异型三维卵巢癌的发生和发展过程中的间质 - 上皮细胞相互作用模型

摘要

我们描述的方法建立异型三维模型，包括卵巢成纤维细胞和正常卵巢表面或卵巢癌上皮细胞。我们讨论了使用这些模型来研究间质 - 上皮细胞相互作用过程中发生卵巢癌的发展。

摘要

卵巢上皮细胞癌（EOCS）是在西方社会的妇科恶性肿瘤死亡的首要原因。尽管手术治疗和改善铂类为基础的化疗方案，很少有改善在EOC存活率，超过四十年的^1,2。虽然第一期肿瘤5年生存率> 85％，Ⅲ/Ⅳ期疾病的存活率为40％。因此，平机会的高发生率，死亡率可显着减少，如果检测到肿瘤在早期阶段，更可治疗^，3-5。目前，疾病早期发展的分子遗传学和生物学基础，更是知之甚少。更具体地说，很少有人了解的微环境在肿瘤发生中的作用，但已知的危险因素的EOCS（ 如年龄和奇偶校验）表明，微环境中起着关键的作用的早期起源EOCS的。因此，我们开发了三维异型模型既正常卵巢和早期卵巢癌。而在正常卵巢中，我们共培养正常卵巢表面上皮细胞（IOSE）和正常间质成纤维细胞（INOF）细胞，永生化的retrovrial转导的催化亚基端粒酶全酶（hTERT）的延长寿命这些细胞在培养。为了模拟卵巢上皮细胞转化的CMYC IOSE细胞癌基因的过度表达，再次合作，培养与INOF细胞的最早阶段。这些异型上皮细胞的转化和侵袭的模型被用来研究老化和衰老的影响。在这里，我们描述了在发展的这些三维模型的方法步骤，这些方法是不正常卵巢和卵巢癌组织的发展，可用于研究其他类型的组织基质和上皮细胞间的相互作用是一个根本方面的组织维护和二sea​​se发展。

方案

图1示出了概述下面描述的工作流程。

1。正常卵巢成纤维细胞在体外寿命的延长，过表达的端粒酶全酶的催化亚基分离

1. 卵巢组织可以收集患者有知情同意和批准的机构审查委员会（美国机构）。腹式全子宫切除术或腹腔镜子宫切除术，双侧输卵管卵巢切除术的正常卵巢组织可以收集。在这项研究中，组织由病理学家和卵巢基质活检的细胞培养部的检查。约2-5毫米^2的组织样本，从中央区域的卵巢收获试图减少也采样卵巢上皮细胞的机会。
2. 新鲜卵巢组织运输的正常卵巢成纤维细胞永生细胞培养实验室（INOF），辅以额外的抗生素和抗真菌的生长培养基。 INOF增长的介质（INOF-GM）包括:中以1:1的比例混合，补充有15％牛胎儿血清，2mM的L-谷氨酰胺，50微克/毫升庆大霉素和250毫微克/毫升两性霉素B 199和MCDB105
3. 生物安全柜内部工作:删除任何保持松散连接的上皮细胞，组织，用5毫升的PBS洗涤样品。吸出，重复两次以上。
4. 样品加PBS转移到一个干净的直径10厘米的培养皿（P100）。使用无菌镊子处理的组织，并放入第二，干燥的P100干净的培养皿中。使用无菌手术刀切割组织0.5厘米²件。将组织每一块成一个单独的P100的菜和进一步削减成碎片<1毫米²的大小。 GM（20毫升INOF加用抗生素和抗真菌药），并置于37°C，5％CO _2。使用相显微镜监测细胞的生长。可以看出细胞附着的菜机智欣24小时。
5. 再进给在一个星期后，通过抽吸除去任何非粘附组织。此后，再供给培养，每周两次。细胞会形成菌落，通常在1-3周。一旦这些菌落是足够大，以继代培养（一旦达到大约500微米），隔离使用胰蛋白酶-涂层克隆磁盘的克隆。
   确认细胞是100％的成纤维细胞和其他细胞污染物通过电镀到盖玻片上的细胞系的样品，和一个成纤维细胞的标记（FSP），上皮细胞的标记（泛细胞角蛋白）和血管内皮细胞的标志进行免疫荧光染色（冯Willenbrand因子VIII）。
6. 到3 ​​P100菜前一天的端粒酶逆转录病毒转导通道主要的正常卵巢成纤维细胞（NOF）细胞株从一个单一的P100菜。前病毒上清可以购买，或自行生产，使用标准协议，共转染HEK293T细胞（目标="_blank"> www.stanford.edu/group/nolan/）。
   逆转录病毒上清可以使用的pBabe的HYGRO-hTERT载体（Addgene）。从培养箱中移除NOFS，然后吸出细胞培养基中。加入3毫升的病毒上清，每道菜:一盘接收端粒酶逆转录酶病毒， ^第二届菜接收GFP-反转录病毒和第三道菜没有接收到病毒。叠加与含INOF通用的聚凝胺（polybrene），使最终浓度为8微克/毫升的病毒上清液。翌日再供给细胞用新鲜培养基。感染两天后，开始选择用低剂量（10 U / ml）的潮霉素B七天后，此剂量可提高到20 U / ml的选择应该是在10-14天完成。
7. 表达hTERT或GFP的克隆可以通过环克隆分离一旦达到大约500微米。细胞系需要额外的特性，以确认成功地表达hTERT和保留的主要细胞功能。这包括:（a）采用PCR-ELISA和端粒长度确认端粒酶活性，通过Southern印迹或PCR ^6,7;（b）确认的关键标志的表达（ 如抗泛识别上皮细胞的细胞角蛋白抗体的免疫染色，用抗成纤维细胞成纤维细胞表面蛋白抗体）是小学和端粒酶永生化的细胞之间的相似;（c）确认的单元格不显示的肿瘤转化的属性（例如，使用锚地独立生长实验），（d）确认在体外寿命的延长观察细胞表达hTERT基因但不GFP的。 的 hTERT-表达永生化的正常卵巢成纤维细胞（INOFs）应该绕过复制衰老，但不被瘤形成转化;另外INOF细胞应维持成纤维细胞表面蛋白的表达，但没有上皮标记如细胞角蛋白（ 图2） 。

2。涂层的组织文化视角Ë菜聚HEMA非贴壁细胞培养

1. 要准备聚HEMA的解决方案，权衡了1.5克聚HEMA，并放置到一个无菌瓶。加入分子生物学95毫升级无水乙醇和5毫升细胞培养级的蒸馏水。聚HEMA水凝胶会溶解在该溶液中的水含量，和乙醇将消毒制剂。
2. 将聚HEMA的溶液在65℃水浴中，直到完全溶解。这可能需要长达8小时。请注意，聚HEMA溶液不能被保存很长一段时间，所以应始终新鲜配制。
   故障排除:解聚HEMA需要很长的潜伏期在65°C。定期反转聚HEMA混合的解决方案。的玻璃瓶的底部观察到的粘度表示聚HEMA没有完全溶解，并进一步培养在65℃下需要。
3. 层流罩，外套组织培养皿内聚HEMA的解决方案。任何SIZe的组织培养皿中，烧瓶或多孔板可以涂覆有聚HEMA。 表2中给出的推荐量的聚HEMA的解决方案需要为每个容器。
4. 允许干细胞培养皿内的层流罩。这可能需要2-3天。可以使用温和的摇摆的摆动平台上，以确保均匀的涂层的更大尺寸的菜肴或烧瓶。如果聚HEMA的解决方案干燥太快了表面上可能不会一帆风顺。为了避免这种情况，确保餐具/烧瓶的盖子保持在整个干燥过程。
5. 聚HEMA涂上第二层，晾干上述。
   故障排除:在聚HEMA涂层的孔可能发生，特别是当板干燥得太快。双涂层板聚HEMA有助于弥补缺口或裂纹在涂层覆盖后方可使用。板通常需要2-3天，为每个聚HEMA涂层干燥，所以应该准备至少一个星期前，他们将需要细胞培养。
6. 聚HEMA涂层钢板可存储在室温下直至使用。

注:1％琼脂糖的解决方案，，溶解在1X PBS中并高压灭菌来消毒，也可用于涂层的细胞培养皿中，以创建一个非粘附表面为短期的三维培养（小于1周）。琼脂糖多井板涂层创建的凹形表面，促进形成一个单一的旋转椭球体的许多细胞系每孔。然而，更长的3D培养聚HEMA涂层被推荐为琼脂糖涂层往往崩解后较长的培养期间。

3。生成三维（3D）异型细胞球体和再喂养的三维培养

1. 恢复和扩大INOF和上皮细胞体外培养，准备足够的细胞建立三维异型球体。对于"大众文化"，我们通常种子2 - 4×P100菜和⁶ INOFs每0.5〜1×10 ⁶上皮细胞一间质上皮岭比4:1。 INOF细胞生长在无庆大霉素或两性霉素B INOF生长培养基（INOF-GM）如果需要的话，成纤维细胞可以进行预处理之前的三维培养（ 如用于诱导衰老，细胞可以用亚致死剂量的过氧化氢）。
2. 干燥的聚HEMA板洗净，用5ml磷酸盐缓冲盐水（PBS）中5分钟。吸取PBS和15毫升INOF的-GM更换。
3. 同时，正常卵巢trypsinize永生化的成纤维细胞中分离它们从培养皿3-5分钟后，在450×g离心5分钟，用等体积培养基和沉淀细胞通过离心分离中的胰蛋白酶。
4. 弃上清。创建一个单细胞悬液重悬细胞沉淀在5毫升INOF的通用，，上下吹打或轻轻涡旋式拌匀。混合10微升细胞悬浮液和10μl台盼蓝（trypan blue）和枚举使用血细胞计数器测定细胞浓度。台盼蓝拒可使用d，来确定活细胞。
5. 加入4×10 ⁶ INOF细胞的介质已经分配到聚HEMA涂板。文化传媒量在37〜20毫升，用适当体积的新鲜INOF-GM，并培育°C，5％CO _2。细胞在24小时内开始聚集成多细胞球体。旋转椭圆体的形成可以通过相显微镜监测。
   大众文化条件下是难以计数准确的球体数字，但我们估计，我们获得50-100接种4×10 ⁶时，间质细胞球体。球体的尺寸范围一般为80-250微米。
6. 重新放入球体培养，每2-3天休息的角度上移液管放置在层流罩板。允许解决的球体。这可能需要长达20分钟。 5毫升的移液管小心地卸下疲惫的媒体，直到留在盘子里只有约4毫升。以关心不吸的球体。饲料用16毫升新鲜INOF-GM和返回的孵化器。
7. 在第7天，添加上皮细胞，成纤维细胞球体创建异型如下文化。卵巢上皮细胞（表型正常或转换）的胰蛋白酶消化的准备悬浮液中描述的部分3.4-3.5。使用血球计数仪测定细胞浓度。洗一次在INOF-GM，以防止任何生长因子的上皮生长介质进行。
   在我们的实验室中，正常卵巢表面上皮细胞（OSEC）线的收集与知情同意从卵巢切除腹式全子宫切除术或腹腔镜子宫切除术，双侧输卵管卵巢切除术的病人。卵巢一个的无菌cytobrush收集上皮细胞刷的。原代细胞系的建立和转导与 hTERT使用上述方法。详细信息的OSEC文化在2D，3D和OSEC的永生可以发现在参考文献10和11。
8. 要形成异型SPHeroids，首重饲料文化单独成纤维细胞球体。的比例为4:1的成纤维细胞，上皮细胞，然后接种成纤维细胞与1×10 ^6个上皮细胞的旋转椭球体的文化。异型球体在INOF-GM培养。
9. 再喂异型文化额外的14天，每2-3天。

4。处理成像和分子分析

1. 可以使用许多不同的技术来分析异型球体。用于成像，它是推荐的，球体与25毫升移液管从培养皿中收获。移液慢慢将扰乱旋转椭圆体的体系结构的剪切力的机会降到最低。在PBS中，沉淀细胞球体然后可以被洗涤由轻轻在100×g离心10分钟离心;更高的离心力可能会损坏球体。另外，文化可以被转移到50ml falcon试管，静置，并在生长培养基中，然后除去。
   1. 对于免疫组化化学，固定球体与中性缓冲福尔马林在室温下30分钟。颗粒的球状体和取代的福尔马林，用70％的乙醇。石蜡使用标准协议，用于人体组织的过程。石蜡包埋的球状体，可以是切片，并用苏木精和曙红或特定的分子标记物，使用标准的免疫组化（ 图3）染色。
   2. 另外，在PBS中洗涤的球状体可以固定在4％多聚甲醛（其制备在PBS中），嵌入在最佳切削温度OCT介质和快速冷冻的冰冻切片和免疫荧光染色。
2. 分子分析，可以收获的球体，颗粒和之前在PBS洗涤两次，裂解细胞，DNA，RNA或蛋白质的提取。
3. 用流式细胞仪分析，球体可以在PBS和分离的由胰蛋白酶或accutase的消化洗涤，在37℃要做到这一点，淹没Falcon管中含有球状我NA水浴，以促进胰蛋白酶消化。到单细胞悬浮液中的球状体的完全分离，可以促进该溶液通过移液向上和向下与1毫升移液管尖端部。小心不超过trypsinize的细胞。

用等体积的培养基中，并中和反应，通过通过40-70微米的细胞过滤网的悬浮液中除去细胞团块。沉淀细胞，用PBS洗涤，枚举和悬浮所需的FACS缓冲液中的细胞数。根据制造商的说明染色细胞。

5。代表性的成果

这种方法可以被用于广泛的应用，并且为正常卵巢生物学研究，以及卵巢癌发起的研究。在创建的三维培养，使用市售的细胞外基质凝胶这种方法的一个主要优点是，正常的卵巢成纤维细胞产生的细胞外基质，使üp为核心的球粒。根据我们的经验，正常卵巢成纤维细胞所产生的基质材料是异质的，更接近于比任何市售基质凝胶卵巢的细胞外基质。在我们的实验室中，我们已利用已部分转化使用定义的遗传元件（ 例如CMYC过度）和共培养这些细胞在体外模仿早期卵巢癌卵巢正常和衰老成纤维细胞，在绝经后卵巢的上皮细胞。我们的数据表明，老化的微环境促进肿瘤的功能（ 例如增生）的部分转化的上皮细胞（ 图3）中，而正常的微环境抑制肿瘤进展^8。我们的实验室和其他人也用类似的方法来模拟正常卵巢上皮细胞^9，输卵管上皮细胞，逐步模型的肿瘤进展^11-13同质球体文化。我们已经观察到，都不能检测时，将细胞作为单层培养的正常和恶性细胞的组织学特征的被恢复时，细胞被转换为旋转椭球体的文化。例如，透明细胞性卵巢癌的组织学特征的可检测到的透明细胞性卵巢癌的细胞系（ 图4）在三维培养的，但不是在相同的细胞的单层培养物。此外，三维培养的细胞更密切地反映组织的主要组织中的特定蛋白的表达相比，在相同的细胞在传统的二维单层培养^9-11。这些方法的建模正常的和恶性的卵巢组织，也代表了新的候选卵巢癌的肿瘤抑制基因和癌基因和分子生物标志物的发现和功能分析的有价值的工具，可能与二sease发展^10,14。

图1。协议的示意性概览三维异型培养。组织培养烧瓶两次用1％的聚HEMA溶液涂布，并使其干燥。聚HEMA涂覆的塑料用1×PBS在使用前立即洗涤。永生化的正常卵巢成纤维细胞（4×10 ^6个细胞）接种到烧瓶中，用20毫升生长培养基中。球体的形成和生长监测超过7天。此时，接种1×10 ^6个上皮细胞，成纤维细胞的旋转椭球体的文化，和两种类型的细胞共培养14天前的多细胞球体收获和加工用于下游应用程序（分子分析，成像，等等）。

图2。 端粒酶逆转录酶免疫荧光染色</ em>的永生化正常卵巢成纤维细胞，原发性卵巢正常成纤维细胞（箴NOFS）和永生化的正常卵巢成纤维细胞（INOFs）快递成纤维细胞特异性蛋白（FSP），不表达细胞角蛋白7（CK-7）和快速波形蛋白（VIM） 。利益的标记显示为绿色，DNA用DAPI染色显示为蓝色，细胞质复染与埃文的蓝色，并以红色显示。

图3。共培养的间质细胞和上皮细胞的免疫组化。左侧面板中，正常卵巢成纤维细胞球体单养，由苏木精和曙红染色。正常卵巢单独培养成纤维细胞在3D形式球体组成一个梭形的形态和丰富的细胞外基质的细胞。右侧面板:正常卵巢成纤维细胞暴露于过氧化氢诱导衰老。部分转化的卵巢上皮细胞（IOSE cmyc细胞的显着超过在同一细胞的衰老的感应（预衰老，PSN）。 CMYC高表达的的家长IOSE细胞没有PSN SEN成纤维细胞共培养时的增殖没有什么区别。这些数据表明我们在体外共培养模型，可促进老化过程中的卵巢间质的发展，业主立案法团^11。 * P≤0.05，双尾配对t检验。

图4。三维培养的细胞组织学特征反映的主要组织。（A）卵巢透明细胞癌透明细胞结构显示特性，这些都是不存在当透明细胞EOC线是生长在塑料，但类似的结构时，同样的细胞生长时检测到的3D球体（的B）。 （C）的正常卵巢上皮细胞生长14天作为球体的扫描电子显微镜照片。表面的微绒毛都可见（箭头）。 （D）浆液性卵巢癌的细胞球体，在文化。 （A，B）苏木精和曙红染色切片石蜡包埋的肿瘤组织或三维球体（C）扫描电子显微镜（D）相差显微镜。的细胞球体可以是球形的（虚线圆圈）或不规则的形状，如在左侧的图像中看到的结构的情况下。

碟式/板尺寸	体积的聚HEMA（要施加两次）	文化传媒的最终含量
6 - 孔板	3毫升	5-7毫升
12孔板	1.5毫升	2毫升
24 - 孔板	500μL	1.5毫升
48孔板	250μL	500μL
96 - 孔板	50微升	200微升
P100培养皿	4-5毫升	20毫升
P60培养皿	2-3毫升	5-7毫升
F25烧瓶	2-3毫升	7毫升
F75烧瓶	4-5毫升	20-30毫升
F175烧瓶	15毫升	30-50毫升

表2。聚HEMA涂料的体积和三维培养。

讨论

早期的上皮性卵巢癌（EOC）的生物学知之甚少。也许多年在这一领域的主要障碍之一是缺乏组织特异性疾病的起源，EOC发展的微环境中的作用的重要性的认识。在过去的几年中，已经很清楚，EOC是一种异质性疾病与多个的不同histophathological亚型，可能有不同的细胞起源不同亚型。例如，当前的数据表明，高品位的浆液EOCS可能源于双侧输卵管分泌性上皮细胞和卵巢表面上皮细胞，至少一定比例被认为是产生子宫内膜和透明细胞EOCS从卵巢子宫内膜异位症（子宫内膜异位症）; ，粘液EOCS可能出现的过渡型上皮卵巢冠或paratubal ^15,16。然而，已经只限于在体外和<在任何这些histotypes。 在体外异型造型的平等机会委员会，以研究肿瘤间质-上皮细胞相互作用与卵巢癌相关的微疾病进展的体内模型是一个欠发达地区的研究。 ，肿瘤基质是可能同时是源的肿瘤标志物，以及用于治疗的新靶点。平等机会委员会的异型模型的开发和利用，因此可能确定新的生物标志物与早期疾病，可以用来作为程序的筛选和早期发现疾病，或为确定新的关键，成药治疗目标，以提高治疗方案为患者诊断与平等机会委员会。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
试剂	提供者	目录编号
聚HEMA，合适的细胞培养	Sigma Aldrich公司	P3932
分子生物学级乙醇	Sigma Aldrich公司	E7023
用于细胞培养的无菌水	VWR	12001-356
MCDB105	Sigma Aldrich公司	M6395
中199	Sigma Aldrich公司	M2154
Hyclone公司胎牛血清	Thermo Scientific的	SH30088.03
庆大霉素	Sigma Aldrich公司	G1397
两性霉素B	Sigma Aldrich公司	A2942
pBabe的温湿度计端粒酶逆转录酶	Addgene	1773
PBS	VWR	12001-766
0.25％胰蛋白酶-EDTA	Invitrogen公司	25200-072
细胞过滤器（40或70微米）	VWR	21008-949 21008-952
的反成纤维细胞表面蛋白的抗体，克隆1B10	西格玛	F4771
反泛角蛋白抗体（C11）	圣克鲁斯	SC-8018
聚凝胺（溴化己二甲铵溴）	西格玛	107689
TeloTAGGG端粒酶PCR ELISA PLUS	罗氏公司	12013789001
TeloTAGGG端粒长度的测定	罗氏公司	12209136001