Gift from Dr. Tan Ince | ||
| Medium 199 | GIBCO, by Life Technologies | 19950 | |
| MCDB105 | Cell Applications Inc. | 117-500 | |
| FBS-heat inactivated | GIBCO, by Life Technologies | 10082 | |
| Pen-Strep | GIBCO, by Life Technologies | 15070 | |
| 96 well plates | Corning | 3799 | |
| Polyhydroxyethylmethacrylate (poly-HEMA) | Sigma-Aldrich | 192066-25G | For poly-HEMA solution dissolve 6mg poly-HEMA powder in 1ml of 95% EtOH |
| EtOH | Pharmco-AAPER | 111ACS200 | Dilute to 95% in dH20 |
| Cell culture hood | Nuaire | NU-425-300 | |
| Tissue culture incubator | Thermo Fisher Scientific, Inc. | 3110 | |
| incubator for poly-HEMA plates | Labline Instruments | Imperial III 305 | |
| Tabletop centrifuge | Heraeus Instruments | 75003429/01 | |
| 6 well glass-bottom dish | MatTek Corp. | P06G-1.5-20-F | |
| Fibronectin | Sigma-Aldrich | F1141-1MG | |
| PBS | Cellgro | 21-040-CV | |
| Microscope | Nikon Instruments | Ti-E Inverted Motorized Fluorescence time-lapse microscope with integrated Perfect Focus System | |
| Lens | Nikon Instruments | 20X-0.75 numerical apeture | |
| Halogen transilluminator | Nikon Instruments | 0.52 NA long working distance condenser | |
| Excitation and emission filters | Chroma Technology Corp. | GFP Ex 480/40, Em 525/50 RFP-mCherry Ex 575/50 Em 640/50 | |
| Transmitted and Epifluoresce light path | Sutter Instrument Co. | Smart Shutters | |
| Linear-encoded motorized stage | Nikon Instruments | ||
| Cooled charged-coupled device camera | Hamamatsu Corp. | ORCA-AG | |
| Microscope incubation chamber with temperature and CO2 control | Custom Made | ||
| Vibration isolation table | TMC | ||
| NIS-Elements software | Nikon Instruments | Version 3 |