Eine Krebszelle Spheroid Assay zur Invasion in einem 3D-Rahmen Beurteilen
Summary
This method evaluates cancer cell invasion from spheroids into a surrounding 3D matrix. Spheroids are generated via the hanging drop culture method and then embedded in a matrix comprised of basement membrane materials and type I collagen. Invasion out of the spheroids is subsequently monitored.
Abstract
The invasive nature of cancer cell lines is thought to correlate with their metastatic potential. Most traditional assays, however, do not examine these invasive features in a three-dimensional environment and the resulting data suffer from reduced biological applicability. Here an approach is presented to visualize the invasive ability of cell lines in a physiologically relevant setting. The cancer cell spheroid invasion assay first utilizes gravity to generate spheroids within drops of media that hang from the lid of a cell culture dish. Next, these spheroids are embedded in a 3D matrix consisting of a mixture of basement membrane materials and type I collagen. Cancer cell egression from the spheroids into the surrounding matrix is then monitored over time. The method described here can be modified to examine invasion after coculture of different cell types, inclusion of drugs/inhibitors, or alterations in extracellular matrix (ECM) constituents.
Introduction
Wird festgestellt, dass Krebszellbeweglichkeit prädiktiv ist metastatischen Potential, da ein solches Verhalten erleichtert Invasion durch die Basalmembran und den Eintritt in das Kreislaufsystem 1. Die meiste Forschung auf Motilität hat, wie sich Zellen in einem zweidimensionalen (2D) Einstellung, obwohl es immer weitgehend anerkannt, dass die Bewegung von Zellen in einer dreidimensionalen (3D) Matrix ist repräsentativ dafür, wie diese selben Zellen tatsächlich fokussiert verhalten in vivo 2. 3D-Kultursysteme werden zunehmend eingesetzt, um zelluläre Verhaltensweisen, die von Zellmorphologie reichen, um das Wachstum Kinetik und Arzneimittelempfindlichkeit 3 studieren. Der Wunsch, die Invasion von Krebszellen im Rahmen einer 3D Milieu überwacht wurde zur Synthese der zuvor festgelegten Verfahren, bei denen die Erzeugung von 3D-Zellaggregate (Sphäroide) über den hängenden Tropfen Kulturverfahren 4, gefolgt von Einbettung dieser Sphäroide in ein 3D extrazellulärem führten Matrix (ECM) von Kollagen und Basalmembran Materialien 5 zusammengesetzt. Diese Methode dient, auf diese vorher festgelegten Techniken durch Bereitstellung eines optimierten Ansatz, die leicht verwendet werden kann, um das Eindringen unter einer Vielzahl von experimentellen Bedingungen zu vergleichen verbessern.
Weitere traditionelle Wege, um Zellbeweglichkeit in vitro zu beurteilen sind die kratz gewickelt Assay und die Transwell Assay 6. Erstere Assay zeigt Zellmotilität in einem 2D-Einstellung und ist daher unabhängig von einer Vielzahl von Funktionen kritisch für die in vivo-Invasion, zum Beispiel Proteaseaktivität 7. Die Transwell-Assay kann besseres Modell Zellinvasion, wenn die auch Einsätze mit ECM Substrate jedoch nur einen einzelnen Parameter beschichtet, dh das Auftreten von Zellen, die auf der gegenüberliegenden Membranoberfläche gemessen wird, und viele Nuancen der Zellinvasion sind daher nicht leicht beobachtbar. Im Gegensatz zu diesen Techniken ist die Krebszelle Sphäroid Invasionsassay (Abbildung 1 </ strong>) ermöglicht die Echtzeit-Überwachung der Zellinvasion in einer Umgebung, die nicht nur physiologisch relevant, sondern erlaubt auch die wichtigen Zelllinie spezifische Merkmale sichtbar zu machen, wie einzelne vs. kollektiven Zellmigration 8. Dieses Verfahren bietet auch Vorteile gegenüber Standard-3D-Kulturwachstums-Assays. Die Erzeugung von Zellaggregaten über die Hängetropfenmethode zunächst schränkt Zellbewegung, so dass Zellen Anreize zu erobern, nachdem diese Einschränkung aufgehoben werden. Darüber hinaus einmal, dass Zwang angehoben wird, wird Zell Egress gehen in eine einheitliche Richtung, die dann bequem quantitativ bestimmt werden kann.
Die für die Krebszelle Sphäroiden Assays verwendet beliebtesten ECM Materialien sind Matrigel und Kollagen Typ I, wobei jede dieser Komponenten hat wichtige und unterschiedliche Rollen bei der Beeinflussung metastatischen Verhalten. Matrigel ist eine sekretierte Proteingemisch von Engelbreth-Holm-Swarm-Maus Sarcomazellen erzeugt und in baseme angereichertnt Membranproteine wie Laminin, Entactin und Kollagen Typ IV 9. Aus diesem Grund Matrigel wird fortan als "Basalmembran Materialien." Diese Basalmembran Materialien liefern wichtige Liganden für Integrin Haftung während Invasion von Krebszellen 10 zusätzlich zu vielen anderen Proteinen, die eine Reihe von Auswirkungen auf das Verhalten der Zelle 11 auszuüben brauchte. Im Vergleich Kollagen Typ I, die gemeinhin aus sauren Aufschlüssen von Sehnen und anderen dichten Kollagenstrukturen 12 hergestellt wird, ist eine viel einfachere Matrixmaterial, das als Hauptstrukturelement des Bindegewebes und Stroma Stützgewebe und Organen des Körpers dient. Es hat sich gezeigt, dass die physikalischen Eigenschaften von Kollagen können eine Reihe von Merkmalen der Zellmotilität regeln; zum Beispiel die Ausrichtung der Kollagenfasern in den Tumor-Stroma-Schnittstelle ermöglicht die Krebszellen zu migrieren anschließend entlang dieser Fibrillen, wenn eindringende in das Stroma 13. In dem Assay hier präsentierten sowohl Typ I-Kollagen und Basalmembran-Materialien werden als Werkzeuge, um 3D-Zell-Stroma-Interaktionen zu untersuchen nutzt.
Die Wirkung der Inhibierung oder Stimulierung von Bahnen, die Invasion überwacht, nachdem die Zellen in die 3D-Matrix eingebettet werden, zu steuern. Zellen können während des Wachstums in den hängenden Tropfen oder bei Übertragung der 3D-Kultur, abhängig davon, ob eine längere Behandlung erforderlich, um Invasion modulieren vorbehandelt werden. Für kürzere Behandlungs, ist es empfehlenswert, dass das Medikament mit dem Sphäroid Suspension nach der Erfassung, sowie die Medien, die den 3D-Kulturen umgeben wird, um eine angemessene Arzneimittelexposition zu den Zellen erleichtern gemischt werden. Als nächstes kann normal oder Tumor-assoziierten Stromazellen mit dem Matrixmaterial vermischt werden, um ihre Rolle bei der Modulation der Tumorzellinvasion zu bewerten, oder um festzustellen, wie parakrine und autokrine Signalisierung Einflüsse Zellverhalten. Diese Idee wurde in einer Studie gezeigt, wo die Co-Kultur von colüber Krebs und Endothelzellen in hängenden Tropfen zu einer Gefäßnetz innerhalb der Sphäroide 14. Schließlich kann das ECM Komponenten auch verändert werden, da Invasion von Krebszellen wird durch verschiedene Substrate 15 belastet. Die unten dargestellten Verfahren wird somit ein Rahmen für die Beurteilung Invasion von Krebszellen unter einer Vielzahl von Bedingungen. Allgemein wurde festgestellt, dass nicht alle Zelllinien Sphäroide in den hängenden Tropfen zu erstellen und epithelialen gerichteten Zelllinien bilden in der Regel regelmäßige Sphären.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dieser Studie wurde die Leistung einer Reihe von Krebszelllinien in einem Sphäroid Invasionstest (Tabelle 1). Im Allgemeinen finden wir, dass Sphäroidbildung ist in den mehr epitheliale gerichteten Zelllinien, bei denen die Anwesenheit von Zell-Zell-Verbindungen fördert die Bildung von einem Sphäroid-like-Architektur verbessert. Bekannten Zelllinien, welche eine epitheliale-mesenchymale Transition erfahren haben, wie MDA-MB-231-Zellen nicht Sphäroide im Drop Kultur wahrscheinlichste hängenden b…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Unterstützt von NIH Zuschüsse P30 CA051008 und T32 CA009686 (ATR).
Materials
| Matrigel Growth Factor Reduced | Corning | CB-40234 | |
| Collagen Type I, Rat Tail, 100 mg | Millipore | 08-115 | |
| DMEM | Life Technologies | 11995-065 | |
| RPMI 1640 Medium | Life Technologies | 11875-093 | |
| PBS | Life Technologies | 10010-023 | |
| 0.05% Trypsin-EDTA | Life Technologies | 25300-054 | |
| Fetal Bovine Serum, Heat Inactivated | Omega Scientific | FB-12 | |
| 100mm TC-treated Dishes | Corning Incorporated | 430167 | |
| 24-well TC-treated Plates | NEST Biotechnlology | 702001 | |
| Olympus IX-71 Inverted Microscope | |||
| Cell lines were maintained in DMEM + 10% FBS, with the expection of BT-474 and LNCaP cells, which were mantained in RPMI + 10% FBS. | |||
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