本方案介绍了一种在体外照射后对小鼠乳腺脂肪垫进行脱细胞处理并进一步形成水凝胶的方法。
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本方案介绍了一种在体外照射后对小鼠乳腺脂肪垫进行脱细胞处理并进一步形成水凝胶的方法。
放射治疗是三阴性乳腺癌患者的治疗手段之一。然而,放射治疗对健康乳腺组织细胞外基质(ECM)的影响及其在原发肿瘤部位局部复发中的作用尚不清楚。本文介绍一种从小鼠乳腺脂肪垫来源的细胞外基质制备脱细胞化、冻干及水凝胶构建的方法。我们展示了脱细胞化过程的有效性结果,并评估了其流变学参数。将表达绿色荧光蛋白(GFP)和荧光素酶的乳腺癌细胞包埋于水凝胶中后,发现其在经放射处理的水凝胶中增殖增加。最后,采用鬼笔环肽偶联染料染色以观察包埋肿瘤细胞的细胞骨架结构。本研究旨在建立一种用于体外研究的水凝胶制备方法,以模拟体内乳腺组织微环境及其对放射治疗的响应,从而研究肿瘤细胞的行为特征。
癌症的特征是细胞过度增殖,能够逃避凋亡,并可转移至远处部位1。乳腺癌是美国女性中最常见的癌症类型之一,2018年估计有26.6万例新发病例和4万例死亡2。其中一种特别具有侵袭性且难以治疗的亚型是三阴性乳腺癌(TNBC),其缺乏雌激素受体(ER)、孕激素受体(PR)和人表皮生长因子受体(HER2)。放射治疗常用于乳腺癌患者在乳房肿瘤切除术后清除残留的肿瘤细胞,但仍有超过13%的TNBC患者在原发肿瘤部位出现复发3。
已知放射治疗在抑制转移和复发方面是有效的,因为肿块切除术与放射治疗相结合可获得与乳房切除术相同的长期生存率4。然而,最近的研究表明,在免疫功能低下的情况下,放射治疗与原发肿瘤部位的局部复发相关5,6。此外,众所周知,放射线通过诱导纤维化改变正常组织的细胞外基质(ECM)7。因此,理解放射诱导的ECM变化在决定肿瘤细胞行为中的作用至关重要。
脱细胞组织已被用作体外模型来研究疾病8,9。这些脱细胞组织可保留细胞外基质(ECM)的组成,并重现复杂的体内ECM环境。该脱细胞组织来源的ECM可进一步加工和消化,形成可重建的ECM水凝胶,用于研究细胞生长与功能10,11。例如,来源于脱细胞人脂肪抽吸物和心肌组织的可注射水凝胶已被用作组织工程的非侵入性方法,而来源于猪肺组织的水凝胶则被用作体外检测间充质干细胞黏附性与存活率的方法12,13,14。然而,正常组织在辐射损伤后对ECM特性的影响尚未被研究。
来源于细胞外基质(ECM)的水凝胶在体外研究体内现象方面具有最大的潜力。尽管已有多种其他材料被研究,包括胶原蛋白、纤维蛋白和基质胶(matrigel),但通过合成方法准确重现ECM的组成仍然十分困难13。使用ECM来源水凝胶的一个优势在于,ECM含有特定组织所需的蛋白质和生长因子14,15。保乳手术过程中对正常组织的照射会引起ECM的显著改变,而ECM来源的水凝胶可用于在体外研究这种效应。该方法有望推动构建更复杂、更精确的疾病体外模型。
在本研究中,我们对小鼠乳腺脂肪垫(MFP)进行了离体辐射处理。将MFP去细胞化后制备成预凝胶溶液,并与小鼠三阴性乳腺癌细胞系4T1共同包埋形成水凝胶。检测了水凝胶材料的流变学特性,并评估了肿瘤细胞在水凝胶中的动态行为。结果表明,由辐照后的MFP制备的水凝胶可促进肿瘤细胞增殖。后续研究将引入其他细胞类型,以探讨治疗后癌症复发背景下细胞间的相互作用。
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动物实验均遵循范德堡大学机构动物护理和使用委员会批准的机构指南和方案进行。
1. MFP 的制备与离体照射
2. 脱细胞化(改编自参考文献12,16,17)
注意:本方案改编自先前发表的脂肪脱细胞方法,该方法采用离子型去污剂脱氧胆酸钠而非十二烷基硫酸钠,以有效去除DNA12,16,17。
3. 冷冻干燥
4. 研磨
5. 水凝胶的形成
6. 将细胞包埋于水凝胶中
7. H&E 染色
8. 1-([4-(二甲苯基偶氮)亚苯基偶氮])-2-萘酚染色
9. 流变学
10. F-肌动蛋白的鬼笔环肽缀合物染色
11. 活性检测
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采用 图1A 所示方法,在辐照后对MFPs进行脱细胞处理。图1B 和 图1C 分别展示了脱细胞前和脱细胞后的MFPs。通过苏木精-伊红(H & E)染色确认脱细胞效果,并采用1-([4-(二甲苯偶氮)苯基]偶氮)-2-萘酚染色评估脂质含量(图2)。同时在37 °C下检测了ECM水凝胶的流变特性(图3)。在所有条件下,储能模量均高于损耗模量,表明形成了稳定的水凝胶结构。
将表达GFP和荧光素酶的4T1乳腺癌细胞包埋于水凝胶中。包埋后48小时,通过荧光显微镜观察、生物发光检测及活细胞染色评估细胞增殖情况(图4)。经辐照的水凝胶显示出肿瘤细胞增殖呈上升趋势。使用鬼笔环肽偶联物对包埋细胞中的F-actin进行染色以观察其分布(图5
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该水凝胶的制备方法在很大程度上取决于起始组织的量。小鼠乳腺脂肪垫(MFP)体积较小,脱细胞过程会导致材料显著减少(表1)。可通过增加MFP的数量重复该过程,以提高最终产量。研磨是另一个可能导致材料损失的重要步骤。已有研究使用低温研磨机获得成功,但本方案采用手持研钵和带杵头附件的电动钻进行研磨8,17。这种方法具有设备成本较低且可最大限度减少材料损失的优点,但可能引入终产品的变异性。
在冷冻嵌入冰冻切片机包埋介质中的脂肪组织时,验证脱细胞和去脂化效果存在挑战。图2A展示了未辐照的MFP经石蜡包埋并切片后的H & E染色结果。在脂肪细胞边缘靠近细胞连接处可见清晰的细胞核,且脂肪细胞形态保持良好。图2B、C、E、F展示了将MFP通过包埋并冷冻于冰冻切片机包埋介质中,随后切...
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作者无任何利益冲突需要披露。
作者感谢 Laura L. Bronsart 博士提供 GFP 和荧光素酶标记的 4T1 细胞,Edward L. LaGory 博士在 1-([4-(二甲苯偶氮)苯基]偶氮)-2-萘酚染色方面的建议,Craig L. Duvall 博士在 IVIS 和冻干机使用方面的支持,以及 Scott A. Guelcher 博士在流变仪使用方面的帮助。本研究由美国国立卫生研究院资助项目 #R00CA201304 提供经费支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 10% 中性缓冲福尔马林,带旋塞立方容器 | VWR | 16004-128 | - |
| 2-甲基丁烷 | Alfa Aesar | 19387 | - |
| AR 2000ex 流变仪 | TA Instruments | 10D4335 | rheometer |
| 牛血清白蛋白 | Sigma-Aldrich | A1933-25G | - |
| 钙黄绿素乙酰甲酯(calcein AM) | Molecular Probes, Inc. | C1430 | - |
| 萤火虫D-荧光素钾盐 | Biosynth Chemistry & Biology | L-8820 | (S)-4,5-二氢-2-(6-羟基-2-苯并噻唑基)-4-噻唑羧酸钾盐 |
| 组织学用DPX封片剂 | Sigma-Aldrich | 06522-500ML | - |
| 杜氏磷酸盐缓冲液 | Gibco | 14040133 | - |
| 伊红Y与品红混合染液 | Richard-Allan Scientific | 71304 | 伊红 |
| 溴化乙锭同源二聚体 | Molecular Probes, Inc. | E1169 | 溴化乙锭同源二聚体-1 (EthD-1) |
| 胎牛血清 | Sigma-Aldrich | F0926-500ML | - |
| Fisher Healthcare Tissue-Plus O.C.T. 包埋剂 | Fisher Scientific | 23-730-571 | 冷冻切片包埋介质 |
| Fluoromount-G | SouthernBiotech | 0100-01 | 水性封片介质 |
| FreeZone 4.5 | Labconco | 7751020 | 冻干机 |
| Hoechst 33342 溶液 (20 mM) | Thermo Scientific | 62249 | 蓝色荧光染料 |
| 盐酸 | Sigma-Aldrich | 258148-500ML | - |
| IVIS Lumina III | PerkinElmer | CLS136334 | 生物发光成像系统 |
| Kimtech Science Kimwipes 擦拭纸 | Kimberly Clark | 精细操作擦拭纸 | |
| n-丙醇(无过氧化物/测序级),Fisher BioReagents | Fisher Scientific | BP1130-500 | - |
| 油红O | Sigma-Aldrich | O0625-25G | 1-([4-(二甲苯偶氮)苯甲基]偶氮)-2-萘酚 |
| OPS Diagnostics CryoGrinder 研磨仪 | OPS Diagnostics, LLC | CG-08-02 | - |
| PBS (10X), pH 7.4 | Quality Biological, Inc. | 119-069-151 | 磷酸盐缓冲液 |
| 青霉素-链霉素 | Gibco | 15140-122 | - |
| 来源于猪胃黏膜的胃蛋白酶 | Sigma-Aldrich | P6887-5G | 胃蛋白酶 |
| 过氧乙酸 | Sigma-Aldrich | 77240-100ML | - |
| 鬼笔环肽-iFluor 594 试剂 (ab176757) | abcam | ab176757 | 鬼笔环肽偶联物 |
| 丙二醇 | Sigma-Aldrich | W294004-1KG-K | - |
| Richard-Allan Scientific Signature Series 蓝化试剂 | Richard-Allan Scientific | 7301L | 蓝化剂 |
| Richard-Allan Scientific Signature Series 苏木精 7211 | Richard-Allan Scientific | 7211 | - |
| RPMI 1640 培养基 | Gibco | 11875-093 | - |
| 脱氧胆酸钠,98% | Frontier Scientific | JK559522 | 脱氧胆酸 |
| 蔗糖 | Sigma-Aldrich | S5016 | - |
| Triton x-100 | Sigma-Aldrich | X100-100ML | t-辛基苯基聚氧乙烯醚 |
| 胰蛋白酶-EDTA (0.25%),含酚红 | Gibco | 25200-056 | - |
| Whatman 定性滤纸,4号 | Whatman | 1004-110 | 4号定性滤纸 |
| 二甲苯(ACS认证级),Fisher Chemical | Fisher Scientific | X5-4 | - |
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