בדו"ח זה, אנו מתארים את העור תלת ממדי לשחזר מודל אשר מחקה העור האנושי באדריכלות הרכב. הפיזיולוגיה מלנוציט, התקדמות מלנומה גורל בתאי גזע עורי נחקרו באמצעות העור לשחזר מודל. המודל שימושית גם ככלי קליני להערכת תרופות.
Method Article
בדו"ח זה, אנו מתארים את העור תלת ממדי לשחזר מודל אשר מחקה העור האנושי באדריכלות הרכב. הפיזיולוגיה מלנוציט, התקדמות מלנומה גורל בתאי גזע עורי נחקרו באמצעות העור לשחזר מודל. המודל שימושית גם ככלי קליני להערכת תרופות.
רוב במבחנה בביולוגיה העור ניסיוני נעשו monocultures 2 ממדי (2D), תוך צבירת הראיות עולה כי התאים מתנהגים באופן שונה כאשר הם גדלו בתוך מטריצה חוץ תאית 3D וגם אינטראקציה עם תאים אחרים (1-5) . מודלים עכבר כבר נוצלו בהרחבה ללמוד המורפוגנזה רקמה in vivo. עם זאת העכבר העור האנושי יש הבדלים משמעותיים בארכיטקטורה הסלולר פיזיולוגיה, אשר מקשה להסיק מחקרים העכבר לבני אדם. מאז מלנוציטים בעור עכבר מרוכזים בעיקר בזקיקי השיער, יש להם מאפיינים ביולוגיים שונים מאלה של בני אדם, אשר לאתר בעיקר בשכבת הבסיס של האפידרמיס. ההתפתחות האחרונה של העור האנושי לשחזר מודלים 3D אפשרה את השדה כדי לחקור תאים מטריקס תאים תאים אינטראקציות בין תאים מסוגים שונים. משחזר מורכב "הדרמיס" עם fibroblasts מוטבע קולגן אני מטריקס, "האפידרמיס", אשר מורכבת, מרובדת קרטינוציטים מבודל קרום במרתף פונקציונלי, המפריד בין הדרמיס לאפידרמיס. קולגן מספק פיגומים, אספקת חומרי מזון, ואת הפוטנציאל לאינטראקציה התא אל התא. העור מודלים 3D המשלב תאים melanocytic לשחזר את המאפיינים הטבעיים של הומאוסטזיס מלנוציט והתקדמות מלנומה בעור האדם. כפי in vivo, מלנוציטים בעור משוחזר מרוכזים בבית קרום המרתף וביניהם קרטינוציטים שכבת הבסיס. בתאי מלנומה התערוכה אותם מאפיינים המשקף את שלב הגידול המקורי (RGP, VGP ותאי מלנומה גרורתית) in vivo. לאחרונה, בתאי גזע עורי זוהו בדרמיס אדם (6). אלה רב עוצמה בתאי גזע יכול לעבור האפידרמיס להבדיל כדי מלנוציטים.
1. עור תלת ממדי האדם לשחזר דגם:
2. נציג תוצאות:
העור משחזר עם מלנוציטים נורמליים בתאי גזע עורי
העור משחזר הם בתרבית מגש 6-היטב מיוחד עם מוסיף. תא עורי הוא בתרבית DMEM עם FBS 10% בארבעת הימים הראשונים (איור 1A). העור לשחזר בינוני אני משמש כאשר קרטינוציטים הם זורעים עם במלנוציטים או בתאי מלנומה (איור 1B). האפידרמיס הוא חשוף לאוויר ביום 9 וזה מאפשר קרטינוציטים להבדיל (איור 1C). באותו יום 18, האפידרמיס של העור משחזר מורכב keratinocyte מרובדת שכבות. שכבת הבסיס מובחן שכבות הבדיל ברצף הם בכיוון אנכי (1D איור). כתםing את קטע משחזר עם melanocytic סמן S100 מראה כי מלנוציטים מיושרים בשכבת הבסיס של האפידרמיס ולתקשר עם קרטינוציטים מרובים באמצעות הרחבות דנדריט (איור 1E). תא עורי מכיל fibroblasts מוטבע סוג קולגן אני מטריקס. שהופקד קולגן IV מציין את קרום במרתף, המפריד בין האפידרמיס מן הדרמיס (איור 1F). כאשר בתאי גזע עורי (שכותרתו עם GFP lentiviral וקטור) המוטבעים עם fibroblasts ב קולגן אני מטריקס, הם נודדים אל האפידרמיס להתמיין מלנוציטים (1), (איור 2). שכבות מרובות של קרטינוציטים של האפידרמיס מפותחים.
העור משחזר של גידולים מלנומה
מחקרים מצביעים על כך Clinicopathological מלנומה התקדמות באופן הדרגתי: nevi רכש משותף, שומות nevi, RGP (שלב הצמיחה רדיאלי) מלנומה, VGP (שלב הצמיחה אנכי) מלנומה גרורתית מלנומה ו (7). בשלבים שונים של שורות תאים מלנומה דומים זה לזה מורפולוגית בתרבות D-2 (איור 3A-D) אבל כשהם משולבים בעור משחזר, את התנהגותם של תאים משקף שלהם מאפיינים vivo. המיקום ואת קצב הגידול של מלנוציטים נורמליים נשלטים בחוזקה בעור משחזר (איור 3E). RGP העיקרי מלנומה WM35 להתרבות בעיקר האפידרמיס (איור 3F), ואילו VGP מלנומה WM793 לגדול פולשני לתוך הדרמיס (איור 3G). מלנומה גרורתית 1205Lu באגרסיביות לחדור עמוק לתוך הדרמיס (איור 3H).

באיור 1. העור משחזר עם מלנוציטים נורמליים. המראה ברוטו של העור משחזר מוצג AC. Fibroblasts א מעורבב עם קולגן מגדלים DMEM המכיל 10% FBS וליצור תא עורי. קרטינוציטים ב ו מלנוציטים הם זורעים על גבי הדרמיס ולגדול בעור לשחזר בינוני. ג האפידרמיס הוא חשוף לאוויר ביום 9. ד H & E מוכתם העור לשחזר מציג את האפידרמיס מורכבת במאונך, שכבת הבסיס בכיוון, הבדיל ברצף תא מרובדת שכבות. הדרמיס מכיל fibroblasts מוטבע סוג קולגן אני מטריקס. ה-S100 חיובי מלנוציטים (חיצים שחורים) מיושרים על קרום המרתף ולתקשר עם קרטינוציטים מרובים. פ קולגן IV-מכתים מצביע על קרום במרתף, המפריד בין האפידרמיס של הדרמיס. כל stainings ב DF בוצעו על פורמלין-קבוע, פרפין, משובצים קטעים.

איור 2. בתאי גזע Dermal בעור משחזר להגר האפידרמיס להתמיין מלנוציטים. באותו יום 5 אחרי קרטינוציטים זריעה, תאים GFP חיובי אחד (ירוק) להתחיל נודדות מן התחומים. האפידרמיס מורכב עדיין בשכבה אחת. באותו יום 8, מספר תאים להגיע ממשק האפידרמיס, הדרמיס. ביום 10, GFP חיובי תאים מיושרים היטב במיקום קרום המרתף. GFP חיובי היגרו התאים את הסמן האפידרמיס melanocytic להביע HMB45 (אדום, כפי שצוין על ידי חצים לבנים). גרעינים מגואלות DAPI (כחול). האפידרמיס הוא התפתח שכבות מרובות. קרום המרתף מצוין עם קווים מקווקווים לבן.

איור 3. העור משחזר שלבים שונים של מלנומה: AD. מלנוציטים נורמליים ותאי מלנומה גדלו בתרבויות 2D. א מלנוציטים מן העורלה. ב RGP WM35 התאים. ג VGP WM793 תאים. ד 1205Lu מלנומה גרורתית תאים. מלנוציטים E. רגיל ממוקמים קרום המרתף. פ RGP WM35 התאים מלנומה לגדול ככל אשכולות תא האפידרמיס. ג VGP WM793 בתאי מלנומה לפלוש לתוך הדרמיס דרך הממברנה במרתף. ח גרורתי 1205Lu בתאי מלנומה אגרסיבית לפלוש עמוק לתוך הדרמיס.
פתרון בעיות
| בעיה | פתרון בעיות |
| תערובת קולגן אינה לחזק | תערובת צבע קולגן צריך להיות קש צהוב ורוד, אחרת ה-pH לא בסדר קולגן עלול לא ג'ל. אם הצבע הוא צהוב בהיר, סודיום ביקרבונט יותר יש להוסיף טיפה אחר טיפה. |
| קולגן בטרם עת משקעים ב mixuture | שמור את כל המרכיבים על קרח עד תערובת קולגן מושם על הוספת |
| קולגן הוא אפילו לא חוזה (צד אחד עבה יותר בצד השני) | כייל את המדף של חממה |
| האפידרמיס נוצר עם פחות משלוש שכבות keratinocyte. | השתמש קרטינוציטים מובחן על קטעים נמוך |
תיארנו יצירת עור 3D משחזר עם מלנוציטים אדם נורמלי, לתאי גזע עורי ותאי מלנומה. כאשר גדל בתרבות monolayer, תאים melanocytic להציג מורפולוגיה דומה (שטוח, כישור או יותר דנדריטים בצורת), ללא קשר למוצאם של השלב הקליני. לעומת זאת, עור 3D משחזר לשחזר הבמה מאפיינים ספציפיים של תאים מלנומה. מלנוציטים אדם רגיל מתגוררים בבית ממברנות במרתף בין שכבות האפידרמיס ואת עורי כמו תאים בודדים. תאים RGP מלנומה ראשונית לגדול בקבוצות קטנות לאורך הממברנה במרתף בעוד יותר אגרסיביים תאים VGP מלנומה לגדול ככל אשכולות גדולים שבירת דרך הממברנה אל תוך מרתף בדרמיס. בתאי מלנומה גרורתית לגדול לכל הכיוונים לפלוש עמוק לתוך הדרמיס כמו תאים או אשכולות יחיד. ניתוח כמותי יכול להתבצע על המודל הזה על ידי מדידת עומק הפלישה והיקף התפוצה. בנוסף ואפיון של תאים ממאירים melanocytic נורמלי, באמצעות מודל שאנחנו יכולים לגרום ישירות התמיינות בתאי גזע עורי לתוך מלנוציטים התבגר, אשר בבית אל שכבת הבסיס של האפידרמיס ליצור תקשורת בתום לב עם קרטינוציטים דרך upregulation של E-cadherin ( 6).
באמצעות וקטורים ויראליים, אנו מסוגלים גם להפעיל או להשבית פונקציה גן הבנה טובה יותר של הדינמיקה ואת משמעות תפקודית של גנים לידי ביטוי כל סוג תא העור משחזר, אשר מבטיח להיות מודל יעיל ללמוד לא רק על מנגנוני טרנספורמציה של מלנוציטים , אלא גם התקדמות של מלנומה (8). לטווח ארוך של התבוננות פנוטיפים הסלולרי הפך אפשרי באמצעות השתלת עור משחזר לבעלי חיים immunodeficient. אדם כזה העור עכבר הכימרה היא כלי מחקר מעולה ללמוד melanomagenesis וגרורות מלנומה.
העור משחזר יכול להיות גם פלטפורמה יעילה להערכת תרופות. תרופות רבות אשר לחסל תאים סרטניים בתנאי תרבות 2D לעיתים קרובות יש השפעה מועטה ביישומים הניסוי הקליני. כפי שניתן לראות בגידול vivo, בתאי מלנומה בתרבויות 3D הם לעתים קרובות עמידים לתרופות אשר התאים בתרביות 2D להגיב, מה שמראה כי microenvironment מודולציה מסלולי איתות מלנומה. לגילוי סמים מוצלח, העור לשחזר מודל 3D הוא כלי אידיאלי פרה לחזות את ההשפעות של תרכובות in vivo (9,10).
לסיכום, העור לשחזר מודלים לגשר על הפער בין במבחנה במחקרים vivo. הם יובילו להבנה טובה יותר של אילו גנים מעורבים טרנספורמציה וכיצד בתאי גזע לתרום השינוי.
אין ניגודי אינטרסים הכריז.
אנו מודים מתקן המכון Wistar בעלי חיים, מתקן מיקרוסקופית, מתקן Histotechnology ואספקה מרכז המחקר. המחקר מומן בחלקו על ידי מענקים מהמוסד הלאומי לבריאות ע"א 076674, קליפורניה 098101, 025874 ו - CA CA 10815.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| שם מגיב | חברה | מספר קטלוגי | |
| 10x EMEM | ביו וויטאקר | 12-684F | |
| L-גלוטמין | Gibco | 25030-081 | |
| סרום שור עוברית | Hyclone | SH-30,071.02 | |
| גיד שור חומצה חולץ קולגן | Organogenesis | 200/50 | |
| תרביות רקמה של 6 גם מגשים עם תוספות | Organogenesis | 9285 | |
| Keratinocyte בינונית חינם סרום | Gibco | 17005042 | |
| Dialyzed עגל עוברית סרום | Hyclone | SH-30,079.03 | |
| רקומביננטי גזע אנושיים Cell Factor | פיצג'רלד תעשיות | RDI-307-255X | |
| יסוד FGF | פיצג'רלד תעשיות | 30R-AF015 | |
| אנדותלין-3, אדם | האמריקאי פפטיד ושות | 88-5-10 | |
| סידן כלוריד | סיגמא | C-7902 | |
| DMEM | JRH מדעי החיים | 56430-10L | |
| F12 (HAM של) | Gibco | 11765-54 | |
| הידרוקורטיזון | סיגמא | H-0888 | |
| אינסולין, transferrin, Ethanolamine, סלניום (ITES) | BioWhittaker | 17839Z | |
| O-Phosphorylethanolamine | סיגמא | P0503 | |
| אדנין | סיגמא | A9795 | |
| הפרוגסטרון | סיגמא | P-8783 | |
| Triiodothyronine | סיגמא | T-5516 | |
| סרום סובך של יילוד | Hyclone | SH3011802 | |
| חיץ 10% פורמלין | Surgipath | 00600 | |
| טמפרטורה אופטימלית חיתוך קפוא התקשורת (אוקטובר) | סאקורה | 4583 | |
| Multi קלטות | Surgipath | 02293-BX | |
| TBS ביופסיה ניירות | משולש למדעי ביו | BP-B | |
| TBS ביופסיה ניירות | משולש למדעי ביו | BP-B | |
| מאגר תבניות חד פעמיות | דיג | 15-182-501C | |
| הבנזואין מתחם תמיסת | Disposables Professional, Inc, | S42450 | |
| מטליות אלכוהול Prep | בית המרקחת CVS | ||
| משי שחורה קלועה 5-0 | Ethicon | 682G | |
| גזה ספוגים (סטרילי) | בית המרקחת CVS | ||
| מצבטים | Roboz | RS5070 | |
| איריס מספריים | Roboz | RS5913 | |
| כירורגי להבי | נוצה | 2976 | |
| EZ הרדמה | Euthanex קורפ | ||
| SCID עכבר outbred שיער | צ'ארלס הנהר |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission