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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).
Cancer de l'ovaire est le cinquième cause de décès liés au cancer aux États-Unis 1. Malgré une réponse positive initiale à des thérapies, de 70 à 90 pour cent des femmes atteintes d'un cancer de l'ovaire développent des métastases nouvelles, et la récidive est souvent mortelle 2. Il est donc nécessaire de comprendre comment des métastases secondaires surviennent dans le but de développer de meilleurs traitements pour le cancer de l'ovaire stade intermédiaire et tardive. Métastases cancer de l'ovaire se produit lorsque les cellules malignes se détacher de la tumeur primaire et de diffuser dans toute la cavité péritonéale. Les cellules disséminées peuvent former des amas multicellulaires, ou sphéroïdes, qui soit rester seules, ou d'implants sur les organes dans la cavité péritonéale 3 (Figure 1, Film 1).
Tous les organes à l'intérieur de la cavité péritonéale sont revêtues d'un unique, continue, la couche de cellules mésothéliales 4-6 (figure 2). Cependant, les cellules mésothéliales sont absents de dessousmasses tumorales péritonéales, tels que révélés par les études d'un microscope électronique excisées de l'homme des coupes de tissus tumoraux 3,5-7 (Figure 2). Ceci suggère que les cellules mésothéliales sont exclus du dessous de la masse tumorale par un processus inconnu.
Précédent dans des expériences in vitro ont démontré que des cellules primaires de cancer de l'ovaire joindre plus efficacement à la matrice extracellulaire que de cellules mésothéliales 8, et des études plus récentes ont montré que les cellules mésothéliales péritonéales primaires fournissent effectivement un obstacle à l'adhésion cellulaire et l'invasion de l'ovaire (par rapport à l'adhérence et l'invasion sur des substrats qui n'ont pas été couverts avec des cellules mésothéliales) 9,10. Cela suggère que les cellules mésothéliales agir comme une barrière contre les métastases du cancer de l'ovaire. Les mécanismes cellulaires et moléculaires par lesquels les cellules cancéreuses de l'ovaire abus de cette barrière, et d'exclure le mésothélium ont, jusqu'à récemment, est resté inconnu.
Nous décrivons ici ela méthodologie e pour un test in vitro que les modèles de l'interaction entre les sphéroïdes cellulaires de cancer ovarien et les cellules mésothéliales in vivo (figure 3, Film 2). Notre protocole a été adapté à partir des méthodes décrites précédemment pour l'analyse des interactions de cellules tumorales ovariennes avec des monocouches mésothéliales 8-16, et a d'abord été décrite dans un rapport montrant que les cellules tumorales ovariennes d'utiliser une activation de l'intégrine-dépendante de la myosine et la force de traction afin de promouvoir l'exclusion de la à partir de cellules mésothéliales en vertu d'une tumeur 17 sphéroïde. Ce modèle tire parti de time-lapse microscopie à fluorescence pour surveiller les populations de cellules deux en temps réel, fournissant des informations spatiales et temporelles de l'interaction. Les cellules cancéreuses ovariennes exprimer protéine fluorescente rouge (RFP), tandis que les cellules mésothéliales exprimer la protéine fluorescente verte (GFP). DP-exprimant sphéroïdes cellulaires de cancer ovarien joindre à la monocouche GFP-exprimer mésothéliales. La propagation sphéroïdes, envahir, etforcer les cellules mésothéliales côté créant un trou dans la monocouche. Ce trou est visualisée comme l'espace négatif (noir) dans l'image GFP. La superficie du trou peut alors être mesurée pour l'analyse quantitative des différences dans l'activité de contrôle et de jeu entre les populations expérimentales de cancer de l'ovaire et / ou des cellules mésothéliales. Ce test ne nécessite qu'un petit nombre de cellules cancéreuses de l'ovaire (100 cellules par sphéroïdes X 20-30 sphéroïdes par condition), il est donc possible d'effectuer ce test en utilisant des échantillons précieux primaires de cellules tumorales. En outre, ce test peut être facilement adapté pour le criblage haut débit.
1. Cancer de l'ovaire Sphéroïde cellule Formation
2. Mésothéliales Formation monocouche de cellules
3. Mésothéliales Assay élimination des cellules
4. Les résultats représentatifs
Dans cet exemple, nous avons comparé la capacité de clairance mésothéliales OVCA433 sphéroïdes cellulaires de cancer ovarien qui ont atténué l'expression de la taline-1 pour contrôler OVCA433 sphéroïdes. OVCA433 sphéroïdes de chaque groupe ont été ajoutées à un plat contenant MatTek ZT monocouches de cellules mésothéliales. Six sphéroïdes de chaque groupe ont été imagées toutes les 10 minutes pour huit heures (Figure 4, Film 3, Film 4). Les trous réalisés dans la monocouche par les sphéroïdes d'épandage ont été mesurés et six positions de chaque groupe ont été en moyenne. La figure 4 montre que la zone de dégagement moyenne créée par sphéroïdes Tallinn knockdown 1 était significativement plus petite que la superficie moyenne créée par sphéroïdes de contrôle, ce qui suggère que taline est nécessaire pour le dédouanement mésothéliales par OVCA433 sphéroïdes cancer de l'ovaire.

Figure 1. Métastases du cancer de l'ovaire. Tumeurs ovariennes primaires se développent soit à partir de l'épithélium de surface de l'ovaire ou des trompes de Fallope. Les cellules tumorales ou groupes se détachent de la tumeur primaire et de recueillir dans la cavité péritonéale. Les cellules tumorales peuvent alors se regroupent pour former des sphéroïdes multicellulaires. Sphéroïdes puis fixez les monocouches de cellules mésothéliales qui tapissent la cavité péritonéale. Les cellules mésothéliales sont exclus de dessous le sphéroïde cancer de l'ovaire joint, permettant les sphéroïdes pour accéder à la membrane sous-sol sous-jacent.
Film 1. Métastases du cancer de l'ovaire. Cliquez ici pour voir le film .

Figure 2.

Figure 3. Essai Dégagement mésothéliales. Cancer de l'ovaire sphéroïdes sont formés par incubation 100 DP-exprimant cellules de cancer ovarien par puits dans une poly-HEMA revêtu 96 coupelle inférieure puits de culture ronde à 37 ° C pendant 16 heures. Poly-HEMA empêche les cellules de se fixer à la boîte de culture, les cellules permettant de rester en suspension et d'adhérer les uns aux autres pour former une grappe unique par puits. Monocouches de cellules mésothéliales sont préparés en étalant 6x10 5 cellules mésothéliales par puits dans une fibronectine revêtu 6 puits plat MatTek et l'incubation de la plaque à 37 ° C pendant 16 heures. Les sphéroïdes sont ensuite transférés à la boîte de MatTek avec la monocouche mésothéliales et les deux populations cellulaires sont imagées toutes les 10 minutes pour 8 heures en utilisant un Nikon Ti-E Inverted motorisé Widefield fluorescence time-lapse microscope et logiciels Elements.
Movie 2. Essai Dégagement mésothéliales. Cliquez ici pour voir le film .

Atténuation Figure 4. De Talin une expression dans OVCA433 sphéroïdes diminue la capacité de clairance mésothéliales. OVCA433 sphéroïdes (rouge) avec et sans expression atténuée de taline 1 ont été autorisés à se fixer et envahir une monocouche ZT mésothéliales (vert). Les deux populations de cellules ont été imagées toutes les 10 minutes pour 8 heures en utilisant un Nikon Ti-E inversé motorisé Widefield fluorescence time-lapse microscope et un logiciel éléments. Le graphique montre que taline une atténuationdiminue significativement la clairance des cellules mésothéliales (parcelle quantile avec des barres vertes au moyen).
Movie 3. Contrôle OVCA433 sphéroïdes (rouge) qui envahissent en une monocouche mésothéliales (vert). Cliquez ici pour voir le film .
Atténuation Movie 4. De Talin une expression dans OVCA433 sphéroïdes (rouge) diminue mésothéliales (vert) la capacité de clairance. Cliquez ici pour voir le film .
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Le "test Dégagement mésothéliales" présentée ici utilise la microscopie time-lapse pour surveiller les interactions de sphéroïdes multicellulaires cancer de l'ovaire et les monocouches de cellules mésothéliales, dans le détail spatial et temporel grande. Auparavant, plusieurs groupes ont utilisé des dosages 8-14 points de terminaison pour montrer que les cellules cancéreuses de l'ovaire et de joindre à envahir des monocouches de cellules mésothéliales. Ce test est unique en ce qu'elle utilise des cellules marquées par fluorescence pour distinguer les cellules tumorales à partir de cellules mésothéliales, de sorte que la dynamique de ces deux populations de cellules peut être surveillée tout au long du test. Le processus d'intercalation peuvent être visualisés en temps réel et le taux de clairance mésothéliales peut être mesurée quantitativement au fil du temps. L'utilisation de la microscopie timelapse permet de suivre de près la dynamique de l'interaction entre les deux populations cellulaires dans différentes conditions expérimentales. En outre, un faible pourcentage soit des cellules mésothéliales ou le cancer de l'ovaire sexieslls peuvent être étiquetés avec un troisième marqueur fluorescent pour suivre la dynamique des cellules individuelles au sein de la population. En faisant le suivi des cellules individuelles au fil du temps, la directionnalité et le taux de migration peut être calculée. Pour effectuer des analyses à plus haute résolution de la clairance mésothéliales, fluorescence à réflexion interne totale (TIRF) microscopie peut être utilisée. Si les adhésions focales sont étiquetés dans les cellules mésothéliales, la dissociation des adhérences mésothéliales par extensions propulsion des cellules tumorales peuvent être surveillés, comme décrit dans notre précédente publication 17.
Ce test peut être utilisé pour comparer la capacité invasion de sphéroïdes cellulaires de cancer ovarien qui ont été génétiquement ou pharmacologiquement modifiés pour élucider les mécanismes moléculaires par lesquels les sphéroïdes cancer de l'ovaire à cellules claires de la monocouche mésothéliales ou pour identifier des inhibiteurs de petites molécules du processus. En outre, le test nécessite un très petit nombre de cellules cancéreuses de l'ovaire, si primaire toumocellules r à partir d'exsudats de fluide peut être utilisé (voir les limitations ci-dessous) s'ils sont étiquetés en pré-incubant les cellules avec des colorants cytotracker (Invitrogen). Le dosage est également favorable à l'analyse à haut débit. Pour effectuer des études génétiques à haut débit ou pharmacologiques, les cellules cancéreuses de l'ovaire peuvent être transfectées avec des vecteurs de siRNA différents ou traités avec des inhibiteurs pharmacologiques différentes dans chaque puits de la plaque de 96 puits. Monocouches de cellules mésothéliales peut être étalées dans des boîtes de culture 96 et fond de verre, et les sphéroïdes peut être transféré 01:01 à partir des plaques de poly-HEMA revêtues aux plaques monocouche contenant. Toutes ces étapes peuvent être optimisés pour une utilisation avec des robots de dépistage afin que des centaines de siRNA ou des inhibiteurs de dépistage peut à un moment donné.
Un des points forts de cet essai est d'être capable de modéliser l'intercalation de force dépendante des cellules cancéreuses de l'ovaire dans la monocouche mésothéliales. Notre laboratoire utilisé la microscopie à force de traction (TFM) pour déterminer si mécanique force réglemente 17 clairance mésothéliales. Nous avons trouvé que la surexpression de l'intégrine α5 augmenté la contractilité des cellules étalées sur un substrat enduit de fibronectine, tandis que l'ARNi à médiation knockdown de Talin, ou la myosine II a diminué de 17 contractilité cellulaire. Depuis la régulation négative de l'intégrine α5, taline, ou la myosine II dans les sphéroïdes ovariens les cellules cancéreuses ont aussi diminué la clairance mésothéliales, nos mesures TFM soutenir l'idée que la clairance mésothéliales à un événement dépend de cellulaires des forces contractiles, dans lequel les cellules avec des forces supérieures contractiles causé une plus grande mésothéliales dédouanement. Par conséquent, le dosage jeu mésothéliales peuvent être utilisés pour mieux comprendre les événements d'intercalation, associés à des métastases sphéroïde de l'ovaire, qui sont dépendants des forces mécaniques.
Ce test a quelques limitations à prendre en considération. La première, afin de former des sphéroïdes multicellulaires, des cellules doivent être cultivées en suspension pendant au moins 6 heures. Siles cellules sont incapables de survivre sans matrice communiquer avec leur capacité de jeu sera compromise. Deuxièmement, il est avantageux d'utiliser des cellules cancéreuses de l'ovaire qui forment uniformes, compacts sphéroïdes multicellulaires. Si les cellules cancéreuses de l'ovaire ne forment des grappes lâches, ils peuvent se briser dans le transfert de la plaque polyHEMA-enduit pour la capsule contenant la monocouche mésothéliales, la création de sphéroïdes de formes et de tailles différentes qui ajoutent la variabilité des données. Troisièmement, si les cellules utilisées sont hétérogènes, cela va ajouter une variabilité supplémentaire à la taille des trous créés dans la monocouche. Il est important d'utiliser les puits répétés plusieurs (10-20/sample) en raison de la variabilité de la mesure de l'intercalation après huit heures. Dans les tests décrits ici, le cancer de l'ovaire bien établie (OVCA433) et des lignées de cellules mésothéliales (ZT) ont été utilisés. Pour rendre ce test plus cliniquement pertinente, des cellules primaires de cancer de l'ovaire, de l'ascite de patients, peuvent être utilisés. Il serait intéressant de détermine si in vitro de cellules mésothéliales capacité jeu en corrélation avec le résultat clinique. Les limitations ci-dessus sont particulièrement importants à considérer lors de l'utilisation des échantillons primaires, comme le nombre de cellules primaires disponibles est un facteur limitant. En outre, il est important de vérifier l'intégrité de la monocouche mésothéliales avant d'effectuer ce test. La monocouche mésothéliales peuvent être fixées et colorées pour des protéines de jonction cellule-cellule pour assurer que les jonctions cellulaires mésothéliales sont intacts.
Enfin, le dosage jeu mésothéliales peuvent facilement être modifiés pour répondre aux questions spécifiques expérimentales. Ici, nous avons utilisé la fibronectine comme le composant ECM qui permet aux cellules de l'ovaire et mésothéliales d'adhérer à des boîtes de culture à fond de verre, cependant, d'autres composants de l'ECM peuvent être utilisées, y compris le collagène et la laminine. En outre, d'autres types cellulaires que l'on trouve sous la membrane basale, y compris les fibroblastes, peuvent être ajoutés à ce système expérimental, afin d'évaluer le rôlede ces types cellulaires de la clairance de mésothéliales 9,19,20. Enfin, les interactions d'autres types de cellules tumorales (par exemple du pancréas, du sein, etc) avec des cellules mésothéliales peuvent également être modélisés en utilisant ce test. Et il est possible d'étudier les interactions entre les cellules cancéreuses et une monocouche endothéliale, en utilisant ce test, pour imiter intravasation ou une extravasation (Des tests similaires ont été décrits dans: 15,16,21-27).
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Nous n'avons rien à communiquer.
Nous tenons à remercier le Nikon Imaging Center à Harvard Medical School, en particulier des eaux Jennifer, Lara Petrak et Salmon Wendy, de formation et de l'utilisation de leurs microscopes timelapse. Nous aimerions également remercier Rosa Ng et Achim Besser pour des discussions utiles. Ce travail a été soutenu par des subventions du NIH 5695837 (à M. Iwanicki) et GM064346 à ACC; par une subvention de la Dre Miriam et Sheldon Adelson G. Medical Research Foundation (pour 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 |