Driedimensionale bot extracellulaire Matrix Model voor Osteosarcoom
Summary
Hier is het bot extracellulaire matrix (BEM) model voor Osteosarcoom (OS) gevestigde en getoond. Het kan worden gebruikt als een geschikte steiger voor nabootsen van primaire tumor groei in vitro en bieden een ideaal model voor het bestuderen van de histologische en cytogenic heterogeniteit van OS.
Abstract
Osteosarcoom (OS) is de meest voorkomende en een zeer agressieve primaire bot tumor. Het wordt gekenmerkt met anatomische en histologische varianten samen met diagnostische of prognostische moeilijkheden. OS omvat genotypisch en fenotypische heterogene kankercellen. Bot communicatie elementen blijkt rekening voor de heterogeniteit en ziekte progressie van de tumor. Bot extracellulaire matrix (BEM) behoudt de microstructurele matrices en biochemische onderdelen van inheemse extracellulaire matrix. Dit weefsel-specifieke niche biedt een gunstige en lange steiger voor OS cel zaaien en proliferatie. Dit artikel bevat een protocol voor de bereiding van BEM model en de verdere experimentele toepassing. OS cellen kunnen groeien en differentiëren in meerdere fenotypen consistent met de histopathologische complexiteit van OS klinische monsters. Het model maakt het ook mogelijk visualisatie van uiteenlopende morphologies en hun associatie met genetische veranderingen en onderliggende regulerende mechanismen. Als homoloog aan menselijke OS, kan dit model BEM-OS worden ontwikkeld en toegepast op de pathologie en klinisch onderzoek van OS.
Introduction
Osteosarcoom (OS) treedt meestal op in de actief groeiende gebieden, de metaphysis van lange beenderen, tijdens de adolescentie. Meer dan 80% van de sites die getroffen zijn door OS hebben voorkeur voor de metaphysis van proximale tibia, evenals proximale humerus en zowel de distale als de proximale dijbeen, overeenkomt met de locatie van de groei plaat1. OS bestaat uit meerdere subtypes van de cel met mesenchymale eigenschappen en aanzienlijke verscheidenheid is in histologische kenmerken en rang. Bewijzen ondersteunen mesenchymale stamcellen (MSCs), botcellen gepleegd precursoren en pericytes als de cellen van oorsprong2,,3,,4,5 Deze cellen kunnen accumuleren genetische of epigenetische veranderingen en aanleiding geven tot OS onder invloed van bepaalde microenvironmental signalen van bot. Zowel intrinsieke en extrinsieke mechanismen leiden tot de instabiliteit van het genoom en de heterogeniteit van OS, met meerdere morfologische en klinische fenotypen6,7. Voor geïndividualiseerde therapieën of screening van nieuwe geneesmiddelen moeten nieuwe modellen worden gegenereerd om tegen heterogeniteit of andere klinische aandoeningen.
OS is een intra werden kwaadaardige solide tumor. De complexiteit en de activiteit van het omringende communicatie elementen verlenen fenotypische en functionele verschillen op OS cellen op verschillende locaties van een tumor. Bot extracellulaire matrix (BEM) voorziet in een structurele en biochemische steiger minerale afzetting en bot remodeling. Het organische gedeelte van extracellulaire matrix (ECM) bestaat voornamelijk uit type I collageen uitgescheiden door osteoblastic lineage cellen, terwijl haar gemineraliseerde gedeelte uit calciumfosfaat in de vorm van hydroxyapatiet8 bestaat. De dynamische rol van ECM netwerken is het reguleren van de cel adhesie, differentiatie, cross-talk en weefsels functie onderhoud9.
Gedemineraliseerd BEM en ECM hydrogels zijn met succes gebruikt in de cultuur van de cel en cel proliferatie10,11kunt verbeteren. Gesynthetiseerde bot-achtige ECM kunt regelen de grootte van het zwembad, lot besluiten en bloedlijn progressie van MSCs12,13,14. Bovendien bewijzen de resultaten zijn klinische betekenis om osteogenic activiteit door stimulerende cellulaire processen tijdens bot vorming en regeneratie15,16,17.
In dit artikel stelt onze fractie een gemodificeerde model en gunstige alternatief voor driedimensionale langetermijnkweek. OS cellen geïnjecteerd in de BEM weefsel afkomstige presenteren een ongelijkmatig mesenchymale fenotype gemakkelijk in vergelijking met plastic tweedimensionale culturen. BEM afgeleid van site-specific homologe weefsel Toon haar dramatische voordeel zoals een native niche voor OS in vitro cellen en heeft een groot potentieel in OS theoretisch en klinisch onderzoek. Dit gekarakteriseerd BEM-platform is eenvoudig, maar efficiënt voor in vitro onderzoek en in het modelleren van meerdere kankers kan worden verlengd.
Protocol
Representative Results
Discussion
In het algemeen, OS kan worden geclassificeerd als osteoblastic, chondroblastic, en fibroblastic subtypen afhankelijk van haar dominante histologische component. De prognose is niet alleen afhankelijk zijn voor histologische parameters maar ook op haar anatomische plaats. Het kan optreden in de botten (in de intramedullaire of intracortical compartiment), op de oppervlakken van botten, en met extraosseous sites19. Het ontstaan en de heterogeniteit van OS kunnen worden toegelicht als een vervoegin…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs waarderen de steun van Liuying Chen voor haar administratieve bijstand en lange Zhao voor zijn uitstekende technische hulp tijdens de bouw van steigers van de extracellulaire matrix van bot. Deze studie wordt ondersteund door subsidies van de nationale Natural Science Foundation van 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 |
Referencias
- 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. Investigación sobre el cáncer. 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).
