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El modelo de andamio basado en colágeno que se describe aquí tiene muchas aplicaciones que van desde el estudio de la biología del neuroblastoma hasta el cribado de terapias contra el cáncer en un entorno fisiológicamente más similar a los tumores nativos que el cultivo celular 2D convencional. Antes de probar una pregunta de investigación determinada, es crucial obtener una caracterización completa de la adhesión, proliferación e infiltración celular dentro del marco de tiempo experimental deseado. Las condiciones de crecimiento dependerán de la biología de cada línea celular específica. Es importante destacar que se deben implementar varios métodos de evaluación del crecimiento celular para determinar las condiciones óptimas y el rendimiento robusto.
En este caso, se evaluó la viabilidad de las células de neuroblastoma cultivadas en andamios mediante un ensayo de viabilidad celular colorimétrico. Este ensayo se puede realizar con la frecuencia que se desee durante todo el período de tiempo experimental. Para el experimento descrito, se realizó una evaluación de la viabilidad celular en los días 1, 7 y 14 para dos líneas celulares de neuroblastoma, KellyLuc e IMR32, cultivadas en andamios Coll-I-nHA a 4 densidades diferentes (Figura 6). La viabilidad del día 1 se estableció como línea de base para comparar todas las mediciones posteriores. La tasa de reducción del reactivo de viabilidad celular refleja la biología celular y las características de crecimiento de las líneas celulares individuales, incluidas sus tasas de proliferación y metabolismo. Se esperaba una correlación entre el número de células sembradas en los andamios y el nivel de reducción. En este experimento, la reducción del reactivo de viabilidad celular generalmente aumentó con cada punto de tiempo para ambas líneas celulares en todas las densidades, como se esperaba.
A continuación, se evaluó cada densidad individualmente para ambas líneas celulares con el fin de comparar la reducción a través de los puntos temporales. Se realizó un ANOVA de un factor con la prueba de comparaciones múltiples de Tukey para detectar diferencias significativas en la reducción entre puntos de tiempo (Figura 7). Tanto para las líneas celulares como para todas las densidades de siembra, hubo un aumento significativo (P<0,05) en la reducción del reactivo de viabilidad celular al comparar el día 1 y el día 14. Esto indicó un aumento significativo de las células metabólicamente activas presentes en los andamios. Este incremento no fue significativo en todos los casos al evaluar los intervalos de 7 días (día 1 vs. día 7, día 7 vs. día 14), demostrando la importancia de la optimización de la densidad de siembra para lograr la ventana de crecimiento deseada.
Para respaldar los resultados del ensayo de viabilidad celular, el crecimiento celular en andamios también se puede medir indirectamente a través de la cuantificación de dsDNA extraído de andamios utilizando una tinción fluorescente de dsDNA (Figura 8A). Al igual que la viabilidad celular, la cuantificación del ADN se puede realizar con la frecuencia que se desee dentro de la línea de tiempo experimental. Sin embargo, este análisis requiere la recuperación completa de los andamios y la terminación del crecimiento celular, por lo que debe tenerse en cuenta en la planificación experimental, como se discutió en la sección 1. Para este experimento, se cuantificó el ADN en los días 1, 7 y 14 para dos líneas celulares de neuroblastoma, KellyLuc e IMR32, cultivadas en andamios Coll-I-nHA a 4 densidades diferentes. Como se conoce la concentración media de dsDNA por célula para estas líneas celulares, fue posible derivar el número de células por muestra a partir del ADN cuantificado (Figura 8B).
La cuantificación del ADN dio lugar a una mayor variabilidad entre las réplicas biológicas que la evaluación de la viabilidad celular, pero en general aumentó para cada punto de tiempo, con los niveles más altos cuantificados en el día 14. Las células IMR32 parecen alcanzar un mayor número de células en los andamios Coll-I-nHA, como lo indica la concentración de ADN, que las células KellyLuc. A continuación, se evaluó individualmente cada densidad para las dos líneas celulares con el fin de comparar la reducción a través de los puntos temporales. Se realizó un ANOVA de un factor con la prueba de comparaciones múltiples de Tukey para detectar diferencias significativas en la reducción entre puntos de tiempo (Figura 8B).
Tanto para las líneas celulares como para todas las densidades de siembra, hubo un aumento significativo (P<0.05) en el número de células cuando se compararon el día 1 y el día 14, con la excepción de KellyLuc en la densidad de siembra 4 (1 × 105 células/andamio), que no produjo aumentos significativos en ninguno de los puntos de tiempo. Al igual que los resultados de viabilidad celular, los aumentos no fueron significativos en todos los casos al evaluar los intervalos de 7 días (día 1 vs. día 7, día 7 vs. día 14). Al comparar las tendencias de los puntos de tiempo para la viabilidad celular y la cuantificación del ADN, hubo algunas ligeras diferencias entre los dos análisis. Sin embargo, se observaron tendencias similares en general, con valores medios que aumentaron entre intervalos de 7 días para la mayoría de las densidades. Esto demuestra la importancia de monitorear el crecimiento celular utilizando más de un método.
A continuación, se implementó una evaluación visual de la morfología y distribución del crecimiento celular en los andamios, que abarcó la tinción tradicional de hematoxilina y eosina (H&E), así como la IHQ. Se espera que los diferentes patrones de crecimiento de las líneas celulares individuales conduzcan a una variada disposición espacial en los andamios, incluyendo diferentes grados de penetración en el andamio y agrupamiento celular. Los andamios se fijaron en formol, se incluyeron en parafina y se cortaron en secciones de 5 mm (Figura 9A), preparando los andamios para múltiples técnicas de visualización, incluida la tinción histológica y la IHQ.
La tinción rutinaria de H&E se aplicó a las células Kelly, KellyCis83 e IMR32 cultivadas en andamios a base de colágeno en los días 1, 7 y 14 (Figura 9B). Esto permitió la visualización de la orientación espacial de las células en dos andamios basados en colágeno durante un período de 14 días. Las células Kelly sensibles al cisplatino y las células KellyCis83 resistentes se cultivaron en andamios Coll-I-nHA (Figura 9B, i) y Coll-I-GAG (Figura 9B, ii). De acuerdo con los datos publicados anteriormente, las células KellyCis83 crecieron a un ritmo más alto y se infiltraron más profundamente en ambas composiciones de andamios que la línea celular Kelly menos invasiva. La tinción H&E de otra línea celular de neuroblastoma, IMR32, cultivada en Coll-I-nHA muestra un patrón de crecimiento contrastante (Figura 9B, iii). Esta línea celular creció en racimos grandes y densamente empaquetados en los andamios de colágeno durante un período de 14 días. La microscopía confocal de campo claro se puede utilizar para visualizar la arquitectura porosa de los andamios a base de colágeno (Figura 9C) debido a la autofluorescencia de las fibras de colágeno.
Tiñimos células con faloidina dirigida a la actina citoesquelética y la contratinción nuclear, 4′,6-diamidino-2-fenilindol (DAPI), para monitorizar rasgos celulares específicos a lo largo de la línea de tiempo experimental. Se observó una abundancia de actina en las células de Kelly y KellyCis83 en andamios Coll-I-GAG utilizando esta técnica (Figura 9D). Estos resultados demuestran cómo se pueden utilizar múltiples técnicas de imagen para obtener información resuelta espacialmente a partir de células de neuroblastoma cultivadas en andamios utilizando este protocolo. Esta caracterización de los patrones de crecimiento celular en andamios basados en colágeno durante un período determinado mejorará la comprensión e interpretación de cualquier ensayo bioquímico posterior.
La expresión de proteínas por células cultivadas en andamios basados en colágeno se puede analizar para comparar la actividad celular con escenarios in vivo . Los datos publicados anteriormente examinaron la expresión de cromogranina A (CgA) como marcador sustituto secretado de neuroblastoma por células KellyLuc y KellyCis83Luc cultivadas en monocapas celulares, así como en andamios Coll-I-nHA y Coll-I-GAG (Figura 10). La CgA se evaluó en los medios acondicionados mediante un ensayo de inmunoabsorción enzimática (ELISA) (Figura 10A). La CgA se secreta a una tasa más alta en la línea celular KellyCis83 resistente a la quimioterapia más agresiva que en Kelly (Figura 10B, C). Esto fue significativo en el día 7 en los andamios Coll-I-GAG y Coll-I-nHA (P<0.05), mientras que no hubo diferencias significativas en este punto de tiempo para las células cultivadas como monocapa por cultivo 2D convencional.
Estos resultados también ponen de relieve la línea de tiempo experimental restringida cuando se cultivan células en una monocapa, con solo 7 días de crecimiento que resultan factibles antes de que las células alcancen la confluencia. El crecimiento de las células en andamios supera esta limitación, ya que pueden mantenerse durante un período más largo en condiciones fisiológicamente más relevantes. La combinación anterior de técnicas para adquirir información sobre la viabilidad celular, el contenido de ADN, la morfología celular y la disposición espacial, y los perfiles de expresión facilita la evaluación del crecimiento de las células de neuroblastoma en una variedad de andamios basados en colágeno. Este protocolo también se puede adaptar fácilmente para satisfacer los requisitos experimentales específicos y las aplicaciones deseadas.

Figura 6: Análisis de viabilidad celular. (A) Procedimiento general para medir la viabilidad de las células de neuroblastoma en andamios basados en colágeno mediante un ensayo de viabilidad celular colorimétrico. El período de incubación debe optimizarse para cada nueva línea celular, haciendo referencia a las pautas del fabricante. (B) Reducción porcentual del reactivo de viabilidad celular por células KellyLuc e IMR32 cultivadas en andamios Coll-I-nHA a cuatro densidades de siembra iniciales diferentes, medidas en los días 1, 7 y 14. Las muestras se evaluaron por triplicado biológico con barras de error que representan la desviación estándar. Abreviaturas: nHA = nanohidroxiapatita; Coll-I-nHA = andamios de colágeno suplementados con nHA. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7: Viabilidad celular por densidad de siembra para células cultivadas en Coll-I-nHA durante un período de 14 días. (A) KellyLuc; (B) IMR32. Los números de celda titulados se refieren a la densidad inicial de siembra de celdas en los andamios en el día 0. Las muestras se evaluaron por triplicado biológico, indicado por puntos triplicados, con barras que representan la media. Se utilizó ANOVA de un factor con comparaciones múltiples para detectar diferencias significativas en el porcentaje de reducción del reactivo de viabilidad celular en los tres puntos temporales, anotados en los gráficos (ns P > 0,05, * P ≤ 0,05, ** P ≤ 0,01, *** P ≤ 0,001, **** P ≤ 0,0001). Abreviaturas: nHA = nanohidroxiapatita; Coll-I-nHA = andamios de colágeno suplementados con nHA; ANOVA = análisis de varianza; ns = no significativo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 8: Cuantificación del ADN extraído de células en andamios. (A) Proceso de cuantificación de dsDNA de células cultivadas en andamios a base de colágeno utilizando una tinción fluorescente de dsDNA. (B) Número de células del análisis de cuantificación de ADN por densidad de siembra para células KellyLuc e IMR32 cultivadas en Coll-I-nHA durante un período de 14 días. Los números de celda titulados se refieren a la densidad inicial de siembra de células en andamios en el día 0. Las muestras se evaluaron por triplicado biológico, indicado por puntos triplicados, con barras que representan la media. Se utilizó ANOVA de un factor con comparaciones múltiples para detectar diferencias significativas en el número de células en los tres puntos de tiempo, anotados en los gráficos (ns P > 0,05, * P ≤ 0,05, ** P ≤ 0,01, *** P ≤ 0,001, **** P ≤ 0,0001). Abreviaturas: nHA = nanohidroxiapatita; Coll-I-nHA = andamios de colágeno suplementados con nHA; dsDNA = ADN bicatenario; TE = Tris-EDTA; ANOVA = análisis de varianza; ns = no significativo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 9: Pasos de procesamiento de tejidos para el análisis inmunohistoquímico de andamios. (A) Representación esquemática del protocolo para el procesamiento de andamios para el análisis de imágenes. Este proceso permite la tinción histológica rutinaria y el sondeo de anticuerpos específicos utilizando anticuerpos primarios y anticuerpos secundarios marcados con fluorescencia. (B) Imágenes representativas de tres líneas celulares de neuroblastoma sometidas a tinción de H&E. Las imágenes de H&E se toman en los días 1, 7 y 14 para monitorear los patrones de crecimiento durante el transcurso del experimento. Barra de escala = 200 μm. Los cuadrados discontinuos representan el área elegida para las imágenes ampliadas 20x en el borde inferior izquierdo. Barra de escala = 20 μm. (i y ii) H&E de las líneas celulares de neuroblastoma Kelly y KellyCis83 (paneles superior e inferior, respectivamente) en dos tipos de andamios a base de colágeno. (iii) H&E de la línea celular IMR32, que representa el crecimiento celular agrupado en el andamio Coll-I-nHA. (C) Imagen representativa de la línea celular de Kelly, sometida a microscopía confocal de campo claro. La autofluorescencia de colágeno permite la visualización del andamio poroso. Barra de escala 10x = 200 μm, barra de escala 20x = 20 μm. (D) Imagen representativa de andamios incrustados seguida de análisis por IHQ con faloidina y DAPI a 10x aumento, barra de escala = 200 μm. Los cuadrados interiores más pequeños representan imágenes ampliadas (20x), barra de escala = 20 μm. Abreviaturas: nHA = nanohidroxiapatita; Coll-I-nHA = andamios de colágeno suplementados con nHA; GAG = glicosaminoglicano; Coll-I-GAG = andamios de colágeno suplementados con condroitina-6-sulfato; H&E = hematoxilina y eosina; IHQ = inmunohistoquímica; DAPI = 4′,6-diamidino-2-fenilindol. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 10: Expresión de proteínas por células de neuroblastoma cultivadas en andamios 3D basados en colágeno en comparación con plástico 2D. (A) Un esquema de cómo se realizó el ELISA CgA en medios acondicionados de células cultivadas en andamios 2D de plástico o 3D basados en colágeno. (B) Niveles de expresión de la proteína CgA tomados de medios acondicionados de células cultivadas en una monocapa de plástico 2D. Como las células alcanzaron la confluencia después de 7 días, el punto de tiempo de 14 días no era legible. Para el día 7 en plástico, no hubo diferencias significativas en los niveles de CgA entre las líneas celulares Kelly y KellyCis83. (C) ELISA CgA realizado utilizando medios acondicionados de células cultivadas en andamios a base de colágeno durante 14 días consecutivos. En el día 7, en ambos andamios de colágeno, los niveles de CgA son más altos en la línea celular KellyCis83 más agresiva, lo que pone de manifiesto niveles fisiológicamente más relevantes de CgA en la matriz 3D en comparación con la monocapa 2D. Esta figura ha sido modificada a partir de Curtin et al.17. Abreviaturas: 3D = tridimensional; 2D = bidimensional; CgA = cromogranina A; ELISA = ensayo de inmunoabsorción ligado a enzimas; nHA = nanohidroxiapatita; Coll-I-nHA = andamios de colágeno suplementados con nHA; GAG = glicosaminoglicano; Coll-I-GAG = andamios de colágeno suplementados con condroitina-6-sulfato; TMB = 3,3',5,5'-tetrametilbencidina; HRP = peroxidasa de rábano picante. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.