Aquí, describimos la implementación e interpretación de los resultados de un ensayo cuantitativo de autorenovación de la mamismo in vitro.
Artículo de método
Aquí, describimos la implementación e interpretación de los resultados de un ensayo cuantitativo de autorenovación de la mamismo in vitro.
La glándula mamaria se caracteriza por una amplia capacidad de regeneración, ya que pasa por cambios hormonales masivos a lo largo del ciclo de vida de una hembra. El papel de las células madre mamarias (MASC) se estudia ampliamente tanto en el contexto fisiológico/desarrollo como con respecto a la carcinogénesis mamaria. En este aspecto, los estudios ex vivo centrados en las propiedades de MaSC son muy solicitados. Los cultivos de mamesferas representan un sustituto de la formación de órganos y se han convertido en una herramienta valiosa para la investigación básica y traslacional. Aquí, presentamos un protocolo detallado para la generación de cultivos de mamesfera primaria murina y la cuantificación de las propiedades de crecimiento de MaSC. El protocolo incluye la recolección y digestión de la glándula mamaria, el aislamiento de las células epiteliales mamarias primarias (MEC), el establecimiento de cultivos de mamesferas primarias, el passaging en serie, la cuantificación de los parámetros de crecimiento de la mamesfera y la interpretación de los resultados. Como ejemplo, presentamos el efecto de la expresión myc constitutiva de bajo nivel en los MEC normales, lo que conduce a una mayor auto-renovación y proliferación.
El aislamiento y el cultivo in vitro de células protelíticas y progenitoras mamarias se han convertido en esenciales para comprender sus propiedades en la biología de las células mamarias. El seguimiento elegante del linaje y los ensayos de trasplante en serie han permitido el estudio de células madre (SC) y otros subconjuntos de tejidos en el contexto de su nicho in vivo. Sin embargo, este enfoque consume mucho tiempo y requiere la generación de modelos de ratón reportero1,2,3,4,5. Por lo tanto, el cultivo in vitro y la propagación de células madre mamarias (MASC) al tiempo que se ahorran características clave de la talla, a saber, la capacidad de auto-renovación y diferenciación, es uno de los mayores desafíos en el campo. En los últimos años, el ensayo de mamares se ha utilizado ampliamente para modelar tanto el tejido mamario normal como el crecimiento del cáncer de mama, para cuantificar los SC normales o cancerosos (CCS) y evaluar su capacidad de auto-renovación como reportero sustituto de su actividad en su respectivo contexto vivo6,7,8,9,10,11.
El ensayo de mamsphere es un enfoque eficiente y rentable, en el que las células epiteliales mamarias recién aisladas (MEC) se cultivan en condiciones no adherentes, con la premisa de que sólo los MASC sobrevivirán y formarán esferas en suspensión mientras que todos los demás tipos de células morirán por anoikis. Además, la capacidad de formar varias generaciones de mamesferas en pasajes seriales no adherentes está relacionada con la capacidad de auto-renovación de los MaSCs6,9,11. Aquí, describimos un protocolo detallado de un ensayo cuantitativo de mamosfera, que fue desarrollado inicialmente por Dontu y sus colegas7 como una modificación del ensayo neurosfera pionero12,permitiendo el crecimiento de SC putativas en condiciones no adherentes, libres de suero con la adición de factores de crecimiento apropiados7,12.
Los procedimientos in vivo se realizaron de conformidad con la directiva 2010/63 de la UE y tras la aprobación de nuestro comité de ética institucional (Organismo para el bienestar animal--OPBA) y el Ministerio de Salud de Italia (Números 762/2015 y 537/2017 del OIA.
1. Colección y digestión de Murine Mammary Gland
2. Aislamiento de LOS MEC Sprimarios De la Murine
3. Re-plating de la maméfera serial
4. Enumeración de esferas mediante análisis de imágenes digitales (DIA)
5. Cálculo de la curva de crecimiento acumulada
NOTA: El número de mamesferas contadas en cada pozo al final de cada pasaje (PN) refleja el número de células que inician la mamesfera sembradas al principio de PN.
La sobreexpresión de mic en LOS MEC normales, conduce a una mayor frecuencia de células que inician la mamesfera. Esto se logra a través de un mecanismo doble: Myc aumenta la tasa de divisiones simétricas MaSC y la frecuencia de la reprogramación de los progenitores en nuevos MaSC11. Para probar el efecto de la expresión Myc constitutiva baja, utilizamos el modelo de ratón transgénico Rosa26-MycER, en el que la actividad myc puede ser inducida por 4-hidroxitamoxifeno (4-OHT)15. Primero chapamos los MEC en placas de 6 pocillos de adhesión ultrabaja para eliminar los fibroblastos, en ausencia de 4-OHT. Después del primer pasaje, dividimos la cultura en dos: dos pozos se mantuvieron sin tratar (control) y dos pozos fueron tratados con 200 nM 4-OHT (MycER). Contamos el número de esfera y celda de 5 pasajes consecutivos para tres experimentos independientes(Tabla 1). Los números de celda y esfera acumulativos por pasaje se muestran en el Cuadro 2. La inducción con 4-OHT conduce a un aumento de las tasas de crecimiento de la esfera y de las células, como se muestra en la Figura 1.

Figura 1: Resultados representativos. Esfera acumulativa (A) y celda (B) curvas de crecimiento de control y mamesferas MycER. Se muestran la media y la desviación estándar de 3 experimentos independientes. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| 1a chapado | 2o revestimiento | 3o revestimiento | 4o chapado | 5o revestimiento | ||||||||||||
| Células chapadas | Recuento de células | Recuento de esferas | Células chapadas | Recuento de células | Recuento de esferas | Células chapadas | Recuento de células | Recuento de esferas | Células chapadas | Recuento de células | Recuento de esferas | Células chapadas | Recuento de células | Recuento de esferas | ||
| Exp1 | Control | 77,000 | 50,000 | 31 | 65,000 | 58,500 | 41 | 57,000 | 30,000 | 32 | 30,000 | 22,000 | 5 | 22,000 | 0 | 0 |
| 77,000 | 81,000 | 41 | 65,000 | 55,000 | 23 | |||||||||||
| MycER | 77,000 | 31,0000 | 193 | 80,000 | 375,000 | 323 | 80,000 | 380,000 | 217 | 80,000 | 220,000 | 223 | 80,000 | 170,000 | 155 | |
| 77,000 | 110,000 | 142 | 80,000 | 505,000 | 396 | 80,000 | 270,000 | 149 | 80,000 | 290,000 | 194 | 80,000 | 250,000 | 160 | ||
| Exp2 | Control | 75,000 | 75,000 | 71 | 60,000 | 17,000 | 34 | 28,000 | 45,000 | 29 | 45,000 | 13,000 | 2 | 13,000 | 0 | 0 |
| 75,000 | 47,000 | 45 | 60,000 | 11,000 | 47 | |||||||||||
| MycER | 75,000 | 200,000 | 188 | 80,000 | 225,000 | 277 | 80,000 | 230,000 | 155 | 80,000 | 210,000 | 211 | 80,000 | 100,000 | 95 | |
| 75,000 | 250,000 | 192 | 80,000 | 202,500 | 283 | 80,000 | 305,000 | 185 | 80,000 | 160,000 | 237 | 80,000 | 100,000 | 133 | ||
| Exp3 | Control | 82,500 | 130,000 | 121 | 80,000 | 45,000 | 105 | 80,000 | 110,000 | 86 | 80,000 | 58,500 | 75 | 58,500 | 58,500 | 78 |
| 82,500 | 125,000 | 177 | 80,000 | 71,250 | 42 | |||||||||||
| MycER | 82,500 | 325,000 | 457 | 80,000 | 610,000 | 327 | 80,000 | 367,000 | 309 | 80,000 | 500,000 | 260 | 80,000 | 115,000 | 146 | |
| 82,500 | 475,000 | 463 | 80,000 | 455,000 | 392 | 80,000 | 415,000 | 204 | 80,000 | 470,000 | 295 | 80,000 | 185,000 | 161 | ||
Tabla 1: Números de esferas contadas y números de celdas chapadas y contadas en cada pasaje.

Tabla 2: Cálculo de números de esfera chapados y números de esfera y celda sacumulativos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta tabla. (Haga clic con el botón derecho para descargar.)
Aquí, describimos un protocolo para la descripción cuantitativa de las propiedades de crecimiento de MaSC in vitro. Como ejemplo, presentamos el efecto de la expresión Myc constitutiva de bajo nivel en los MASC murinos normales. Este enfoque, sin embargo, puede aplicarse por igual a varios contextos. Las células primarias humanas o murinas, así como las líneas celulares establecidas, se pueden cultivar en condiciones independientes de anclaje para establecer cultivos de mamesferas que se pueden pasar en serie. La sobreexpresión genética y la interferencia del ARN se pueden introducir fácilmente en el protocolo con la adición de un paso de transducción viral al final del primer pasaje (después del paso 3.5). Alternativamente, las células pueden ser infectadas en la adhesión y luego chapadas como mamesferas.
Un aspecto crítico del ensayo presentado aquí es la densidad celular de sembración, que debe ser lo suficientemente baja como para evitar la generación de agregados que interfieren con la interpretación de los resultados16,17. La morfología de las mamesferas puede ser informativa para resolver esta ambiguedad. Sólo las esferas redondas compactas deben enumerarse al final de cada pasaje. Tanto la circularidad de los esferoides como el tamaño deben tenerse en cuenta. Mediante el proceso automatizado de la DIA, este paso se garantiza con los umbrales adecuados de una manera objetiva y absoluta. A menudo, los progenitores formarán estructuras acinar o grupos más pequeños de células que deben excluirse de los recuentos de mamesferas. Como regla general, utilizamos un umbral de 100 m de diámetro. Por último, se debe tener cuidado de evitar el traslado de mammopsheres intactos o no totalmente disociados de un pasaje al siguiente. Por otro lado, el exceso de pipeteo conducirá a un aumento de la muerte celular. Por lo tanto, si se encuentran tales dificultades, se recomienda el uso de trippsinización leve o tratamiento Accutase y pasar las esferas disociadas a través de un colador de 40 m para asegurar la generación de suspensiones de una sola célula.
La eficiencia de formación de esferas (SFE) se ha utilizado alternativamente, como sustituto de la cuantificación SC o CSC ex vivo en cultivos de mamesferas. SFE es de hecho una medida de células similares a los tallos en una población celular dada. Sin embargo, representa un enfoque menos concienzudo, ya que proporciona información sólo en momentos distintos. El cálculo de los números de esfera acumulados y la generación de curvas de crecimiento acumuladas, en su lugar, permite la inferencia de la tasa de crecimiento de la cultura desde el paso inicial de la semilla celular hasta que el cultivo se agota o, en el caso de las culturas inmortalizadas, para el número deseado de pasajes. La evaluación de las propiedades de crecimiento permite evaluar la desviación del crecimiento exponencial a través del coeficiente R2 y, en una segunda etapa, la evaluación del propio valor GR.
Es importante destacar que las curvas de crecimiento de la maméfera acumulativa se pueden utilizar para evaluar el efecto de inhibidores de moléculas pequeñas u otros fármacos quimioterápicos selectivamente en el niveldeCSC6,11. Contrariamente a las mamesferas primarias normales, que funcionan funcionalmente se agotan en 5-7 pasajes, las mamcerebrales tumorales tienden a expandirse indefinidamente. Esta característica está vinculada a la capacidad ilimitada de autorenovación de CSC. Los efectos sobre la proliferación y la autorenovación de la CSC se pueden desacoplar a través de la generación de células tumorales y curvas de crecimiento de mamesferas, respectivamente. Se espera que un efecto específico de CSC resulte en una disminución de la tasa de crecimiento de la maméfera acumulada, con o sin efecto en la tasa de crecimiento celular acumulativo6,11.
Por último, otra área de interés es la de la reprogramación del tejido adulto SC. Las mamopatías completamente cultivadas consisten en una población celular fenotípicamente heterogénea, en la que sólo una fracción menor retiene características similares a los de los tallos, incluyendo la capacidad de iniciación de la mamcerebral y la regeneración de la glándula mamaria al trasplante in vivo6,9,11,18,19. Los progenitores mamarios pueden aislarse, bien utilizando ensayos in vitro de retención de etiquetas6,9,11 o, ex vivo, utilizando marcadores de superficie establecidos2,3. En particular, los progenitores mamarios no sobreviven a los anoikis y son incapaces de formar mamesferas. Se ha demostrado que la expresión Myc forzada confiere potencial de iniciación a progenitores mamarios aislados como PKHneg11,lo que da como resultado la generación de una cultura que se puede pasar indefinidamente. Del mismo modo, la interferencia de los reguladores negativos de la reprogramación fisiológica se puede probar utilizando el mismo ensayo. En este contexto, un problema común que puede surgir es el número limitado de entradas de celda. Si la entrada de celda es inferior a 10.000 celdas, se recomienda la sembración en placas de 24 pocillos (máximo 5.000 celdas viables/ml). Sin embargo, se puede demostrar que las condiciones de cultivo independientes de anclaje son demasiado duras para la reprogramación de la puntuación, especialmente en los casos en que el efecto de reprogramación no es inmediato. En tales casos, el uso de una matriz de apoyo y cultivos organoides tridimensionales podría ser más apropiado20.
En general, el ensayo de mamesfera es una opción rentable que se puede emplear fácilmente para puntuar propiedades similares a los tallos en poblaciones normales y tumorales de MEC. El enfoque cuantitativo adoptado en este protocolo facilita las comparaciones entre cultivos realizados en diferentes condiciones o expuestos a diversos estímulos. Cuando se sigue rigurosamente, proporciona un sistema de modelo ex vivo relativamente simple que permite desacoplar a los múltiples actores que definen las propiedades del tallo in vivo, ofreciendo la posibilidad de estudios mecánicos más detallados.
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecemos a Bruno Amati por el amable regalo del modelo de ratón transgénico Rosa26-MycER. Este trabajo fue financiado por subvenciones de WWCR, AIRC, ERC y el Ministerio de Salud de Italia a P.G.P. T.V. y X.A. con el apoyo de FIRC y A.S. por una subvención FUV.
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Tampón de lisis ACK | Lonza | 10-548E | Bufer de lisis de amonio-cloruro de potasio, 100 mL. |
| B27 | Invitrogen | 17504-044 | B27 suplemento 50X (10 mL). Concentración final 2% v/v. |
| bFGF | Peprotech | 100-18B Factor de crecimiento de | fibroblastos recombinantes humanos - básico, 50 μg. Solución madre 100 μ g/μ L en Tris 5 mM pH 7.6. Dilución final 0,02% v/v. |
| Colagenasa | Sigma | C2674 | Colagenasa de Clostridium histolyticum. Tipo I-A, polvo liofilizado, 1 g. Stock 20.000 U/mL en DMEM. Dilución final 1% v/v. |
| DMEM | Lonza | 12-614F | Medio de Eagle modificado de Dulbecco |
| DPBS | Microgem | S17859L0615 | solución salina tamponada con fosfato de Dulbecco |
| EGF | Tebu-Bio | AF-100-15 | Factor de crecimiento epitelial humano recombinante. Solución madre 100 μ g/mL en dH2O estéril estéril. Dilución final 0,02% v/v. |
| Glutamina | Lonza | 17-605E | L-Glutamina, 200 mM. Dilución final 1% v/v. |
| Heparina | PharmaTex | 34692032 | Concentración de existencias 5.000 UI/mL. Dilución final 0,008% v/v. |
| Hialuronidasa | Sigma | H4272 | Tipo IV-S, polvo, 750-3.000 U/mg sólido, 30 mg. Solución madre 10 mg/mL en dH2O estéril Dilución final 1% v/v. |
| Hidrocortisona | Sigma | H0888 | Concentración de existencias 100 μ g/mL. Dilución final 0,5% v/v. |
| Insulina | SAFCBiosciences | 91077C | Insulina, recombinante humana, polvo seco, 250 mg. Concentración de stock 1 mg/mL. Dilución final 0,5% v/v. |
| Placas de 6 pocillos de fijación baja | Corning | 351146 | Placas estériles de cultivo celular de 6 pocillos no tratadas con fondo y tapa transparentes y planos. |
| MEBM | Lonza | CC-3151 | Crecimiento de células epiteliales mamarias medio basal |
| Mezcla de penicllina-estreptomicina | Lonza | 17-602F | Contiene 10,000 U de penicilina de potasio y 10,000 µ g de sulfato de estreptomicina por mL en solución salina al 0,85%. Dilución final 1% v/v. |
| Poly-HEMA | Sigma | P3932 | Disolver en EtOH al 95% durante la noche a 55 °C. Concentración de stock 12% p/v. Dilución final 1% v/v en EtOH al 95%. Filtro (0.22 μ m) antes de su uso. |