Quantificação de cancro da mama invasiva das células usando um modelo (3D) tridimensional

Summary

Este artigo proporciona metodologias detalhadas para a utilização de ensaios tridimensionais (3D), para quantificar a invasão das células do cancro da mama. Especificamente, vamos discutir os procedimentos necessários para a criação de tais ensaios, quantificação e análise de dados, bem como métodos para analisar a perda da integridade da membrana que ocorre quando as células invadem.

Abstract

É agora bem conhecido que o microambiente celular e do tecido são reguladores críticos que influenciam a iniciação e progressão tumoral. Além disso, a matriz extracelular (ECM) tem sido demonstrado ser um regulador crítico do comportamento das células em cultura e na homeostase in vivo. A abordagem actual de cultura de células em duas dimensões (2D), superfícies de plástico resulta na perturbação e perda de interacções complexas entre as células e o seu microambiente. Através do uso de três dimensões (3D) de ensaios de cultura, são estabelecidas as condições para a interacção célula-microambiente que se assemelha ao microambiente in vivo. Este artigo fornece uma metodologia detalhada para cultivar células de câncer de mama em uma matriz de proteínas de membrana basal 3D, exemplificando o potencial da cultura 3D na avaliação da invasão celular no ambiente circundante. Além disso, iremos discutir como estes ensaios 3D tem o potencial para analisar a perda de sinalização Molecules que regulam a morfologia epitelial por imunomarcação procedimentos. Estes estudos ajudar a identificar detalhes importantes mecanicistas nos processos que regulam a invasão, necessários para a propagação do câncer de mama.

Introduction

Migração e invasão de células individuais ou coletivas são duas características de câncer, e necessário para a propagação metastática de células de câncer ^1-4. A capacidade de células cancerígenas para iniciar metástase depende da sua capacidade para migrar e invadem o tecido vizinho usando invadopodia para degradar a membrana basal das células. Invadopodia são saliências de degradação da matriz dinâmica ricas em actina que permitem a degradação da matriz extracelular através da liberação de proteases que degradam a matriz ^5. Invasão de células do cancro envolve a degradação da matriz seguindo-se a migração das células cancerosas e isto é acompanhado de uma reorganização do ambiente da matriz tridimensional (3D) ^2. Assim, para penetrar através da matriz, uma célula deve transformar a sua forma e interagir com a matriz extracelular (ECM) ^2.

A manutenção da integridade do tecido mamário depende fortemente controlled arquitectura dos tecidos, uma vez junções célula-ECM e de adesão célula-célula influenciar a expressão genética e a interrupção da polaridade epitelial pode levar ao aparecimento de cancro ^6-10. No entanto, a maioria dos in vitro de migração e invasão ensaios como transwell ensaios de câmara ou ensaios ferida-risco são bidimensionais (2D) e, portanto, estes negligenciar as interações complexas entre as células e seu meio ambiente adjacente ^3,6,8,11-14. Diversidades morfológicas e funcionais consideráveis, incluindo variações na morfologia celular, diferenciação celular, adesões célula-matriz e os padrões de expressão gênica foram detectados através da cultura de células em culturas 3D que são comumente faltando em 2D ensaia ^2,6,8,11. Assim, a utilização de testes de 3D ​​são significativamente benéfico em recapitulando a mais fisiológica em condições in vivo, levando a uma melhor tradução das descobertas revolucionárias em pesquisa básica para a clínica ^6-10. No entanto, deve-se notar, Apesar das muitas vantagens obtidas com a utilização de culturas em 3D, este modelo não pode capturar todas as complexidades do microambiente do tumor in vivo, que inclui vários tipos de células. No entanto, é possível incorporar células estromais em modelos 3D (por exemplo, os fibroblastos, leucócitos e macrófagos) para estudar o efeito da interação tumor-estroma na adesão célula cancerosa e invasão ^15-17.

Células epiteliais de mama em cultura crescer de forma mais eficaz quando as proteínas da MEC, como laminina e colágeno estão presentes. Com esta conhecida, uma mistura de matriz comercialmente disponível foi derivado de Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) de tumor murino e é conhecido como matriz da membrana basal ^2,8 Matrigel. Um número de técnicas têm sido estabelecido para cultivar células epiteliais como colónias em 3D da matriz da membrana basal ^2,8. O modelo da matriz da membrana basal 3D é eficaz para o estabelecimento de células da mama, tanto malignas e não malignascrescimento, assemelhando-se o que está ocorrendo no ambiente in vivo ^18,19. MCF10A células são células epiteliais mamarias não malignas. Quando crescido na matriz da membrana basal, estas células apresentam características de in vivo de células da mama normais e submetidos a proliferação celular, a polarização celular, apoptose e para estabelecer o espaço lúmen ^8,12,20 controlada. Além disso, a aparência de núcleos de células de células que formam MCF10A ácinos em culturas 3D mais se assemelham aos de células epiteliais mamárias de tecido do que os cultivados em monocamada de ^21. Estudos por Bissell e colegas foram os primeiros a mostrar que as células malignas da mama podem ser diferenciadas a partir de células não-malignas da mama, quando cultivada em um ambiente rico em laminina, uma vez que as células apresentam um fenótipo maligno altamente desorganizada, a proliferação aumentada, diminuída da célula-a- a adesão celular, o aumento da expressão de marcadores mesenquimais e um aumento no número de estrutura invasiva formado ^3,6,22.

Anormalidades do ambiente celular pode influenciar a formação do tumor ^20. O método de cultura em 3D podem ser utilizados para estudar a eficácia de comunicação que ocorre entre as células tumorais e o seu ambiente envolvente e determinar a expressão de proteínas tais influências ^14,20,21,23 comunicação. Este artigo estabelece uma metodologia detalhada para crescer MDA-MB-231 de cancro da mama em culturas em 3D para analisar invasão e para estudar a perda de morfologia epitelial utilizando um marcador epitelial laminina, um componente da membrana basal de células ^{18,19,24, 25.} Os procedimentos detalhados fornecem a capacidade de quantificar com precisão e de forma reprodutível estreladas (invasiva) de formação da estrutura por qualquer célula de cancro invasivo e não se limitando a linhas celulares de cancro da mama (comum, tais como MDA-MB-231, Hs578T, MCF-7, ou T47D ). Assim, este ensaio pode servir como uma plataforma para avaliação da forma como a expressão da proteína em células ou tratamento com pro-ou anti-compostos invasivos regulam a degradação da matriz extracelular, pelas células únicas ou múltiplas.

Protocol

1. Cultura tridimensional de células de câncer de mama em Membrana Basal Matrix (A Técnica Embedment) Manuseio matriz membrana basal Matrigel: Descongele no gelo durante a noite a 4 ° C. Matriz da membrana basal é líquido a baixa temperatura mas solidifica à temperatura ambiente. Mantenha a matriz da membrana basal em gelo (Figuras 1A-B). Cobrir a No.1 prato confocal com fundo de vidro com 50 ul de matriz da membrana basal por meio de difusão da matriz, utilizando a ponta de…

Representative Results

Um exemplo de MDA-MB-231 em células invasoras matriz 3D é ilustrada na Figura 3C. As células são incorporados na matriz (Dia 1) e começam a formar-(estreladas) estruturas invasoras no Dia 3, e invadir completamente para dentro da matriz por Dia 5 (Figura 3C). O número de colónias formadas estreladas são contadas, e expressas como uma percentagem do número total de colónias por placa (invasivos e não invasivos). Além disso, uma vez que as medições são feitas diariamente du…

Discussion

O desenvolvimento das técnicas de cultura de células em 3D tem permitido aos investigadores estudar a transformação de células epiteliais da mama, o que nos permite visualizar as alterações morfológicas drásticas. Além de analisar a invasão da célula, os esferóides epiteliais mamárias simples ou multicelulares pode ser utilizado para avaliar alterações na adesão celular, a proliferação, tamanho, polaridade e basal-apical. Em contraste com os métodos previamente descritos, onde as células são cobert…

Materials

Name of Material/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
1.5 mL tubes	VWR	CA10011-700	Sterile, disposable
100-mm culture dish BD353003	VWR	CABD353003	Sterile, disposable
15 mL Falcon tube	VWR	CA21008-918	Sterile, disposable
1 mL filtered tips	VWR	10011-350	Sterile, disposable
200 uL filtered tips	VWR	22234-016	Sterile, disposable
20 uL filtered tips	VWR	22234-008	Sterile, disposable
35-mm glass-bottomed Confocal No.1 culture dishes	MatTek Corporation	P35G-1.0-14-C	Precooled before use
Bovine serum albumin (BSA)	BioShop	ALB003.100	Used at 3% for IF
Alexa Fluor 488 Goat Anti-Mouse IgG (H+L) Antibody, highly cross-adsorbed	Life Technologies	A11029	1:250 for IF
Alexa Fluor 568 Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) Antibody	Life Technologies	A11011	1:1200 for IF
Anti-Beta-Catenin	BD Transduction Laboratories	610153	Mouse-monoclonal; Used at 1:100 for IF
Fetal bovine serum (FBS)	Sigma	F1051	Used at 10% (v/v)
Hoechst 33258, Pentahydrate (bis-Benzimide) – 10 mg⁄mL Solution in Water	Life Technologies	H3569	Used at 0.1% (1:10000 dilution)
InVivo Analyzer Suite	Media Cybernetics		Used for 3D culture imaging (DIC images at 10x and 40x)
Kisspeptin-10 (KP-10)	EZ Biolabs	PT0512100601	Used at 100nM
Anti-Laminin	Cedarlane	AB19012(CH)	Rabbit-polyclonal full length human; Used at 1:100 for IF
LSM-510 META laser scanning microscope	Zeiss		Used at 63X objective; oil immersion lens
Matrigel phenol red free (BD356237)	VWR	CACB356237	Lot No.2180819; 10.4 mg/mL
Olympus IX-81 microscope	Olympus		Used for 3D culture imaging (DIC images at 10x and 40x)
Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL)	Life Technologies	15140-122	Antibiotic (added to media; used at 0.01%)
10 mL pipet	VWR	CA53300-523	Sterile, disposeable
RPMI 1640 Medium with Glutamine	Life Technologies	11875-119	Used for culturing of MDA-MB-231 cells
0.25% Trypsin-EDTA (1X), Phenol Red	Life Technologies	25200-072	Used to trypsinize MDA-MB-231 cells
MEGM (bullet kit): MEBM (CC3151)+Single quots (CC4136)	Lonza	CC-3150	Used for culturing of MCF10A cells