C'è una crescente evidenza che i carcinomi ovarici sono costituiti da miscele eterogenee di cellule e ospitano le cosiddette "cellule staminali tumorali" (CSC) responsabili dell'inizio, del mantenimento e della recidiva della malattia dopo le terapie citotossiche convenzionali1-3. Pertanto, lo sviluppo di strategie molecolari mirate alle CSC ovariche è un obiettivo importante e promette di migliorare la terapia delle pazienti con carcinoma ovarico.
Un prerequisito per la comprensione delle caratteristiche molecolari delle CSC è il loro isolamento affidabile dalle non-CSC. Tuttavia, l'identificazione delle CSC ovariche sembra impegnativa. Mentre l'espressione di CD133 e l'attività dell'aldeide deidrogenasi (ALDH)4,5 marcano le CSC ovariche, alcuni dati indicano che questi marcatori sono instabili6. Coerentemente, nel carcinoma ovarico, ad eccezione ad esempio nel carcinoma mammario7, l'espressione di ALDH1 si associa con esito favorevole8 e l'espressione della variante CD44 del marcatore delle cellule staminali proposto non ha valore prognostico9. Più recentemente, abbiamo dimostrato che l'espressione della proteina SOX2 delle cellule staminali embrionali conferisce staminalità alle cellule di carcinoma ovarico10 e che un'elevata espressione di SOX2 si associa a carcinomi ovarici e mammari clinicamente aggressivi11,12. Pertanto, in questo rapporto utilizziamo un costrutto reporter lentivirale contenente una proteina di fluorescenza rossa (RFP) la cui espressione è controllata da una regione regolatoria SOX2, come metodo per isolare le CSC ovariche putative.
Per definizione, le CSC possono sia auto-rinnovarsi che differenziarsi, dando origine a tutti i tipi di cellule tumorali. Le popolazioni putative di CSC devono essere analizzate in saggi funzionali eseguiti in vivo. Per ovvie ragioni, nelle cellule umane tali test funzionali sono limitati a saggi di xenotrapianto, che comprendono principalmente il trapianto di cellule tumorali umane in topi immunocompromessi10,13.
Un metodo alternativo in vitro è stato offerto da Brent Reynolds e Sam Weiss che per primi hanno riportato il cosiddetto saggio della neurosfera come un test surrogato che valuta il potenziale staminale nelle cellule neurali14. Dontu e colleghi hanno successivamente confermato l'uso di questo test per la valutazione del potenziale delle cellule staminali nelle cellule mammarie15,16. Qui, le cellule mammarie umane sono state piastrate in numero diverso in terreno privo di siero integrato con fattore di crescita epidermico (EGF), fattore di crescita basico dei fibroblasti (bFGF), B-27 ed eparina e coltivate in condizioni non aderenti per sette-dieci giorni prima che la formazione della sfera fosse valutata al microscopio. Seguendo questo protocollo con alcuni aggiustamenti nel numero di cellule, nel terreno di crescita e negli integratori, diversi gruppi hanno esplorato il potenziale delle cellule staminali in vitro di diversi tipi di cancro come i tumori del seno17, del cervello18, del pancreas19 e del colon20. Nel carcinoma ovarico, abbiamo recentemente riportato la fattibilità del test delle sfere e confrontato i suoi risultati con quelli raccolti in modelli murini di xenotrapianto in vivo 10. Abbiamo scoperto che la sovraespressione della proteina SOX2 delle cellule staminali aumenta sia la formazione di sfere in vitro che la tumorigenicità in vivo delle cellule di carcinoma ovarico umano10. Tuttavia, la frequenza delle cellule che iniziano la sfera era superiore alla frequenza delle cellule che iniziano il tumore misurata in vivo10, suggerendo che il test della sfera può portare a risultati falsi positivi per motivi tecnici o, in alternativa, il test in vivo può essere inefficiente e portare a risultati falsi negativi.
In questo rapporto, analizziamo in modo più dettagliato i saggi di sfere ovariche multicellulari, esaminiamo i diversi protocolli disponibili in letteratura e li confrontiamo con un saggio basato su una singola cellula. Dimostriamo che il saggio basato su singole cellule fornisce risultati più accurati e riproducibili rispetto ai saggi basati su più cellule, che possono essere fortemente influenzati dalla densità delle cellule piastre, a meno che la metilcellulosa non venga aggiunta alle colture per immobilizzare le cellule. Tuttavia, anche nei saggi basati su singole cellule, il potenziale di inizio della sfera in vitro è osservato con una frequenza più elevata rispetto al potenziale di inizio del tumore in vivo.