Patienten abgeleitet Zellkultur und Isolierung von CD133⁺ Mutmaßliche Cancer Stem Cells von Melanoma

Summary

Dieser Artikel beschreibt die Herstellung von frisch gewonnenen Melanomgewebe in primären Zellkulturen und wie Kontaminationen von Erythrozyten und Fibroblasten von den Tumorzellen zu entfernen. Schließlich beschreiben wir, wie CD133⁺ Putativen Melanom Stammzellen werden aus der CD133 sortiert^- Bulk mit Magnetic Activated Cell Sorting (MACS).

Abstract

Trotz verbesserter Behandlungen Optionen für Melanome heute verfügbar ist, Patienten mit fortgeschrittenen malignen Melanom noch eine schlechte Prognose für das progressionsfreie Überleben und das Gesamtüberleben. Daher muss der translationalen Forschung weiter molekulare Beweise für gezielte Therapien für maligne Melanome zu verbessern. In der Vergangenheit haben onkogenen Mechanismen im Zusammenhang mit Melanom wurden ausgiebig in etablierten Zelllinien untersucht. Auf dem Weg zur personalisierten Behandlungsschemata auf individuelle genetische Profile basieren, schlagen wir vor, Patienten-Zelllinien anstelle von generischen Zelllinien zu verwenden. Zusammen mit hochwertigen klinischen Daten, vor allem auf Patienten-Follow-up, werden diese Zellen maßgeblich zu einem besseren Verständnis der molekularen Mechanismen, die hinter Melanom Progression.

Hier berichten wir über die Einrichtung von primären Melanomen Kulturen aus seziert frischem Tumorgewebe. Dieses Verfahren beinhaltet Zerkleinerns und Dissoziation des Gewebes in einzelne Zellen, refernung von Verunreinigungen mit Erythrozyten und Fibroblasten sowie primäre Kultur und zuverlässige Überprüfung der Zellen Melanom Herkunft.

Jüngste Berichte zeigten, dass Melanome, wie die Mehrzahl der Tumoren, Hafen eine kleine Subpopulation von Krebsstammzellen (CSCs), die ausschließlich Kraftstoff Tumorinitiation und Progression in Richtung der metastatischen Stadium sein. Einer der wichtigsten Marker für CSC Identifizierung und Isolierung in Melanom ist CD133. Um CD133 ⁺ CSCs aus primären Melanom Kulturen zu isolieren, haben wir modifiziert und optimiert die Magnetic-Activated Cell Sorting (MACS) Verfahren von Miltenyi was zu hohen Sortenreinheit und Lebensfähigkeit der CD133 ⁺ CSCs und CD133 ^– bulk, die angebaut werden können und funktionell analysiert danach.

Introduction

Kutane maligne Melanome sind die am wenigsten verbreitet, doch die meisten tödlichen Form von Hautkrebs. Aufgrund der steigenden Inzidenz, ein hoher Grad der Bösartigkeit und einer raschen Verbreitung, Melanome machen inzwischen 75% der malignen Hauttumoren Todesfälle ^1,2. Neben chirurgischen Exzision des Primärtumors, Chemotherapie, Strahlentherapie, Immuntherapie und kombinierte Chemo-und Immuntherapie des metastasierten Melanoms sind die state-of-the-art Strategien für Melanom Behandlung ^3,4. Allerdings ist das maligne Melanom durch eine schlechte Reaktion auf Chemotherapeutika (5-12%) ^5,6, und nur diejenigen, 50-70% der Melanom-Patienten mit der BRAF V600E Genmutation profitieren von vielversprechenden neuen zielgerichteten Therapien wie die Behandlung mit vemurafenib ⁷ Um gekennzeichnet Verbesserung der allgemeinen Überlebensrate, wird ein viel besseres Verständnis der Mechanismen der Melanom Tumorgenese benötigt.

Um diese Mechanismen in der Vergangenheit gut etablierte kommerzielle studierenallem zur Verfügung stehenden Zelllinien verwendet wurden. Neuere Ansätze, um die molekularen Ereignisse von Krebs Initiation und Progression zu studieren nutzen primären Kulturen direkt aus Tumorgewebe – eine Strategie Lager vielfältigen Vorteile: Der Forscher hat die volle Kontrolle des Patienten und Gewebe Auswahl. Die Zellproben gewonnenen fachmännisch ausgewählt Tumorgewebe, ähneln den Tumor mit all ihrer Heterogenität und Follow-up-Daten des Patienten und eine detaillierte Pathologie ist verfügbar, um die Charakteristiken der Kultur mit denen des ursprünglichen Tumors ⁸ verglichen werden.

Im Gegensatz dazu ist die Verwendung von etablierten Zelllinien als relevant Modellsystemen in der Krebsforschung kontrovers diskutiert. Bereits 1987 Osborne und Kollegen beschrieben signifikante biologische Unterschiede zwischen humanen MCF-7 Brustkrebs-Zelllinien aus verschiedenen Laboratorien ^9. Diese umfassende genomische Instabilität und Variation in RNA Expression während der Subkultur war Confirmed durch Hiorns et al. und sofern unterstützenden Daten nach Beweisen, dass Zelllinien nicht in Kultur zu entwickeln und damit eine Schwächung der direkten Relevanz solcher etablierten Kulturen als Modelle von Krebs beim Menschen ^10.

Ein weiterer wichtiger Aspekt, der weitgehend über die Jahre ignoriert wurde, ist das Risiko einer Kontamination oder übermäßiges Wachstum von Kulturen mit fremden 'false' Zellen, die erste hervorgehoben wurde vor über zwanzig Jahren durch den Nachweis, dass eine große Anzahl von Zelllinien durch HeLa kontaminiert waren Zellen ^8,11. Die Fehlinterpretation von Daten aus 'false' Zelllinien hat vor kurzem gekommen, um in der Literatur wieder anzuzünden. Mit einer Kombination von DNA-Profiling und molekularen Zytogenetik zeigte MacLeod et al., Dass von 252 neuen Tumor-abgeleiteten humanen Zelllinien hinterlegt bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ), fast 18% wurden Intraspezies sein oder Interspezies Kreuz -Verunreinigungen ^12,13.

Um diese Probleme zu vermeiden und die Nutzung der oben genannten Vorteile zu machen, haben wir beschlossen, low-Passage Melanom-Zelllinien aus frisch herausgeschnitten Metastasen zu etablieren.

Robust Zelle Trennung und Analyse Technologien erfordern Single-Cell-Präparate erzeugt gleichzeitig begrenzen Zelltod und die Zerstörung der charakteristischen Oberflächenproteine ​​werden. Ein Tischgerät für die automatisierte Dissoziation von Gewebe in den Single-Zellsuspensionen ist die gentleMACS Dissoziator von Miltenyi hergestellt. Wenn in Kombination mit gentleMACS C Rohre und optimierte Dissoziation Lösungen, eine effektive und schonende Spaltung von Tumorgewebe in einem geschlossenen System verwendet wird erzielt unter Beibehaltung Antigenepitope und Reduzieren Zellverlust. Das Gerät bietet optimiert voreingestellten Programmen für eine Vielzahl spezifischer Anwendungen und garantiert standardisierte Herstellung von Einzelzell-Suspensionen, die aus Melanom Gewebe ^14.

<p class = "jove_content"> Jüngste Berichte ergab, dass die Mehrzahl der Tumoren eine kleine Subpopulation von sogenannten Krebsstammzellen (CSCs), die ausschließlich weisen Tumor-Initiierung und sich selbst erneuernde Fähigkeit beherbergen. Die Identifizierung von Melanozyten-produzierenden Stammzellen in der Dermis der Haut führte zu der Hypothese, dass diese Zellen könnte die Entstehung von Krebs-Stammzellen (CSCs) in Melanomen, da UVA-Bestrahlung können diese Zellen für maligne Transformation ¹⁵ grundieren. Das Ergebnis eines solchen genetischen Läsion würden Zellen, die eine Kombination von Tumor und Stammzelleigenschaften beherbergen sein.

Einer der wichtigsten Marker vorgeschlagen, die Subpopulation von CSCs in Melanomen darstellen, ist CD133 ^16-20. CD133 (auch als Prominin 1 bekannt), ein Mitglied der pentaspan transmembranen Glykoproteinen, wird in hämatopoetischen Stammzellen, Endothelprogenitorzellen, neuronale und gliale Stammzellen ^21-23 exprimiert. Expression von CD133 mit korreliertenasymmetrischen Zellteilung ²⁴ und das glykosylierte Epitop von CD133 konnte gezeigt werden herunterreguliert auf Zelldifferenzierung ^25. Kürzlich wurden CD133 ⁺ Melanomzellen gezeigt, Selbsterneuerung und Tumor-Initiation Kapazität ^19,20 zu haben.

Um die Funktion von CD133 ⁺ putative Melanom CSCs zu studieren, haben wir modifiziert und optimiert die Magnetic-Activated Cell Sorting (MACS)-System von Miltenyi Biotech, hoch angereichert und lebensfähige Populationen von CD133 ⁺ und CD133 zu erhalten ^– Zellen.

Magnetkügelchen-basierten Zellabtrennung erlaubt entweder negative Selektion von Matheu et al. ²⁶ oder positiver Selektion, wie wir hier zeigen. Während positiver Selektion die bestimmte Zielzelle Typ, zB CD133-exprimierenden Zellen, wird magnetisch mit MicroBeads, 50-nm-Partikel, superparamagnetische konjugiert hochspezifische Antikörper gegen ein markiert sindInsbesondere Zelloberflächenantigen. Während der Trennung werden die magnetisch markierten Zellen in der Säule in das Magnetfeld des Separators zurückgehalten, während unmarkierte Zellen durchfließen. Nach Waschschritten wird die Säule aus dem Magnetfeld des Separators entfernt wird, und die Zielzellen von der Säule eluiert. Die LS oder MS Spalten während positive Selektion Ergebnis in Bruchteilen von markierten und nicht markierten Zellen mit hoher Reinheit verwendet. Auf der anderen Seite, LD Spalten zur negativen Selektion verwendet wird, führen zu einer etwas geringeren Reinheit des markierten Fraktion. Aufgrund der dichteren Packung ihre Matrix die Strömungsgeschwindigkeit in diesen Spalten niedriger ist, was zu einem höheren Risiko von unmarkierten Zellen in der Säule eingefangen werden. LD Spalten sollten daher nur für strenge Depletion von einer unerwünschten Zell-Subpopulation verwendet werden. Positive Selektion kann durch direkte (Antikörper gekoppelt MicroBeads) oder indirekten magnetischen Kennzeichnung (Inkubation mit MicroBeads werden nach dem incubatio durchgeführtn mit den primären Antikörper). Spezifisch MACS MicroBeads sind für die positive Selektion von zahlreichen Zelltypen von primären Tumorzellen wie Prostata oder Melanom ²⁷ verfügbar.

Protocol

Das Gesamtkonzept des Versuchs einschließlich der Herstellung von primären Zellen aus Single-Tumorgewebe Charakterisierung des primären Zellkultur, Fibroblasten-Depletion und magnetische Zellsortierung von CD133 und CD133 + – Melanomzellen ist in Abbildung 1 gezeigt. Ein. Beispiel Acquisition Überprüfen ethischen Zulassung vor der Prüfung die nächsten Schritte. Bereiten Sie eine 50-ml-Tube mit sterilem PBS mit 1% Penicillin-Streptomycin…

Representative Results

Herstellung von ein-Zellen aus Tumorgewebe Abbildung 2 zeigt beispielhaft ein resezierten Lymphknotenmetastasen von einem späten Stadium Melanom Patienten vor (A) und nach (B) mechanische Dissoziation in 2-4 mm große Stücke. Nach enzymatischer Spaltung des Gewebes und Filtration durch ein 70 um Nylonnetz wurden die Zellen pelletiert und der Überstand verworfen. Bei diesem Schritt beobachteten wir eine hohe Kontamination mit Erythrozyten als durch die rötliche Farbe des Zel…

Discussion

Um Kontaminationen Erythrozyten aus dem Tumor Zellpellet entfernen empfehlen wir unter Verwendung des roten Blutkörperchens Lyselösung von Miltenyi. Die Vorteile Lysieren der Erythrozyten gegenüber dem traditionellen Ficoll-Dichtegradientenzentrifugation sind, dass sie schneller und einfacher ist. Weiterhin werden Verunreinigungen mit Ficoll oder roten Blutkörperchen und dem Verlust von Tumorzellen vermieden. Wenn Sie das Wachstum von Fibroblasten in der primären Zellkultur beobachten sie sollten sofort entfernt we…

Materials

			Reagent
Accutase	PAA Laboratories GmbH	L11-007
Amphotericin B solution 250 μg/mL in deionized water	Sigma-Aldrich, Inc.	A2942-50ml
anti-fibroblasts microbeads	Miltenyi Biotec GmbH	130-050-601
CD133/1 (W6B3C1)	Miltenyi Biotec GmbH	130-092-395
Collagenase IV	Sigma-Aldrich, Inc.	C5138
DNase I	Applichem GmbH	A3778.0050
D-PBS without Ca, Mg	PAA Laboratories GmbH	H15-002
Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dehydrate (EDTA)	Sigma-Aldrich, Inc.	E-7889
FBS Superior	Biochrom	S0615
Indirect CD133 Micro-Bead Kit human	Miltenyi Biotec GmbH	130-091-895	Includes: CD133/1(AC133)-Biotin, anti-Biotin MicroBeads and FcR Blocking Reagent
Penicillin-Streptomycin, liquid (100x)	Invitrogen GmbH	15140-122
Quantum 263	PAA Laboratories GmbH	U15-815
Red Blood Cell Lysis Solution (10x)	Miltenyi Biotec GmbH	130-094-183
			Equipment
Cell strainer (70 μm)	BD Biosciences	352350
gentleMACS C Tubes	Miltenyi Biotec GmbH	130-093-237
gentleMACS dissociator	Miltenyi Biotec GmbH	130-093-235
MACS Separator Multi Stand	Miltenyi Biotec GmbH	130-042-303
MACS Seperation Columns 25 LS Columns	Miltenyi Biotec GmbH	130-042-401
MACSmix Tube Rotator	Miltenyi Biotec GmbH	130-090-753
Natriumchloride	Merck KGaA	567440-1KG
Pre-Separation Filters	Miltenyi Biotec GmbH	130-041-407
QuadroMACS Separator	Miltenyi Biotec GmbH	130-090-976
Rotilabo-syringe filters (0.22 μm, PES)	Carl Roth GmbH & Co. KG	P668.1
Steritop-GP Filter Unit 500 ml	Miltenyi Biotec GmbH	SCGPS05RE