1. Izolacja pierwotnych kultur ludzkich normalnych fibroblastów piersi
Procedury eksperymentalne służące do izolacji pierwotnych hodowli normalnych ludzkich fibroblastów piersi 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 mammoplastyki redukcyjnej (~0,5 gram) kilkukrotnie przemyć w soli fizjologicznej z buforem fosforanowym (PBS). Tkankę posiekać 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 w vortexie 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. Otrzymany nadsącz wzbogacony w komórki zrębu przenieść do nowej probówki stożkowej za pomocą pipety serologicznej 5 ml.
- Frakcję zrębu wirować przez 5 min przy 250 X g, a osad komórkowy resuspender w PBS. Ponownie wirować przez 5 min przy 250 X g i resuspender osad komórkowy w podłożu DMEM uzupełnionym o 10% FCS. Hodować komórki w podłożu DMEM z 10% FCS w szalce Petriego o średnicy 15 cm w temperaturze 37°C i 5% dwutlenku węgla.
- Namnażać komórki aż do uzyskania konfluencji, co zazwyczaj trwa 8-10 dni. Komórki przechowywać w temperaturze -80°C w medium do zamrażania (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 z pasażem nieprzekraczającym 5 podwojeń populacyjnych (PDs) do kolejnych eksperymentów. Procedury te minimalizują selekcję klonalną i stres hodowlany, które mogłyby wystąpić podczas przedłużonej hodowli tkankowej. *Należy pamiętać, że procedurę P1.1-7 można również stosować do izolacji CAF z raków piersi pobranych podczas mastektomii12.
2. Generowanie unieśmiertelnionych ludzkich normalnych fibroblastów piersiowych, opornych na puromycynę i znakowanych GFP
- Aby unieśmiertelnić pierwotne ludzkie normalne fibroblasty gruczołu piersiowego wyizolowane w P1.7), wprowadź wektor retrowirusowy pMIG (MSCV-IRES-GFP)12, wykazujący ekspresję hTERT oraz 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 znakowanych 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 gruczołu piersiowego.
- Następnie, aby zbadać, czy fibroblasty te produkują aktywne wirusy, które mogą prowadzić do horyzontalnego transferu genów kodujących GFP i oporność na puromycynę, hoduj 2,5x105 GFP+puroR unieśmiertelnionych ludzkich fibroblastów gruczołu piersiowego w szalce Petriego o średnicy 6 cm 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 wymień 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 również działaniu puromycyny (1 μg/ml) przez 5-7 dni i sprawdź, czy na płytce obecne są jakiekolwiek komórki 10T1/2 typu puroR oraz czy tworzą one kolonie po traktowaniu puromycyną.
- Należy zauważyć, że horyzontalny transfer genów za pośrednictwem aktywnych wirusów produkowanych przez rodzicielskie ludzkie fibroblasty gruczołu piersiowego GFP+puroR może sprawić, że otaczające mysie komórki i/lub komórki raka w ksenoprzeszczepach nowotworowych staną się GFP+puroR. Może to utrudnić procesy izolowania pierwotnie wstrzykniętych ludzkich fibroblastów gruczołu piersiowego GFP+puroR z ksenoprzeszczepów nowotworowych.
3a. Współwstrzykiwanie ludzkich fibroblastów gruczołu piersiowego wraz z komórkami raka piersi myszy z niedoborem odporności
Procedury eksperymentalne służące do generowania exp-CAF przedstawiono na Rys. 1Ba.
- Wymieszać 1x106 ludzkich komórek raka piersi MCF-7-ras oraz 3x106 GFP+puroR unieśmiertelnionych ludzkich fibroblastów gruczołu mlekowego wytworzonych w etapie P2.2). Komórki przygotować w 400 μl pożywki hodowlanej z 50% (v/v) Matrigelu na jedną iniekcję.
- Mieszaninę komórek wstrzyknąć podskórnie immunodeficyjnej myszy nagoj (nude mouse). W przypadku niezależnego wyodrębniania CAF z różnych guzów, każdą mieszaninę wszczepić w prawy i lewy bok kilku myszy.
3b. Iniekcja ludzkich fibroblastów gruczołu piersiowego do myszy z niedoborem odporności
- Aby uzyskać fibroblasty kontrolne dla exp-CAF, przygotować 3x106 unieruchomionych GFP+puroR ludzkich fibroblastów gruczołu piersiowego wytworzonych w P2.2 w 400 μl pożywki hodowlanej z 50% (v/v) Matrigelu 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, ale nie guz pod skórą.
4a. Disekcja ksenoprzeszczepu guza
- 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 guza przez okres dłuższy niż 42 dni, aby zainicjować fenotyp miofibroblastyczny.
- Pobierz ksenoprzeszczep guza z boku myszy poprzez rozcięcie tępe przy użyciu pęsety i nożyczek. Zanurz tkankę guza w PBS.
4b. Disekcja ksenoprzeszczepu fibroblastów
- Poddać eutanazji mysz z wszczepionym ksenoprzeszczepem fibroblastów 42 dni po implantacji (Ryc. 1Bb).
- Wyciąć podskórny ksenoprzeszczep fibroblastów za pomocą pęsety i nożyczek. Umieścić tkankę fibroblastyczną w PBS. *Należy pamiętać, że ksenoprzeszczep fibroblastów, który wygląda jak niewielka przezroczysta tkanka, może być trudny do zlokalizowania pod skórą.
5. Przygotowanie pierwotnych kultur komórek z ksenoprzeszczepów
- W sterylnej komorze z laminarnym przepływem powietrza przeprowadzić sekcję guza (˜0.5 gram) lub tkanki fibroblastycznej (˜0.1 gram). Przenieść wycięte tkanki na wierzch 15 cm naczynia hodowlanego z 1 ml PBS. Posiekać tkanki na małe fragmenty (<1.5 mm3) za pomocą sterylnych żyletek. *Uwaga: jeśli ksenoprzeszczep fibroblastów waży mniej niż 0.1 gram, należy zebrać kilka dodatkowych ksenoprzeszczepów fibroblastów i wymieszać je razem, aby zwiększyć liczbę komórek do izolacji.
- Przenieść fragmenty tkanki do stożkowej probówki o pojemności 15 ml zawierającej bufor do dysocjacji komórek (10 ml na 0.5 gram tkanki) i mieszać na wstrząsacu typu vortex przez 1 min z maksymalną prędkością.
- Inkubować zawiesinę komórkową przez 3 h w temperaturze 37°C przy ciągłym, powolnym mieszaniu.
6. Izolacja komórek opornych na puromycynę w hodowli
- Odwiruj zawiesinę komórek uzyskanych w wyniku dysocjacji ksenograftu 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 szalce Petriego o średnicy 15 cm w obecności puromycyny (1 μg/ml) w temperaturze 37°C i przy 5% dwutlenku węgla, aby wyeliminować wszelkie zanieczyszczające komórki raka i/lub komórki zrębowe myszy. Namnażaj komórki aż do uzyskania konfluencji (2-4 tygodnie). Przechowuj komórki w temperaturze -80°C, stosując medium do mrożenia. *Należy zauważyć, że otrzymane komórki puroR, oznaczone jako 42-dniowe exp-CAF1 (Rys. 1Ba) lub kontrolne komórki fibroblast-1 (Rys. 1Bb), są unieśmiertelnione i wykazują pozytywny wynik dla GFP. Zaleca się sprawdzenie, czy komórki te produkują aktywne wirusy, z wykorzystaniem komórek 10T1/2, zgodnie z opisem w P2.3-6.
7a. Izolacja komórek exp-CAF2 w hodowli
Aby dodatkowo wzmocnić aktywowany fenotyp miofibroblastyczny CAF-ów, wymieszaj komórki exp-CAF1 w wieku 42 dni z komórkami MCF-7-ras i wstrzyknij je ponownie podskórnie myszy nago na dodatkowy okres 200 dni. Wypreparuj i dysocjuj ksenoprzeszczep guza do postaci zawiesiny pojedynczych komórek, a następnie hoduj komórki w 15 cm szalce Petriego w 10% FCS-DMEM w obecności puromycyny (1 μg/ml), zgodnie z opisem w P6.1. Namnażaj komórki aż do uzyskania konfluencji (8-10 dni). Przechowuj komórki w temperaturze -80°C w medium do mrożenia. Otrzymane komórki puroR nazwano komórkami exp-CAF2 w wieku 242 dni (Rys. 1Ba).
7b. Ekstrakcja kontrolnych komórek fibroblastów-2 w hodowli
Aby wygenerować fibroblasty kontrolne przeciwko komórkom exp-CAF2, wstrzyknąć podskórnie myszy nude same 42-dniowe komórki kontrolne fibroblast-1, bez komórek raka, na kolejne 200 dni. Wypreparować i zdysocjować tkankę fibroblastyczną do postaci zawiesiny pojedynczych komórek, a następnie hodować komórki w 15 cm szalce Petriego w pożywce 10% FCS-DMEM z dodatkiem puromycyny (1 μg/ml), zgodnie z opisem w P6.1. Namnażać komórki aż do uzyskania konfluencji (3-4 tygodnie). Przechowywać komórki w temperaturze -80°C w medium do zamrażania. Otrzymane komórki puroR nazwano komórkami kontrolnymi fibroblast-2 (Rys. 1Bb).
8. Reprezentatywne wyniki:
Kontrolne komórki fibroblast-2 oraz komórki exp-CAF2, wyizolowane z ksenoprzeszczepów guzów piersi, wykazały silne barwienie dodatnie dla markerów mezenchymalnych, w tym dla specyficznej dla człowieka vimentyny, prolylo-4-hydroksylazy, kolagenu 1A, fibronektyny, S100A4 oraz białka powierzchniowego fibroblastów (Rys. 2A)11, co wskazuje na ludzkie pochodzenie i naturę mezenchymalną 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 mlekowego, które zostały pierwotnie wprowadzone do ksenoprzeszczepów mysich.
Co istotne, większa proporcja komórek exp-CAF2 wykazała pozytywne barwienie na α-SMA oraz glikoproteinę macierzy zewnątrzkomórkowej tenascynę-C5, które są markerami miofibroblastów, w porównaniu do 42-dniowych komórek exp-CAF1 i kontrolnych fibroblastów-2 (Ryc. 2C, D)11. Dane te wskazują, że rezydentne ludzkie fibroblasty piersi stopniowo przekształcają się w miofibroblasty CAF w ksenoprzeszczepach nowotworowych.

Rycina 1 Schematyczne przedstawienie izolacji ludzkich fibroblastów gruczołu piersiowego. A) Tkankę pobraną podczas plastyki redukcyjnej piersi posiekano przy użyciu sterylnych żyletek (P1.2) i przeniesiono do stożkowej probówki o pojemności 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). W celu unieśmiertelnienia wyizolowanych pierwotnych ludzkich fibroblastów gruczołu piersiowego wprowadzono retrowirusowy wektor pMIG (MSCV-IRES-GFP), wykazujący ekspresję zarówno hTERT, jak i GFP, a otrzymane komórki GFP-dodatnie posortowano za pomocą cytometrii przepływowej (P2.1). Następnie do tych komórek wprowadzono retrowirusowy wektor pBabe-puro kodujący gen oporności na puromycynę. Po traktowaniu puromycyną wyizolowano unieśmiertelnione ludzkie fibroblasty gruczołu piersiowego znakowane GFP (GFP+) i oporne na puromycynę (PuroR) (P2.2).
Ba) W celu generowania exp-CAF, GFP+puroR unieśmiertelnione ludzkie fibroblasty gruczołu piersiowego wstrzyknięto wspólnie z komórkami raka piersi MCF-7-ras podskórnie niedoborowej immunologicznie myszy nagi (P3a). Ksenoprzeszczep nowotworu wycięto w 42. dniu po implantacji (P4a) i rozdzielono do postaci zawiesiny pojedynczych komórek (P5). Komórki te hodowano następnie in vitro w obecności puromycyny, aby wyeliminować wszelkie zanieczyszczające komórki raka oraz komórki zrębu mysiego (P6). Powstałe komórki oporne na puromycynę nazwano eksperymentalnie generowanymi komórkami CAF1 (exp-CAF1). Komórki te, wycięte 42 dni po implantacji, ponownie zmieszano z komórkami MCF-7-ras i wszczepiono podskórnie myszy biorcy w taki sam sposób jak wcześniej (P7a). Powstały nowotwór pozostawiono do wzrostu na dodatkowe 200 dni, a następnie wypreparowano, rozdzielono i hodowano w obecności puromycyny. Wyizolowane komórki oporne na puromycynę nazwano komórkami exp-CAF2 (w wieku 242 dni).
Bb)W celu wyizolowania komórek kontrolnych w zestawieniu z exp-CAF, unieśmiertelnione fibroblasty gruczołu piersiowego człowieka GFP+puroR wstrzyknięto podskórnie myszy nude jako czyste hodowle, bez komórek MCF-7-ras (P3b). Tkankę włóknistą, pobraną drogą chirurgiczną 42 dni po implantacji (P4b), poddano dysocjacji do zawiesiny pojedynczych komórek (P5), a następnie wyizolowano komórki oporne na puromycynę, nazwane komórkami kontrolnymi fibroblast-1, zgodnie z wcześniejszym opisem (P6). Fibroblasty te ponownie wszczepiono podskórnie myszy nude, ponownie bez dodatku komórek MCF-7-ras, na okres 200 dni (P7b). Tkankę włóknistą pobrano, poddano dysocjacji i hodowli w obecności puromycyny. Wyizolowane komórki oporne na puromycynę nazwano komórkami kontrolnymi fibroblast-2 (wiek 242 dni).

Rysunek 2 Exp-CAF oraz fibroblasty kontrolne pochodzą z macierzystych ludzkich fibroblastów gruczołu piersiowego. (A) Analiza immunofluorescencyjna komórek fibroblastów kontrolnych-2 (control f.) oraz exp-CAF2. Oba typy komórek wykazują dodatnie barwienie dla markerów mezenchymalnych (czerwony), w tym ludzkiej wimentyny, prolyl-4-hydroksylazy, kolagenu 1A, fibronektyny, S100A4 oraz białka powierzchniowego fibroblastów. (B) W przeciwieństwie do nich, pan-cytokeratyna, marker komórek nabłonkowych, nie jest wykrywana w komórkach exp-CAF2 wykazujących ekspresję GFP (zielony). Jądra komórkowe zabarwiono 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% populacji 42-dniowych komórek exp-CAF1 oraz 2,5% populacji kontrolnych fibroblastów-2 jest pozytywnych na α-SMA. (źródło: Kojima et al.11)