Çok katmanlı 3D formatta kültürlenen hücreler, tümör mikroçevrinin karmaşıklığını geleneksel 2B kültürlere göre daha doğru bir şekilde yansıtır24,25. Daha önce, birçok çalışma sferoid oluşumunu başlatmak için farklı mitojenler ve büyüme faktörleri26 ile küresel kültür medyasını desteklemiştir. Bununla birlikte, bu çalışmada fibroblastların veya CM'lerinin eklenmesi, küresel büyümeyi hızlandırmak için temel mitojenler ve büyüme faktörleri sağlar.
Şekil 1, Huh7 insan HCC hücrelerinin 3 gün boyunca 20 μL taze ortamda 12.000'den 125 hücreye kadar azalan bir tohumlama yoğunluğunda tohumlandığını gösteren bir pilot çalışmadan elde edilen verileri tasvir ediyor. 12.000 hücrelik bir tohumlama yoğunluğu, hücre tohumlama yoğunluğunu yarıya indirtikten sonra bile düzeltilmeyen asimetrik bir şekle sahip küreseller elde etti. Bununla birlikte, 3000 hücreden oluşturulan küreseller daha yuvarlak göründü (Şekil 1, üst sıra). Hücre konsantrasyonunun daha da azalması ne tek küreler (125, 250, 500 hücre yoğunluklu küreler) oluşturmayı başardı ne de düzenli küresel benzeri bir görünüme (1000 ve 1500 hücre yoğunluklu küreseller) sahipti. 500 tümör hücresi yoğunluğunda birçok küçük küre oluştuğunu belirtmek gerekir; ancak 50x büyütmede sadece bir küçük sferoid yakalanmıştı (Şekil 1, üst sıra). Aynı optimize edilmiş protokol COS7 primat böbrek fibroblast hücre hattına da uygulanmıştır (Şekil 1, orta sıra). 20 μL asılı damlacıklarda 125, 250 ve 500 COS7 fibroblastlarının askıya alması, birden fazla küçük küresel sferoid ile bir yuvarlatılmış küresel ile sonuçlanırken, daha yüksek hücre yoğunlukları (1000, 1500 ve 3000) tek yarı yuvarlak sferoidler oluşturdu. Huh7 tümör sferoidlerine benzer şekilde, daha yüksek hücre süspansiyonları (6.000 ve 12.000 hücre/küre) düzensiz hücre agregalarının oluşumuna neden oldu ve bu nedenle daha yüksek hücre konsantrasyonları atıldı (Şekil 1, orta sıra). Huh7/COS7 heterotipik hücre süspansiyonlarının düşük yoğunlukları (125, 250 ve 500 hücre/küre) birden fazla yüzen veya yarı bağlı küresel ile tek bir küresel üretti (Şekil 1, alt sıra). 1000 ve 1500 hücreli heterotipik küreseller yarı yuvarlakken, 3000 hücrelik (hücre tipi başına 1500) tohumlama yoğunluğu yuvarlatılmış bir 3D küreseloid verdi. Daha önce de belirtildiği gibi, daha yüksek hücre yoğunlukları iyi tanımlanmış küreseller yerine agregaların oluşumuna neden oldu (Şekil 1, alt sıra). Sonuç olarak, insan HCC tümörlerine benzer şekilde 3000 hücre yoğunluklu küreseloid yuvarlandı ve daha fazla deney için uyarlandı. Hücre süspansiyonlarının 3 gün boyunca asılı damlacıklar olarak kültlendirilmesi küresel oluşumu teşvik etmek için yeterliydi.
Mevcut bağlamda küresel oluşum için en iyi hücre konsantrasyonu ve zaman noktası optimize edildikten sonra, birlikte kült olan tümör ve fibroblast hücre hatlarının proliferatif etkisi boyuna olarak değerlendirildi. Şekil 2 ve Şekil 3, 3 . günden 10. güne kadar izlenen Huh7/COS7 heterotipik sferoidleri (küresel başına 3000 toplam hücre numarası) göstermektedir. Homotipik Huh7 ve COS7 küreselleri (her biri 1500 hücre) kontrol görevi gördü. 4. günden itibaren heterotipik küreseller homotipik sferoidlere kıyasla ideal yuvarlak benzeri bir şekilde büyüdü (Şekil 2). Heterotipik sferoidin başlangıç hacmi her homotipik sferoidden daha büyüktü. Küresellerin büyümesi, küresel hacimde normal varyasyonu önlemek için küresel oluşum gününde başlangıç hacmine göre hacimlerindeki değişiklik olarak hesaplanmıştır (gün 3, Şekil 3). Heterotipik küreseller başlangıçta 4. günden 7. güne kadar hızlı bir büyüme evresi ve ardından 8. günde daha yavaş bir büyüme evresi göstermiştir (Şekil 2, üst sıra ve Şekil 3). Küresel hacim 9 ve 10 günlerinde azaldı, muhtemelen besinlerin tükenmesini veya hipoksik bir çekirdek ve hücre ölümünü yansıttı.
Buna karşılık homotipik Huh7 ve COS7 küreselleri çok daha yavaş bir hızda büyüdü (Şekil 2, orta ve alt sıralar; Şekil 3). Homotipik sferoidler kültürün beşinci gününe kadar (küresel oluşumdan iki gün sonra) nispeten statik bir büyüme eğrisi sergilediler. 6. günden itibaren homotipik sferoidler, heterotipik küresellerden önemli ölçüde daha düşük bir oranda da olsa büyüme eğrilerinde kademeli bir artış göstermeye başladı (Şekil 3). Sonuç olarak, tümör/fibroblast heterotipik sferoidler homotipik sferoidlerden daha yüksek oranda büyür ve tümör hücrelerinin ve fibroblastların doğrudan temasının tümör sferoidlerinin boyutunu artırdığını düşündürür.
Son olarak, yukarıdaki bulguları doğrulamak ve mezenkimal hücrelerin karaciğerle ilgili bir bağlamda HCC sferoidlerinin çoğalması üzerindeki parakrin etkisini incelemek için, LX2 hepatik yıldız hücrelerinden (Şekil 4 ve Şekil 5) düzenli taze medyada (Şekil 4 ve Şekil 5) düzenli taze medyada 3 günlük homotipik Hep3B HCC sferoidleri yetiştirildi. İlk bakışta, 3000 Hep3B hücresi 3 gün sonra mükemmel yuvarlatılmış küreseller oluşturdu (Şekil 4). Hep3B sferoidleri 3. günden 7. güne kadar taze medyada sürekli çoğalma gösterdi (Şekil 4, üst sıra). Hep3B sferoidleri LX2 CM'de (Şekil 4, alt sıra) korunduğunda büyüme hızı artmıştır. Hep3B küresel büyümesinde medyaya bağımlı bu dönüşüm, 4. günden deneyin sonuna kadar istatistiksel öneme sahiptir (Şekil 5), tümör sferoidlerinin fibroblast güdümlü çoğalmasını düşündürmektedir.
Sonuç olarak, bu çalışma HCC tümör hücreleri ve farklı fibroblast hücre hatları arasındaki çapraz sapı kullanmak ve bu doğrudan ve dolaylı hücresel etkileşimin proliferatif önemini araştırmak için mevcut 3D küresel kültürleri başarıyla değiştirmektedir (Şekil 6). Tümör hücrelerinin çevredeki mikroçevre ile etkileşimini iyileştirmek için oluşan küresellerin daha fazla karakterizasyonuna ihtiyaç vardır.

Şekil 1: Küresel oluşum için en uygun hücre yoğunluğunun optimizasyonu. Sütunlar farklı hücre tohumlama yoğunluklarını, satırlar ise Huh7 hücrelerinden (üst satır), COS7 hücrelerinden (orta satır) ve Huh7/COS7 heterotipik hücrelerinden (alt satır) oluşan küreselleri temsil eder. Görüntüler, 125, 250, 500, 1000, 1500, 3000, 6000 ve 12000 hücreleri (soldan sağa) 20 μL ortamda 3 gün boyunca askıya aldıktan sonra oluşan küreselleri temsil eder. Pilot çalışma durum başına iki küresel içeriyordu ve görüntüler 50x büyütme, ölçek çubuğu = 200 μm'de çekildi .

Şekil 2: Heterotipik ve homotipik küresel büyüme. Sütunlar küresel görüntülerin çekildiği günü temsil eder ve satırlar Huh7 hücrelerinden (üst satır), COS7 hücrelerinden (orta satır) ve Huh7/COS7 hücrelerinden (alt satır) oluşan küreseller için temsili görüntüler gösterir. Görüntüler, soldan sağa farklı zaman noktalarının her durumundan (homotipik Huh7, COS7 veya Huh7/COS7 heterotipik küreseller) 3000 hücreyi askıya aldıktan sonra oluşan küreselleri temsil eder. Deney, durum başına 10 küresel içeriyordu ve görüntüler 50x büyütme, ölçek çubuğu = 200 μm'de çekildi .

Şekil 3: Heterotipik ve homotipik küresel büyümenin boyuna analizi. Grafikte heterotipik Huh7/COS7 küresellerinin homotipik Huh7 ve COS7 küresellere karşı büyüme eğrisi göstermektedir. Veriler ortalama ± s.e.m olarak sunulur; n = 10 bağımsız küresel. ** s < 0.01; s < 0.001. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: LX2 CM'de Homotipik Hep3B sferoidlerin büyümesi. Sütunlar küresel görüntülerin yakalandığı günü temsil eder ve satırlar, taze DMEM kültür medyasında (üst satır) veya LX2 CM'de (alt satır) kültürlenen Hep3B küresellerinin temsili görüntülerini gösterir. Deney, durum başına yedi küresel (taze ortam veya LX2 CM) içeriyordu ve görüntüler 50x büyütme, ölçek çubuğu = 200 μm'de çekildi .

Şekil 5: Homotipik Hep3B küresel büyümenin boyuna analizi. Grafik, taze DMEM kültür medyasında veya LX2 CM'de Hep3B küresellerinin büyüme eğrisini gösterir.m ±. n = 7 bağımsız küresel. s < 0.001. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 6: Küresel oluşum sürecinin şematik gösterimi. Hücre süspansiyonu 10 cm3 Petri kabının iç kapağına pipetlenmiştir. Kapak ters çevrilir ve homotipik veya heterotipik küresel oluşuma izin vermek için 3 gün boyunca tutulur. Küresel görüntüler 50x büyütmede alınır. Şekil, web tabanlı bir bilim çizim aracı kullanılarak oluşturulur (bkz. Malzeme Tablosu). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.