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Research Article
Somayeh Mirzaaghaei1, Lidia Avalle1,2, Chiara Verrengia1, Jahnavi Srivatsa1, Laura Conti1, Marta Gai1, Chiara Fiameni3, Paolo Gontero4, Umberto Mortara5, Luca Molinaro5, Mauro Papotti5, Valeria Poli1
1Department of Molecular Biotechnology and Health Science,University of Torino, 2Department of Science and Technological Innovation,University of Piemonte Orientale, 3Division of Urology, Department of Surgical Sciences,University of Turin, 4Department of Surgical Sciences and Urology, Città della Salute e della Scienza di Torino,University of Turin, 5Department of Pathology,University of Turin, and AOU Città della Salute e della Scienza
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
该协议提供了一个全面的程序来从根治性前列腺切除术中分离、扩增和永生化成纤维细胞。此外,它还描述了为评估成纤维细胞-肿瘤细胞串扰的功能效应而开发的测定方法,利用了条件培养基处理和共培养。
肿瘤基质可以被肿瘤细胞主动塑造,具有促肿瘤特性,使其成为癌症研究的焦点。在基质成分中,癌症相关成纤维细胞 (CAF)——通常是肿瘤微环境 (TME) 中最丰富的细胞类型——通过与肿瘤细胞和其他基质成分的相互作用,在促进癌症进展方面发挥着关键作用。阐明这些相互作用背后的机制需要强大的方法来分离和表征 CAF,这也可以为开发新型 CAF 靶向癌症疗法奠定基础。本研究提出了一种从肿瘤和从前列腺癌 (PCa) 患者获得的根治性前列腺切除术标本的邻近正常区域分离成纤维细胞的方法。这种方法能够从同一个个体中同时分离CAF及其正常对应物(NF),从而提供配对的实验系统。为维持初级CAF和NF以进行下游体外分析,以及它们的永生化提供了详细的方案,以促进长期研究。我们还描述了旨在比较 CAF 和 NF 对癌细胞行为的影响的功能测定,包括增殖、迁移和锚定非依赖性生长。详细介绍了两种互补方法:用成纤维细胞衍生的条件培养基(CM)治疗癌细胞,以及成纤维细胞与肿瘤细胞的直接共培养。这些方法共同代表了一个全面的工具包,用于研究 CAF 和肿瘤细胞之间的动态相互作用,不仅在 PCa 中,而且可能在一系列人类癌症中。此外,这些相互作用的分子表征可能会揭示 CAF 驱动的肿瘤发生的关键介质,为治疗干预提供有希望的靶点。
前列腺癌 (PCa) 是全球近三分之二国家男性最常被诊断出的癌症。2022 年,全球报告了约 150 万例新病例,导致 3,97,000 人死亡。这些数字使 PCa 成为男性癌症相关死亡的第二大常见癌症和第五大原因1。
PCa 是一种多灶性和生物学复杂性疾病,其特征是显着的肿瘤间异质性 2,3,4、不同的分子亚型和可变的临床结果 5,6,所有这些都显着影响预后和治疗反应7。
虽然肿瘤微环境 (TME) 在前列腺肿瘤发生和进展中的关键作用已得到充分证实 8,9,但肿瘤细胞与周围基质室之间的分子相互作用仍不完全清楚。虽然众所周知,前列腺肿瘤微环境 (TME) 在肿瘤的发生和进展中起着关键作用,但肿瘤细胞与周围基质之间的分子相互作用仍然没有充分明确。TME由多种基质细胞组成,包括间充质和免疫来源的基质细胞,这些基质细胞响应肿瘤衍生信号而被激活,随后获得肿瘤促进功能10,11。其中,癌症相关成纤维细胞 (CAF) 通常是最丰富的基质群。CAF有助于细胞外基质(ECM)重塑,促进肿瘤生长,并促进癌细胞侵袭和迁移4,11,12,13。通过分泌因子和直接的细胞间相互作用,CAFs还影响增殖、侵袭和治疗耐药性。值得注意的是,CAF 是一个异质人群。虽然通常与促肿瘤功能相关,但某些亚型可能发挥肿瘤抑制作用14,15。重要的是,CAF缺乏独特的标记,对其精确识别和功能剖析其不同作用提出了挑战12,16。
研究CAF和肿瘤细胞之间功能串扰的稳健方法包括分离原代CAF和匹配的正常成纤维细胞(NF),然后评估它们各自对肿瘤细胞行为的影响,如增殖、迁移、集落形成和锚定非依赖性生长17,18,19.本文介绍了一种改进的、高度可重复的方案,用于从高危PCa患者的根治性前列腺切除术标本中分离CAF和NF。该协议的一个关键组成部分是由泌尿病理学专家准确识别和解剖肿瘤和无肿瘤区域,从而允许从同一患者那里获得 CAF 和 NF。这种配对样本方法有助于控制肿瘤间异质性和可能影响成纤维细胞表型的个体患者特异性变量 20,21,22。为确保有足够的肿瘤组织可用,我们重点关注格里森评分为 ≥7 的患者的标本。
分离成纤维细胞的可靠表型表征需要使用多种标记来将它们与其他细胞类型区分开来,特别是上皮细胞,它们可能共享重叠的标记表达16。由于原代PCa成纤维细胞通常在10-15次传代后发生衰老,使长期分析复杂化,因此我们还提出了一种通过稳定表达人端粒酶逆转录酶(hTERT)23进行细胞永生化的方案。
为了探索CAF和NF对肿瘤细胞的功能影响,我们测试并优化了几种实验策略。鉴于CAF通过分泌因子和直接细胞间接触24发挥其影响,因此开发了两种互补的测定系统:(1)用成纤维细胞条件培养基(CM)处理癌细胞,以及(2)成纤维细胞和肿瘤细胞的直接共培养。这些测定评估关键的癌细胞特性,包括增殖、非锚定生长和迁移。为了标准化分泌因子的影响,根据总蛋白含量浓缩和定量 (conCM) 来自 CAF 和 NF 的条件培养基。
通过这些测定证明显着的功能效应可以支持识别 CAF 驱动的肿瘤发生的关键介质,为治疗干预提供潜在靶点。
这项研究完全符合意大利都灵 Città della Salute Molinette 医院生物伦理委员会批准的临床样本使用机构指南进行。所有样本均在参与患者签署知情同意书后获得。以下部分提供了用于分离癌症相关成纤维细胞 (CAF) 及其匹配的正常成纤维细胞 (NF) 对应物的详细分步方案。该方案包括肿瘤和邻近非肿瘤区域的解剖、组织处理、细胞培养以及分离细胞的表型和功能表征。所有程序都必须在经过认证的生物安全柜内的无菌条件下进行。除非另有说明,否则使用完整的Dulbecco's Modified Eagle 培养基(cDMEM)在含有5%CO2 的加湿气氛中培养细胞,并补充10%胎牛血清(FBS),100 U / mL青霉素和100μg / mL链霉素。所有离心步骤均在制动器接合的情况下进行。请参阅 材料表 ,了解整个协议中使用的试剂、材料和设备的完整列表。该方法已针对高危前列腺癌标本进行了优化,格里森评分为 4+3 或更高。
1.手术样本解剖
注意:该手术是对从对高级别前列腺癌 (PCa) 患者进行的根治性前列腺切除术25 中收集的手术标本进行的,并根据内部机构指南和既定的国际文献和最佳实践 26,27,28 按照标准化方案进行管理。
2. 成纤维细胞分离
注意:除非另有说明,否则所有以下处理程序必须在 4 °C 的冰上进行。有关方案,请参见图 1 A。
3、培养条件
4. FACS分析
注意:该协议确保对成纤维细胞群进行可靠的表征,并识别来自上皮细胞、内皮细胞或免疫细胞的潜在污染。FACS分析在通道2中进行,如 图2A所示。
5. 成纤维细胞永生化
注意:CAF和NF群体的永生化是通过用表达hTERT的逆转录病毒载体稳定转导来实现的。以下是制备感染性假病毒颗粒和转导细胞的方案。
6. 成纤维细胞表征
7、条件培养基的制备和浓缩
注意:条件培养基在收集后被浓缩并准确计量,以方便不同细胞之间的比较。
8. 增殖测定
注意:在两种不同的设置下使用活细胞分析仪器评估细胞增殖(使用 DU145 或 LNCaP 人 PCa 细胞系),用 conCM 处理肿瘤细胞,或将它们与 CAF 或 NF 共培养。在这种情况下,必须使用荧光肿瘤细胞。代表性结果如 图 3 所示。
9. 伤口愈合迁移试验
注意:在这里,提出了经典划痕测定33的自动化版本,以使用活细胞分析仪器测量细胞迁移。
10. 软琼脂测定的锚定非依赖性生长
通过该方案成功分离了来自 7 名高级别 PCa 患者的 CAF 和 NF 对。患者手术年龄和格里森评分总结在表 3 中。为了评估衍生成纤维细胞群的纯度,将传代两个原代CAF和NF分离并用指定的荧光抗体或碘化丙啶染色以评估细胞灭亡。随后FACS分析的代表性结果如图2A所示,突出显示了门控策略和每个标记物呈阳性的细胞百分比。该分析包括上皮细胞 (EpCAM)、内皮细胞 (CD31)、免疫细胞 (CD45) 和活化成纤维细胞 (CD90) 的标志物。结果证实了纯成纤维细胞的成功分离,因为细胞大多对上皮、内皮或免疫细胞标志物呈阴性,并且对 CD90 显示出可变的阳性,CD90 被认为是 CAF 激活的标志物35,36。在许多情况下,特别是在早期传代时,与NF相比,CAF表现出更像纺锤体的形态,如图2B所示。然而,这些形态差异往往会随着随后的段落而减弱。
为了评估CAF和NF对DU145细胞增殖的影响,使用两种替代方法进行增殖测定:用来自CAF / NF对的conCM处理PCa细胞(图3A,B),或以1:3的比例共接种PCa细胞和成纤维细胞(图3C,D)。使用荧光 RFP-DU145 细胞,可以通过活细胞分析仪器橙色过滤器进行特异性检测,从而可以区分两种细胞类型。所示实验是使用来自同一患者的 CAF 和 NF 进行的。这两种方法都可以证明成纤维细胞的促增殖活性。然而,CAF和NF之间的差异主要在conCM方法中很明显,如图3B,D所示。来自不同CAF/NF对的conCM的可变效应如图3E所示。
非安克雷奇生长是一个通常被认为是转移能力代表的特征。在评估 CAF/NFs 对 PCa 细胞锚定非依赖性生长影响的几种方法中,通过在不直接接触的情况下共培养成纤维细胞和肿瘤细胞获得了最佳结果。将成纤维细胞接种在12孔板中,并在cDMEM中覆盖一层0.9%软琼脂,在其上分层0.45%软琼脂cDMEM中的肿瘤细胞。在 12 天内监测菌落形成。获得的DU145菌落的代表性图像如 图4A所示,以及分析不同大小菌落数的相应图表。值得注意的是,与没有成纤维细胞饲养层的对照细胞相比,CAF和NFs都能够类似地刺激DU145细胞的集落形成能力。菌落也往往会变大,这表明增殖增加。我们在这种测定中偶尔遇到的一个问题是成纤维细胞层的早期脱落,这可能是由于铺板时的软琼脂密度或温度不正确。在这些情况下,实验被停止(图4B)。
作者声明没有利益冲突。
该协议提供了一个全面的程序来从根治性前列腺切除术中分离、扩增和永生化成纤维细胞。此外,它还描述了为评估成纤维细胞-肿瘤细胞串扰的功能效应而开发的测定方法,利用了条件培养基处理和共培养。
这项工作得到了意大利癌症研究协会 (AIRC) 的支持,IG16930 和 IG24851 to VP;意大利大学和研究部(MIUR PRIN 2017 年和 2022 年至副总统);列支敦士登的 Truus 和 Gerrit van Riemsdijk 基金会向副总统捐款;皮埃蒙特地区(偏转)。AS 得到了意大利癌症研究基金会 (FIRC) 博士后奖学金的支持,LA 得到了 Fondazione Umberto Veronesi 的支持。 图2 是用 BioRender.com 创建的。
| 12孔板 | 萨斯泰特 | 833921 | |
| 24孔板 | 萨斯泰特 | 833922 | |
| 6孔板 | 萨斯泰特 | 833920 | |
| 96孔板 | 萨斯泰特 | 833924 | |
| 抗 GAPDH 小鼠单克隆抗体 (6C5) | 西格玛·奥尔德里奇 | CB1001型 | 来源:鼠标;白平衡的稀释度:1:1000 |
| aSMA的 | 西格玛·奥尔德里奇 | A5228 | 来源:鼠标;白平衡稀释度:1:3000 |
| 卡维奥林 | 细胞信号传导技术 | CST3267 | 来源:兔子;白平衡的稀释度:1:1000 |
| CD31-紫蓝 | 米尔特尼生物技术 | 130-119-980 | 流式细胞术抗体,内皮细胞标志物 |
| CD326-PE (EpCAM) | 米尔特尼生物技术 | 130113-826 | 流式细胞术抗体,上皮细胞标记物 |
| CD45-FITC型 | 米尔特尼生物技术 | 130-110769 | 流式细胞术抗体,泛白细胞标记物 |
| CD90-APC的 | 米尔特尼生物技术 | 130-114-903 | 流式细胞术抗体,成纤维细胞标记物 |
| 胶原蛋白 VI (COL6A1) | 阿布卡姆 | AB182744 | 来源:兔子;白平衡的稀释度:1:1000 |
| 锥形管 15 mL | 萨斯泰特 | 62554502 | |
| 锥形管 50 mL | 萨斯泰特 | 62547254 | |
| Cryopure 2 mL 微管 | 萨斯泰特 | 72380992 | |
| 培养板直径100mm | 康宁 | 353003 | |
| 培养板直径100mm | 康宁 | 353025 | |
| 培养板直径60mm | 康宁 | 353002 | |
| 二甲基亚砜 (DMSO) | 西格玛·奥尔迪奇 | D8418 | 在生物罩中使用 |
| 杜尔贝科's 改装鹰's 培养基 (DMEM) | 吉布科 | 11965092 | 储存在 4 度;C、在生物罩中使用 |
| FAP的 | 阿布卡姆 | AB53066 | 来源:兔子;白平衡的稀释度:1:500 |
| FcR 封闭试剂,人用 | 米尔特尼生物技术 | 130-059-901 | Fc 阻断剂 |
| 胎牛血清 (FBS) | 吉布科 | 16000044 | 储存在 4 度;C、在生物罩中使用 |
| 过滤吸头 10 和微;L | 萨斯泰特 | 703010255 | |
| 过滤吸头 100 & micro;L | 萨斯泰特 | 703030255 | |
| 过滤吸头 1000 和微;L | 萨斯泰特 | 703060255 | |
| 过滤吸头 20 & micro;L | 萨斯泰特 | 703030265 | |
| 过滤吸头 200 & micro;L | 萨斯泰特 | 703031255 | |
| Filtropur S Plus 0,20 & 微;m | 萨斯泰特 | 831826102 | |
| 镊子 | 2生物 | 1102412 | |
| 全汉1/S100A4 | 细胞信号传导技术 | D9F9D (13018) | 来源:兔子;白平衡的稀释度:1:2000 |
| IL6 | 单克隆技术 | A0286 | 来源:兔子;白平衡的稀释度:1:1000 |
| 图像J | 国家卫生研究所 | 版本 1.53c | 图像分析软件 |
| IncuCyte ImageLock 96 孔板 | 萨托里奥斯 | BA-04857 | |
| Incucyte®SX5型 | 萨托里奥斯 | SX5型 | 活细胞分析仪 |
| Lipofectamine 2000 转染试剂 | 赛默飞世尔科技 | 11668019 | 阳离子脂质介导的转染试剂 |
| MACS®组织储存解决方案 | 米尔特尼生物技术 | 130-100-008 | |
| 酶标仪(吸光度 600 nm) | 普罗梅加 | 通用3500型 | |
| 微管 1.5 mL | 萨斯泰特 | 7269001 | |
| 纳卡德 | 阿布卡姆 | AB18203 | 来源:兔子;白平衡的稀释度:1:1000 |
| 硝基蓝四唑铵 | 西格玛·奥尔迪奇 | 编号5514 | |
| 封口膜 | 西格玛·奥尔迪奇 | HS234526B | |
| pBABE-puro-hTERT | 阿德基因 | 1771 | 储存在-20度;C、在生物罩中使用 |
| pCL-安福 | 诺沃斯生物 | NBP2-29541 | 储存在-20度;C、在生物罩中使用 |
| PDGFRB | 圣克鲁斯 | SC-432 | 来源:兔子;白平衡的稀释度:1:1000 |
| 青霉素-链霉素(PS,10,000 &g/mL) | 吉布科 | 15140122 | 储存在 4 度;C、在生物罩中使用 |
| 相差显微镜 | 奥林巴斯 | BX42型 | |
| 磷酸盐缓冲盐水 (公共广播公司) | 自制 | 氯化钠,137 mM;KCl,2.7 mM;Na2HPO4,10 mM;KH2PO4,1.8 mM。高压灭菌并储存在室温 | |
| 聚-L-赖氨酸溶液 | 西格玛·奥尔迪奇 | P8920 | 储存在 4 度;C、在生物罩中使用 |
| 盐酸普罗霉素 | 西格玛·奥尔迪奇 | 第 8833 号 | |
| Secura 半微量天平 | 缝纫机 | SECURA125-1S | |
| 血清移液器 10 mL | 萨斯泰特 | 861254001 | |
| 血清移液器 2 mL | 萨斯泰特 | 861252001 | |
| 血清移液器 25 mL | 萨斯泰特 | 861256001 | |
| 血清移液器 5 mL | 萨斯泰特 | 861253001 | |
| 统计3 | CST | 9139 | 来源:鼠标;白平衡的稀释度:1:1000 |
| STAT3 Y705 | CST | 9131 | 来源:兔子;白平衡的稀释度:1:1000 |
| 立体显微镜 | 徕卡 | MZ125型 | |
| 注射器 10 mL | 五费尔特 | 00202260D12 | |
| Termo混合器 | 埃彭多夫 | 22331 | |
| 胰蛋白酶-EDTA(0.5%),无酚红 | 吉布科 | 15400054 | |
| 维姆 | 圣克鲁斯 | SC-6260型 | 来源:鼠标;白平衡的稀释度:1:2000 |
| Vivaspin 20离心浓缩机 | 西格玛·奥尔迪奇 | Z614602 | MWCO 10,000 达宁; |
| 瓦格纳剪刀 | 2生物 | 14070-12 |