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Bioengineering

Ein Hormon ansprechenden 3D-Kultur Modell des menschlichen Brustdrüse Epithel

Published: February 7, 2016 doi: 10.3791/53098

Introduction

Im Gegensatz zu Standard-2D-Kulturen erlauben Surrogat 3D-Zellkulturmodelle für die Untersuchung von epithelialen Zellverhalten in einem physiologisch relevanten Kontext man eine Gewebe ähnelt. 3D-Kulturen der Brustdrüse viele Aspekte der Brustdrüse Entwicklung und Neoplasie aufzuklären haben dazu beigetragen. Die Mehrzahl der 3D-Kulturmodellen jedoch derzeit verfügbar sind ungeeignet Hormonwirkung zu studieren, weil die menschlichen epithelialen Zelllinien für die Aufgabe eingesetzt 6,7,9 fehlt Hormonrezeptorexpression.

Hier beschreiben wir eine 3D-Kultur-Modell der menschlichen Brust-Epithel, die geeignet ist, um die Hormonwirkung 12 studieren. Dieses Modell verwendet die im Handel erhältlich Hormone ansprechenden menschlichen Brust epithelialen Zelllinie T47D 3,11,13, die ursprünglich von einem Pleuraerguss von einer 54-jährigen Patientin mit einer Infiltrations duktale Mammakarzinom erhalten abgeleitet wurden. Wir verwenden Rattenschwanz Kollagen vom Typ 1 als Matrix. Diese 3D-Kulture-Modell ist für die Untersuchung der Wirkung von den drei Haupt mammotropic Hormone (Östradiol, Promegeston (ein Analogon von Progesteron) und Prolaktin) angemessen auf die menschliche Brust Epithelzellen. Hormonbedingten können epitheliale Morphologie quantitativ im Laufe der Zeit durch morphometrische Analyse 12 bewertet werden.

Eine geeignete Aussaatdichte ermöglicht diese 3D-Kulturen für 2 Wochen aufbewahrt werden. Zu dieser Zeit ist die Entwicklung von Strukturen für eine ausreichend robust quantitative Bewertung der Hormonwirkung auf epitheliale Morphologie. Gele können auch zu früheren Zeitpunkten für die Zellproliferation und die Genexpression analysiert geerntet werden. Darüber hinaus ist dieses Modell die Auswirkungen einer sequentiellen Hormonbehandlung zu testen geeignet; zum Beispiel nach der Behandlung mit Estradiol während der ersten Woche und Austausch mit anderen Hormon / Kombination von Hormonen während der folgenden Woche. Die Wirkung des Östrogen-Verbindungen und Antiöstrogene, wie ICI 182,780, können auch stu werdenstarb dieses 3D-Kultur-Modell 12 mit.

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Protocol

1. Vorbereitung der Reagenzien

  1. Man löst das synthetische Gestagen Promegeston (R5020) und 17-β-Estradiol (E2) in Ethanol zu machen 10 -3 M Stammlösungen. Löse Prolaktin in destilliertem deionisiertem Wasser auf eine 1 mg / ml Stammlösung machen. Man löst das Antiöstrogen ICI 182,780 in DMSO auf 10 -2 M Stammlösung machen. Bewahren Sie diese Lösungen bei -20 ° C bis zu 6 Monaten.
  2. Holzkohle-Dextran (CD) gereinigten Serum und CDFBS Medium:
    1. Wärme-Inaktivierung von fötalem Rinderserum (FBS) in einem 57 ° C Wasserbad für 30 min.
      Hinweis: Verwenden Sie nur säuregewaschenen Glaswaren für den Rest dieses Protokolls.
    2. Berechnen der Menge an Aktivkohle benötigt. Verwendung von 10% größeres Volumen als die Menge an Serum für die Verschiebung von der Holzkohle, wiegen 5% wt / vol Aktivkohlepulver zu kompensieren.
    3. Waschen Kohle zweimal mit kaltem entionisiertem destilliertem Wasser das gleiche Volumen wie die Menge des Serums. Für jede Wasch centrifuge bei 50 g für 2 min die Holzkohle zu pelletieren. Entfernen Sie das Wasser zwischen den Waschgängen. In 0,5% w / v Dextran T-70 bis zum letzten Kohle Pellet. Resuspendieren mit destilliertem, entionisiertem Wasser und Zentrifuge bei 100 × g für 5 min. Saugen Sie das Wasser.
    4. Fügen Sie den entsprechenden Volumen von Serum zu dem Pellet und erneut zu suspendieren die Holzkohle-Dextran-Pellet in das Serum. Man inkubiert, während (6 RPM) Walzen, bei 37 ° C für 60 min. Zentrifuge bei 2.000 × g für 20 min. Wenn überstehende trübe erscheint, wiederholen Zentrifugation; jedoch Serum kann nicht völlig klar sein, zu diesem Zeitpunkt aber wird während der Filtration geklärt werden.
    5. Man filtriert durch ein 0,80-Mikron-Filter und dann erneut durch ein 0,45 Mikrometer-Filter, um größere Partikel zu entfernen. Schließlich Filter-Sterilisieren mit einem 0,20-Mikron-Filter. Shop gefiltert CDFBS in Glasröhrchen oder T-25 Kulturflaschen bei -20 ºC.
    6. Charcoal Dextran Stripped Fetal Bovine haltigen Medien (CDFBS Medien): mix 375 ml Phenolrot-freiem DMEM und 125 ml DMEM/ F-12. Entfernen 37,5 ml und ersetzen Sie es mit dem gleichen Volumen von Holzkohle Dextran Stripped Fetal Bovine Serum. Fügen Sie 10 6 U / ml Penicillin und L-Glutamin in eine 2 mM Endkonzentration. Das resultierende Medium beträgt 75% DMEM, 25% DMEM / F-12, 7,5% Charcoal Dextran abgestreift-FBS, 2 mM L-Glutamin und 10 & sup6; U / ml Penicillin.
  3. Bereiten 10X PBS, 1 N NaOH und destilliertem deionisiertem Wasser. Bereiten genügend Volumen von jedem nach dem Volumen der Kollagenlösung benötigt. Sterilisieren Sie alle Lösungen durch Filterung. Bewahren Sie die 10x PBS und sterilem destilliertem entionisiertem Wasser bei 4 ° C für bis zu 1 Monat. Bewahren Sie das 1 N NaOH-Lösung.
  4. Bereiten Kollagenlösung bei einer 1 mg / ml Endkonzentration nach dem Protokoll für "Alternate Gelierung Verfahren für Kollagen I, Rat tail" durch den Hersteller zur Verfügung gestellt. Jedes Gel wird von 1,5 ml Kollagenlösung hergestellt. Zum Beispiel, bereiten 18,5 ml Kollagenlösung (0,5 ml für den Verlust beim Pipettieren zu berücksichtigen) vorbereiten12 Gele. Verwenden Sie die Kollagenlösung sofort oder halten auf dem Eis für bis zu 2-3 Stunden.
  5. Carmine Alum Farbstoff:
    1. Kombinieren Sie 1 g Carmine und 2,5 g Aluminiumkaliumsulfat in 500 ml destilliertem Wasser. Kochen während 20 Minuten unter Rühren. Achten Sie sorgfältig Überkochen zu vermeiden. Passen endgültige Volumen wieder auf 500 ml mit zusätzlichem destilliertem Wasser.
    2. Fügen Sie einen Kristall von Thymol auf antimikrobielle Aktivität und decken Flasche mit Aluminiumfolie vor Licht zu schützen. Man filtriert durch ein Laborqualität Papierfilter vor jedem Gebrauch. Wiederverwendung der Carminlösung für bis zu drei Monaten. Aufbewahren bei Raumtemperatur, vor Licht geschützt.
  6. Kollagenase-Lösung: Man löst die Kollagenase in DMEM / F12-Medium in einer Konzentration von 0,125% w / v. Sie diese Lösung nicht speichern.

2. 3D Culture von T47D Zellen in Rattenschwanz Kollagen Typ 1 Gels und Hormonbehandlung

Hinweis: Halten Sie sterilen serologischen Pipetten und Pipettenspitzen bei 4 ° C.

  1. Prepaerneut eine Einzelzellsuspension und führen Sie eine Zellzahl. Split T47D Zellkulturen, bevor sie erreichen 70% Zusammenfluss. Zentrifugieren Sie die Lautstärke, die die Menge von Zellen benötigt enthält. Bedenken Sie, dass ein Gel sollte etwa 75.000 T47D Zellen enthalten.
  2. Verwendung eines kalt Pipette resuspendieren das Zellpellet in dem entsprechenden Volumen von Kollagen. Bedenken Sie, dass jeder Gel von 1,5 ml Kollagen aus. Mischen Sie die Zellen und das Kollagen sanft zu vermeiden Blasen einzuführen.
  3. Um die Wirkung von statischer Elektrizität auf Zellverteilung verhindern, Pinsel die Ränder, oben und unten an der 12-Well-Platte mit einer statischen reduzierenden Bürste nach den Teller auspacken. Um zu vermeiden, statische Aufladung bei Berührung mit der Arbeitsfläche der Haube, legen Sie diese Platte auf eine andere 12-Well-Platte (Blindplatte), die auch mit der statischen mindernde brush.Gently gebürstet wurde, gießen 1,5 ml der Mischung in jede Vertiefung der 12-Well-Platte.
  4. Die Platte wird in einem Brutschrank bei 37 ° C für 30 Minuten. entfernen the Platte aus dem Inkubator und legen Sie sie in die Kapuze zurück.
  5. Mit einer p200 sterile Spitze, nehmen sorgfältig das Gel in einer sanften kreisenden Bewegungen von der Grenze des Brunnens. Das Gel sollte auch aus dem Boden des Bohrlochs zu lösen.
  6. Verdünnte Hormone in CDFBS Medien zu den Vertiefungen hinzugefügt werden. Verwenden E2 und R5020 bei einer 10 -10 M Endkonzentration und Prolaktin auf eine bei 10 -7 M Endkonzentration. Als Kontrolle verwenden CDFBS Medien ohne Hormone zugesetzt, aber immer noch das höchste Volumen von DMSO in Höhe der Hormon Lagerbestände enthält. Stellen Sie sicher, dass jede Vertiefung 1,5 ml Medium enthält. Platzieren Sie die 3D-Kulturen in einem 37 ° C, 5% CO 2, 100% Feuchtigkeit Gewebekultur-Inkubator. Pflegen Sie die Kulturen für ein oder 2 Wochen die Medien alle 2 Tage zu ändern.

3 Gel-Verarbeitung für Whole Mounts

  1. Entfernen Kulturmedien und fügen Sie in jede Vertiefung 1,5 ml PBS.
  2. Übertragen Sie das Gel auf einen Objektträger. Schneiden Sie das Gel in ein halbes Kurved chirurgischen Klinge. Weiter Verarbeitung mit der Hälfte und die andere Hälfte zur histologische Analyse speichern.
  3. Übertragen Sie die Hälfte Gel für ganze auf einen Objektträger montieren. Lassen Sie Gel trocken für 5 Minuten und dann übertragen Sie die Folie in eine Coplin-Gefäß 10% Formalin enthält.
    Anmerkung: Alle Inkubationen sollte bei RT geschehen.
  4. Fix Gele in einem Coplin-Gefäß auf einem Schüttler O / N.
  5. Wash gleitet zweimal mit PBS für jeweils 10 Minuten auf einem Schüttler. Objektträger nach 70% EtOH; 1 h auf einem Schüttler inkubiert. Objektträger zu Carmine Alum O / N.
  6. Am nächsten Tag entwässern gleitet auf Schüttler in 70% EtOH, 95% EtOH und 100% EtOH für 1 Stunde jede. Objektträger zweimal 1 Stunde jeden und halten am Schüttler zu Xylol. Verwenden Toluol-basierte Montage Medium der Gele und 1,5 mm dicken Deckgläser zu montieren.
  7. Untersuchen ganze Halterungen unter normalen Licht (Mikroskop oder Stereoskop). Für eine genauere Analyse der Form und Lumen nutzen konfokale Mikroskopie und Carmine Farbstoff mit He-Ne-633-nm-Laser visualisieren.

4. Gel Verfahren für die Verarbeitung für die Histologie Analyse

  1. Die restliche Hälfte des Gels auf eine 20 ml-Glasfläschchen, das 10% Formalin und legen Sie auf den Schüttler O / N.
  2. Waschen Sie Gele zweimal mit PBS für jeweils 10 Minuten auf einem Schüttler. Platz Gele in Verarbeitung Kassetten für Paraffineinbettung.
  3. Transfer Gele bis 70% EtOH, Inkubation für 1 Stunde und folgen mit 95% EtOH für 1 Stunde, ändern an die frische 95% EtOH für 1 h, 100% EtOH für 1 Stunde, und wechseln Sie in frischem 100% EtOH für 1 Stunde. An diesem Punkt, Gele können für 1 Stunde und dann wieder in frischem Xylol für 1 Stunde in 100% EtOH O / N bei RT oder inkubiert mit Xylol gespeichert werden.
  4. Transfer Kassetten für 1 h bei 60 ° C im Vakuum Inkubator wiederholt mit frischem Paraffin zweimal mehr Paraffin.
  5. Füllen Kunststoffformen mit sauberem Paraffin. Öffnen Sie die Kassette entfernen Sie das Gel und legen Sie sie in der Kunststoffform, die Paraffin. Füllen Sie mit Paraffin up und top In der Kassette mit dem Etikett nach oben enthalten, und lassen Block cool.
  6. Entfernen Sie die plastic Form und Abschnitt der Block mit einem Mikrotom. Erhalten Sie 5 um dicke Abschnitte für HE-Färbung und Immunzytochemie.

5. Gewinnung von Zellen aus Zellen aus Gele Collagenase-Behandlung

  1. Entfernen Gel aus dem Brunnen und überträgt es auf eine Petrischale mit PBS. Spülen Gel kurz.
  2. Übertragen Sie das Gel in ein 15 ml Röhrchen mit 2 ml 0,125% Collagenase. Pipette auf und ab 4-5 mal, um das Gel in kleine Stücke zu brechen.
  3. bei 37 ° C inkubieren für 25 min (bis-Gel aufgelöst und die Zellen werden in Suspension)
  4. 2 ml Serum ergänzten Kulturmedium. Sammeln Sie die Zellen durch Zentrifugation (1000 × g, 5 min), Überstand verwerfen, resuspendieren Zellen und zählen.

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Representative Results

Abbildung 1 fasst die Vorgehensweise für die hormonsensitive 3D-Kulturen vor. Epithelialen Strukturen werden in ganze Halterungen von Gelen kultiviert für 2 Wochen in Gegenwart von E2 allein und in Kombination mit anderen Hormonen beobachtet. Nur einzelne Zellen oder Gruppen von 2-3 Zellen vorhanden sind, wenn keine Hormone zu dem Kulturmedium (CDFBS mittel) (Bild 2) zugesetzt werden. Dieser Zustand dient als Negativkontrolle.

Die Zellen in 3D-Kultur bilden Strukturen, die in Form, Größe und Lumen Präsenz variieren. Die Verteilung der Strukturen in dem Gel ist in der Regel heterogen. Wie zuvor gezeigt, gibt es im Allgemeinen mehrere Strukturen als 4 in der Mitte entlang der Grenzen des Gels gesehen. Aufgrund dieser räumlichen Heterogenität, Vergleiche zwischen den Proben sollten auf entsprechenden Regionen in Proben beschränkt werden.

Die Art, aus dem Kollagen vom Typ 1 sind Einflüsse des Phänotyps eine abgeleitetend Qualität der resultierenden epitheliale Strukturen 5. Rattenschwanz-Collagen Typ 1, wie hier verwendet, wurde in bovinem Kollagen Typ da Aussaat ausgewählt 1 führte zur Bildung von unorganisierten Zellgruppen (Abbildung 3).

Eine detaillierte Analyse der epithelialen Strukturen können unter Verwendung der konfokalen Mikroskopie (Figur 4) erreicht werden. E2 Behandlung führt zu abgerundeten und länglichen Strukturen (4A). Die Anwesenheit von E2 und Prolaktin führt zu mehr angehenden Strukturen (4B), während die Anwesenheit von E2 und Promegeston Ergebnisse in unregelmäßigen Strukturen mit zellulären Projektionen erinnert an Seitenverzweigung (4C). E2 und E2 alleine und Prolaktin Gewebestrukturen verdicken, wenn sie durch das Wachstum in der z-Richtung gemessen, und im Vergleich zu den in E2 und Promegeston beobachtet diejenigen.

Um die Zellzahl nach der Hormonbehandlung zu quantifizieren, Zellen sind extracted aus dem Gel unter Verwendung von Collagenase-Behandlung. Zum Beispiel mit dieser Methode können wir untersuchen, wie das Antiöstrogen ICI 182,780 die Wirkung von E2 auf die Zellproliferation in den 3D-Kulturen (Abbildung 5) hemmt.

Abbildung 1
Abbildung 1. Verfahren zur Herstellung von hormonsensitiven 3D Kulturen. Kurz gesagt, eine Einzelzellsuspension von T47D Zellen mit Rattenschwanz Kollagen-Typ-1 gemischt und gegossen in die Vertiefungen einer 12-Well Platte. Die Gele werden für 30 min in einem 37 ° C / 5% CO 2 Inkubator zu erstarren. Kulturmedium zugegeben und die Gele werden aus dem Bohrloch gelöst wird. Kulturen können nach 1 oder 2 Wochen geerntet werden, nach dem Anschlag. Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.


. Abbildung 2. Ganze Berge von 3D-Kulturen nach mit Carmine Alum Farbstoff-Färbung (A) insgesamt Halterung eines Halb Gel mit Karmin Alaun gefärbt, um die epitheliale Strukturen sichtbar zu machen, die ein Beispiel für ROI für Morphologie-Analyse wird durch einen Kasten angedeutet; WM von 3D-Kulturen für 2 Wochen in (B) gewachsen CDFBS Medien (keine Hormone zugesetzt) ​​und (C) CDFBS Medien mit E2 und Prolaktin ergänzt. Maßstabsbalken sind 5000 um (A) und 500 & mgr; m (B & C). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 3
Abbildung 3. Vergleich von Matrizen in 3D-Kultur verwendet. (A) Bovine Kollagen Typ-1-Ergebnisse in desorganisiert Cluster von Zellen, im Gegensatz zu den organisierten Strukturen (B) beobachtet, wenn Kollagen Rattenschwanz Typ mit 1. Maßstabsbalken:. 100 & mgr; m Bitte klicken Sie hier eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 4
Abbildung 4. Konfokale Bilder von T47D Strukturen beobachtet in 3-D Kollagengelen nach 2 Wochen. Die Behandlung mit (A) E2, (B) + E2 Prolaktin und (C) E2 + R5020. Die Pfeile zeigen auf zytoplasmatische Projektionen. Die Dicke der epithelialen Strukturen war 24, 40 und 20 & mgr; m auf. Maßstabsbalken:. 40 & mgr; m Bitte klicken Sie hier eine größere Version dieser Figur zu sehen.


Abbildung 5. 3D-Kulturen mit entweder E2 allein oder E2 und ICI behandelt 182.780 für 1 Woche. Die Zellzählungen nach der Extraktion Zelle mit Collagenase-Behandlung. (A) CDFBS Medium, (B) CDFBS Medium plus E2 bei 1x10 -10 M, (C) ICI 182,780 bei 1x10 -8 M plus E2 bei 1x10 -10 M und (D) ICI 182,780 mit 1x 10-7 M plus E2 bei 1x10 -10 M. Bars:. SEM Bitte klicken Sie hier eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Acknowledgments

Wir freuen uns über die redaktionellen Beiträge von Cheryl Schaeberle. Diese Forschung wurde unterstützt von Avon Grants # 02-2009-093 und 02-2011-095, und NIEHS / NIH ES 08314 zu AMS. Der Inhalt ist allein in der Verantwortung der Autoren und stellen nicht notwendigerweise die offizielle Meinung des National Institute of Environmental Health Sciences oder der National Institutes of Health vertreten.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
12-well Tissue Culture Plates (Falcon) Fisher Scientific 08-772-29
15 ml polystyrene conical Tubes Fisher Scientific 14-959-49D
Activated Charcoal Sigma C-5510
Carmine Alum Sigma C1022-100G
Collagenase, Type 3 Worthington S0C11784
Confocal Microscope Zeiss LSM510 Equiped with HeNe 633nm laser
Dextran T-70 Abersham/Pharmacia 17-0280-01
DMEM/F-12, HEPES, no phenol red  Life Technologies 11339-021 Phenol red-free media for hormone use
DMEM, low glucose, pyruvate, no glutamine, no phenol red Life Technologies 11054-020 Phenol red-free media for hormone use
17-β-Estradiol EMD Millipore 3301 Dissolved in Ethanol
Ethanol Koptec V1001
Fetal Bovine Serum Hyclone SH30070.03 For use with hormones, must be Charcoal Dextran stripped 
Filters (115 ml) Nalgene 380-0080, 245-0045, 120-0020 0.88, 0.45, 0.20 micron, respectively 
Formalin, 10% Fisher Scientific SF93-20
L-Glutamine (200 mM) Life Technologies 25030-081
ICI 182,780 (fulvestrant) Sigma Aldrich I4409-25MG Dissolved in DMSO
Microtome  Leica RM2155
Tissue embedding media McCormick Scientific 39502004
Penicillin Sigma 7794-10MU Dissolved in 10 ml of distilled deionized water
Permount Fisher Scientific SP15-500
Phosphate Buffered Saline pH 7.4 Sigma Aldrich P3813-10PAK
Prolactin Sigma Aldrich L4021-50UG Dissolved in distilled deionized water
Promegestone Perkin Elmer NLP004005MG Dissolved in Ethanol
Rat-Tail Collagen  Corning  354236 Lots may contain varying concentrations, note accordingly
Scalpel Miltex 4311
Semi-enclosed Benchtop Tissue Processor Leica TP1020
Sodium Hydroxide Sigma Aldrich S5881 Prepare 1N NaOH stock
StaticMaster Anti-static brush  Amstat C3500
Stripette Serological Pipettes  Corning  4101
T-25 flasks Corning  430168
Tissue Cassettes Fisher Scientific 15-200-403E
Wheaton Vials, Glass, 20 ml Fisher Scientific 03-341-25D 
Xylene  VWR 95057-822

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References

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