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Research Article
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Ziel dieses Protokolls ist es, ein 3D-In-vitro-Modell zu etablieren, um die Differenzierung krebsassoziierter Fibroblasten (CAFs) in einer tumormassenähnlichen Umgebung zu untersuchen, die in verschiedenen Analysesystemen wie Immunfluoreszenz, Transkription behandelt werden kann. Analyse und Lebenszellbildung.
Die Definition des idealen Modells für eine In-vitro-Studie ist vor allem bei der Untersuchung physiologischer Prozesse wie der Zelldifferenzierung von entscheidender Bedeutung. Im Tumor stroma werden Wirtsfibroblasten von Krebszellen zur Differenzierung angeregt. So erwerben sie einen Phänotyp, der zur Tumormikroumgebung beiträgt und die Tumorprogression unterstützt. Mit Hilfe des Sphäroidmodells haben wir ein solches 3D-In-vitro-Modellsystem eingerichtet, in dem wir die Rolle von Laminin-332 und dessen Rezeptorintegrin 3-1 in diesem Differenzierungsprozess analysiert haben. Dieses Sphäroid-Modellsystem reproduziert nicht nur die Tumor-Mikroumgebungsbedingungen genauer, sondern ist auch ein sehr vielseitiges Modell, da es verschiedene nachgelagerte Studien ermöglicht, wie z. B. immunfluoreszierende Färbung ender intra- und extrazellulärer Marker sowie abgelagerte extrazelluläre Matrixproteine. Darüber hinaus können Transkriptionsanalysen durch qPCR, Durchflusszytometrie und zelluläre Invasion mit diesem Modell untersucht werden. Hier beschreiben wir ein Protokoll eines Sphäroidmodells zur Bewertung der Rolle des INtegrins von CAFs und seines ektopisch abgelagerten Ligands Laminin-332 bei der Differenzierung und bei der Unterstützung der Invasion von Bauchspeicheldrüsenkrebszellen.
Die Tumormikroumgebung ist eine sehr komplexe Nische und extrem wichtig für die Erhaltung und Progression der Tumorzellen1. Es wird nicht nur von den Krebszellen, sondern auch von stromalen Fibroblasten gebildet. Die Tumorzellen sind von einem Stroma umgeben, der spezifisch ist und sich von den Stroma normaler Gewebe2unterscheidet. Laminin-332 ist ein extrazelluläres Matrixprotein, das ektopisch im Stroma verschiedener Tumoren, wie z.B. des Pankreas-Adenokarzinoms3, exprimiert wird. Darüber hinaus verändern sich die biochemische Zusammensetzung des ECM und seine biophysikalischen Eigenschaften, wie Steifigkeit und Spannung, innerhalb der Tumormasse4. Dieser Tumor stroma, oder "reaktive se", wird durch eine Anpassung von Fibroblasten an die benachbarten Krebszellen und durch die Rekrutierung anderer sehr wichtiger Akteure verursacht, die ein günstiges und unterstützendes Umfeld für die Tumorprogression entwickeln. Die Differenzierung von stromalen Fibroblasten führt zu krebsassoziierten Fibroblasten (CAF). Diese Zellen können mit verschiedenen Markern identifiziert werden, wie z.B. mit dem glatten Muskelaktin (SMA)5 oder dem neuronalen/glialen Antigen 2 (NG2)6.
Das am besten geeignete In-vitro-Modell, um die Tumormikroumgebung (TME) mit CAFs zu rekapitulieren, ist schwer zu wählen. Die Methode, physiologische Parameter der TME kosteneffizient und reproduzierbar nachzuahmen, muss für ein solches Modellsystem in Betracht gezogen werden. Innerhalb der TME treten verschiedene Prozesse wie Proliferation, Differenzierung, Migration und Invasion der verschiedenen Zelltypen auf. Diese zellulären Prozesse können individuell mit unterschiedlichen Methoden durchgeführt werden. Die experimentellen Bedingungen müssen jedoch die zellulären Wechselwirkungen mit dem Tumor stroma ECM berücksichtigen, da die Steifigkeit des Substrats den CAF-Differenzierungsprozess beeinflusst. R.G. Wells kommentierte die Auswirkungen der Matrixsteifigkeit auf das Zellverhalten und betonte, dass die zytoskelettale Organisation und der Differenzierungsstatus, die in in vitro kultivierten Zellen beobachtet wurden, artefactual sein könnten7. Verschiedene Reize scheinen an der CAF-Differenzierung beteiligt zu sein, einschließlich mechanischer Spannung5,7. Um dies zu vermeiden, könnten 2D-weiche Substrate mögliche Ansätze für Differenzierungsstudien sein, da sie das Problem der steifen Kulturschale Kunststoff umgehen. Eine weiche 2D-Oberfläche, auf der Fibroblasten angebaut werden können, können kollagen-I-beschichtete Polyacrylamidgele sein, wobei die Gelsteifigkeit durch die Konzentration von Polyacrylamid und dem Gel-Verlinker manipuliert werden kann. Die Haftung und Bildung von SMA-reichen Spannungsfasern wird in Fibroblasten zusammen mit der Gelsteifigkeit8verstärkt. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung weicher Substratgerüste für physiologischere In-vitro-Differenzierungsmodelle. In unseren Händen waren jedoch die experimentelle Reproduzierbarkeit und Bildgebung dieser Gele eine Herausforderung. Um diese Mängel zu überwinden, haben wir das 2D-Softsubstratsystem für ein 3D-Sphäroidmodell für Differenzierungs- und Invasionsstudien geändert. Dieses Modell ist klinisch relevanter und rekapituliert, ähnlich wie ein In-vitro-Organoid, in vivo Zell-Zell-Wechselwirkungen, ECM-Produktion und -Deposition sowie Zellverhalten9.
Sphäroide entstehen, wenn zellenein Substrat fehlt, an dem sie haften können. Wenn die Zellen ohne Klebefläche verlassen werden, aggregieren sie sich zu einer mehr oder weniger kugelförmigen Struktur. Wenn die Sphäroide aus einem Zelltyp bestehen, werden sie Homosphäroide genannt; wenn sie aus zwei oder mehr verschiedenen Zelltypen bestehen, bilden sie Heterosphäride.
Unter den verschiedenen Methoden für die Sphäroid-Vorbereitung führen wir das Protokoll mit nicht haftenden runden 96-Well-Platten durch. Es ist sehr effektiv in Bezug auf die Kosten. Hier produzieren wir sowohl Homosphäoide von Fibroblasten, CAF oder CAFs ohne die Untereinheit integrin 3, um den Differenzierungsprozess und die Heterosphäroide von CAFs oder Integrin-KO-CAFs und Pankreaskanalkarzinomzellen (AsPC-I und PANC-I) zu untersuchen, um die Invasion zu untersuchen. in die umgebende Matrix.
Ziel dieser Studien war die Verwendung primärer CAFs, die aus biopsien humanen Pankreaskarzinomen isoliert wurden. Die Biopsien zur Gewinnung der Zellen sind jedoch knapp, und aus diesem Grund wurden die in diesen Studien verwendeten CAFs mit dem Lentivirus, das HTERT enthält, verewigt. Sie werden iCAFs genannt, und ihre normalen Gegenstücke, primäre menschliche Pankreas-Fibroblasten, werden als iNFs bezeichnet. Die menschlichen Pankreas-Fibroblasten und die Pankreaskanal-Karzinomzellen AsPC-I und PANC-I sind im Handel erhältlich.
Dieses Protokoll wurde verwendet, um die Wirkung der Laminin-332-Integrin-Wechselwirkung im CAF-Differenzierungsprozess zu untersuchen. Um die Spezifität dieser Wechselwirkung und ihrer Funktion zu beweisen, wurden Inhibitorverbindungen verwendet: BM2, ein monoklonaler Antikörper, der die Integrin-Bindungsstelle die Laminin-332-Kette10oder Lebein 1 blockiert, eine von Schlangengift abgeleitete Verbindung, die die Laminin-Bindungs-Integrine , 3, 1, 11,12, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,
Für den Invasionstest wurden Zellen mit Lentivirus transduziert, die cDNA-Codierung entweder mCherry (iCAFs und Integrin 3 KO iCAFs) oder GFP (AsPC-I und PANC-I) enthielten, um die verschiedenen Zelltypen in den Heterosphäroiden zu unterscheiden. Die Transduktion der Zellen, um sie zu verewigen und/oder sie mit fluoreszierender Proteinexpression (mCherry und GFP) zu kennzeichnen, wird in einer früheren Studie13beschrieben, die für weitere Informationen konsultiert werden sollte.
1. 3D-Sphäroide als In-vitro-Modell zur Fibroblasten-/CAF-Differenzierung unter Verwendung verschiedener TGF-1-Hemmverbindungen der Zell-Matrix-Wechselwirkung
2. Immunfluoreszierende Färbung von Sphäroiden
3. RT q-PCR von Homosphäroiden
4. Durchflusszytometrieanalyse der Integrinexpression
5. Invasionstest mit Heterosphäroiden
Die Ergebnisse dieses experimentellen Entwurfs werden in Martins Cavaco et al.13veröffentlicht, was für die weitere Lektüre der Schlussfolgerungen, die aus diesen Experimenten gezogen wurden, empfohlen wird.
Abbildung 1, ein repräsentatives Bild eines immunfluoreszierenden Sphäroids, zeigt die Immunfärbung der Integrin-Untereinheit 3 von sowohl verewigten normalen Fibroblasten als auch verewigten CAFs (Abbildung 1A), sowie der Immunfluoreszenz Quantifizierung (Abbildung 1B) und die Transkriptionsniveaus des Integrin-Untereinheitsgens 3 durch qPCR (Abbildung 1C). Dieses Ergebnisfeld zeigt, dass Integrin Nr. 3 in iCAFs im Vergleich zum normalen Pendant hochreguliert ist. Dies bewies, dass Integrin 3x1 als Marker für die Differenzierung von Pankreas-Fibroblasten angesehen werden kann. Dies wurde auch durch Strömungszytometrie-Studien13gezeigt.

Abbildung 1. Expression der Integrin-Untereinheit 3 durch iNFs und iCAFs. Die Integrin-Untereinheit Nr. 3 wird durch iCAFs hochreguliert, was ihr Potenzial als Differenzierungsmarker für Bauchspeicheldrüsen-CAFs widerspiegelt. (A) Immunfluoreszenzfärbung von Homosphäriden normaler Pankreas-Fibroblasten (iNFS) im Vergleich zu den Homospheroiden von iCAF zeigt ein erhöhtes Signal der Integrin-Untereinheit 3 in den differenzierten Zellen. (B) Das Fluoreszenzsignal der Zellen im Sphäroid wurde mit den Z-Stack-Bildern des 3D-Sphäroids mit der ImageJ-Software quantifiziert. Bedeutet- SEM von drei unabhängigen Experimenten werden gezeigt und durch t-Test verglichen (*, p < 0.1). (C) Die aus den dissoziierten Sphäroiden gewonnenen Zellen wurden auf ihre Transkriptionsniveaus der Integrin-Untereinheit 3 analysiert. Bedeutet- von -SEM-Werten als Faltänderungen aus zwei unabhängigen Experimenten werden gezeigt und mit t-test verglichen. Obwohl die Signifikanz von 0,1 nicht erreicht wird, sind die Transkriptionsniveaus der integrinen mRNA bei iCAFs höher als bei iNFs. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
| Heterosphäride | ||
| Zelltyp (Durchgang bis 25) | Anzahl der Zellen | Mittel (1 Teil Methylcellulose +...) |
| mCherry-iCAFs + GFP-AsPC-I | 400 CAF + 400 Bauchspeicheldrüsenkrebszellen | 1,5 Teile Zelle MEM mit 10% FBS und 1% Pen/Strep + 1,5 Teile rpMI mit 10% FBS und 1% Stift/Strep |
| mCherry-3KO-iCAFs + GFP-AsPC-I | ||
| mCherry-iCAFs + GFP-PANC-I | 1,5 Teile Zelle MEM mit 10% FBS und 1% Pen/Strep + 1,5 Teile DMEM mit 10% FBS und 1% Stift/Strep | |
| mCherry-3KO-iCAFs + GFP-PANC-I | ||
| Homosphäride | ||
| Zelltyp (Durchgang bis 25) | Anzahl der Zellen | Mittel (1 Teil Methylcellulose +...) |
| mCherry-iCAFs | 400 Zellen | 3 Teile MEM ergänzt mit 10% FBS und 1% Stift/Strep |
| mCherry-3KO-iCAFs | ||
| GFP-AsPC-I | 3 Teile RPMI mit 10% FBS und 1% Stift/Strep | |
| GFP-PANC-I | 3 Teile DMEM mit 10% FBS und 1% Stift/Strep |
Tabelle 1. Zellzusammensetzung von Hetero- und Homosphäriden. Die Anzahl der Zellen, die zur Montage der Hetero- und Homospheroide erforderlich sind, sowie das entsprechende Medium, das für die Sphäroidbildungslösung verwendet werden soll, sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
Ergänzende Abbildung 1. Sequenzielle Schritte zur Quantifizierung der immunfluoreszierenden Färbung eines Proteins von Interesse in Sphäroiden, mit ImageJ. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 2. Sequenzielle Schritte zur Quantifizierung der Anzahl der eindringenden Krebszellen im Invasionstest mit ImageJ. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Die Autoren erklären keinen Interessenkonflikt. Dieses Material spiegelt nur die Ansichten des Autors wider, und die Europäische Union haftet nicht für jegliche Verwendung der darin enthaltenen Informationen.
Ziel dieses Protokolls ist es, ein 3D-In-vitro-Modell zu etablieren, um die Differenzierung krebsassoziierter Fibroblasten (CAFs) in einer tumormassenähnlichen Umgebung zu untersuchen, die in verschiedenen Analysesystemen wie Immunfluoreszenz, Transkription behandelt werden kann. Analyse und Lebenszellbildung.
Wir würdigen Barbara Scheddings Hilfe bei der Vorbereitung des BM2 und lebein-1. Wir würdigen, dass er ihre Expertise in Sphäroid-Assays geteilt hat. Wir danken Sonja Schelhaas und Michael Schäfers für ihre Hilfe beim Umgang mit lentiviraler Transfektion unter S2-Bedingungen. Wir würdigen Sabine von Rüdens Unterstützung bei der Vorbereitung von CAFs aus Bauchspeicheldrüsenkrebsgewebe.
Die Zu diesem Ergebnis führten Forschungsarbeiten wurden aus dem People-Programm (Marie-Curie-Maßnahmen) des Siebten Rahmenprogramms der Europäischen Union RP7/2007-2013/ im Rahmen der REA-Zuschussvereinbarung n. (316610) an J.A.E. finanziert. Darüber hinaus wurden J.A.E. und A.C.M.C. von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Exzellenzclusters Cells-in-Motion (EXC 1003-CiM) finanziell unterstützt. Dieses Projekt wurde auch von der Wilhelm Sander Stiftung unterstützt (Zuschuss: 2016.113.1 an J.A.E.).
| 4',6-Diamidino-2-phenylindol, Dihydrochlorid (DAPI) | SIGMA-ALDRICH | D9542-10 | |
| 6F12 anti-Laminin β 3 Untereinheiten Maus (monoklonal) | Hausgemachtes | ||
| A3IIF5 Anti-α 3 Integrin-Untereinheit Maus (monoklonal) | Mit freundlicher Verfügung gestellt von Prof. M. Hemler, Dana Faber-Cancer Institute, Boston | ||
| Aceton | SIGMA-ALDRICH | 32201 | |
| Albuminfraktion V - BSA | AppliChem | A1391 | |
| Alexa Fluor 488 Ziege (polyklonal) Anti-Maus | Invitrogen | A11029 | |
| Alexa Fluor 488 Ziege (polyklonal) Kaninchen | Invitrogen | A11034 | |
| Anti-Laminin & Gamma; 2 Untereinheiten Maus (monoklonal) | Santa Cruz | sc-28330 | |
| Anti-NG2 Kaninchen (polyklonal) Millipore, AB5320 | Millipore | AB5320 | |
| Anti-α-SMA-Cy3 Maus (monoklonal) | SIGMA-ALDRICH | C6198 | |
| AsPC-1 Zelllinie | ATCC | Mit freundlicher Verfügung von Prof. Jörg Haier's Lab | |
| Bench Zentrifuge | Fisher Scientific | 50-589-620 | Sprout |
| BM2 Anti-Laminin & Alpha; 3 Untereinheiten Maus (monoklonal) | Mit freundlicher Verfügung gestellt von Prof. Patricia Rousselle, CNRS, Lyon | ||
| Calciumchlorid (CaCl2) | Fluka | 21074 | |
| Zentrifuge | Thermo Scientific | Multifuge 1S-R | |
| Zentrifugenröhrchen 50 mL | Corning | 430290 | |
| Kollagenase B | Roche | 11088831001 | |
| Kollagen-I, Rattenschwanz | Gibco | A10483-01 | |
| Konfokalmikroskop | Zeiss | LSM 700 und 800 | |
| DMEM (hoher Glukosegehalt 4,5 g/L) | Lonza | BE12-604F | |
| Dnase I | Roche | 10104159001 | |
| Durchflusszytometer | BD Biosciences | FACSCaliburTM | |
| Gelifizierende Matrix | ThermoFisher Scientific | A1413202 | Matrigel, Geltrex |
| Ziege IgG, Isotyp | DAKO | X 0907 | |
| Pferdeserum | SIGMA-ALDRICH | 12449-C | |
| Humane primäre Pankreasfibroblasten | PELOBiotech | PB-H-6201 | |
| Inkubator | Heraeus | B6060 | |
| Laminin-332 | Biolamina | LN332 | |
| MEM | SIGMA-ALDRICH | M4655 | |
| Mikrotiterplatte, 96 Wells, U-Boden | Greiner Bio-One | 650101 | |
| Objektträger | Thermo Scientific | J1800AMNZ | |
| Maus IgG, Isotyp | SIGMA-ALDRICH | I8765 | |
| Mehrachsiger rotierender Mischer | CAT | RM5 80V | |
| PANC-I | ATCC | Mit freundlicher Genehmigung von Prof. Jörg Haier's Lab | |
| Paraformaldehyd | Riedel-de Haë n | 16005 | |
| Penicillin/Streptomycin | Gibco | 15140-122 | |
| QuantiTect Reverse Transkriptionskit | Qiagen | 205310 | |
| Ratten-IgG, Isotyp | Invitrogen | 10700 | |
| Reaktionsröhrchen, 1,5 mL | Greiner Bio-One | 616201 | |
| Real-time PCR Cycler | Qiagen | Rotor-Gen Q | |
| RNeasy Mini Kit | Qiagen | 74104 | |
| Rotor Gen SYBR Green PCR Kit | Qiagen | 204074 | |
| RPMI | Lonza | BE12-702F | Glukose zu 4,5 g (0,2 μm Filter) und 1 % Natriumpyruvat hinzufügen |
| TritonX-100 | SIGMA-ALDRICH | X100RS | |
| V&oakute; rtex | Scientific Industries | Vortex-Genie 2 | |
| μ-Slide Angiogenesis, unbeschichtet | Ibidi | 81501 |