Złośliwe czerniaki skóry są najmniej powszechnym, a jednocześnie najbardziej śmiertelnym rodzajem raka skóry. Ze względu na rosnącą zachorowalność, wysoki stopień złośliwości i szybkie rozprzestrzenianie się, czerniak stanowi obecnie 75% zgonów związanych ze złośliwymi nowotworami skóry1,2. Oprócz chirurgicznego wycięcia guza pierwotnego, chemioterapia, radioterapia, immunoterapia oraz skojarzona chemio- i immunoterapia czerniaka z przerzutami są najnowocześniejszymi strategiami leczenia czerniaka3,4. Jednak czerniak złośliwy charakteryzuje się słabą odpowiedzią na chemioterapeutyki (5-12%)5,6 i tylko te 50-70% pacjentów z czerniakiem z mutacją genu BRAF V600E korzysta z obiecujących nowych terapii celowanych w ramach leczenia wemurafenibem7 Aby poprawić całkowite przeżycie, potrzebne jest znacznie lepsze zrozumienie mechanizmów nowotworzenia czerniaka.
Do badania tych mechanizmów w przeszłości używano dobrze znanych, komercyjnie dostępnych linii komórkowych. Nowsze podejścia do badania molekularnych zdarzeń inicjacji i progresji raka wykorzystują pierwotne hodowle pochodzące bezpośrednio z tkanki nowotworowej - strategia ta przynosi wielorakie korzyści: badacz ma pełną kontrolę nad selekcją pacjenta i tkanki. Pobrane próbki komórek uzyskanych z fachowo dobranej tkanki nowotworowej przypominają guz z całą jego niejednorodnością i danymi kontrolnymi pacjenta, a szczegółowa patologia jest dostępna, aby umożliwić porównanie cech hodowli z cechami oryginalnego guza8.
Dla kontrastu, użycie ustalonych linii komórkowych jako odpowiednich systemów modelowych w badaniach nad rakiem jest dyskutowane kontrowersyjnie. Już w 1987 roku Osborne i współpracownicy opisali znaczące różnice biologiczne między liniami komórkowymi ludzkiego raka piersi MCF-7 z różnych laboratoriów9. Ta rozległa niestabilność genomu i zmienność w ekspresji RNA podczas subhodowli została potwierdzona przez Hiorns i wsp. i dostarczyła danych wspierających dowody na to, że linie komórkowe ewoluują w hodowli, osłabiając w ten sposób bezpośrednie znaczenie takich ustalonych kultur jako modeli ludzkiego raka10.
Innym ważnym czynnikiem, który przez lata był w dużej mierze ignorowany, jest ryzyko zanieczyszczenia lub przerostu kultur z niepowiązanymi 'fałszywymi' komórkami, co po raz pierwszy zostało podkreślone ponad dwadzieścia lat temu, pokazując, że duża liczba linii komórkowych została skażona przez komórki HeLa8,11. Błędna interpretacja danych z "fałszywych" linii komórkowych pojawiła się ostatnio ponownie w literaturze. Korzystając z połączenia profilowania DNA i cytogenetyki molekularnej, MacLeod i in. ujawnili, że spośród 252 nowych linii komórek ludzkich pochodzących z nowotworów zdeponowanych w Niemieckiej Kolekcji Mikroorganizmów i Kultur Komórkowych (DSMZ), prawie 18% okazało się być wewnątrzgatunkowymi lub międzygatunkowymi zanieczyszczeniami krzyżowymi12,13.
Aby uniknąć tych problemów i skorzystać z zalet wymienionych powyżej, zdecydowaliśmy się stworzyć niskopasażowe linie komórkowe czerniaka ze świeżo wyciętych przerzutów.
Solidne technologie separacji i analizy komórek wymagają wytwarzania preparatów jednokomórkowych, jednocześnie ograniczając śmierć komórek i niszczenie charakterystycznych białek powierzchniowych. Laboratoryjnym instrumentem do automatycznej dysocjacji tkanek na zawiesiny jednokomórkowe jest dysocjator gentleMACS firmy Miltenyi. W połączeniu z probówkami GentleMACS C i zoptymalizowanymi roztworami dysocjacyjnymi uzyskuje się skuteczną i delikatną dysocjację tkanki nowotworowej w systemie zamkniętym przy jednoczesnym zachowaniu epitopów antygenowych i zmniejszeniu utraty komórek. Urządzenie oferuje zoptymalizowane, wstępnie ustawione programy do różnych specyficznych zastosowań i gwarantuje standaryzowane przygotowanie zawiesin jednokomórkowych z tkanki czerniaka14.
Ostatnie raporty ujawniły, że większość nowotworów zawiera małą subpopulację tak zwanych rakowych komórek macierzystych (CSC), które wykazują wyłącznie zdolność do inicjowania i samoodnawiania się nowotworu. Identyfikacja komórek macierzystych wytwarzających melanocyty w skórze właściwej doprowadziła do hipotezy, że komórki te mogą być źródłem rakowych komórek macierzystych (CSC) w czerniaku, ponieważ ekspozycja na promieniowanie UVA może przygotować te komórki do złośliwej transformacji15. Wynikiem takiej zmiany genetycznej byłyby komórki, które zawierają kombinację cech guza i komórek macierzystych.
Jednym z kluczowych wskaźników proponowanych do reprezentowania subpopulacji CSC w czerniaku jest CD13316-20. CD133 (znany również jako Prominin 1), członek transbłonowych glikoprotein pentaspanu, ulega ekspresji w krwiotwórczych komórkach macierzystych, śródbłonkowych komórkach progenitorowych, neuronalnych i glejowych komórkach macierzystych21-23. Ekspresja CD133 jest skorelowana z asymetrycznym podziałem komórki24, a glikozylowany epitop CD133 okazał się być regulowany w dół po różnicowaniu komórki25. Ostatnio wykazano, że komórki czerniaka CD133 + mają zdolność do samoodnawiania się i inicjacji guza19,20.
Aby zbadać funkcję CSC domniemanego czerniaka CD133+, zmodyfikowaliśmy i zoptymalizowaliśmy system Magnetyczno-Aktywowanego Sortowania Komórek (MACS) firmy Miltenyi Biotech, aby uzyskać wysoce wzbogacone i żywotne populacje komórek CD133+ i CD133-.
Magnetyczna separacja komórek oparta na koralikach pozwala na wybór negatywny, jak pokazano przez Matheu i wsp.26 lub selekcja pozytywna, jak pokazujemy tutaj. Podczas selekcji pozytywnej określony typ komórek docelowych, np. komórki wykazujące ekspresję CD133, jest znakowany magnetycznie za pomocą MicroBeads, superparamagnetycznych cząstek o długości 50 nm, które są sprzężone z wysoce specyficznymi przeciwciałami przeciwko określonemu antygenowi powierzchniowemu komórki. Podczas separacji znakowane magnetycznie komórki są zatrzymywane w kolumnie w polu magnetycznym separatora, podczas gdy nieznakowane komórki przepływają przez. Po etapach mycia kolumna jest usuwana z pola magnetycznego separatora, a komórki docelowe są eluowane z kolumny. Kolumny LS lub MS używane podczas selekcji pozytywnej dają frakcje znakowanych i nieznakowanych komórek o wysokiej czystości. Z kolei kolumny LD, używane do selekcji negatywnej, skutkują nieco niższą czystością znakowanej frakcji. Ze względu na gęstsze upakowanie ich matrycy, natężenie przepływu w tych kolumnach jest niższe, co powoduje większe ryzyko uwięzienia nieoznakowanych komórek w kolumnie. Kolumny LD powinny być zatem używane tylko do rygorystycznego uszczuplania niepożądanej subpopulacji komórek. Selekcję pozytywną można przeprowadzić przez bezpośrednie (przeciwciało sprzężone z mikrokulkami) lub pośrednie znakowanie magnetyczne (inkubacja z mikrokulkami po inkubacji z przeciwciałem pierwotnym). Dostępne są specyficzne mikrogranulki MACS do pozytywnej selekcji wielu typów komórek pierwotnych komórek nowotworowych, takich jak prostata lub czerniak27.