Этот протокол описывает создание трехмерной (3D) ex vivo модели взаимодействия раковых клеток и сальника. Модель обеспечивает платформу для выяснения проопухолевых механизмов в жировой нише и для тестирования новых методов лечения.
Методическая статья
Этот протокол описывает создание трехмерной (3D) ex vivo модели взаимодействия раковых клеток и сальника. Модель обеспечивает платформу для выяснения проопухолевых механизмов в жировой нише и для тестирования новых методов лечения.
Рак яичников является самым смертоносным гинекологическим злокачественным новообразованием. Сальник играет ключевую роль в обеспечении поддерживающего микроокружения для метастатических раковых клеток яичников, а также иммуномодулирующих сигналов, которые обеспечивают устойчивость опухоли. Тем не менее, у нас есть ограниченные модели, которые точно имитируют взаимодействие между клетками рака яичников и тканями, богатыми жировыми отложениями. Для более глубокого понимания клеточных и молекулярных механизмов, с помощью которых сальник обеспечивает проопухолевое микроокружение, мы разработали уникальную 3D-модель взаимодействия раковых клеток и сальников ex vivo . Используя сальник человека, мы можем выращивать раковые клетки яичников в этой богатой жиром микросреде и контролировать факторы, ответственные за рост опухоли и иммунную регуляцию. В дополнение к предоставлению платформы для изучения этого богатого жировой тканью опухолевого микроокружения, модель обеспечивает отличную платформу для разработки и оценки новых терапевтических подходов к воздействию на метастатические раковые клетки в этой нише. Предложенная модель проста в создании, недорога и применима к трансляционным исследованиям.
Рак яичников является самым смертоносным гинекологическим злокачественным новообразованием во всем мире1. Риск развития этого вида рака в течение жизни составляет примерно 1 к 70, а средний возраст постановки диагноза составляет63 года. Первичные злокачественные опухоли яичников гистологически классифицируются как эпителиальные или неэпителиальные. Эпителиальный рак яичников (ЭОК) составляет более 90% опухолей, а наиболее распространенным подтипом является серозная карцинома высокой степени злокачественности (HGSC), на долю которой приходится примерно 70%-80% ЭОК. В настоящее время не существует эффективных методов скрининга для раннего выявления заболевания. Таким образом, большинству пациентов диагноз ставится на поздней стадии (т.е. на III или IV стадии Международной федерации гинекологии и акушерства (FIGO) после того, как рак распространился по всей брюшной полости.
Стандартным лечением первой линии является циторедуктивная операция по удалению всех видимых макроскопических заболеваний с последующей адъювантной химиотерапией на основе платины для уничтожения любого остаточного микроскопического заболевания. Несмотря на то, что за последние два десятилетия в лечении рака яичников было достигнуто много успехов, примерно у 70% пациенток с прогрессирующим заболеванием в течение 3лет после начала лечения наступает рецидив. Учитывая общий неблагоприятный прогноз для этих пациентов, текущие и будущие трансляционные исследования в EOC направлены на выявление биомаркеров для раннего выявления, предотвращения метастазирования, совершенствования существующих методов лечения для уклонения от резистентности и разработки новых персонализированных методов лечения рака.
Генерализованное метастазирование в брюшной полости и связанная с ним химиорезистентность являются двумя основными ограничениями для улучшения лечения пациенток с раком яичников 4,5. Сальник, жировая структура, похожая на фартук, которая свисает с желудка над кишечником, является основным местом метастазирования рака яичников 6,7. Было показано, что в дополнение к своей функции физического барьера сальник обладает регенеративными и ангиогенными способностями и обладает иммунной активностью, которая в совокупности способствует васкуляризации, ускоряет заживление ран и ограничивает инфекцию8. Он содержит высокую концентрацию стволовых клеток, которые могут дифференцироваться в различные типы клеток и могут помочь восстановить поврежденные ткани. Сальник может воспаляться в ответ на травму или инфекцию, что вызывает миграцию иммунных клеток к месту повреждения9. Эти иммунные клетки высвобождают факторы роста и другие молекулы, которые способствуют восстановлению и регенерации поврежденных тканей. Иммунные клетки, такие как макрофаги, лимфоциты и плазматические клетки, локализующиеся в сальнике, представляют собой структуры, известные как «млечные пятна», которые отвечают за обнаружение и атаку патогенов и регулирование перитонеального иммунитета. Также было показано, что сальник играет роль в индуцировании иммунной толерантности10, которая представляет собой способность иммунной системы переносить аутоантигены и не атаковать здоровые ткани. Тем не менее, та же самая иммунная активность также участвует в патологических реакциях, таких как рост опухолей яичников, метастазирование и ускользание от иммунного надзора 9,11. Предыдущие исследования, проведенные в нашей лаборатории и других лабораториях, продемонстрировали уникальную и активную роль микроокружения жировой ткани в ингибировании противоопухолевых иммунных реакций и в приобретении химиорезистентности12,13,14. К сожалению, мы располагаем ограниченной информацией о клеточных и молекулярных механизмах, с помощью которых сальник обеспечивает проопухолевое микроокружение.
Чтобы лучше понять взаимодействие между раковыми клетками и сальником, была разработана 3D-система культивирования, состоящая из клеток рака яичников человека и эксплантов сальника, полученных от пациентов. Протокол, описанный здесь, представляет собой новую модель перитонеального карциноматоза ex vivo . Эта модель имитирует естественное развитие онкогенеза рака яичников в этой богатой жировой тканью ткани. Предложенная модель проста в создании, недорога и потенциально применима для трансляционных исследований рака яичников.
Следующий протокол исследования был рассмотрен и одобрен Институциональным наблюдательным советом Государственного университета Уэйна (IRB). Перед операцией от всех пациентов было получено информированное согласие. На рисунке 1 показаны три основных шага этого протокола.
1. Подготовка тканей сальника человека
2. Подготовка клеток рака яичников
3. Инъекция клеток рака яичников
4. Совместное культивирование клеток рака сальника человека и яичников
Успешное внедрение клеток рака яичников в образцы сальника было очевидно примерно на 14-й день (рис. 3A-C). По крайней мере, 24 репликата были подготовлены и введены на каждый собранный образец, чтобы обеспечить возможность дальнейших экспериментов. Рост опухоли контролировали с помощью флуоресцентных снимков (рис. 3D, E). Изображения должны были быть тщательно интерпретированы, так как на дне каждой лунки также рос монослой раковых клеток, который не был прикреплен к сальнику. Мы предпочитали делать снимки сальника, когда он был взвешен в среде, чтобы избежать наложения флуоресцентных сигналов на монослой раковых клеток.
Отсутствие флуоресцентного сигнала к 14 дню можно считать неудачными инъекциями. Было замечено, что раковые клетки первоначально распространялись по поверхности сальника в течение первых 7 дней, но со временем они конгрегировались, образуя опухоли (рис. 3A-D). Суррогатным показателем опухолевой нагрузки между образцами была скорость, с которой питательная среда сальника меняла цвет с красного на желтый (рис. 3F). Мы использовали флуоресцентную визуализацию, гистологический обзор и общий осмотр для подтверждения роста опухоли и жизнеспособности ткани сальника после 50 дней совместного культивирования (рис. 4).

Рисунок 1: Иллюстрация общих шагов в протоколе. (А) Этап 1: Подготовка сальника; (Б) Шаг 2: инъекция раковых клеток; (C) Шаг 3: создание микроокружения раковых клеток и сальников. (Рисунок подготовлен в BioRender.com). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: Подготовка и введение раковых клеток в сальник. (А) Сальник разрезается на кусочки 1х1 см. (B) Каждый кусочек помещают в лунку с 24-луночным планшетом и покрывают 500 мкл среды. (В) Инъекция раковых клеток в сальник. (D) После инъекции наблюдается полоса флуоресцентных раковых клеток. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Репрезентативные изображения после 14 и 25 дней совместного культивирования. (A-C) Репрезентативные изображения после 14 дней совместного культивирования: (A) фаза, (B) канал mCherry, (C) слияние. (Д-Э) Репрезентативные изображения после 25 дней совместной культуры. (F) Изменение цвета среды с розового на желтый является признаком успешной инъекции раковых клеток и установления совместной культуры. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4: Общая морфология и окрашивание гематоксилином и эозином (H&E). (A,B) Репрезентативная валовая морфология кокультур на 50-й день; стрелки указывают на места роста клеток рака яичников mCherry+. (С,Д) Репрезентативное H&E окрашивание кокультур на 50-й день. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
С использованием этого протокола была разработана доклиническая модель перитонеального канцероматоса при раке яичников с использованием комбинации основных методов in vitro и ex vivo. Прогрессирующий рост опухоли наблюдался в течение 50 дней совместного культивирования после посева образцов сальника клетками рака яичников человека mCherry+ OCSC1-F2. Этот метод был разработан и оптимизирован в ходе нескольких экспериментальных испытаний с использованием различных образцов сальника. Успешный рост опухоли зависел от качества сальника, жизнеспособности раковых клеток и эффективности инъекции. В этом отчете мы использовали только клетки mCherry+ OCSC1-F2 и линии рака яичников человека mCherry+ R182, о которых ранее сообщалось в нескольких публикациях 12,15,16,17,18,19,20,21,22. При использовании этих двух клеточных линий с разным временем удвоения (16 ч для OCSC1-F2 и 36 ч для R182) была отмечена разница во времени достижения логарифмического роста в ткани сальника. Тем не менее, нам удалось установить обе клеточные линии в системе кокультивирования.
Эффективная коммуникация между исследователями, координаторами исследований и хирургическими бригадами имела решающее значение для сбора и обработки образцов сальника. Исследователь определил кандидатов на протокол, координаторы исследования получили согласие пациентов перед операцией, а исследователь собрал образцы из операционной. Учитывая такой рабочий процесс, график работы исследователя должен был быть гибким, так как многие факторы, влияющие на сбор данных, были непредсказуемы (например, операция была отменена, время операции изменено, сальник удален или удален без него). Непосредственная визуализация и отбор тканей из операционной обеспечили целостность образца, хирургическую стерильность и своевременную обработку. Первоначально сбор образцов был делегирован координаторам исследований; Однако после того, как было собрано несколько образцов, мы заметили, что время обработки задерживается (т.е. >4 ч), а качество сальника значительно хуже (например, ткань была в кусочках). В одном экспериментальном исследовании ткань сальника хранили при температуре 4 °C в течение 48 ч перед инъекцией, потому что раковые клетки не были готовы вовремя. Подобный рост опухоли наблюдался по-прежнему, но эта последовательность не повторялась, так как известно, что изменения температуры влияют на микроокружение опухоли (ТМЭ).
Перед взятием образца было важно иметь достаточное количество сливающихся раковых клеток в соответствии с графиком операции. Поскольку количество образцов, собранных каждый месяц, варьировалось, активные культуры клеток рака яичников не всегда поддерживались. Замороженные клетки размораживали не менее чем за 1 неделю, покрывали по стандартному протоколу, а затем пропускали клетки по крайней мере один раз, чтобы убедиться в жизнеспособности. Клеточные линии, использованные в этом протоколе, были относительно устойчивыми; Тем не менее, мы все еще сталкивались со случаями, когда клетки не восстанавливались ко дню операции и не могли быть введены. В этом исследовании не было попыток ввести раковые клетки, которые сливались менее чем на 50%. Последующие задержки, связанные с подготовкой клеток, были сведены к минимуму за счет использования хорошей стерильной техники и разделения клеток в пропорциях для поддержания слияния в зависимости от предполагаемого графика сбора образцов. Мы ограничили протокол только двумя флуоресцентно меченными линиями раковых клеток, но важно отметить, что другие установленные линии раковых клеток или первичные раковые клетки без флуоресцентных белков также могут быть использованы.
Наконец, скорость роста опухоли коррелировала со слиянием раковых клеток, расположенных рядом с адипоцитами и внутри них, сразу после инъекции. Это было определено путем получения флуоресцентных изображений всех образцов сальника после инъекции. По сравнению с инокуляцией опухолевых клеток в солидные органы или подкожные ткани, введение раковых клеток в ткань сальника было более сложной задачей. Рыхлая структура и жировая консистенция сальника не позволяют ткани эффективно удерживать объемы клеточной суспензии без утечки. Когда для инъекции использовалась игла меньшего размера (т.е. 30 G или уже), возникали опасения по поводу фрагментации клеток, поскольку пролиферация клеток уменьшалась. Мы протестировали различные методы инъекций, количество клеток и объемы клеточной суспензии и обнаружили результаты, соответствующие протоколу, описанному выше. В то же время мы признаем, что такие изменения в протоколе, вероятно, все же приведут к аналогичным результатам, учитывая злокачественную природу клеток. Добавление Матригеля облегчило этап инъекции, так как внеклеточный матрикс лучше удерживал клеточную суспензию; Тем не менее, этот метод является более дорогим и не приводит к постоянному увеличению опухолевой нагрузки в образцах. В целом, ни у одного из образцов сальника не росли опухоли, но количество опухолей и скорость роста варьировались.
Эта модель имитировала отличительный признак онкогенеза рака яичников путем репликации ранних метастазов в богатые жиром ткани брюшины. Этот протокол допускает вариации без каких-либо навыков, легко воспроизводимся и генерирует систему с потенциальной трансляционной ценностью. По сравнению с существующими моделями in vitro и ex vivo при раке яичников, описанный здесь метод сочетает в себе несколько методов для получения модели, которая сохраняет опухолевую архитектуру и TME в течение длительного срока жизни. Кроме того, мы наблюдали, что когда образец сальника с множественными опухолями был перенесен в новую лунку и культивирован с очищенным от рака сальником (т.е. не введен), наивный сальник был засеян раковыми клетками в течение 7 дней. Это позволяет предположить, что реплицированные опухоли сохраняют метастатический потенциал посредством эпителиально-мезенхимального перехода. Мы не обнаружили в литературе подобных моделей рака яичников, которые культивировали биопсию тканей в течение длительных периодов времени. Этот подход подтверждается предыдущим открытием о том, что мезотелиальные клетки, выделенные из сальника мыши, могут культивироваться в течение более чем 30 пассажей после сбора23.
Модель, описанная в этом исследовании, может быть использована для дальнейшего понимания эффекта прямого взаимодействия между клетками рака яичников и клетками богатого жиром сальника. Раковые клетки могут быть диссоциированы из тканей сальника и получены для транскриптомного или иммуногистохимического анализа (ИГХ). Кроме того, клетки могут быть использованы для исследований реакции на лекарственные препараты.
Основные ограничения этой модели заключаются в том, что количество опухолей, скорость роста опухоли и расположение опухолей были непредсказуемы. Отсутствие стандартизации и вариативности по выборкам может ограничить применение этой модели. Мы также сделали несколько замечаний, которые потребуют дальнейшего изучения при разработке этого протокола. Например, «контрольные» реплики в одном эксперименте на самом деле не были свободны от рака, так как у пациента впоследствии был диагностирован микрометастаз сальники; Тем не менее, неинъекционные опухоли оставались жизнеспособными в течение всего периода эксперимента. Будущие применения этой модели будут включать молекулярные исследования ТМЭ во время раннего онкогенеза, манипуляции с ТМЭ путем введения иммунных клеток и исследования реакции на лекарственные препараты. Таким образом, мы полагаем, что описанная здесь доклиническая модель дополнит репертуар существующих исследовательских инструментов и поможет выяснить молекулярные механизмы ТМЭ при раке яичников.
Авторам нечего раскрывать.
Это исследование частично финансируется Мемориальным фондом Джанет Беррос. Выражаем признательность пациентам и отделению гинекологической онкологии Института рака Карманоса за сбор образцов сальника. Мы также выражаем признательность Биобанку и Центру коррелятивных наук в Институте рака Карманоса за координацию набора пациентов и подготовку препаратов для выявления патологий. Биобанк и Центр корреляционных наук частично поддерживаются грантом P30 CA22453 Центра NIH Институту рака Карманоса при Государственном университете Уэйна.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 0,05% Трипсин-ЭДТА (1x) | Gibco | 25300054 | |
| 1 мл инсулинового шприца со съемной иглой 26 г | BD | 329652 | |
| 10 мл серологических пипеток | CELLTREAT | 229010B | |
| 100 мм Чашка для культуры тканей | Fisherbrand | FB012924 | |
| 15 мл центрифужной пробирки | CELLTREAT | 229411 | |
| 24 лунки Планшет | для культур Costar | 3524 | |
| 50 мл Центрифуга Пробирка | CELLTREAT | 229421 | |
| 75 см<суп>2 Колба для культуры тканей | CELLTREAT | 229341 | |
| Счетчик клеток | Corning | 9819000 | |
| Цитирование 5 имидж-сканер | Biotek | ||
| DMEM/F12 (1:1) (1x), +L-глутамин, +2,438 г/л натрия Бикарбонат | Gibco | 11320033 | |
| фетальная сыворотка крупного рогатого скота, сертифицированная | Gibco | 1043028 | |
| Matrigel | Corning | 356230 | Матрица базальной мембраны |
| No 10 Одноразовый скальпель из нержавеющей стали | Integra-Miltex | 4410 | |
| Пенициллин стрептомицин | Gibco | 15140122 | |
| фосфатный буферный раствор, pH 7,4 ( 1x) | Микроскоп Gibco | 10010023 | |
| Revolve | Echo |