乳腺上皮细胞与内皮细胞之间的串扰在乳腺癌进展、肿瘤生长及转移中起着重要作用。本研究利用乳腺癌细胞与血管和/或淋巴管内皮细胞共同构建球状体,并验证其作为研究模型的适用性 体外 乳腺癌研究系统
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乳腺上皮细胞与内皮细胞之间的串扰在乳腺癌进展、肿瘤生长及转移中起着重要作用。本研究利用乳腺癌细胞与血管和/或淋巴管内皮细胞共同构建球状体,并验证其作为研究模型的适用性 体外 乳腺癌研究系统
乳腺癌是导致女性死亡的主要原因。乳腺癌细胞的生长及其后续转移是疾病进展的关键因素。尽管已有大量研究采用MCF-7细胞等乳腺癌细胞的单层培养体系来探讨促进乳腺癌生长的相关机制,但对于其他与肿瘤生长密切相关细胞类型(如血管和淋巴管内皮细胞)的作用,尚缺乏深入研究。细胞间的相互作用在肿瘤生长和进展过程中发挥着关键作用。新生血管形成(即血管生成)对肿瘤生长至关重要,而淋巴系统则为癌细胞迁移及后续转移提供了通路。近期研究表明,血管和淋巴管内皮细胞可显著影响癌细胞的生长。这些发现提示有必要开发 体外 更真实地反映乳腺癌生长过程的模型 体内此外,动物研究中的限制要求开发出 离体 模型以更清楚地阐明所涉及的机制。
本文描述了由乳腺癌细胞(雌激素受体阳性的MCF-7细胞)和血管及/或淋巴内皮细胞共同组成的乳腺癌类球体的构建方法。该实验方案详细阐述了两种构建双细胞类球体的方法:悬滴法(金标准且成本较低)和96孔U型底板法(成本较高),并提供了逐步操作指南。文中还详细说明了如何精细地挑取已形成的类球体,通过显微测量监测其生长情况,并利用死/活细胞染色评估其活力。此外,本文还列出了固定类球体以进行切片处理,以及使用特异性生长抗体染色以区分类球体中不同生长模式的操作步骤。同时,提供了构建转染细胞类球体的具体方法,以及提取RNA用于分子分析的技术细节。总之,本文为乳腺癌研究中多细胞类球体的制备提供了详尽的操作指导。
使用动物进行实验存在局限性。动物研究无法准确模拟人类疾病的发展过程,且动物与人类对病原体的反应并不完全相同。此外,由于对动物痛苦的关切以及伦理问题,动物实验也受到限制。1,2 日益限制研究项目的开展。 体外 已广泛开发出各种系统以避免使用动物;此外,使用人类细胞已使得 体外 更适用于病理生理学和治疗研究的模型。传统的单层(2D)细胞培养因其在一定程度上能够模拟人体组织而被广泛使用。然而,2D单层培养无法模拟人体器官,也不能再现原始器官复杂的微环境,难以准确模拟器官功能 体内 情况3,4,5,6此外,在单层细胞培养中,药物处理可能容易导致所有细胞被破坏或损伤。重要的是,通过转为多层三维(3D)细胞培养,部分上述局限性可得以克服。7,8事实上,三维培养模型能够更好地反映原代组织中细胞的结构、排列方式和功能。这些三维培养物可使用多种细胞系形成,类似于功能性器官。目前主要有两种三维培养模型:一种是形成由细胞聚集并重组为球形结构的类球体(无支架模型);另一种是生成类器官,其具有更复杂的结构,由多种器官特异性细胞组合而成,被视为器官的微型版本。9,10因此,三维培养系统作为一种创新技术,在生物学和临床领域具有广泛的应用前景。类球体和类器官在疾病建模、再生医学研究、药物筛选以及毒理学研究中具有多种应用。6,11,12,13,14,15. 源自三维技术的致癌性球体可重建相关细胞类型的形态和表型,模拟肿瘤微环境的关键特征 在体 肿瘤微环境,以及建模肿瘤发展过程中发挥作用的细胞通讯和信号通路16,17,18此外,为了加深对癌症生物学的理解,肿瘤类球体/类器官还可用于筛选潜在的个体化抗癌治疗方案(个性化治疗),并评估其疗效、毒性和长期影响。19,20,21,22类器官球已为病理生理学、疾病建模和药物筛选提供了重要研究机遇,因其能够维持细胞及三维组织结构,并可模拟 体内 情况以及细胞间的相互作用。然而,研究者也必须意识到该体系的局限性,例如缺乏血管/系统性组分、功能性免疫或神经系统,且相较于动物模型,该体系属于简化主义的研究方法。事实上,与动物模型相比,三维结构仅能近似模拟人体内的生物学环境。了解三维培养方法的这些局限性,有助于研究者设计出更为精细且有效的类器官生成流程,从而在更大尺度上更好地模拟器官功能。23,24,25.
癌症是全球首要的死亡原因,而乳腺癌是女性中最常见的癌症26,27,28为模拟乳腺癌复杂的微环境,应使用在乳腺肿瘤中起重要作用的细胞(如上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞和/或免疫细胞)来培养乳腺癌类球体。此外,用于代表乳腺癌的类球体还应考虑其雌激素/孕激素受体的表达情况、保留患者肿瘤组织学特征的能力,以及模拟治疗反应的能力。研究表明,三维共培养系统具有与原发组织相似的细胞排列结构。 体内,能够实时响应刺激,并具有功能性雄激素受体29,30,31,32因此,类似的方法可用于模拟乳腺肿瘤 体外本实验方案旨在建立一种生成乳腺癌球体的新方法。该方法利用雌激素受体阳性MCF-7细胞(一种永生化的人上皮细胞系)与血管内皮细胞(HUVECs)或淋巴管内皮细胞(HMVEC-DNeo)共同培养,构建能够模拟或高度接近肿瘤内这些细胞间相互作用的模型。尽管本研究中采用的是MCF-7(雌激素响应性)细胞和内皮细胞来生成球体,但未来也可加入其他类型的细胞,如成纤维细胞——其约占乳腺肿瘤质量的80%,以更真实地再现和模拟乳腺肿瘤的复杂结构。
形成球状体的方法有多种,例如:1)利用重力的悬滴法33,34;2)使用暴露于外加磁场的磁性纳米颗粒的磁悬浮法35;以及3)通过将细胞接种于低吸附培养板上进行的球状体微孔板法36,37。在仅使用一种细胞类型的现有方法基础上,本实验方案已通过优化采用上皮细胞和内皮细胞共培养,以更好地模拟乳腺癌肿瘤在体内的生长条件in vivo38,39,40,41。该方法可在实验室中以低成本和最少的设备需求轻松实现。根据实验室的具体需求或研究目标,采用了不同的方法来形成球状体,并从中获取相关的细胞材料。在此背景下,若需进行DNA、RNA或蛋白质分析,则采用悬滴法共培养内皮细胞和上皮细胞以生成三维球状体;而对于功能研究,例如在短干扰RNA(siRNA)转染和/或激素处理后监测细胞生长情况,则使用U型底培养板生成球状体。
本技术方案的目的是提供详细的分步操作说明,用于:1)形成乳腺癌多细胞型球体,2)制备组织学染色样品,以及3)收集细胞以提取RNA、DNA和蛋白质。本方案采用成本较低的悬滴法和成本较高的U型底培养板法来形成球体。本文提供了一套用于制备(固定)球体以进行切片,并随后使用标志物进行免疫染色,以评估球体内细胞增殖、细胞凋亡以及上皮细胞和内皮细胞分布的完整方案。此外,本方案还展示了使用ImageJ软件对组织学数据进行完整分步分析的方法。生物学数据的解读因实验类型和所用抗体的不同而有所差异。固定后球体的切片及后续切片染色由常规病理实验室(Sophistolab:info@sophistolab.ch)完成。
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1. 细胞培养
注意:细胞操作需在无菌条件下进行。
2. 类球体形成
3. 类球体生长研究
4. 类球体免疫组织化学研究
5. 类球体中的活/死染色
6. 类球体的蛋白质和RNA提取
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使用上皮细胞和内皮细胞共培养的类球体模型,可更紧密地模拟 体内 乳腺肿瘤的条件 体外 实验。图示方案在 图1 展示了一种利用乳腺癌上皮细胞与血管或淋巴管内皮细胞形成球状体的实验方案图1)。每种细胞类型分别接种于3.5 cm圆形培养皿中,并使用Lipofectamine转染寡核苷酸或加入生长刺激剂/抑制剂进行处理。上皮或内皮细胞经胰蛋白酶消化后收集融合的单层细胞,洗涤并按1:1比例混合。随后将细胞接种至96孔U型底培养板中(图1A)或置于直径10 cm圆形培养皿倒置的皿盖上,以利于悬滴培养(图1B接种后不久,细胞会呈现为每个孔或液滴底部扁平且致密的单层细胞,随后随时间推移(24–48 小时)逐渐聚集,于 48 小时形成完整的球状体。为防止对松散形成的细胞聚集体造成损伤,培养板在至少 24 小时内不得扰动。
在U型...
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与二维细胞培养相比,革命性的三维球体培养技术是一种更优且更强大的工具,可在体外重建器官的微环境、细胞间相互作用以及药物反应。in vitro。本方案是首个描述由多细胞(上皮和内皮)细胞系形成球体以用于乳腺癌研究的实验方法。该方案可确保球体在长达5天内维持三维球形生长状态,并可用于石蜡包埋、切片及组织学染色后观察。有趣的是,球体内部的细胞组分仍表达促进细胞生长的受体,并对增殖性和凋亡性刺激具有响应性。所述方案可产生足量的生物材料,用于蛋白质或RNA/DNA分析。上述共培养系统在实验室条件下易于实现且成本较低,可能在未来应用中具有优势,尤其适用于乳腺癌治疗及药物敏感性测试。此外,该方案可应用于不同类型的上皮和内皮细胞。
极难模拟 体外 一种存在的复杂组织 体内。这是因为 体内 组织由多种相互作用的组分构成,包括神经、血管、间充质和免疫细胞30,42本实验方案旨在通过采用包含两种不同类型细胞的三维共培...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本研究获得了癌症研究基金会/瑞士癌症联盟授予RKD的KFS-4125-02-2017号基金以及美国国立卫生研究院授予EKJ的DK079307号基金的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 100 mm × 20 mm 组织培养处理培养皿 | Corning | CLS430167 | |
| 149MULTI0C1 | |||
| 35 × 10 mm 组织培养皿 | Falcon | 353001 | |
| 5 mL 血清移液管,聚苯乙烯材质,独立包装,无菌 | Falcon | 357543 | |
| Adobe Photoshop | 版本:13.0.1 (64位) | ||
| 抗生素-抗真菌溶液(100×) | Sigma-Aldrich | A5955 | |
| Calcein-AM | Sigma-Aldrich | 17783 | |
| CD31(分化簇31) | Cell Marque | 131M-95 | 单克隆小鼠抗体,克隆号 JC70 |
| CellTracker Green CMFDA(5-氯甲基荧光素二乙酸酯) | Invitrogen | C7025 | |
| CK8/18(细胞角蛋白8和18) | DBS | Mob189-05 | 单克隆小鼠抗体,克隆号 5D3 |
| CKX41 倒置显微镜 | Olympus Life Science | Olympus DP27 数码相机 | |
| 裂解型 Caspase 3 | Cell Signaling | 9661L | 多克隆兔抗体 |
| 胶原蛋白(大鼠尾来源) | Roche | 11 179 179 001 | |
| Coulter ISOTON II 稀释液 | Beckman Coulter | 844 80 11 | Diluent II |
| Coulter Z1 细胞计数器 | Coulter Electronics, Luton, UK | ||
| 脱水培养基: Noble 琼脂 | BD Difco | BD 214220 | |
| 真皮微血管内皮细胞,新生儿,混合供体(HMVEC-DNeo) | Lonza | CC-2516 | |
| 二甲基亚砜(DMSO) | Sigma-Aldrich | D2650 | |
| Dulbecco’s 改良 Eagle’s 培养基/F-12 Ham 营养混合物 | Sigma-Aldrich | D6434 | |
| EBM-2 内皮细胞生长基础培养基-2 | Lonza | 190860 | |
| 溴化乙啶同聚体(Ethidium homodimer) | Sigma-Aldrich | 46043 | |
| 胎牛血清(FCS) | Thermo Fisher Scientific | SH30070 | |
| 活性炭处理胎牛血清(FCS sf) | Thermo Fisher Scientific | SH3006803 | |
| Leica M205 FA 荧光体视显微镜 | Leica Microsystems | ||
| GlutaMAX 补充剂(100×) | Gibco | 35050038 | |
| HBSS,无钙、无镁、无酚红 | Gibco | 14175053 | |
| Hoechst 33342 | Life Technologies | H3570 | |
| HUVEC – 人脐静脉内皮细胞 | Lonza | CC-2517 | |
| ImageJ | 美国国立卫生研究院(NIH) | Wayne Rasband 版本:1.52a (64位) | |
| Ki67 | Cell Marque | 275R-16 | 单克隆兔抗体,克隆号 SP6 |
| Leica 全自动荧光体视显微镜 | Leica Microsystems | M205 FA | |
| Leica Histocore Multicut 旋转式切片机 | 149MULTI0C1 | ||
| 低血清生长补充剂试剂盒(LSGS 试剂盒) | Gibco | S003K | |
| MCF-7 细胞 – 人乳腺腺癌细胞系 | 苏黎世大学医院妇产科诊所 | 由 Andrè Fedier 博士提供,源自 ATCC | |
| Nunclon Sphera 96U 孔板 | Thermo Fisher Scientific | 174925 | |
| 多聚甲醛(PFA) | Sigma-Aldrich | P6148 | |
| 磷酸盐缓冲液(PBS)1× | Gibco | 10010015 | |
| Pierce BCA 蛋白定量试剂盒 | Thermo Scientific | 23225 | |
| 蛋白裂解缓冲液 | Cell Signaling, Danvers, USA | 9803 | |
| Quick-RNA 小量提取试剂盒 | Zymo Research | R1055 | |
| RNA 裂解缓冲液 | Zymo Research | R1060-1-100 | Quick-RNA 小量提取试剂盒组分 |
| Rotina 46R 离心机 | Hettich | ||
| 圆底聚苯乙烯管,5 mL | Falcon | 352003 | |
| 超声破碎仪 | Bandelin electronics, Berlin, DE | ||
| Tecan Infinite 系列 M200 酶标仪 | Tecan, Salzburg, AU | ||
| 组织培养瓶 75 | TPP | 90076 | |
| 胰蛋白酶-EDTA 溶液 | Sigma-Aldrich | T3924 |
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