Внеклеточная матрица модель трехмерных костей для остеосаркомы
Summary
Кость внеклеточного матрикса (BEM) модель для остеосаркомы (ОС) является хорошо установленным и показано здесь. Он может использоваться как подходит леска подражая первичной опухоли роста в пробирке и предоставления идеальная модель для изучения гистологическое и цитогенетических неоднородность OS.
Abstract
Остеосаркома (ОС) является наиболее распространенным и высоко агрессивной первичной костной опухоли. Она характеризуется с анатомическими и гистологические варианты диагностических и прогностических трудности. OS включает в себя genotypically и фенотипически гетерогенных раковых клеток. Кость микроокружения элементы обоснованы с учетом неоднородности и болезнь прогрессии опухоли. Кость внеклеточного матрикса (BEM) сохраняет микроструктурных матрицы и биохимических компонентов родной внеклеточного матрикса. Ткани специфические ниши обеспечивает благоприятные и долгосрочные леску для OS ячейки посева и распространения. Эта статья предоставляет протокол для подготовки БЭМ модели и ее дальнейшее экспериментальное приложение. OS клетки могут расти и дифференцироваться в несколько фенотипы с гистопатологические сложности OS клинических образцов. Модель также позволяет визуализировать различные морфологии и их ассоциации с генетическими аномалиями и основные механизмы регулирования. Как гомологичных человека ОС эта модель БЭМ-OS может разработана и применяется к патологии и клинических исследований ОС.
Introduction
Остеосаркома (OS) обычно происходит в активно растущих областей, метафизе длинных костей, в подростковом возрасте. Более 80% пострадавших от OS сайты имеют предпочтение метафиз проксимального отдела голени и проксимального отдела плечевой кости, а также проксимальных и дистальных бедра, соответствующее расположение роста пластина1. OS включает в себя несколько подтипов клеток с мезенхимальных свойствами и значительное разнообразие в Гистологические особенности и класс. Свидетельства поддержки мезенхимальных стволовых клеток (МСК), остеобласты совершено прекурсоров и pericytes как клетки происхождения-2,–3,–4,–5. Эти клетки могут накапливаться генетических или эпигеномные изменения и привести к OS под влиянием некоторых костей microenvironmental сигналов. Внутренние и внешние механизмы в результате геномная нестабильность и неоднородность ОС, с несколько морфологических и клинических фенотипов6,7. Для индивидуальной терапии или скрининга новых лекарственных препаратов Роман модели должен быть сгенерирован для против неоднородность или других клинических расстройств.
OS-внутри костной злокачественная опухоль твердых. Сложность и активности окружающих микроокружения элементы предоставляют фенотипических и функциональные различия по OS клеток в разных местах опухоли. Кость внеклеточного матрикса (BEM) обеспечивает структурных и биохимические леску для осаждения минеральных и костного ремоделирования. Органической частью внеклеточного матрикса (ECM), главным образом состоит из типа я коллагена выделяется клетками osteoblastic линии, в то время как его минерализованных часть состоит из фосфата кальция в виде гидроксиапатита8. Динамическая роль ECM сетей заключается в регулировании клеточной адгезии, дифференциация, кросс talk и ткани функции обслуживания9.
Деминерализованная БЭМ и ECM гидрогели были успешно использованы в культуре клеток и может повысить клетки распространения10,11. Синтезированные кости как ECM может регулировать размер пула, судьба решения и линии прогрессирование MSCs12,,1314. Кроме того результаты свидетельствуют его клиническое значение для предоставления Остеогенные деятельности путем стимулирования клеточных процессов во время кости формирования и регенерации15,16,17.
В этой статье наша группа устанавливает модифицированная модель и благоприятной альтернативой для трехмерных долгосрочные культуры. OS клетки вводят в ткани производные БЭМ представляют гетерогенно мезенхимальных фенотип легко по сравнению с пластиковой двумерных культур. BEM производным от участкам гомологичной ткани показать его драматические преимущество как родной ниши для OS клетки в пробирке и имеет большой потенциал в OS теоретических и клинических исследованиях. Эта платформа характеризуется BEM является простой, но эффективный в vitro исследования и может быть продлен в моделировании нескольких видов рака.
Protocol
Representative Results
Discussion
Как правило ОС могут быть классифицированы как osteoblastic, chondroblastic и fibroblastic подтипов в зависимости от ее доминирующей гистологических компонента. Его прогноз зависит не только от гистологических параметров, но и на своем сайте анатомические. Это может произойти внутри костей (в Интрамеду?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы значение поддержка Чэнь Liuying ее административной помощи и длинные Чжао за его прекрасную технической помощи при строительстве подмостей внеклеточного матрикса костной ткани. Это исследование поддерживается за счет субсидий из национального фонда Китая естественных наук (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 |
Riferimenti
- 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. Ricerca sul cancro. 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).
