肿瘤微环境基质与应用癌细胞侵袭组织工程
March 18th, 2014
组织工程化的成纤维细胞衍生的天然基质是一种新兴的工具来生成支持上皮细胞增殖和分化的基质衬底。这里应用此方法，以评估不同的基质细胞类型的肿瘤细胞生物学的影响的协议被提出。
以下程序的总体目标是从成纤维细胞生成天然基质，用于评估肿瘤细胞侵袭。首先通过在富含山梨酸的培养基中在塑料上培养成纤维细胞以生成天然基质来实现。在第二步中，天然基质从塑料生长表面分离并释放，然后将该基质接种肿瘤细胞，并在固定时间后提升到气液界面。
收获这些 3D 培养物用于肿瘤细胞侵袭的组织学分析。最终，可以通过免疫组织学分析来评估天然成纤维细胞基质对肿瘤细胞侵袭的影响。因此，这种技术生成 3D 典型培养物的优势在于，我们可以在没有合成或外来底物的情况下评估成纤维细胞本身产生的天然基质，例如跨物种 1 型胶原蛋白首先将 200， 000 个成纤维细胞接种在成纤维细胞培养基中的六个孔板中，补充有新鲜制备的 IC 酸。
每 2 到 3 天用 2 到 5 毫升新鲜培养基对细胞进行两次磷酸盐回收。嵌入肉眼可见的细胞外基质中的厚细胞层将在六周结束时形成。根据所使用的细胞，可见的基质迟早会形成，并可能开始从培养皿中分离，如图所示。
要从组织培养板中释放该层，请用 1 毫升微量移液器吸头轻轻刮擦基质的圆周，然后将基质的边缘推向孔的中心。细胞和天然基质应该很容易从板表面分离，现在漂浮在培养基中。在介质中展开本机矩阵，以避免其折叠成自身。
让天然基质漂浮并重塑 5 天，由于抗拉强度和内在重塑，继续每 2 到 3 天更换一次介质。基质会急剧收缩并缩小成更小但更厚的天然基质，此时它就可以被利用了。用于侵袭测定。
用于侵袭测定。首先使用钝镊子将天然基质轻轻转移到尼龙网上。上网后，使用 1 毫升微量移液器吸头和钝镊子轻轻展开基质，使其尽可能平整。
接下来，将少量凡士林涂抹在每个基质的一个无菌克隆圆柱体的一端。然后将圆柱体放在天然基质凡士林面朝下上，以确保天然基质和克隆环之间紧密密封。现在将 250， 000 个皮肤鳞状细胞癌或 SCC 细胞添加到圆柱体中 carat 部位生长培养基中。
皮肤 SCC 细胞沉淀到天然基质上后，取出圆柱体，然后将尼龙网天然基质和皮肤 SEC 细胞提升到气液界面，并放在弯曲的不锈钢丝网支架上。最后，加入角质形成细胞生长培养基，补充山梨酸，直到培养基水平接触天然基质的底部，每 2 到 3 天更换一次培养基，并在皮肤 SCC 细胞接种后 7 天和 14 天收获。这项技术为检查和比较不同 3D 基质环境下肿瘤细胞的侵袭行为提供了可能性。
从这些图像中可以看出，与左侧面板中的 C 7 缺陷 RDEB 对照相比，C 7 中表达天然基质时，RDEB 皮肤 SCC 角质形成细胞的侵袭明显延迟。这项技术的发展使研究人员能够直接评估成纤维细胞产生的天然基质对肿瘤细胞过程（如侵袭）的影响。
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概述
本文介绍了一种从成纤维细胞生成天然基质以研究肿瘤细胞侵袭的协议。该方法允许评估不同基质细胞类型对肿瘤细胞生物学的影响。
关键研究组成部分
科学领域
- 组织工程
- 细胞生物学
- 肿瘤学
背景
- 成纤维细胞衍生基质为细胞生长提供了自然环境。
- 理解肿瘤细胞侵袭对癌症研究至关重要。
- 3D培养比2D培养更准确地模拟体内条件。
- 天然基质避免了合成基质的复杂性。
研究目的
- 生成成纤维细胞衍生的天然基质。
- 评估该基质对肿瘤细胞行为的影响。
- 改善对肿瘤-基质相互作用的理解。
使用的方法
- 成纤维细胞在富含山梨酸的培养基中培养。
- 天然基质从塑料表面分离出来。
- 肿瘤细胞接种在基质上。
- 通过组织学分析3D培养以评估肿瘤侵袭。
主要结果
- 天然基质支持肿瘤细胞增殖。
- 组织学分析揭示了肿瘤侵袭模式的洞见。
- 不同的基质细胞类型影响肿瘤细胞行为。
- 这种方法为研究提供了一个更生理相关的模型。
结论
- 成纤维细胞衍生基质是癌症研究的有价值工具。
- 它增强了对肿瘤微环境的理解。
- 这种方法可能导致更好的治疗策略。
常见问题
Executive Industry Relevance
This technique enables direct assessment of fibroblast-derived extracellular matrix on tumor cell invasion, providing a physiologically relevant model for stromal-tumor interactions. By eliminating synthetic substrates, it improves predictive confidence in preclinical target validation and mechanistic de-risking of stroma-modulating therapies. The approach supports early discovery workflows focused on stromal contribution to cancer progression.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of stromal-derived matrix components in tumor invasion assays.
- Operational Value: Provides a human-relevant 3D culture system to de-risk stromal targets.
- Scientific Value: Supports functional validation of stromal molecules like type VII collagen in modulating tumor behavior.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates standardized native matrices for reproducible tumor cell invasion readouts.
- Operational Value: Enables quantitative histological assessment of invasion depth and pattern over time.
- Scientific Value: Facilitates comparison of invasion across genetically defined stromal conditions.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Models human tumor-stroma continuity using patient-derived fibroblasts.
- Operational Value: Supports longitudinal invasion analysis at 7 and 14 days post-seeding.
- Scientific Value: Links stromal matrix composition to invasive phenotype in squamous cell carcinoma.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from stromal target identification to functional validation in 3D invasion assays, informing lead selection for stroma-modulating agents.
- Discovery Biology: Tests hypotheses about stromal matrix influence on epithelial invasion pathways.
- Screening: Delivers invasion assays with standardized, fibroblast-generated matrices for compound or genetic screening.
- Analytics: Provides histological endpoints for quantifying invasion under defined stromal conditions.
- Translational Research: Uses patient-derived fibroblasts to model disease-relevant stromal contributions.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for stromal biology across tumor types.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by isolating stromal matrix effects from exogenous substrates.
- Operational Value: Enables standardized matrix production and assay setup across laboratories.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by revealing stromal dependencies in tumor invasion.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of stroma-targeted candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in primary fibroblast culture and 3D tissue engineering.
- Depends on long-term culture (up to six weeks) for native matrix deposition.
- Necessitates sterile handling for matrix detachment, tumor cell seeding, and air-liquid interface culture.
- Involves histological processing and imaging for invasion analysis.
- Limited by the extended timeline for matrix maturation, affecting throughput.
