نمذجة السلوك سرطان المبيض متعددة الخلايا الجسم الشبه الكروي في Microdevice دينامية 3D البريتوني
Summary
لدراسة المبيض تطور الورم في نموذج ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية، وكانت الكروية المتعددة الخلايا المستنبتة في microdevice تحت تدفق السوائل المحاكاة. هذا نموذج 3D دينامية يحاكي البيئة داخل الصفاق مع المكونات الخلوية والميكانيكية التي يحدث فيها المبيض سرطان خبيث.
Abstract
يتميز سرطان المبيض بنسبة الانبثاث البريتوني واسعة، مع المجالات ورم شائع في استسقاء الخبيثة. ويرتبط هذا مع النتائج السريرية الفقيرة ويفتقر حاليا العلاج الفعال. كل من ثلاثية الأبعاد (3D) البيئة والقوى الميكانيكية الحيوية هي عوامل هامة جدا في هذا تتالي النقيلي. ومع ذلك، تفشل مزارع الخلايا التقليدية أن ألخص هذه المكروية ورم الطبيعية. وهكذا، في الجسم الحي تشبه النماذج التي يمكن أن تحاكي البيئة داخل الصفاق ذات أهمية واضحة. في هذه الدراسة، تم إنشاء منصة ميكروفلويديك جديدة الصفاق إلى تقليد وضع الكروية سرطان المبيض في التجويف البريتوني خلال الانبثاث. كانت الكروية سرطان المبيض ولدت في ظل حالة غير ملتصقة مثقف في قنوات ميكروفلويديك المغلفة مع الخلايا الظهارية البريتوني تعرض لإجهاد القص ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية. وباختصار، هذه الديناميكية 3D المبيض هيئة التصنيع العسكري للسرطان ميسوثيليوممنصة rofluidic يمكن أن توفر المعرفة الجديدة في مجال بيولوجيا السرطان الأساسية، ويكون بمثابة منصة لفحص المخدرات المحتملين والتنمية.
Introduction
سرطان المبيض هو السرطان أمراض النساء الأكثر فتكا ويتميز نشر البريتوني على نطاق واسع وتشكيل استسقاء خبيث 1. ويمثل هذا ورم خبيث البريتوني واسعة تحديا كبيرا السريري ويترافق مع النتائج السريرية الفقيرة. وخلافا لمعظم السرطانات الصلبة التي metastasize عن طريق الدم، وسرطان المبيض ينشر في المقام الأول داخل التجويف البريتوني. الخلايا السرطانية موجودة الركام كما متعددة الخلايا / الكروية خلال عملية ورم خبيث 2. حقيقة أن الثقافة تعليق يمكن أن تثري السرطان الجذعية / خلايا بدء ورم المبيض وتشير كذلك إلى أن هذه الأجسام الشبه الكروية قد تترافق مع كل من عدوانية الورم وتعزيز مقاومة كيميائية 3 و 4. هناك اختلافات في الاستجابة للدواء بين 2D و 3D الثقافات، والتي يفترض أن الآليات الجزيئية مختلفة 5.
_content "> التفاعل الضروري مع ميسوثيليوم يبني المكروية الأولية لتطور الورم المبيض. هذه الخلايا الظهارية تكمن في المصفوفة خارج الخلية (ECM)، حيث الفيبرونكتين هي المكونة في كل مكان. وصلة بين زيادة تعبير عن الظهارية الفيبرونكتين المشتقة من خلية و وقد تبين تطور الورم. [فيبرونكتين موجودة بوفرة في استسقاء خبيث 6 و 7. الخلايا السرطانية المبيض هي أيضا قادرة على حمل إفراز الفيبرونكتين من الخلايا الظهارية من أجل تعزيز أوائل المبيض سرطان خبيث 8.شواهد يدل على أن المحفزات الميكانيكية، بما في ذلك إجهاد القص، يمكن أن تعدل شكل الخلية، التعبير الجيني، وبالتالي، فإن الظواهر الخلايا السرطانية 9 و 10 و 11. كما استسقاء الخبيثة تطوير وتتراكم خلال رumor التقدم، تتعرض الخلايا السرطانية في المبيض لتدفق السوائل وإجهاد القص الناتجة عن ذلك. وهناك عدد من الجماعات، ولنا شمل، وقد أظهرت تأثير إجهاد القص على تطور سرطان المبيض، بما في ذلك التعديلات الهيكل الخلوي، والتحولات الظهارية إلى الوسيطة، وstemness السرطان 12، 13، 14، 15. وهكذا، فإن المكروية ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية مهمة للتحقيق في ورم خبيث البريتوني. ومع ذلك، نظم الاستزراع الهيدروديناميكية في المختبر الحالية لديها قيود على محاكاة والسيطرة على ثابت، وانخفاض، والإجهاد ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية القص 16، 17، 18، 19. التقليدية في المختبر نهج التركيز إما على البيئة الخلوية أو الميكانيكية لا تزال محدودة فيمحاكاة تعقيد المكروية داخل الصفاق مع أهميتها الفسيولوجية المناسبة.
هنا، من أجل هندسة نموذجا جديدا من الصفاق للتغلب على القيود المفروضة على الاستراتيجيات التقليدية والنهوض دراسة حجرة داخل الصفاق في الانبثاث السرطان، تم تصميم منصة تستند ميكروفلويديك-3D مع تدفق السوائل التي تسيطر عليها. في هذا النموذج، كانت الكروية سرطان المبيض شارك في تربيتها مع الخلايا البريتوني الإنسان الأساسية الظهارية في رقائق ميكروفلويديك تحت تدفق فلويديك المستمر (الشكل 1A). كانت مطلية الخلايا الظهارية على فبرونيكتين. وكانت المصنفة غير ملتصقة الكروية سرطان المبيض إلى قنوات ميكروفلويديك مع متوسط التدفق المستمر perfused بواسطة مضخة الحقنة. كل من البيئة 3D والقوى الميكانيكية الحيوية من العوامل الهامة جدا من سلسلة النقيلي. هذا البرنامج يمكن أن تستخدم للتحقيق في المكروية داخل الصفاق من حيث سل معقدةlular وشارك في ثقافة التفاعلات، وكذلك فيما يتعلق الاشارات الميكانيكية الحيوية.
Protocol
Representative Results
Discussion
يقدم هذا الاختبار نموذجا مرنا وذات الصلة من الناحية الفسيولوجية التي يمكن أن تدمج مع مختلف فحوصات الكيمياء الحيوية وخلية القاعدة، بما في ذلك، ولكن ليس على سبيل الحصر، فحوصات التصاق، المقايسات التخليص الظهارية، وفحص المخدرات. ويمكن أن يطبق على تقييم تأثير المكروية ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل من قبل مجلس هونج كونج منحة بحثية (منح 17122014، C1013-15G، 719813E، و17304514). AST ونغ هو المستفيد من Croucher كبار زمالة أبحاث.
Materials
| Silicon wafer | University wafer | #1196 | 100mm |
| SU-8 2075 photoresist | Microchem | ||
| SU-8 developer | Microchem | 108-65-6 | |
| Trichloro (1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyl) silane | Sigma | 448931 | |
| Sylgard 184 | Dow Corning | 1673921 | Polydimethylsiloxane (PDMS) + curing agent kit |
| Biopsy punch | Miltex | 33-31AA | 1 mm diameter |
| Plasma cleaner | Harrick Plasma | PDC-002 | |
| Polyethylene tubing | SCI | BB31695-PE/5 | 0.86mm (inner diameter) |
| Syringe | Terumo | ||
| Syringe pump | Longer precision pump | LSP01-2A | |
| Medium 199 | Invitrogen | 31100-035 | Add 2.2g/L sodium bicarbonate |
| MCDB 105 Medium | Sigma | M6395 | |
| Fetal bovine serum (FBS) | Hyclone | SH30068.02 | |
| Penicillin/streptomycin | Invitrogen | 15070-063 | |
| Trypsin EDTA solution | Gibco | 25300-054 | 0.05% Trypsin -0.01% EDTA, phenol red |
| Fibronectin human | BD | 354008 | |
| Agarose | Invitrogen | 15510-027 | |
| 5-chloromethylfluorescein diacetate | Life technologies | C7025 | Green CMFDA |
| CO2 incubator | SANYO | MCO-18AIC | |
| Centrifuge | Hitachi | CT15RE | |
| Fluorescent microscope | Nikon | Model: 80i or ECLIPSE Ti; software: SPOT | |
| SKOV-3 | Gift from Dr. N Auersperg (University of British Columbia) |
Referências
- Jemal, A., et al. Global cancer statistics. CA: Cancer J. Clin. 61, 69-90 (2011).
- Burleson, K. M., et al. Ovarian carcinoma ascites spheroids adhere to extracellular matrix components and mesothelial cell monolayers. Gynecol. Oncol. 93, 170-181 (2004).
- Chau, W. K., Ip, C. K., Mak, A. S., Lai, H. C., Wong, A. S. c-Kit mediates chemoresistance and tumor-initiating capacity of ovarian cancer cells through activation of Wnt/beta-catenin-ATP-binding cassette G2 signaling. Oncogene. 32, 2767-2781 (2013).
- Zhang, S., et al. Identification and characterization of ovarian cancer-initiating cells from primary human tumors. Cancer Res. 68, 4311-4320 (2008).
- Tang, M. K. S., Zhou, H. Y., Yam, J. W. P., Wong, A. S. T. c-Met overexpression contributes to the acquired apoptotic resistance of nonadherent ovarian cancer cells through a cross talk mediated by phosphatidylinositol 3-kinase and extracellular signal-regulated kinase 1/2. Neoplasia. 12, 128-144 (2010).
- Ksiazek, K., et al. Senescent peritoneal mesothelial cells promote ovarian cancer cell adhesion: the role of oxidative stress-induced fibronectin. Am. J. Pathol. 174, 1230-1240 (2009).
- Hafter, R., Klaubert, W., Gollwitzer, R., Vonhugo, R., Graeff, H. Crosslinked Fibrin Derivatives and Fibronectin in Ascitic Fluid from Patients with Ovarian-Cancer Compared to Ascitic Fluid in Liver-Cirrhosis. Thromb Res. 35, 53-64 (1984).
- Kenny, H. A., et al. Mesothelial cells promote early ovarian cancer metastasis through fibronectin secretion. J. Clin. Invest. 124, 4614-4628 (2014).
- Jain, R. K. Normalization of tumor vasculature: An emerging concept in antiangiogenic therapy. Science. 307, 58-62 (2005).
- Chang, S. F., et al. Tumor cell cycle arrest induced by shear stress: Roles of integrins and Smad. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 105, 3927-3932 (2008).
- Rutkowski, J. M., Swartz, M. A. A driving force for change: interstitial flow as a morphoregulator. Trends Cell Biol. 17, 44-50 (2007).
- Rizvi, I., et al. Flow induces epithelial-mesenchymal transition, cellular heterogeneity and biomarker modulation in 3D ovarian cancer nodules. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 110, E1974-E1983 (2013).
- Ip, C. K., et al. Stemness and chemoresistance in epithelial ovarian carcinoma cells under shear stress. Sci. Rep. 6, 26788 (2016).
- Avraham-Chakim, L., et al. Fluid-flow induced wall shear stress and epithelial ovarian cancer peritoneal spreading. PloS one. 8, e60965 (2013).
- Burkhalter, R. J., et al. Peritoneal mechanobiology and metastatic success in epithelial ovarian cancer. Faseb Journal. 26, (2012).
- Lane, W. O., et al. Parallel-plate flow chamber and continuous flow circuit to evaluate endothelial progenitor cells under laminar flow shear stress. Journal of visualized experiments : JoVE. , (2012).
- Botta, G. P., Manley, P., Miller, S., Lelkes, P. I. Real-time assessment of three-dimensional cell aggregation in rotating wall vessel bioreactors in vitro. Nat. Protoc. 1, 2116-2127 (2006).
- Ismadi, M. Z., et al. Flow characterization of a spinner flask for induced pluripotent stem cell culture application. PloS one. 9, e106493 (2014).
- Yu, W., et al. A microfluidic-based multi-shear device for investigating the effects of low fluid-induced stresses on osteoblasts. PloS one. 9. 9, e89966 (2014).
