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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
ここで、両方のアーキテクチャを繰り返す 3 D 脊髄悪性黒色腫回転楕円体皮膚モデルを生成するためのプロトコルを提案する、体内臓器・腫瘍同時に多細胞の複雑さを収容する体系的な実験的介入。
人間の皮膚の色素細胞のメラノサイトの悪性化は、増加の転移可能性の非常に積極的な癌悪性黒色腫の形成を引き起こします。最近、モノラル化学療法は対象キナーゼ阻害剤の黒色腫の特定の組み合わせ療法で改善を継続します。まだ、悪性黒色腫では腫瘍に対する耐性がプライマリまたは発癌性容量を取り戻すことにより、新規の治療法に抵抗を開発するため、命にかかわる病気が残っています。悪性黒色腫の治療の成功を改善するために従来の治療アプローチに対して耐性の分子機構の決定は必要である;しかし、革新的な細胞の in vitroモデルが必要です。ご紹介の in vitro三次元 (3 D) 脊髄悪性黒色腫回転楕円体モデル悪性黒色腫の生体内で建築を描くことができますし、新しい洞察を保証があります内腫瘍腫瘍ホスト相互作用だけでなく。モデルには、皮膚一次細胞から成る 3 D 皮膚完全復元モデルの成熟と分化した悪性黒色腫の回転楕円体の定義番号が組み込まれています。埋め込まれた黒色の回転楕円体の細胞の組成と分化の状態は皮膚黒色腫転移の生体内のものと同様です。非対応、増加の利点のための不必要な治療負担を温存しながら併用療法を選択した薬剤のスクリーニングのプラットフォームにレスポンダーの識別をサポート可能性がありますようこの脊髄悪性黒色腫回転楕円体モデルを使用治療上の介在。
人間の皮膚は、環境への悪影響1から体を保護する上でさまざまな機能を提供する 2 つの異なるコンパートメントで構成されます。皮膚の下のコンパートメントは、弾性線維結合組織で構成されます。それは機械的な障壁機能を提供、線維芽細胞により合成された緩く接続されているコラーゲンとエラスチン繊維で構成されます。真皮は、上の表皮から両方の肌のコンパートメント間一定の通信による細胞外マトリックスとして作り出される基底膜で区切られます。対照をなして、真皮表皮ケラチノ サイトから主に成っている扁平上皮し、4 つの層に区別できます。常に皮膚細胞の棘と顆粒層の段階を経て角質層に層化から派生する未分化の基底ケラチノ サイトから成っている層植皮2脱水や感染症から身体を守る。メラノサイトは基底膜が揃えし、複数ケラチノ サイトと樹状の拡張を通じて通信します。彼らは、皮膚の老化、免疫、炎症、非黒色腫皮膚癌の誘導など、紫外線の悪影響から皮膚組織を守るためにメラニン色素を生成します。UV 放射線に貢献する悪性黒色腫メラノサイトの変換しかし、です、まだ討論3。
悪性黒色腫の開発は異なる腫瘍進行段階に区別される、特定の遺伝的、形態学的、組織学的変化の4によって特徴付けられます。彼らはいずれかのde novoを起源としています。 またはローカル生得か得られた母斑から良性の腫瘍を引き起こしているメラノサイト増殖の増加します。この前駆病巣を続けます可能性があります悪性初期肥大成長段階 (RGP) 亜流の細胞を含む構造的に変更された異形成組織に変換できます。この初期の腫瘍の進行段階は、表皮、真皮乳頭層内のいくつかの局所浸潤細胞を示す内放射状増殖細胞が特徴です。その後の垂直成長段階 (VGP) 悪性黒色腫の中にセルはすでに皮下5と同様、真皮の深い部分に潜入する基底膜を破り転移性、侵襲性の表現型を表示します。最後に、転移性の悪性黒色腫 (MM) 遠位肝臓、肺、脳の6のような器官に侵入する血液・ リンパのシステム全体に広がって全身転移細胞で最も積極的な進行段階を表します。
日には、外科手術による早期診断では、悪性黒色腫の最も有効な治療法がまだ残っています。遠隔転移症例の予後は、古典的な化学療法レジメンのみ少し生存給付8,9を与えるので特に貧しい7をただし、残ります。ただし、停滞の十年後標的治療の最近の進歩は、悪性黒色腫の予後を大きく改善しています。
2 つの主要なマイトジェン活性化経路、RAS RAF MEK ERK と PI3K AKT PTEN のシグナル伝達経路の制御不全、悪性黒色腫の進行の主要なドライバーを提示は、恒常のプロトオンコジーンの BRAFV600 の点突然変異をアクティブにする場合は特に、Nras 登録で現在10にあります。したがって、対象キナーゼ阻害剤の発明は転移性メラノーマ患者の治療効果を約束しました。この時点までに実施された臨床試験の多くは転移性メラノーマ患者の重要な利益を達成していません。ほぼすべての応答は、主な抵抗性を示した患者の亜種で、部分的です。また、再発につながる二次抵抗性の獲得は、患者11,12の大半にみられた.
単独で突然変異状態の分析は最も強力な治療戦略を開発するための十分なないことが明確になります。新しい高速で信頼性の高い診断ツールは、体系的に記録し、個々 のがん細胞の応答性を分析に必要です。ひと黒色の現在利用可能なデータの大半は、二次元 (2 D) 悪性黒色腫細胞の培養から得られています。3 D で育ったしかし、腫瘍細胞は、リンパ球サブポピュレーションだけでなく癌細胞と周囲のホストの非変形組織間分化癌細胞間クロストークを許可します。したがって、それは最高の前臨床スクリーニングとして使用する黒色腫を開発、3 D 環境を再構築するだろう13,14のモデルします。
承認機関のプロトコルを使用してすべての人間の組織の仕事を行った。
1. 人間の皮 (割礼から少年包皮) から真皮と表皮の分離
2. 表皮からプライマリ ケラチノ サイトの分離
3. プライマリ ケラチノ サイトの栽培
4 主な真皮線維芽細胞の分離
5 主な線維芽細胞の培養
6. 悪性黒色腫 3 D 回転楕円体を介してハンギング ドロップ法の生成
7. 切片における皮膚の真皮のコンパートメントの世代を再構築します。
8. 切片における皮膚の表皮のコンパートメントの世代を再構築します。
9. 空気液体培養切片における皮膚の再構築します。
10 脊髄悪性黒色腫回転楕円体の皮膚モデルの生成
悪性黒色腫の転移の治療の成功は、腫瘍細胞だけでなく腫瘍の間と未変換のホスト間のクロストークによる影響があります。がんの in vitroの切片のモデルの開発の目的は、3次元組織と人間のメラノーマの複雑さを要約するだろう適切な前臨床テスト システムを提供する体内。これにより切片環境と並行して周囲の主な組織に悪影響内腫瘍の治療の影響を研究。
最高の切片皮膚モデルを開発し、一次電池の品質が不可欠です。通常より少なく区別されているため主な大人の皮膚細胞と比較して少年主線維芽細胞とケラチノ サイト、使用に有利です。少年の皮膚細胞かプロトコルのセクション 1-5 で説明したように少年の包皮から分離することもは、出生前の主な線維芽細胞とケラチノ サイトとして企業から購入します。購入する場合、ドナー固有の結果、例えば、薬剤感受性を避けるために異なるドナーからのセルの順序が必要です。図 3の方式としては、一連のプロトコルが表示されます。
3 D 全肌対応の品質管理には、免疫組織化学的解析が必要です。第一印象は、ヘマトキシリン ・ エオジンによって得ることができるセクション (3 μ m) を埋め込んだ (H & E) パラフィンの染色します。表皮分化の品質の詳細に分析し、真皮と表皮の基底膜の形成、表皮成層マーカーに対する特異抗体を用いた免疫組織化学的解析を必要とします。これにより、未分化、増殖性が高いセル間を区別する基底膜近くに位置する高い区別し、異なる表皮層の形成によって角質層で細胞を間に角質化.免疫組織学的染色で示すように、 (図 4)、全体表皮ケラチノ サイトの分化は正常な皮膚のように達成できる: 主として表皮下層から未分化細胞 (層脛と棘) 10、involucrin、スープラ基底の層 (角質層と顆粒層) から区別された細胞染色ケラチン陽性間ケラチン 14、陽性染色します。したがって、フィラグリンの染色は角質層の非常に区別された細胞で観察のみできます。最も重要なは、ラミニン 5 の染色には、生理学的人工皮膚再構成の皮膚のコンパートメントに表皮を接続する基底膜が生成されたこと明らかにします。これは、ホスト メラノーマ細胞または回転楕円体の生理学的および病態生理学的解析、通信切片微小環境が生成されていることを証明します。
悪性黒色腫の薬剤のスクリーニングを目的としては、 de novo黒色腫巣形成18,19を許可する完全皮膚同等の真皮に単一のメラノーマ細胞を統合できます。したがって、メラノーマ細胞は一緒に 5 分 200 × g で遠心 5:1 の割合で一次繊維芽細胞と結合され、コラーゲンと混合する前に GNL で再停止されます。その結果、悪性黒色腫細胞巣は皮膚のコンパートメントで自発的に形成されます。私たちの経験によると転移の成長のセルのみ相 RGP や VGP15の悪性黒色腫細胞と比較して、フォームの適切な巣です。1 つのこれらの種類のモデルの主な欠点は数と形成された悪性黒色腫巣のサイズは予測できないと個々 の皮膚の間に異なる場合がありますという事実は、任意の処理とは独立して再構築します。たとえば、1000 個の細胞が真皮のコンパートメントにシードは 100 セルまたは各 (図 5) 10 細胞から成る 100 巣から成る 10 の巣を得るかもしれない。これらの生物学的変数に現在 3 つの欠陥: 数と形成された悪性黒色腫巣のサイズは予測できます最初に、。第二に、生体内で転移悪性黒色腫巣より通常大きくより複雑な内腫瘍の多様性; を展示そして第三に、腫瘍巣モデルの限られた寿命のため治療が早期に開始され、その結果ではなく腫瘍巣を既存の回帰ではなく腫瘍の伸長を阻害します。
これらの制限脊髄悪性黒色腫回転楕円体の皮膚モデルを克服するために生成できます。養殖 250 の転移性のメラノーマは 14 日20の吊りのセルを削除、回転楕円体が再現性をもって生成最終的な直径約 500 μ m 模倣以外のコンパクトな構造を提示細胞血管柄付き実行可能な悪性黒色腫から成る腫瘍ノード、微小転移または間キャピラリー マイクロ地域固形腫瘍21,22の。一般に、任意の悪性黒色腫細胞株は、絞首刑を介して回転楕円体の生成に適したメソッドをドロップただし、由来細胞より高度な転移性腫瘍の段階フォーム初期進行段階、例えば、RGP 由来細胞株と比較してより強固回転楕円体。
絞首刑の粘度を高めるために適切な回転楕円体形成と便利ですいくつかの細胞の培養液をドロップします。これは、培養培地に 10-50% メチル セルロース添加によって達成できます。メチル セルロースの貯蔵液、オートクレーブ 1.2 g のメチル セルロース一緒に 100 mL ガラス瓶の中の磁気攪拌棒。4 ° C で 100 mL 予熱 (60 ° C) 中、室温で 20 分、さらに 1-2 時間の攪拌を追加します。5,000 × g で 2 h の原液を遠心し、使用するまで 4 ° C で粘性上清を保存します。
完全皮膚黒色腫回転楕円体モデルの適切な検証が定義された番号黒色回転楕円体ことができます - 少なくとも統計的に - が、真皮の線維芽細胞・ コラーゲンに統合という事実によって私は皮膚モデルの構築の 1 日目で足場を提供できるように25-27 日間表皮分化を共同開発しています。皮膚の透明な内に白い斑点がゲルし、倍率デバイス (図 2) を使用せずに見ることができるよう、回転楕円体が表示されるため、回転楕円体の収量は, 播種後直接分析できます。その結果、港湾成熟した黒色腫スフェロイド培養体外内腫瘍の最高レベルを示す約 42 日間の合計であった細胞分化15のこと 3 D 皮膚モデルが生成されます。
組織学的外観と非血管ひと悪性黒色腫の皮膚転移体内15 (図 6 のいずれかに非常に類似する悪性黒色腫を回転楕円体の細胞の分布を明らかにする H & E 染色皮膚黒色腫回転楕円体モデル).悪性黒色腫細胞の 2 つの集団がこれらの条件の下で明確に区別できる: 末梢増殖個体との主にで構成される中央亜種萎縮し、アポトーシスや壊死細胞、いわゆる形成「壊死」センター。生活と集団を増殖の免疫組織化学的には、壊死の中心部の細胞を TUNEL 染色15が視覚化できるに対しにキ-67、増殖マーカーに対する抗体を用いて検出できます。腫瘍細胞の亜集団のこの特定の分布は、栄養素や中部異化廃棄物が蓄積する場所の酸素の不足に起因する回転楕円体サイズ (≥500 μ m)、によって保証されます。信頼性と再現性のある切片の世代は、ここで指定したプロトコルに従うと全層皮膚モデルは人間の悪性黒色腫の皮膚転移を模したヒトメラノーマ スフェロイドを埋め込まれています。このモデル含める薬剤テストのアプリケーション、毒素のスクリーニング化粧品化合物の影響またはレーザー黒色伸長と治療に関する治療。

図 1: 3 D 脊髄皮膚再構築の栽培浸水中と気液界面。日主ケラチノ サイトが主な線維芽細胞から成る皮膚のコンパートメントの上にシード 0 に埋め込まれたコラーゲン タイプ私行列。3 D 肌再構築滞在 7 日間 EGM の水中栽培、挿入壁から分離させ、縮小し始めます。8 日目に挿入が 6 井戸に転送され、表皮の成層を許可する気液界面での栽培します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 2: 皮膚のコンパートメントに埋め込まれた黒色回転楕円体が白い斑点として表示されます。一方、3 D 皮膚再構成、黒色回転楕円体の定義された数の皮膚のコンパートメントの準備は、私はミックス型コラーゲン線維芽細胞に追加できます。皮膚のゲルが定着している、黒色回転楕円体を白い斑点として表示されるようになります。

図 3: 切片の 3 D 皮膚モデル構築のスキーム。皮のサンプルから脂肪組織を除去し、小さな断片に切断します。当期ソリューション 4 ° C で一晩培養真皮から表皮の分離が容易になります。分離主線維芽細胞とケラチノ サイトを別々 に栽培し、通路 4-6 と 3-4 間でそれぞれ使用ください。その後、3 D 皮膚モデルの生成は、プロトコルで説明されているように進むことができます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 4: 3 D 脊髄皮膚再構築ひと正常皮膚ような分化のレベルが表示。パラフィン皮膚同等のセクション(A) 通常と比較して人間の皮膚 (B) 染色によるケラチン 14 の式 (赤: λex 554 nm; λem 568 nm) と 10、involucrin (緑: λex 490 nm; λem 525 nm)、フィラグリン (緑: λex 490 nm; λem 525 nm)、およびラミニン 5 (緑: λex 490 nm; λem 525 nm)、共焦点蛍光顕微鏡を用いた分析と。細胞核を視覚化した DAPI 染色 (青: λex 340 nm; λem 488 nm)。3 D 全層皮膚同等明らかに適切な表皮成層のひと正常皮膚に見られるように、表皮の独立した層を形成の免疫組織化学的検査。一方、表皮下層からケラチン 14 陽性染色より多くはケラチン 10 と involucrin 染色を示したスープラ基底層から細胞を区別しました。角質層に近い高度に分化した細胞は、フィラグリンを表明しました。ラミニン 5 染色生理表皮真皮コンパートメント (最低パネル) への接続に基底膜を生成することを示しています。この図は、Voersmannらから撮影されています。15権限を持つ。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 5: 数と自発的に形成された悪性黒色腫巣のサイズは予測できません。De novo黒色腫巣形成における皮膚悪性黒色腫の定義された数を混合することによって対応が可能の皮膚のコンパートメントにコラーゲン タイプに両方のセル型を埋め込むには主な線維芽細胞と細胞私行列。数と自発的に形成された悪性黒色腫巣のサイズは約 21 日後に成熟した 3 D 肌再構築からのみ分析できます。下図の 2 つのサンプル (A) から (B) 番号および黒色腫巣のサイズは個々 の皮膚再構築の間に異なる場合があります。結果として、これらのモデルを検証し、治療的効果を予測することは困難です。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 6: 黒色腫スフェロイド皮膚同等に統合要約人間の皮膚悪性黒色腫の転移の重要な機能です。H & E 染色等価の皮膚に埋め込まれた腫瘍スフェロイドのパラフィン切片は、非血管人間皮膚悪性黒色腫転移は生体内で重要な機能を共有する回転楕円体を明らかにしました。細胞の 2 つの集団は明確に識別: 周辺生活集団との主にで構成される中央の subpopulation 萎縮し、アポトーシスや壊死細胞、「壊死」拠点の形成。この腫瘍細胞の亜集団の配布は、回転楕円体サイズによって保証されます。この図は、Voersmannらから変更されています。15権限を持つ。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
著者は、彼らは競合する金銭的な利益があることを宣言します。
ここで、両方のアーキテクチャを繰り返す 3 D 脊髄悪性黒色腫回転楕円体皮膚モデルを生成するためのプロトコルを提案する、体内臓器・腫瘍同時に多細胞の複雑さを収容する体系的な実験的介入。
著者は、3 D 脊髄悪性黒色腫-回転楕円体-皮膚-モデルを確立し、優れたプロトコルを提供するためハンナ Voersmann をありがとうございます。著者はまた、貴重なテクニカル サポートのシルクはブッシュを感謝します。仕事は BMBF e によって支えられた: 医学プログラム「悪性黒色腫感度」031A423A。
| 胎児血清アルブミン(FCS) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 10270106 | 細胞培養培地に10 %を添加 |
| トリプシン-EDTA | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 25300054 | PBSで1倍希釈 |
| RPMI | メラノーマ細胞株の培養用 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 61870010 |
| DMEM | 初代線維芽細胞の培養に関する | サーモフィッシャーサイエンティフィック | の41965062 |
| Dispase | Gibco life technologies | 17105041 | 2U / ml、PBS |
| コラーゲンI型 | BDバイオサイエンス | に溶解354249 | 通常はラットテールから、濃度は3.5-4 mg / mlである必要があります |
| 24ウェルインサートNunclon | Nunc | 140629 | 8 & マイクロ;m孔径;吊り下げインサートではなく、立って使用してください! |
| 細胞ス | トレーナーBDファルコン | 352360 | 黄色 |
| ゲンタマイシン | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 15750060 | PBSに溶解 |
| ケラライフ角膜細胞培地 | 細胞システムは | FCSまたは抗生物質を追加しないでください | |
| コラゲナーゼ | SERVA | 17454 | NB4標準グレードの |
| 若年ヒトケラチノサイト | 細胞システム | FC-0007 | 若年包皮からの独自の調製の代替 |
| 若年ヒト線維芽細胞 | 細胞システム | FC-0001 | 若年包皮からの独自の調製の代替 |
| DMEM [+] 4,5 g/l グルコース、 [+] L- グルタミン、 [-] L- ピルビン酸 | Gibco life technologies | 41965 | ハムと1:1を混ぜます。MM ミディアムの F-12。 3:1をハム´と混ぜます。EGMミディアム |
| ハム´のためのF-12;F-12 [+] L-グルタミン | ギブコ ライフテクノロジー | ズ 21765-029 | EGMおよびMM媒体の生成のためにDMEMに追加(レーン15を参照) |
| EGF | Gibco life technologies | 13247-051 | EGM中型の生成のためだけに10 ng / mlを追加 |
| 塩化カルシウム | メルクケミカルズ | 2381 | EGMの生成のために1.9 mMとMM中セレン酸のために3.8 mMを追加 |
| Alfa Aesar | 18851 | EGMとMM中の生成のために53 nMを追加 | |
| インスリン | リ | リーHI0219ハムペン3ml 100 E.I./ml | は5 & micro;EGMおよびMM中 |
| エタノールアミン | Sigma-Aldrich | の生成のためのg / mlE-0135 | EGMおよびMM媒体の生成に0.1 mMを追加 |
| P-エタノールアミン | Sigma-Aldrich | P-0503 | EGMおよびMM媒体の生成に0.1 mMを追加 |
| Holo-Transferrine | Sigma-Aldrich | T-0665 | 5 & マイクロを追加;EGMおよびMM中トリ |
| ヨードチロニン | Sigma-Aldrich | T-6397 | の生成のためのg / mlは、EGMおよびMM中ヒ |
| ドロコルチゾン | Sigma-Aldrich | H-088816 | の生成のために20 pMを追加し、0.4 & microを追加します。EGMおよびMM中プロ |
| ゲステロン | の生成のためのg / mlSigma-Aldrich | P-8783 | は、EGM中の生成のためにのみ10 nMを追加 |
| Hepes | Sigma-Aldrich | H-3784 | EGMおよびMM中の生成のために15 mMを追加 |
| Serine | Sigma-Aldrich | S-4311 | EGMおよびMM中コリン塩化物の生成に1 mMを追加 |
| Σ-Aldrich | C-7017 | は、EGMおよびMM中型dFCSの生成に0.64 mMを追加します | |
| Sigma-Aldrich | F-0392 Lot 086K0361 | は、EGMおよびMM中型の生成に2 %を追加します | |
| アデニン | Sigma-Aldrich | A-9795 | は、EGMおよびMM媒体の生成のために0.18 mMを追加 |
| L-グルタミン | PromoCell | C-42209 | EGMおよびMM媒体の生成に7.25 mMを追加 |
| 塩化ストロンチウム塩化ストロンチウム | 255521 | EGMおよびMM媒体の生成に1 mMを追加 | |
| 抗サイトケラチン 10 | 抗体Dako | M7002 | 1:50 |
| 抗サイトケラチン 14 抗体 | サンタクルス | SC-53253 | 1:200 |
| 抗ラミニン5抗体 | Santa Cruz | sc-32794 | 1:50 |
| 抗フィラグリン抗体 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | MA5-13440 | 1:50 |
| 抗インボルクリン抗体 | Acris 抗体 | AM33368PU | 1:50 |
| 二次ポリクローナルヤギ 抗マウスIgG FITC 標識 | LifeSpan Biosciences | LS-C153907 | 1:50 |
| 二次ポリクローナルヤギ 抗マウスIgG Cy3ラベル付き | ジャクソン免疫研究 | 115-165-003 | 1:1000 |
| DAPI | シグマ-アルドリッチ | 10236276001 | 1:100 |