Tredimensionella ben extracellulärmatrix modell för osteosarkom
Summary
Ben extracellulär matrix (BEM) modellen för osteosarkom (OS) är väl etablerade och visas här. Det kan användas som en lämplig byggnadsställning för att härma primär tumör tillväxt i vitro och ge en idealmodell för att studera OS histologisk och cytogenic heterogenitet.
Abstract
Osteosarkom (OS) är den vanligaste och en mycket aggressiv primära ben tumör. Det kännetecknas med anatomiska och histologiska varianter tillsammans med diagnostiska eller prognostiska svårigheter. OS består av genotypically och fenotypiskt heterogena cancerceller. Ben mikromiljö element är visade sig konto för tumör heterogenitet och sjukdom progression. Ben extracellulär matrix (BEM) behåller Mikrostrukturens matriser och biokemiska komponenter av native extracellulär matrix. Denna vävnad-specifika nisch ger en god och långsiktig byggnadsställning för OS cell sådd och spridning. Denna artikel ger ett protokoll för beredning av BEM modell och dess ytterligare experimentella tillämpning. OS celler kan växa och differentieras till flera fenotyper konsekvent med histopatologiska komplexiteten i OS kliniska prover. Modellen kan även visualisering av olika morfologier och deras samband med genetiska förändringar och underliggande regleringsmekanismer. Som homologa till mänskliga OS, kan denna BEM-OS-modell utvecklas och tillämpas på patologi och klinisk forskning av OS.
Introduction
Osteosarkom (OS) uppstår oftast i aktivt växande områden, metaphysis av långa ben, under tonåren. Mer än 80% av OS-drabbade områdena har preferens för metaphysis av proximala tibia och proximala humerus samt både distala och proximala lårbenet, motsvarar placeringen av tillväxten plattan1. OS består av flera cell subtyper med mesenkymala egenskaper och stor mångfald i histologisk funktioner och grade. Bevis stöder mesenkymala stamceller (MSC), osteoblaster engagerade prekursorer och pericyter som cellerna i ursprung2,3,4,5. Dessa celler kan samla genetiska och epigenetiska förändringar och ge upphov till OS under inflytande av vissa ben microenvironmental signaler. Både inre och yttre mekanismer resultera i genomisk instabilitet och heterogenitet i OS, med flera morfologiska och kliniska fenotyper6,7. För individualiserade terapier eller screening av nya droger måste nya modeller genereras till mot heterogenitet eller andra kliniska sjukdomar.
OS är en intra bendefekter maligna solida tumörer. Komplexiteten och aktivitet omgivande närmiljön element ger fenotypiska och funktionella skillnader vid OS celler på olika platser i en tumör. Ben extracellulär matrix (BEM) ger en strukturell och biokemiska byggnadsställning för mineraliska nedfall och benremodellering. Den organiska delen av extracellulär matrix (ECM) består huvudsakligen av typ I kollagen utsöndras av osteoblastiska härstamning celler, medan dess mineraliserade portion består av kalciumfosfat i form av hydroxyapatit8. Den dynamiska rollen som ECM nätverk är att reglera celladhesion, differentiering, överhörning och vävnad fungerar underhåll9.
Avmineraliserat BEM och ECM hydrogeler har använts framgångsrikt i cellodling och kan förbättra cell spridning10,11. Syntetiskt ben-liknande ECM kan reglera poolstorlek, öde beslut och härstamning progression av MSCs12,13,14. Övrigt bevis resultat dess kliniska betydelse för att ge osteogent aktivitet genom att stimulera cellulära processer under ben bildandet och förnyelse15,16,17.
I denna artikel fastställs vår grupp en modifierad modell och gynnsamt alternativ för tredimensionella långtidsodling. OS celler injiceras i den vävnad-derived BEM presenterar en heterogeneously mesenkymala fenotyp lätt jämfört med plast tvådimensionell kulturer. BEM härstammar från platsspecifika homologa vävnad visar dess dramatiska fördel som är en inbyggd nisch för OS celler in vitro- och har stor potential i OS teoretisk och klinisk forskning. Denna kännetecknas BEM-plattform är enkel men effektiv för in vitro- forskning och kan förlängas i modellering flera cancerformer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Generellt OS kan klassificeras som osteoblastiska, chondroblastic och fibroblastic undertyper beroende på dess dominerande histologisk komponent. Dess prognos beror inte bara på histologiska parametrar utan också på dess anatomiska område. Det kan uppstå inuti benen (i den intramedullära eller intracortical fack), på ytor av ben, och i extraosseous platser19. Uppkomsten och heterogenitet av OS kan belysas som en konjugering av onkogena evenemang och en adekvat microenvironmental boost, f?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna värderar Liuying Chen stöd för hennes administrativt bistånd och lång Zhao för hans utmärkta tekniskt bistånd under byggandet av ben extracellulärmatrix ställningar. Denna studie stöds genom bidrag från National Natural Science Foundation i Kina (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. Recherche en cancérologie. 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).
