Dostępnych jest niezliczona liczba modeli służących do badania progresji nowotworów, z których każdy jest unikalny i reprezentuje podtyp tej złożonej choroby. Każdy model dostarcza wyjątkowych i cennych informacji na temat biologii nowotworów oraz usprawnił metody naśladowania rzeczywistego stanu chorobowego. Ugruntowane linie komórkowe hodowane w monowarstwie dostarczyły cennych informacji na temat procesów życiowych in vitro, takie jak proliferacja, inwazyjność, migracja i apoptoza1Choć dwuwymiarowe (2D) hodowle komórkowe stanowią tradycyjne narzędzie do badania odpowiedzi komórek ssaków na szereg zaburzeń środowiskowych, ekstrapolacja tych wyników w celu przewidywania odpowiedzi na poziomie tkanki nie wydaje się wystarczająco przekonująca. Głównym ograniczeniem hodowli 2D jest fakt, że stworzone w nich mikrośrodowisko znacznie różni się od mikrośrodowiska tkanki piersi.2Hodowla 2D nie zapewnia interakcji komórek z macierzą pozakomórkową, która jest niezbędna dla wzrostu każdej tkanki. Ponadto siły rozciągające, którym poddawane są komórki w hodowlach monowarstwy, utrudniają ich polaryzację, co prowadzi do zmiany sygnalizacji i zachowania komórek.3,4,5Trójwymiarowe (3D) systemy hodowli otworzyły nową drogę w badaniach nad rakiem dzięki swojej zdolności do naśladowania in vivo warunki in vitro Wiele kluczowych sygnałów mikrośrodowiskowych, które ulegają utracie w dwuwymiarowych (2D) hodowlach komórkowych, można odtworzyć, stosując trójwymiarowe (3D) hodowle w macierzy zewnątrzkomórkowej bogatej w lamininę (lrECM).6.
Różne badania wykazały znaczenie mikrośrodowiska guza w kancerogenezie7,8. Czynniki związane ze stanem zapalnym stanowią główną część mikrośrodowiska. Czynnik aktywujący płytki krwi (PAF) jest fosfolipidowym mediatorem wydzielanym przez różne komórki odpornościowe, który pośredniczy w wielu odpowiedziach immunologicznych9,10. Wysokie poziomy PAF są wydzielane przez różne linie komórkowe raka piersi i wiążą się ze zwiększoną proliferacją11. Badania prowadzone w naszym laboratorium wykazały, że przedłużona obecność PAF w kulturach acynarnych prowadzi do transformacji komórek nabłonkowych piersi12. PAF aktywuje receptor PAF (PAFR), co prowadzi do aktywacji osi sygnalizacyjnej PI3K/Akt13. Doniesiono również, że PAFR jest powiązany z EMT, inwazją i przerzutowaniem14.
Niniejszy protokół prezentuje model systemu do badania transformacji indukowanej przez PAF, z wykorzystaniem hodowli 3D komórek nabłonkowych piersi, zgodnie z opisem przedstawionym wcześniej przez Chakravarty i wsp.12. Komórki nabłonka piersi hodowane na macierzy zewnątrzkomórkowej (hodowle 3D) wykazują tendencję do tworzenia spolaryzowanych sferoidów z zahamowanym wzrostem. Struktury te nazywane są acini i ściśle przypominają acini tkanki piersi, czyli najmniejszą funkcjonalną jednostkę gruczołu mlekowego in vivo15. Sferoidy te (Rysunek 1A,B) składają się z warstwy pojedynczych, gęsto upakowanych, spolaryzowanych komórek nabłonkowych otaczających pusty lumen i przytwierdzonych do błony podstawnej (Rysunek 1C). Proces morfogenezy ten został dobrze opisany w literaturze16. Po wysianiu na lrECM komórki ulegają podziałom i różnicowaniu, tworząc skupisko komórek, które następnie polaryzują się od 4. dnia hodowli. Do 8. dnia acini składają się z grupy spolaryzowanych komórek będących w bezpośrednim kontakcie z macierzą zewnątrzkomórkową oraz grupy komórek niespolaryzowanych zamkniętych wewnątrz zewnętrznych komórek spolaryzowanych, bez kontaktu z macierzą. Wiadomo, że komórki niespolaryzowane ulegają apoptozie do 12. dnia hodowli, tworząc pusty lumen. Do 16. dnia powstają struktury o zahamowanym wzroście16.

Rysunek 1: Jądra komórek w acynusach zabarwione barwnikiem jądrowym. (A) Rekonstrukcja 3D acynusów. (B) Obraz w kontraście fazowym acynusów MCF10A hodowanych na Matrigelu przez 20 dni. (C) Najbardziej centralny przekrój wykazuje obecność pustego światła. Pasek skali = 20 µm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
W przeciwieństwie do kultur 2D, kultury acinarne pomagają w rozróżnieniu komórek prawidłowych i przekształconych poprzez wyraźne zmiany morfologiczne. Nieprzekształcone komórki nabłonka piersi tworzą acini z pustym światłem, naśladując prawidłowe acini piersi człowieka. Sferoidy te, po transformacji, wykazują zaburzoną morfologię charakteryzującą się znaczną utratą polarności (jedną z cech charakterystycznych dla nowotworów), brakiem światła lub zaburzeniem pustego światła (wynikającym z unikania apoptozy), co może być indukowane przez deregulację różnych genów17,18,19,20. Transformacje te można badać przy użyciu powszechnie stosowanych technik, takich jak immunofluorescencja. Zatem model 3D hodowli komórkowej może służyć jako prosta metoda badania procesu morfogenezy acinarnej piersi oraz kancerogenezy piersi. Ustanowienie systemu hodowli 3D w celu zrozumienia efektu mediatora fosfolipidowego, PAF, pomoże w wysokoprzepustowym przesiewaniu leków w badaniach przedklinicznych.
W niniejszej pracy zaadaptowano protokół hodowli 3D „on top”16,21 do badania transformacji indukowanej przez PAF22. Zmiany fenotypowe wywołane ekspozycją acini na mediator fosfolipidowy badano przy użyciu immunofluorescencji. W badaniu wykorzystano różne markery polarności oraz przejścia nabłonkowo-mezenchymalnego (EMT)12,16. W Tabeli 1 wskazano ich normalną lokalizację oraz oczekiwany fenotyp po transformacji.
| Przeciwciała | Znaczniki | Prawidłowa lokalizacja | Fenotyp transformowany |
| α6-Integryna | Bazolateralny | Podstawne z niemal nieobecnym barwieniem bocznym | Silne barwienie lateralne / apikalne |
| β$\beta$-katenina | Złącze międzykomórkowe | Bazolateralny | Nieprawidłowa lokalizacja jądrowa lub cytoplazmatyczna |
| Wimentyna | EMT | Brak / słaba obecność | Up-regulacja |
Tabela 1: Markery użyte w badaniu. Różne markery wraz z ich lokalizacją w obecności i przy braku traktowania PAF.
Niniejszą metodę można najlepiej wykorzystać do badania i przesiewania potencjalnych leków oraz genów docelowych dla różnych podtypów raka piersi. Pozwala to na uzyskanie danych dotyczących odpowiedzi na leki, które są bliższe scenariuszowi in vivo, co wspomaga szybszy i bardziej niezawodny rozwój leków. Ponadto system ten może być wykorzystywany do badania sygnalizacji molekularnej związanej z odpowiedzią na leki oraz z lekoopornością.