$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Trójwymiarowa hodowla (3D) komórek nabłonka piersi na odtworzonej błonie podstawnej jest ważnym systemem modelowym do badania złożonego fenotypu i związanej z nim sygnalizacji prawidłowego raka piersi2,3. Jednostką funkcjonalną piersi jest jednostka zrazikowa przewodu końcowego (TDLU), która składa się z małego przewodu, który rozgałęzia się na acini. Acini są wysoce zorganizowanymi strukturami, składającymi się z dwóch warstw komórkowych, komórek nabłonkowych i mioepitelialnych, które są otoczone błoną podstawną5. Najbardziej charakterystycznymi cechami normalnej acini są polaryzacja komórkowa, przywiązanie do leżącej poniżej błony podstawnej i wyspecjalizowane kontakty komórka-komórka. Ta skomplikowana organizacja jest zaburzona w rakach inwazyjnych. Szeroko stosowane hodowle 2D, w których komórki są hodowane jako monowarstwy, nie pozwalają na tworzenie się acini. W związku z tym kultura jednowarstwowa nie zapewnia systemu do uchwycenia skomplikowanego związku między komórkami nabłonka w normalnej piersi a ich deregulacją w raku piersi. W kilku laboratoriach opracowano funkcjonalne monotypowe kultury nabłonkowe komórek piersi2,3. Hodowla 3D polega na wzroście komórek piersi na Matrigel, który jest rozpuszczonym ekstraktem pochodzącym z komórek mięsaka myszy Engelbreth-Holm-Swarm i jest dostępny na rynku. Stosowane są również inne podłoża 3D, takie jak kolagen I. Komórki piersi mogą być hodowane w 3D za pomocą wbudowanego testu 3D, w którym komórki są hodowane w Matrigel2. Alternatywnie, komórki mogą być hodowane za pomocą testu 3D na górze, zwanego również testem nakładkowym 3D, który jest opłacalny, ponieważ wymaga mniejszej objętości Matrigelu i ułatwia monitorowanie tworzenia kolonii w czasie za pomocą obrazowania z kontrastem fazowym i jest idealny do obrazowania in situ 2-3. Test 3D na górze został wykorzystany do określenia korelacji między fenotypem ziarniastym a profilem ekspresji genów7.
3D hodowla może być skutecznie wykorzystana do odróżnienia normalnych i łagodnych komórek od raka inwazyjnego. Normalne i łagodne komórki piersi tworzą spolaryzowane struktury zatrzymane w porachunku z dobrze zdefiniowanym światłem w środku na Matrigel, podczas gdy komórki raka inwazyjnego rosną obficie i przypadkowo, bez oczyszczania światła. Unieśmiertelnione ludzkie komórki nabłonka sutka E6 / E7 i linia komórkowa MCF10A, która jest spontanicznie unieśmiertelnioną linią komórkową wyizolowaną od 36-letniej pacjentki ze zmianami włóknisto-torbielowatymi, zostały z powodzeniem wykorzystane do uchwycenia łagodnego fenotypu piersi w 3D3,8 i posłużyły jako system modelowy do badania onkogennej i supresorowej funkcji nowotworowej kilku cząsteczek8,9. Te łagodne komórki mogą być zmodyfikowane tak, aby manipulowały genami będącymi przedmiotem zainteresowania poprzez wprowadzenie lentiwirusa/retrowirusa. Jeśli interesujący gen (geny) jest supresorem guza, knockdown za pośrednictwem shRNA doprowadzi do złośliwej transformacji, podczas gdy jeśli gen będący przedmiotem zainteresowania jest onkogenem, nadekspresja w łagodnych komórkach powinna wykazywać złośliwy fenotyp. W obu przypadkach struktury groniaste utworzone w 3D mogą uchwycić złośliwą transformację.
Łagodne pojedyncze komórki pokryte 3D zaczynają się namnażać i tworzyć okrągłe kuliste struktury. Do 5-8 dnia ten kulisty agregat komórek zróżnicuje się w otaczającą spolaryzowaną warstwę komórek, która jest w kontakcie z Matrigelem, oraz wewnętrzną masę mniej spolaryzowanych komórek, które nie mają kontaktu z Matrigelem. W ciągu najbliższych 10-15 dni komórki wewnętrzne zaczną obumierać w wyniku apoptozy, tworząc przezroczyste światło. Złośliwe komórki będą rosły przypadkowo, tracąc swoją polarność. Wysoce złośliwe komórki zwykle tworzą rozgałęzione struktury. Te różnice w fenotypie można uchwycić za pomocą obrazowania z kontrastem w fazie poklatkowej oraz barwienia immunologicznego in situ za pomocą odpowiednich markerów molekularnych. Najczęściej stosowanymi markerami są alfa 6-integryna, podstawowy marker polarności, w połączeniu z markerem proliferacji fosfohistonem 3 i markerem apoptozy rozszczepionej kaspazy-3. To ostatnie jest ważne dla ustalenia, czy w środku acini tworzy się światło, co jest cechą normalnych i łagodnych komórek piersi. Inne markery polarności i kontaktu komórka-komórka to GM130, laminina, ERM, E-kadheryna. Alternatywnie, linie komórkowe raka piersi mogą być zmodyfikowane tak, aby manipulować genem, który jest przedmiotem zainteresowania. W takim przypadku powrót do bardziej zatrzymanego wzrostu łagodnego fenotypu może być wykorzystany jako odczyt w celu odróżnienia od fenotypu raka.
3D kultura może być również ostrożnie wykorzystana do wyznaczenia szlaków sygnałowych zaangażowanych w złośliwą transformację10-11. Korzystając z wyżej wymienionych odczytów, można zastosować inhibitory farmakologiczne, przeciwciała blokujące lub białka rekombinowane, aby precyzyjnie określić sygnalizację molekularną, prowadząc do transformacji złośliwej. Dzięki ciągłym wysiłkom różnych laboratoriów możliwe jest wyekstrahowanie komórek z 3D w celu wyizolowania RNA, a także przygotowania lizatów do immunoblottingu i immunoprecypitacji. Strategie te są opisane w protokole w sposób stopniowy i szczegółowy.