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方法文章

原发性脑肿瘤组织的干细胞检测与流式分选处理

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DOI:

10.3791/4111

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2012年9月25日

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本文内容

摘要

脑肿瘤起始细胞(BTICs)的发现为人类脑肿瘤的发病机制提供了新的认识。BTICs 是异质性肿瘤中具有干细胞特性的稀有细胞。我们已优化了特定的培养条件以富集 BTICs,并常规使用流式细胞术进一步纯化这些细胞群体。随后可对分离得到的细胞进行自我更新能力检测,以及通过单细胞 RT-PCR 进行转录分析。

摘要

脑肿瘤通常由形态多样的细胞组成,这些细胞表达多种神经谱系标志物。只有相对较少的一部分具有干细胞特性的肿瘤细胞,即脑肿瘤起始细胞(BTICs),具备多向分化潜能、自我更新能力以及致瘤性 体内我们采用最初用于正常神经干细胞(NSCs)的培养条件对多种人类脑肿瘤进行培养,发现该培养方法可特异性地富集具有干细胞特性的细胞群体。无血清培养基(NSC)有助于维持干细胞未分化状态,添加bFGF和EGF可促进具有多向分化潜能、自我更新能力且可扩增的肿瘤球形成。

为了进一步表征每种肿瘤中的BTIC群体,我们通过流式细胞术评估细胞表面标志物。我们还可以分选感兴趣的细胞群体以进行更特异的表征。将单个BTIC分选至96孔板中进行自我更新能力检测;在37 °C孵育后形成肿瘤球状体,表明存在干细胞或前体细胞。也可将特定群体的不同数量细胞分选至不同孔中进行极限稀释分析,以评估其自我更新能力。我们还可以利用单细胞RT-PCR研究特定细胞群体内的差异性基因表达。

以下方案描述了我们分离和培养原代人源样本以富集脑肿瘤干细胞(BTIC)群体,以及肿瘤球体解离的操作流程。此外还包括用于流式细胞术分析或分选的染色、自我更新能力检测和单细胞逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)的实验方案。

引言

脑肿瘤是人类已知最具侵袭性和异质性的癌症之一。尽管现代神经影像技术有助于脑肿瘤的早期发现和诊断,但我们对许多脑肿瘤仍缺乏根治性疗法,特别是那些弥散性、侵袭性强或位于脑深部的肿瘤。

脑肿瘤是儿童癌症死亡的首要原因,因其具有高度侵袭性且常常无法治愈。胶质母细胞瘤(GBM)是成人中最常见的原发性脑肿瘤,也是人类最恶性的癌症之一,因其预后均一性地致命而令人畏惧1。这种高度恶性的星形细胞肿瘤(WHO 4级)通常发生于成人的大脑半球,也可发生于年幼儿童和婴儿。其生长迅速且具有浸润性,诊断性病理特征包括细胞核多形性、微血管增生和坏死2,3。对于新诊断的成人GBM患者,中位生存期很少超过12个月1,对所有治疗方式的总体反应均较差。我们注意到,体细胞干细胞与癌细胞之间存在许多功能和遗传上的相似性,调控正常脑发育的分子通路在癌症中也常常失调。在将干细胞生物学范式应用于脑肿瘤研究时,我们是首批前瞻性鉴定并分离出人GBM中具有体外in vitro4和体内in vivo5增殖、自我更新及分化等干细胞特性的细胞亚群的研究者。我们将最初用于体外in vitro6,7鉴定正常神经干细胞(NSCs)的培养条件和检测方法应用于多种儿童及成人脑肿瘤,并通过细胞分选富集表达神经前体细胞表面标志物CD133的类干细胞群体8,....

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方案

1. 脑肿瘤组织的培养

  1. 向15 ml人工脑脊液(aCSF,见表1)中加入200 μl解冻的Liberase(Roche Applied Science),置于37 °C水浴中。Liberase TM是一种蛋白水解酶混合物,用于解离原代组织样本以及培养的肿瘤球。与胰蛋白酶-EDTA不同,Liberase法可保留细胞表面抗原CD133。对于约0.5 cm3的组织样本,我们使用200 μl Liberase;若组织较小,则使用100 μl。
  2. 将氯化铵溶液(Stem cell technologies)恢复至室温。氯化铵溶液可温和裂解红细胞,对其他细胞影响极小,且不含固定剂。
  3. 在无菌生物安全柜中,向标本容器中加入5 ml aCSF,轻轻旋转冲洗组织,然后用移液器吸除。此步骤有助于去除红细胞(RBC)。
  4. 将脑肿瘤组织转移至无菌的100 mm培养皿中。
  5. 使用精细剪刀或手术刀及镊子,将组织机械解离至浆状。
  6. 用10 ml普通移液管或镊子收集样本,将组织碎片转移至含有预热aCSF与Liberase的离心管中。
  7. 将离心管置于摇床培养箱中,设置为37 °C、30 rpm,孵育15分钟。
  8. 通过70 μm细胞滤网将组织裂解液过滤至50 ml Falcon管中。
  9. 以280 × g离心5分钟,沉淀细胞。
  10. ....

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讨论

癌症干细胞假说10基于白血病21、乳腺癌11和脑癌4,5的研究,认为肿瘤中只有一小部分细胞(称为癌症干细胞)具有广泛增殖和自我更新的能力。大多数肿瘤细胞在分化为构成肿瘤表型特征的细胞后,失去了增殖和自我更新的能力。在脑肿瘤细胞群体中识别出能够维持肿瘤生长的关键细胞,将有助于揭示脑肿瘤发生机制,并使我们能够追溯到肿瘤的起源细胞。

干细胞的功能定义为具有自我更新能力并能进行多谱系分化的细胞22-24。原发性脑肿瘤组织在有利于干细胞生长的培养条件下进行培养,该条件先前已被用于以肿瘤球形式分离神经干细胞25。神经干细胞培养基(NSC)可维持干细胞未分化状态,添加bFGF和EGF可诱导具有多能性、自我更新能力且可扩增的干细胞增殖6,26。无论病理亚型如何,在原代培养24至48小时内,大多数脑肿瘤均会产生少量细胞,这些细胞可生长为克隆来源的类神经球样细胞簇,即肿瘤球。因此,我们能够从患者脑肿瘤组织中富集脑肿瘤干细胞(BTIC)群体。

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披露

未声明任何利益冲突。

致谢

本工作由安大略癌症研究所(OICR)、特里·福克斯基金会以及美国神经外科医师协会资助。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
1:1 DMEM:F12Invitrogen11320-082
N2 添加剂Invitrogen17502-048
1M HEPESWisent Inc.330-050-EL
葡萄糖Invitrogen15023-021
N-乙酰半胱氨酸Sigma-AldrichA9165-25g
神经存活因子-1 (NSF-1)Lonza CloneticsCC-4323
表皮生长因子 (EGF)Sigma-AldrichE9644
碱性成纤维细胞生长因子 (bFGF)InvitrogenPHG0261
白血病抑制因子 (LIF)EMD MilliporeLIF1010
抗生素/抗真菌剂Wisent Inc.450-115-EL
Liberase TMRoche Group05 401 119 001
氯化铵溶液Stem Cell Technologies07850

参考文献

  1. Ohgaki, H., Kleihues, P. Epidemiology and etiology of gliomas. Acta Neuropathol. 109, 93(2005).
  2. Huse, J. T., Holland, E. C. Targeting brain cancer: advances in the molecular pathology of malignant glioma. 10, 319(2010).
  3. Wechsler-Reya, R., Scott, M. P.

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