Komórki rakowe są umieszczane w żelu kolagenowym, a następnie umieszczane w bezkomórkowym żelu fibrynowym w celu wygenerowania systemu hodowli 3D, w którym można monitorować inwazyjność i powstawanie nowotworów satelitarnych.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Komórki rakowe są umieszczane w żelu kolagenowym, a następnie umieszczane w bezkomórkowym żelu fibrynowym w celu wygenerowania systemu hodowli 3D, w którym można monitorować inwazyjność i powstawanie nowotworów satelitarnych.
Hodowla komórek ssaków w monowarstwach jest szeroko stosowana do badania różnych procesów fizjologicznych i molekularnych. Jednak takie podejście do badania rosnących komórek często generuje niechciane artefakty. Dlatego hodowla komórkowa w środowisku trójwymiarowym (3D), często z wykorzystaniem komponentów macierzy zewnątrzkomórkowej, okazała się interesującą alternatywą ze względu na bliskie podobieństwo do natywnej tkanki lub narządu in vivo. Opracowaliśmy system hodowli komórek 3D przy użyciu dwóch przedziałów, a mianowicie (i) centralnego przedziału zawierającego komórki rakowe osadzone w żelu kolagenowym działającym jako pseudo-pierwotny guz makrosferyczny oraz (ii) obwodowego przedziału wolnego od komórek wykonanego z żelu fibrynowego, tj. komponentu macierzy zewnątrzkomórkowej innego niż ten stosowany w centrum, w którym komórki rakowe mogą migrować (front inwazji) i / lub tworzyć guzy mikrosferyczne reprezentujące guzy wtórne lub satelitarne. Powstawanie guzów satelitarnych w przedziale obwodowym jest niezwykle skorelowane ze znaną agresywnością lub przerzutowym pochodzeniem natywnych komórek nowotworowych, co czyni ten system hodowli 3D wyjątkowym. To podejście do hodowli komórkowej może być brane pod uwagę w celu oceny inwazyjności i ruchliwości komórek nowotworowych, interakcji komórka-macierz zewnątrzkomórkowa oraz jako metoda oceny właściwości leków przeciwnowotworowych.
Badanie podstawowych i biomedycznych właściwości inwazji/migracji komórek nowotworowych oraz następującego po nich tworzenia przerzutów jest przedmiotem intensywnych badań1,2. Przerzutowanie stanowi końcowy etap nowotworu, a jego zarządzanie kliniczne pozostaje trudne. Lepsze zrozumienie przerzutowania na poziomach komórkowym i molekularnym umożliwi opracowanie bardziej efektywnych terapii3.
Można zbadać kilka właściwości komórek przerzutowych in vitro4 w tym ich pluripotencję oraz zdolność do przechodzenia w stan przejściowy (np., przejście epitelialno-mezenchymalne), aby migrować i naciekać w obrębie oraz poza guzem pierwotnym5Jednakże in vitro ocena procesów inwazji/metastazy stanowiła wyzwanie, ponieważ praktycznie wyklucza ona udział krążenia krwi/limfy. W celu monitorowania agresywności nowotworów stosowano wcześniej hodowle organotypowe, w których fragmenty guza osadzano w żelach kolagenowych. Chociaż złożoność nowotworów zostaje zachowana (np., obecność komórek nowotworowych), fragmenty guza są narażone na ograniczoną dyfuzję pożywki, zmienność próbkowania oraz nadmierny rozrost komórek zrębu6Alternatywna metoda polega na hodowli komórek nowotworowych w obrębie komponentów macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM), co naśladuje trójwymiarowe (3D) środowisko komórkowe. Proliferacja linii komórkowych raka piersi w żelu kolagenowym i/lub macierzy pochodzącej z błony podstawnej jest jednym z najlepiej opisanych przykładów trójwymiarowej hodowli komórkowej. Dzięki zastosowaniu specyficznych środowisk hodowli komórek 3D, dezorganizacja struktur obserwowana w przypadku komórek raka piersi hodowanych w standardowych warunkach może zostać odwrócona, prowadząc do spontanicznego tworzenia się cewek piersiowych i struktur cewkowatych.7-10Ponadto tworzenie wielokomórkowych sferoidów nowotworowych pochodzących z komórek raka gruczołowego, zgromadzonych przy użyciu różnych technik (np., kropel wiszących, pływających sferoidów, osadzania w agarze) stanowi obecnie najczęściej stosowany test 3D hodowli komórkowych11-13Jednakże metoda ta jest ograniczona przez niewielki zestaw linii komórek nowotworowych zdolnych do tworzenia sferoidów oraz krótki czas dostępny na badanie komórek w tych warunkach.
W tej wizualizowanej technice przedstawiamy zaawansowany test 3D hodowli komórkowej, w którym badane komórki nowotworowe są zatopione w żelu kolagenowym, aby umożliwić tworzenie in vitro pseudo-guza pierwotnego, który może być opcjonalnie powleczony macierzą pochodzącą z błony podstawnej. Po uformowaniu pseudo-guz pierwotny zostaje zamknięty w macierzy acellularnej (w niniejszym przypadku w żelu fibrynowym), co pozwala komórkom nowotworowym na przekroczenie granicy między dwoma przedziałami macierzy (patrz Rysunek 1). Co ciekawe, w żelu fibrynowym pojawiają się agresywne komórki nowotworowe oraz wtórne struktury przypominające guzy, wywodzące się z pseudo-guza pierwotnego. Taki system hodowli 3D zapewnia elastyczność niezbędną do badania na przykład leków przeciwnowotworowych, ekspresji genów oraz interakcji komórka-komórka i/lub komórka-ECM14-16.

Rycina 1: Przegląd metody. Schematyczne podsumowanie metody generowania trójwymiarowego systemu hodowli komórkowej jako modelu do badań nad nowotworami. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Brak względów etycznych, ponieważ zwierzęce i ludzkie komórki rakowe zostały zakupione lub uprzejmie nam dostarczone.
1. Wytwarzanie zatyczek kolagenowych (guz pseudo-pierwotny)
2. Pierwsza warstwa żelu fibrynowego
3. Druga warstwa żelu fibrynowego i warstwowego korka kolagenowego
4. Warunki pożywki do hodowli komórkowej
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Jak wspomniano wcześniej, ciekawą cechą tego testu 3D z kulturą komórek jest fakt, że komórki nowotworowe mogą nie tylko migrować z kolagenowego zatyczki do sąsiedniego żelu fibrynowego, ale także tworzyć guzy wtórne (np. struktury przypominające guzy satelitarne). Można to zaobserwować bezpośrednio za pomocą odwróconego mikroskopu fazowego przy małych i dużych powiększeniach przez grubość żelu, szczególnie przy użyciu kondensora o dużej odległości roboczej (Rycina 2
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Jako ważny przypis techniczny ważne jest, aby na styku żeli centralnej i obwodowej nie było żadnej przerwy. W przeciwnym razie może to zmniejszyć zdolność komórek do migracji/inwazji żelu fibrynowego. W ciągu pierwszych 24 godzin hodowli może powstać przestrzeń między kolagenem a żelami fibrynowymi, jeśli trombina nie została odpowiednio rozcieńczona. Możliwe jest również, że testowana linia komórkowa może prowadzić do kurczenia się żelu kolagenowego podczas hodowli, powodując w ten sposób tworzenie się stosunkowo dużej ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie ujawniają żadnych informacji.
Praca częściowo finansowana przez Prostate Cancer Canada (grant # D2014-4 dla SG i CJD) oraz Canadian Institutes of Health Research (grant # MOP-111069 dla SG). Chcielibyśmy podziękować dr Richardowi Poulinowi za pomoc redakcyjną oraz Pani Chanel Dupont za pomoc techniczną.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Liofilizowany kolagen | Sigma-Aldrich | C7661 | ze ścięgna ogona szczura (rozpuszczalna dyspersja) lub domowej roboty (patrz Rajan et al., ref.#14) |
| Fibrynogen (liofilizowany) | Sigma-Aldrich | F8630 | Typ I-S, 65 - 85% białka z ≥ 75% białka to krzepliwa |
| Trombin | EMD Chemicals Inc. | 605157 | Gibbstown, New Jersey; Jednostki NIH/mg suchej masy |
| Matrigel o obniżonym współczynniku wzrostu | Corning | 356234 | Wcześniej z BD Biosciences |
| Aprotinin | Sigma-Aldrich | A6279 | roztwór o stężeniu 5 - 10T j.m./ml (jednostka inhibitora trypsyny) |
| Mikro-łyżki | Fisher Scientific | 2140115 | Fisherbrand Handi-Hold Mikroszpatułka |
| 96-dołkowa, okrągła podstawa | Sarstedt | 3925500 | |
| Płytka 24-dołkowa | Sarstedt | 3922 | |
| Zmodyfikowana Dulbecco's Eagle's Medium | Sigma Chemical, Co. | D5546 | DMEM |
| Płodowa surowica bydlęca | VWR | CAA15-701 | FBS, pochodzenie kanadyjskie. |
| Trypsyna-EDTA | Sigma Chemical, Co. | T4049 | |
| Hank' s Zrównoważony roztwór soli | Sigma Chemical, Co. | H8264 | HBSS |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.