1. Izolacja pierwotnych hodowli ludzkich normalnych fibroblastów gruczołu piersiowego
Procedury eksperymentalne dotyczące izolacji pierwotnych hodowli ludzkich prawidłowych fibroblastów gruczołu piersiowego przedstawiono na Rys. 1A.
- Przygotować bufor do dysocjacji komórek zgodnie z wcześniejszym opisem12: podłoże DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium) z 10% płodową surowicą cielęcą (FCS), penicyliną-streptomycyną (200 units/ml), kolagenazą typu I (1 mg/ml) oraz hialuronidazą (125 units/ml).
- Tkankę piersi pobraną podczas plastyki redukcyjnej (~0.5 gram) kilkukrotnie przemyć w solance fosforanowej (PBS). Tkankę rozdrobnić na małe fragmenty (<1.5 mm3) za pomocą sterylnych żyletek.
- Fragmenty tkanki przenieść do probówki stożkowej o pojemności 15 ml zawierającej odpowiednią ilość powyższego buforu do dysocjacji komórek (10 ml na 0.5 gram tkanki) i mieszać na wirówce typu vortex przez 1 min z maksymalną prędkością.
- Trawić fragmenty tkanki w buforze do dysocjacji komórek przez 12-18 h w temperaturze 37°C przy wolnym mieszaniu. *Należy pamiętać, że w probówce pozostanie wciąż wiele nieprzetrawionych fragmentów tkanki.
- Inkubować probówkę przez 5 min w temperaturze pokojowej bez mieszania. Powstały nadsącz wzbogacony w komórki zrębowe przenieść do nowej probówki stożkowej za pomocą pipety serologicznej 5 ml.
- Frakcję zrębową wirować przez 5 min przy 250 X g i resuspendować osad komórkowy w PBS. Wirować ponownie przez 5 min przy 250 X g i resuspendować osad komórkowy w podłożu DMEM uzupełnionym o 10% FCS. Hodować komórki w podłożu DMEM zawierającym 10% FCS w szalce Petriego o średnicy 15 cm w temperaturze 37°C i 5% dwutlenku węgla.
- Namnażać komórki do momentu uzyskania konfluencji. Zazwyczaj trwa to 8-10 dni. Komórki przechowywać w temperaturze -80°C w medium do mrożenia (10% dimetylosulfoksyd i 20% FCS w DMEM). Przygotować 5 zamrożonych fiolek jako zapas pierwotny. Rozmrozić jedną fiolkę i namnożyć komórki, aby przygotować 5 fiolek zapasu wtórnego zawierającego fibroblasty pasażowane w obrębie 5 podwojeń populacji (PDs) do kolejnych eksperymentów. Procedury te minimalizują selekcję klonalną oraz stres hodowlany, które mogłyby wystąpić podczas przedłużonej hodowli tkankowej. *Należy pamiętać, że procedury P1.1-7 mogą być również stosowane do izolacji CAF z raków piersi pobranych podczas mastektomii12.
2. Generowanie unieśmiertelnionych ludzkich normalnych fibroblastów piersiowych, znakowanych GFP i opornych na puromycynę
- Aby unieśmiertelnić pierwotne ludzkie normalne fibroblasty piersiowe wyizolowane w P1.7), wprowadź wektor retrowirusowy pMIG (MSCV-IRES-GFP)12, wykazujący ekspresję zarówno hTERT, jak i GFP. Hoduj komórki przez 4-5 dni, a następnie wyselekcjonuj komórki GFP-dodatnie za pomocą cytometrii przepływowej.
- Wprowadź konstrukt retrowirusowy pBabe-puro kodujący gen oporności na puromycynę do oznakowanych GFP unieśmiertelnionych fibroblastów. Hoduj komórki przez 5-7 dni w obecności puromycyny (stężenie końcowe: 1 μg/ml), aby wyizolować GFP-dodatnie (GFP+), oporne na puromycynę (puroR) unieśmiertelnione ludzkie fibroblasty piersiowe.
- Następnie, aby zbadać, czy fibroblasty te produkują aktywne wirusy, co może prowadzić do horyzontalnego transferu genów kodujących GFP i oporność na puromycynę, wyhoduj 2,5x105 GFP+puroR unieśmiertelnionych ludzkich fibroblastów piersiowych w 6 cm szalce Petriego przez 2 dni.
- Przefiltruj medium warunkowane przez te fibroblasty za pomocą filtra strzykawkowego (rozmiar porów: 0,45 μm) i dodaj je do mysich komórek fibroblastycznych 10T1/2 na 12h w obecności siarczanu protaminy (5 μg/ml), który zwiększa wydajność infekcji wirusowej. Następnie zmień medium na 10% FCS-DMEM na kolejne 2 dni.
- Zbadaj komórki za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej. Komórki 10T1/2 zainfekowane wirusem GFP staną się GFP-dodatnie. Poddaj komórki działaniu puromycyny (1 μg/ml) przez 5-7 dni i obserwuj szalkę, czy występują jakiekolwiek komórki 10T1/2 puroR i czy tworzą one kolonie po traktowaniu puromycyną.
- Należy zauważyć, że horyzontalny transfer genów za pomocą aktywnych wirusów produkowanych przez rodzicele GFP+puroR ludzkie fibroblasty piersiowe może sprawić, że otaczające mysie komórki i/lub komórki raka staną się GFP+puroR w obrębie ksenoprzeszczepów nowotworowych. Może to utrudnić procesy izolacji początkowo wstrzykniętych GFP+puroR ludzkich fibroblastów piersiowych z ksenoprzeszczepów nowotworowych.
3a. Współiniekcja ludzkich fibroblastów gruczołu piersiowego wraz z komórkami raka piersi do myszy z niedoborem odporności
Procedury eksperymentalne służące do generowania exp-CAF przedstawiono na rys. 1Ba.
- Wymieszać 1x106 komórek raka piersi człowieka MCF-7-ras oraz 3x106 GFP+puroR unieśmiertelnionych fibroblastów gruczołu piersiowego człowieka wytworzonych w P2.2). Przygotować komórki w 400 μl pożywki hodowlanej z 50% (v/v) Matrigel na jedną iniekcję.
- Wstrzyknąć mieszaninę komórek podskórnie w immunodeficyjną mysz naga. W przypadku niezależnego pozyskiwania CAF z różnych guzów, wszczepić każdą mieszaninę w prawy i lewy bok kilku myszy.
3b. Iniekcja ludzkich fibroblastów gruczołu piersiowego do myszy z niedoborem odporności
- Aby wygenerować fibroblasty kontrolne w opozycji do exp-CAFs, przygotować 3x106 unieśmiertelnionych ludzkich fibroblastów gruczołu piersiowego GFP+puroR wygenerowanych w P2.2 w 400 μl pożywki hodowlanej z 50% (v/v) Matrigel na jedną iniekcję (Ryc. 1Bb). NIE mieszać fibroblastów z komórkami raka.
- Zaimplantować fibroblasty przygotowane w P3b.1 w miejsca podskórne myszy nude.
*Należy pamiętać, że zaszczepione fibroblasty utworzą tkankę fibroblastyczną, a nie guz pod skórą.
4a. Disekcja ksenoprzeszczepu nowotworowego
- Uśmierć mysz z podskórnym ksenoprzeszczepem ludzkiego raka piersi 42 dni po implantacji (Rys. 1Ba). *Należy pamiętać, że w przypadku współimplantacji innych komórek raka i/lub fibroblastów, fibroblasty mogą wymagać inkubacji w ksenoprzeszczepie nowotworowym przez okres dłuższy niż 42 dni, aby zainicjować swój fenotyp miofibroblastyczny.
- Pobierz ksenoprzeszczep nowotworu z boku myszy, stosując rozszerzanie tępe za pomocą pęsety i nożyczek. Zanurz tkankę nowotworową w PBS.
4b. Disekcja ksenoprzeszczepu fibroblastów
- Uśmierć mysz z ksenoprzeszczepem fibroblastów 42 dni po implantacji (Rys. 1Bb).
- Wypreparuj podskórny ksenoprzeszczep fibroblastów za pomocą pęsety i nożyczek. Umieść tkankę fibroblastyczną w PBS. *Należy pamiętać, że ksenoprzeszczep fibroblastów, który wygląda jak niewielka przezroczysta tkanka, może być trudny do odnalezienia pod skórą.
5. Przygotowanie pierwotnych kultur komórkowych z ksenoprzeszczepów
- W sterylnej komorze z laminarnym przepływem powietrza należy przeprowadzić sekcję guza (˜0.5 gram) lub tkanki fibroblastycznej (˜0.1 gram). Wycięte tkanki przenieść na dno 15 cm szalki hodowlanej z 1 ml PBS. Tkanki posiekać na małe fragmenty (<1.5 mm3) za pomocą sterylnych żyletek. *Uwaga: jeśli ksenoprzeszczep fibroblastyczny waży mniej niż 0.1 gram, należy zebrać kilka dodatkowych ksenoprzeszczepów i wymieszać je ze sobą, aby zwiększyć liczbę komórek do izolacji.
- Fragmenty tkanki przenieść do 15 ml probówki stożkowej zawierającej bufor do dysocjacji komórek (10 ml na 0.5 gram tkanki) i mieszać w wirówce typu vortex przez 1 min z maksymalną prędkością.
- Zawiesinę komórkową inkubować przez 3 h w temperaturze 37°C przy ciągłym, wolnym mieszaniu.
6. Izolacja komórek opornych na puromycynę w hodowli
- Odwiruj zawiesinę komórkową wydzieloną z ksenoprzeszczepu guza lub fibroblastów przez 5 min przy 250 X g, a następnie resuspenduj osad komórkowy w PBS. Odwiruj ponownie przez 5 min przy 250 X g. Resuspenduj otrzymany osad komórkowy w 10% FCS-DMEM. Hoduj komórki w 15 cm szalce Petriego w obecności puromycyny (1 μg/ml) w temperaturze 37°C i 5% dwutlenku węgla, aby wyeliminować wszelkie zanieczyszczające komórki raka i/lub mysie komórki zrębu. Namnażaj komórki do momentu osiągnięcia konfluencji (2-4 tygodnie). Przechowuj komórki w temperaturze -80°C, używając medium do mrożenia. *Należy zauważyć, że otrzymane komórki puroR, oznaczone jako 42-day-old exp-CAF1 (Ryc. 1Ba) lub kontrolne komórki fibroblast-1 (Ryc. 1Bb), są nieśmiertelne i wykazują pozytywny wynik dla GFP. Zaleca się sprawdzenie, czy komórki te produkują aktywne wirusy, wykorzystując komórki 10T1/2, zgodnie z opisem w P2.3-6.
7a. Izolacja komórek exp-CAF2 w hodowli
Aby dodatkowo wzmocnić aktywowany fenotyp miofibroblastyczny CAF, zmieszać 42-dniowe komórki exp-CAF1 z komórkami MCF-7-ras i ponownie wstrzyknąć je podskórnie myszy nude na dodatkowy okres 200 dni. Wypreparować i zdysocjować ksenoprzeszczep nowotworowy do postaci zawiesiny pojedynczych komórek, a następnie hodować komórki w 15 cm szalce Petriego w DMEM z 10% FCS w obecności puromycyny (1 μg/ml), zgodnie z opisem w P6.1. Namnażać komórki do momentu osiągnięcia konfluencji (8-10 dni). Przechowywać komórki w temperaturze -80°C przy użyciu medium do mrożenia. Otrzymane komórki puroR nazwano 242-dniowymi komórkami exp-CAF2 (Ryc. 1Ba).
7b. Ekstrakcja kontrolnych hodowli komórek fibroblast-2
Aby uzyskać fibroblasty kontrolne przeciwko komórkom exp-CAF2, wstrzyknij podskórnie u myszy nude same komórki kontrolnego fibroblasta-1 w wieku 42 dni, bez komórek raka, i utrzymuj przez kolejne 200 dni. Wypreparuj i zdysocjuj tkankę fibroblastyczną do postaci zawiesiny pojedynczych komórek, a następnie hoduj komórki w 15 cm szalce Petriego w pożywce 10% FCS-DMEM z dodatkiem puromycyny (1 μg/ml), zgodnie z opisem w P6.1. Namnażaj komórki do momentu uzyskania konfluencji (3-4 tygodnie). Przechowuj komórki w temperaturze -80°C w medium do zamrażania. Uzyskane komórki puroR nazwano komórkami kontrolnego fibroblasta-2 (Rys. 1Bb).
8. Reprezentatywne wyniki:
Kontrolne komórki fibroblast-2 oraz exp-CAF2, wyizolowane z ksenoprzeszczepów guzów piersi, wykazały silnie dodatnie barwienie na markery mezenchymalne, w tym specyficzną dla ludzi wimentynę, prolylo-4-hydroksylazę, kolagen 1A, fibronektynę, S100A4 oraz białko powierzchniowe fibroblastów (Rys. 2A)11, co wskazuje na ludzkie pochodzenie i charakter mezenchymalny tych komórek. Z kolei cytokeratyna, będąca markerem komórek nabłonkowych, nie uległa zabarwieniu w tych fibroblastach GFP+ (Rys. 2B). Wyniki te sugerują zatem, że wyizolowane komórki exp-CAF2 i kontrolne fibroblast-2 pochodzą od rodzicielskich ludzkich fibroblastów gruczołu piersiowego, które zostały początkowo wprowadzone do ksenoprzeszczepów mysich.
Co istotne, wyższy odsetek komórek exp-CAF2 barwił się dodatnio na α-SMA oraz glikoproteinę macierzy zewnątrzkomórkowej tenascynę-C5, które są markerami miofibroblastów, w porównaniu do 42-dniowych komórek exp-CAF1 oraz kontrolnych fibroblastów-2 (Ryc. 2C, D)11. Dane te wskazują, że rezydentne ludzkie fibroblasty gruczołu piersiowego stopniowo przekształcają się w miofibroblasty CAF w ksenograftach nowotworowych.

Rycina 1 Schematyczna reprezentacja izolacji ludzkich fibroblastów gruczołu piersiowego. A) Tkankę z plastyki redukcyjnej piersi posiekano za pomocą sterylnych żyletek (P1.2) i przeniesiono do stożkowej probówki 15 ml (P1.3). Małe fragmenty tkanki poddano trawieniu w buforze do dysocjacji komórek (P1.4) i przygotowano do hodowli in vitro (P1.5-7). Aby unieśmiertelić wyizolowane pierwotne ludzkie fibroblasty gruczołu piersiowego, wprowadzono retrowirusowy wektor pMIG (MSCV-IRES-GFP), wykazujący ekspresję zarówno hTERT, jak i GFP, a otrzymane komórki GFP-dodatnie posortowano przy użyciu cytometrii przepływowej (P2.1). Następnie do tych komórek wprowadzono retrowirusowy wektor pBabe-puro kodujący gen oporności na puromycynę. Po zastosowaniu puromycyny wyizolowano unieśmiertelone ludzkie fibroblasty gruczołu piersiowego znakowane GFP (GFP+) i oporne na puromycynę (PuroR) (P2.2).
Ba) W celu wygenerowania exp-CAF, unieśmiertelnione ludzkie fibroblasty gruczołu piersiowego GFP+puroR wstrzyknięto wspólnie z komórkami raka piersi MCF-7-ras podskórnie immunodeficyjnej myszy naga (P3a). Ksenoprzeszczep guza wycięto 42 dni po implantacji (P4a) i poddano dysocjacji do zawiesiny pojedynczych komórek (P5). Komórki te hodowano następnie in vitro w obecności puromycyny, aby wyeliminować wszelkie zanieczyszczające komórki raka oraz komórki stromalne myszy (P6). Uzyskane komórki oporne na puromycynę określono jako eksperymentalnie wygenerowane komórki CAF1 (exp-CAF1). Komórki te, wycięte 42 dni po implantacji, ponownie zmieszano z komórkami MCF-7-ras i zaimplantowano podskórnie myszy biorcy w taki sam sposób jak poprzednio (P7a). Powstałemu guzowi pozwolono rosnąć przez dodatkowe 200 dni, a następnie go wycięto, poddano dysocjacji i hodowano w obecności puromycyny. Wyizolowane komórki oporne na puromycynę określono jako komórki exp-CAF2 (wiek 242 dni).
Bb)W celu wyizolowania komórek kontrolnych do porównania z exp-CAF, unieśmiertelnione ludzkie fibroblasty gruczołu piersiowego GFP+puroR wstrzyknięto podskórnie myszy nude jako czyste hodowle, bez dodatku komórek MCF-7-ras (P3b). Tkankę fibroblastyczną, wyciętą 42 dni po implantacji (P4b), rozdzielono do zawiesin pojedynczych komórek (P5), a komórki oporne na puromycynę, nazwane komórkami fibroblastów kontrolnych-1, wyizolowano zgodnie z wcześniejszym opisem (P6). Fibroblasty te ponownie implantowano podskórnie myszy nude, ponownie bez komórek MCF-7-ras, na okres 200 dni (P7b). Tkankę fibroblastyczną wycięto, rozdzielono i hodowano w obecności puromycyny. Wyizolowane komórki oporne na puromycynę nazwano komórkami fibroblastów kontrolnych-2 (w wieku 242 dni).

Rysunek 2 Exp-CAF i fibroblasty kontrolne pochodzą od macierzystych ludzkich fibroblastów gruczołu piersiowego. (A) Analizy immunofluorescencyjne komórek fibroblastu kontrolnego-2 (control f.) i exp-CAF2. Oba typy komórek wykazują pozytywne barwienie na markery mezenchymalne (czerwony), w tym ludzką wimentynę, prolylo-4-hydroksylazę, kolagen 1A, fibronektynę, S100A4 oraz białko powierzchniowe fibroblastów. (B) W przeciwieństwie do tego, pan-cytokeratyna, marker komórek nabłonkowych, nie jest wykrywana w komórkach exp-CAF2 exprimujących GFP (zielony). Jądra komórkowe są barwione 4'-6-diamidino-2-fenyloindolem (DAPI) (niebieski). Pasek skali, 50 μm (za: Kojima et al.11)
(C) Immunofluorescencja komórek exp-CAF2 oraz kontrolnych fibroblastów-2 (control f.) z użyciem przeciwciał przeciwko α-SMA (czerwony) lub tenascynie-C (TN-C) (czerwony). Jądra komórkowe są barwione DAPI (niebieski). Pasek skali, 50 μm. (D) 48% komórek exp-CAF2 wykazuje pozytywne barwienie na α-SMA, podczas gdy 14% 42-dniowych komórek exp-CAF1 oraz 2,5% populacji kontrolnych fibroblastów-2 jest pozytywnych pod kątem α-SMA. (adapted from Kojima et al.11)