Inwazja jest krytycznym krokiem w rozwoju raka, który jest niezbędny do uzyskania przerzutów i wiąże się z niższą przeżywalnością i złym rokowaniem u pacjentów. W ludzkim raku pęcherza moczowego, najczęstszym nowotworze złośliwym dróg moczowych, który powoduje około 165 000 zgonów rocznie na całym świecie, stadium raka, leczenie i rokowanie są bezpośrednio związane z obecnością lub brakiem inwazji1. Około 75% przypadków raka pęcherza moczowego nie jest inwazyjnych i jest leczonych za pomocą miejscowej resekcji. Natomiast inwazyjne raki pęcherza moczowego (około 25% wszystkich przypadków) są agresywnymi nowotworami z wysokim wskaźnikiem przerzutów i są leczone agresywną terapią multimodalną2,3. Dlatego zrozumienie szlaków molekularnych, które wywołują inwazję, jest niezbędne do lepszego scharakteryzowania ryzyka progresji inwazyjnej i opracowania interwencji terapeutycznych, które mogą zapobiec progresji inwazyjnej.
Inwazyjna progresja nowotworu występuje w złożonym trójwymiarowym (3-D) środowisku i obejmuje interakcję komórek nowotworowych z innymi komórkami nowotworowymi, zrębem, błoną podstawną i innymi typami komórek, w tym komórkami odpornościowymi, fibroblastami, komórkami mięśniowymi i komórkami śródbłonka naczyniowego. Systemy testowe z przepuszczalnym nośnikiem (np. Transwell) są powszechnie stosowane do ilościowego oznaczania inwazji komórek rakowych4, ale systemy te są ograniczone, ponieważ nie pozwalają na mikroskopowe monitorowanie procesu inwazji w czasie rzeczywistym, a pobieranie próbek do dalszego barwienia i analizy molekularnej jest wyzwaniem. Opracowanie trójwymiarowego systemu sferoidalnego guza pęcherza moczowego do badania inwazji jest pożądane, ponieważ umożliwia włączenie zdefiniowanych składników mikrośrodowiskowych z wygodą systemów in vitro.
W tym protokole opisujemy system do badania procesów inwazyjnych ludzkich komórek raka pęcherza moczowego za pomocą trójwymiarowego testu inwazji sferoidów, obejmującego matryce żelowe na bazie kolagenu i mikroskopię konfokalną, aby umożliwić badaczom monitorowanie ruchliwości i inwazji komórek w czasie rzeczywistym (Rysunek 1A). Ten system jest wszechstronny i może być modyfikowany w celu zbadania różnych ustawień zrębu / guza. Może zawierać większość linii komórkowych raka pęcherza moczowego lub pierwotne guzy pęcherza moczowego oraz dodatkowe komórki zrębu, takie jak fibroblasty związane z rakiem i komórki odpornościowe5,6,7. Protokół ten opisuje matrycę złożoną z kolagenu typu 1, ale może być zmodyfikowana w celu włączenia innych cząsteczek, takich jak fibronektyna, laminina lub inne białka kolagenowe. Procesy inwazyjne można obserwować przez 72 godziny lub dłużej, w zależności od możliwości zastosowanego mikroskopu i systemu. Utrwalenie i barwienie immunofluorescencyjne guza osadzonego w matrycy 3D przed, w trakcie i po inwazji umożliwia badanie białek regulowanych w górę w komórkach inwazyjnych, dostarczając w ten sposób kluczowych informacji, które zwykle są nieobecne lub trudne do zebrania przy użyciu innych modeli hodowli 3D. System ten może być również wykorzystany do badań przesiewowych związków, które blokują inwazję, oraz do wytyczania szlaków sygnałowych, na które wpływają takie związki.