Modello di matrice extracellulare tridimensionale dell'osso per Osteosarcoma
Summary
Il modello di matrice extracellulare (BEM) dell’osso per osteosarcoma (OS) è ben consolidata e mostrato qui. Può essere utilizzato come impalcatura adatta per che imita tumore primario crescita in vitro e fornendo un modello ideale per studiare l’eterogeneità istologica e cytogenic del sistema operativo.
Abstract
Osteosarcoma (OS) è il più comune e un tumore altamente aggressivo e primari dell’osso. È caratterizzato da variazioni anatomiche e istologiche assieme alle difficoltà diagnostica o prognostica. OS comprende cellule tumorali genotipico e fenotipico eterogenea. Elementi del microambiente dell’osso sono dimostrati di account per progressione di malattia e di eterogeneità del tumore. Matrice ossea extracellulare (BEM) conserva le matrici microstrutturali e componenti biochimici della matrice extracellulare nativa. Questa nicchia di tessuto-specifica fornisce un’impalcatura favorevole e a lungo termine per proliferazione e semina cellulare di OS. Questo articolo fornisce un protocollo per la preparazione del modello BEM e la sua ulteriore applicazione sperimentale. Le cellule OS possono crescere e differenziarsi in fenotipi più coerenti con la complessità istopatologica di campioni clinici di OS. Il modello consente inoltre la visualizzazione delle diverse morfologie e la loro associazione con alterazioni genetiche e meccanismi di regolazione sottostante. Come omologo umano OS, questo modello di BEM-OS possa essere sviluppato e applicato alla patologia e ricerca clinica del sistema operativo.
Introduction
Osteosarcoma (OS) si presenta solitamente in zone, le metafisi delle ossa lunghe, in attiva crescita durante l’adolescenza. Più dell’80% dei siti colpiti da OS hanno preferenza per la metafisi della tibia prossimale e Omero prossimale, nonché sia distale e prossimale di femore, corrispondente alla posizione della crescita piastra1. OS comprende molteplici sottotipi di cellule con proprietà mesenchymal e considerevole diversità nelle caratteristiche istologiche e grado. Evidenze supportano le cellule staminali mesenchimali (MSCs), precursori impegnati osteoblasti e periciti come le cellule di origine2,3,4,5. Queste cellule possono accumularsi le alterazioni genetiche o epigenetiche e dar luogo a OS sotto l’influenza di determinati segnali microambiente osseo. Meccanismi sia intrinseci sia estrinseci causare l’instabilità genomica e l’eterogeneità del sistema operativo, con molteplici fenotipi morfologici e clinici6,7. Per terapie individualizzate o screening di nuovi farmaci, nuovi modelli devono essere generati per contro eterogeneità o altri disordini clinici.
OS è un tumore solido maligno intraosseo. La complessità e l’attività del microambiente elementi circostanti conferire differenze fenotipiche e funzionali sulle cellule OS in posizioni diverse di un tumore. Matrice ossea extracellulare (BEM) fornisce un’impalcatura strutturale e biochimica per deposizione minerale e rimodellamento osseo. La parte organica della matrice extracellulare (ECM) consiste principalmente di tipo I collagene secreto dalle cellule osteoblastic lignaggio, mentre la relativa parte mineralizzate è composto da fosfato di calcio sotto forma di idrossiapatite8. Il ruolo dinamico delle reti di ECM è di regolare adesione cellulare, differenziazione, cross-talk e tessuto funzione manutenzione9.
Demineralizzata idrogeli BEM ed ECM sono stati utilizzati con successo nella coltura delle cellule e possono migliorare la proliferazione delle cellule10,11. Sintetizzato osso-come ECM può regolare la dimensione del pool, le decisioni destino e progressione di lignaggio di MSCs12,13,14. Inoltre, risultati della prova relativa importanza clinica per fornire attività osteogenica di processi cellulari stimolanti durante osso formazione e rigenerazione15,16,17.
In questo articolo, il nostro gruppo costituisce un modello modificato e alternativa favorevole per tridimensionale coltura a lungo termine. Cellule di OS iniettate il BEM tessuto-derivato presentano un fenotipo eterogeneo mesenchymal prontamente rispetto alla plastica culture bidimensionale. BEM derivato da Visualizza site-specific del tessuto omologo relativo vantaggio drammatico come essendo una nicchia nativa per OS cellule in vitro e ha un grande potenziale nella ricerca teorica e clinica di OS. Questa piattaforma BEM caratterizzata è semplice ma efficiente per la ricerca in vitro e può essere prorogata nel modellare i cancri multipli.
Protocol
Representative Results
Discussion
In generale, OS possono essere classificati come osteoblastica, chondroblastic e fibroblastic i sottotipi a seconda della sua dominante componente istologica. Relativa prognosi dipende non solo dai parametri istologici ma anche sul suo sito anatomico. Può verificarsi all’interno delle ossa (nel intramidollare o vano intracortical), sulle superfici delle ossa e in siti extraosseous19. L’emersione e l’eterogeneità del sistema operativo può essere delucidate come una coniugazione di eventi oncoge…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori di valore il supporto di Liuying Chen per la sua assistenza amministrativa e Zhao lungo per la sua eccellente assistenza tecnica durante la costruzione di ponteggi di matrice extracellulare dell’osso. Questo studio è supportato da sovvenzioni dal 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 |
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).
