Tre-dimensionelle knogle ekstracellulære Matrix Model for osteosarkom
Summary
Knogle ekstracellulære matrix (BEM) model for osteosarkom (OS) er veletableret og vist her. Det kan bruges som en egnet stillads til efterligne primær tumor vækst i vitro og giver en ideel model for at studere den histologiske og cytogenic heterogenitet af OS.
Abstract
Osteosarkom (OS) er den mest almindelige og et stærkt pågående primære knogletumor. Det er kendetegnet med anatomiske og histologiske variationer sammen med diagnostiske eller prognostiske vanskeligheder. OS består genotypisk og fænotype heterogene kræftceller. Knogle mikromiljø elementer er bevist at tage højde for tumor heterogenitet og sygdom progression. Knogle ekstracellulære matrix (BEM) bevarer mikrostrukturanalyse matricer og biokemiske bestanddele af indfødte ekstracellulære matrix. Dette væv-specifik niche giver en gunstig og langsigtede stillads til OS celle såning og spredning. Denne artikel indeholder en protokol for forberedelse af BEM model og dens yderligere eksperimentelle program. OS celler kan vokse og differentiere sig til flere fænotyper overensstemmelse med histopatologiske kompleksiteten af OS kliniske prøver. Modellen giver også mulighed for visualisering af forskelligartede morfologier og deres tilknytning til genetiske ændringer og underliggende reguleringsmekanismer. Som homologe til menneskelige OS, kan dette BEM-OS model udviklet og anvendes til patologi og kliniske forskning af OS.
Introduction
Osteosarkom (OS) forekommer normalt i aktivt voksende områder, metaphysis af lange knogler, i løbet af ungdomsårene. Mere end 80% af de OS-ramte sites har præference for metaphysis af proksimale tibia samt proksimale humerus og distale og proksimale femur, svarende til placeringen af vækst plade1. OS består af flere celle undertyper med mesenchymale egenskaber og stor mangfoldighed i histologiske funktioner og kvalitet. Beviser støtter mesenchymale stamceller (msc), osteoblaster engageret prækursorer og pericytes som cellerne i oprindelse2,3,4,5. Disse celler kan akkumulere genetiske eller epigenetiske ændringer og give anledning til OS under indflydelse af visse knogle microenvironmental signaler. Både indre og ydre mekanismer resultere i genomisk ustabilitet og heterogenitet af OS, med flere morfologiske og kliniske fænotyper6,7. For individualiserede behandlinger eller screening af nye stoffer skal roman modeller genereres til mod heterogenitet eller andre kliniske forstyrrelser.
OS er en intra ossøse maligne solid tumor. Kompleksitet og aktivitet i den omgivende mikromiljø elementer giver fænotypiske og funktionelle forskelle på OS celler i forskellige steder af en tumor. Knogle ekstracellulære matrix (BEM) giver en strukturelle og biokemiske stillads til mineralske deposition og knogle remodellering. Den organiske del af ekstracellulære matrix (ECM) består hovedsagelig af type I kollagen udskilles af osteoblastic slægt celler, mens dens mineraliseret del består af calcium fosfat i form af hydroxyapatit8. ECM netværk dynamisk rolle er at regulere celle vedhæftning, differentiering, cross-talk og væv funktion vedligeholdelse9.
Demineraliseret BEM og ECM hydrogels held har været anvendt i cellekultur og kan øge celle spredning10,11. Syntetiserede knogle-lignende ECM kan regulere Gruppestørrelse, skæbne beslutninger og afstamning progression af MSCs12,13,14. Derudover beviser resultater dens kliniske betydning for at give osteogenic aktivitet ved at stimulere cellulære processer under knogle dannelses- og regenereringsprocesserne15,16,17.
I denne artikel etablerer vores gruppe en modificeret model og gunstige alternativ for tre-dimensionelle langsigtede kultur. OS celler injiceres i de væv-afledte BEM præsentere en uensartet mesenchymale fænotype let i forhold til plast todimensionale kulturer. BEM afledt af lokationsspecifikke homologe væv vise sin dramatiske fordel som en naturlig niche for OS celler in vitro- og har et stort potentiale i OS teoretisk og klinisk forskning. Dette karakteriserede BEM platform er enkel, men effektiv for in vitro- forskning og kan forlænges i modellering flere kræftformer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Generelt OS kan klassificeres som osteoblastic, chondroblastic og fibroblastic undertyper afhængigt af dets dominerende histologisk komponent. Sin prognose er ikke kun afhængig af histologiske parametre men også på sin anatomiske hjemmeside. Det kan opstå inde i knogler (i intramedullært eller intracortical rum), på overflader af knogler og extraosseous sites19. Fremkomsten og heterogenitet af OS kan blive belyst som en konjugation af muterede begivenheder og en passende microenvironmental…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne værdi Liuying Chen støtte til hendes administrativ bistand og lange Zhao for hans fremragende teknisk bistand under opførelsen af knogle ekstracellulære matrix stilladser. Denne undersøgelse understøttes af tilskud fra National Natural Science Foundation of China (31871413).
Materials
| 15 mL centrifuge tube | Greiner | 188271 | |
| 50 mL centrifuge tube | Greiner | 227270 | |
| 6 cm cell culture dish | Greiner | 628160 | |
| 6-well plate | Greiner | 657160 | |
| Ampicillin | Sigma-Aldrich | A9393 | |
| C57-BL/6J mouse | Sun Yat-sen University Laboratory Animal Center | ||
| CO2 incubator | SHEL LAB | SCO5A | |
| Dibasic sodium phosphate | Guangzhou Chemical Reagent Factory | BE14-GR-500G | |
| DMEM/F12 | Sigma-Aldrich | D0547 | |
| Fetal bovine serum | Hyclone | SH30084.03 | |
| Hemocytometer | BLAU | 717805 | |
| Kanamycin | Sigma-Aldrich | PHR1487 | |
| MG-63 | Chinese Academy of Science, Shanghai Cell Bank | Human osteosarcoma cell line | |
| MNNG/HOS | Chinese Academy of Science, Shanghai Cell Bank | Human osteosarcoma cell line | |
| Phenol red | Sigma-Aldrich | P4633 | A solution of phenol red is used as a pH indicator: its color exhibits a gradual transition from yellow to red over the pH range 6.6 to 8.0. |
| Potassium chloride | Sangon Biotech | A100395 | |
| Potassium Phosphate Monobasic | Sangon Biotech | A501211 | |
| Sodium chloride | Sangon Biotech | A501218 |
References
- Longhi, A., Errani, C., De Paolis, M., Mercuri, M., Bacci, G. Primary bone osteosarcoma in the pediatric age: State of the art. Cancer Treatment Reviews. 32, 423-436 (2006).
- Mohseny, A. B., et al. Osteosarcoma originates from mesenchymal stem cells in consequence of aneuploidization and genomic loss of Cdkn2. Journal of Pathology. 219, 294-305 (2009).
- Mutsaers, A. J., Walkley, C. R. Cells of origin in osteosarcoma: mesenchymal stem cells or osteoblast committed cells. Bone. 62, 56-63 (2014).
- Sato, S., et al. Mesenchymal tumors can derive from Ng2/Cspg4-Expressing pericytes with β-Catenin modulating the neoplastic phenotype. Cell Reports. 16, 917-927 (2016).
- Patane, S., et al. MET overexpression turns human primary osteoblasts into osteosarcomas. Cancer Research. 66, 4750-4757 (2006).
- Poos, K., et al. Genomic heterogeneity of osteosarcoma – shift from single candidates to functional modules. PLoS One. 10, 123082 (2015).
- Martin, J. W., Squire, J. A., Zielenska, M. The genetics of osteosarcoma. Sarcoma. 2012, 1-11 (2012).
- Alfranca, A., et al. Bone microenvironment signals in osteosarcoma development. Cellular and Molecular Life Sciences. 72, 3097-3113 (2015).
- Alford, A. I., Kozloff, K. M., Hankenson, K. D. Extracellular matrix networks in bone remodeling. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 65, 20-31 (2015).
- Sawkins, M. J., et al. Hydrogels derived from demineralized and decellularized bone extracellular matrix. Acta Biomaterialia. 9, 7865-7873 (2013).
- Alom, N., Peto, H., Kirkham, G. R., Shakesheff, K. M., Bone White, L. J. Bone extracellular matrix hydrogel enhances osteogenic differentiation of C2C12 myoblasts and mouse primary calvarial cells. Journal of Biomedical Materials Research Part B-Applied Biomaterials. 106, 900-908 (2018).
- Datta, N., Holtorf, H. L., Sikavitsas, V. I., Jansen, J. A., Mikos, A. G. Effect of bone extracellular matrix synthesized in vitro on the osteoblastic differentiation of marrow stromal cells. Biomaterials. 26, 971-977 (2005).
- Rubio, R., et al. Bone environment is essential for osteosarcoma development from transformed mesenchymal stem cells. Stem Cells. 32, 1136-1148 (2014).
- Sadr, N., et al. Enhancing the biological performance of synthetic polymeric materials by decoration with engineered, decellularized extracellular matrix. Biomaterials. 33, 5085-5093 (2012).
- Gautschi, O. P., Frey, S. P., Zellweger, R. Bone morphogenetic proteins in clinical applications. Anz Journal of Surgery. 77, 626-631 (2007).
- Rochet, N., et al. Modification of gene expression induced in human osteogenic and osteosarcoma cells by culture on a biphasic calcium phosphate bone substitute. Bone. 32, 602-610 (2003).
- Spang, M. T., Christman, K. L. Extracellular matrix hydrogel therapies: in vivo applications and development. Acta Biomaterialia. 68, 1-14 (2018).
- Schenke-Layland, K., et al. Impact of decellularization of xenogeneic tissue on extracellular matrix integrity for tissue engineering of heart valves. Journal of Structural Biology. 143, 201-208 (2003).
- Klein, M. J., Siegal, G. P. Osteosarcoma: anatomic and histologic variants. American Journal of Clinical Pathology. 125, 555-581 (2006).
- Lipinski, K. A., et al. Cancer evolution and the limits of predictability in precision cancer medicine. Trends in Cancer. 2, 49-63 (2016).
- McGranahan, N., Swanton, C. Clonal heterogeneity and tumor evolution: past, present, and the future. Cell. 168, 613-628 (2017).
- Brown, H. K., Schiavone, K., Gouin, F., Heymann, M., Heymann, D. Biology of bone sarcomas and new therapeutic developments. Calcified Tissue International. 102, 174-195 (2018).
- Abarrategi, A., et al. Osteosarcoma: cells-of-origin, cancer stem cells, and targeted therapies. Stem Cells International. 2016, 1-13 (2016).
- Tsukamoto, S., et al. Mesenchymal stem cells promote tumor engraftment and metastatic colonization in rat osteosarcoma model. International Journal of Oncology. 40, 163-169 (2012).
- Rodriguez, C. J., et al. Aerosol gemcitabine: preclinical safety and in vivo antitumor activity in osteosarcoma-bearing dogs. Journal of Aerosol Medicine and Pulmonary Drug Delivery. 23, 197-206 (2010).
- Rodriguez, C. J. Using canine osteosarcoma as a model to assess efficacy of novel therapies: Can old dogs teach us new tricks. Advances in Experimental Medicine and Biology. 804, 237-256 (2014).
- Mohseny, A. B., et al. An osteosarcoma zebrafish model implicates Mmp-19 and Ets-1 as well as reduced host immune response in angiogenesis and migration. Journal of Pathology. 227, 245-253 (2012).
- Saalfrank, A., et al. A porcine model of osteosarcoma. Oncogenesis. 5, 210 (2016).
- Zhang, Y., Pan, Y., Xie, C., Zhang, Y. MiR-34a exerts as a key regulator in the dedifferentiation of osteosarcoma via PAI-1–Sox2 axis. Cell Death & Disease. 9, (2018).
- Hashimoto, Y., et al. The effect of decellularized bone/bone marrow produced by high-hydrostatic pressurization on the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. Biomaterials. 32, 7060-7067 (2011).
- Benders, K. E. M., et al. Extracellular matrix scaffolds for cartilage and bone regeneration. Trends in Biotechnology. 31, 169-176 (2013).
- Grayson, W. L., et al. Effects of initial seeding density and fluid perfusion rate on formation of tissue-engineered bone. Tissue Engineering Part A. 14, 1809-1820 (2008).
- Mikulic, D., et al. Tumor angiogenesis and outcome in osteosarcoma. Pediatric Hematology and Oncology. 21, 611-619 (2004).
- Ren, K., et al. Vasculogenic mimicry: a new prognostic sign of human osteosarcoma. Human Pathology. 45, 2120-2129 (2014).
- Bonuccelli, G., et al. Role of mesenchymal stem cells in osteosarcoma and metabolic reprogramming of tumor cells. Oncotarget. 5, 7575-7588 (2014).
