Une cellule cancéreuse Spheroid test pour évaluer Invasion dans un Cadre 3D

Summary

This method evaluates cancer cell invasion from spheroids into a surrounding 3D matrix. Spheroids are generated via the hanging drop culture method and then embedded in a matrix comprised of basement membrane materials and type I collagen. Invasion out of the spheroids is subsequently monitored.

Abstract

The invasive nature of cancer cell lines is thought to correlate with their metastatic potential. Most traditional assays, however, do not examine these invasive features in a three-dimensional environment and the resulting data suffer from reduced biological applicability. Here an approach is presented to visualize the invasive ability of cell lines in a physiologically relevant setting. The cancer cell spheroid invasion assay first utilizes gravity to generate spheroids within drops of media that hang from the lid of a cell culture dish. Next, these spheroids are embedded in a 3D matrix consisting of a mixture of basement membrane materials and type I collagen. Cancer cell egression from the spheroids into the surrounding matrix is then monitored over time. The method described here can be modified to examine invasion after coculture of different cell types, inclusion of drugs/inhibitors, or alterations in extracellular matrix (ECM) constituents.

Introduction

Il est établi que la motilité des cellules cancéreuses est un facteur prédictif de potentiel métastatique, étant donné qu'un tel comportement facilite invasion à travers la membrane basale et l'entrée dans le système circulatoire ^1. La plupart des recherches sur la motilité a mis l'accent sur la façon dont les cellules se comportent dans un (2D) paramètre à deux dimensions, mais il est en plus largement reconnu que le mouvement des cellules dans une matrice tridimensionnelle (3D) est plus représentatif de la façon dont ces mêmes cellules seront effectivement se comporter ^deux in vivo. Des systèmes de culture 3D de plus en plus utilisées pour étudier les comportements cellulaires qui vont de la morphologie cellulaire, de la cinétique de croissance et la sensibilité aux médicaments ^3. Le désir de contrôler l'invasion de cellules cancéreuses dans le cadre d'un milieu 3D a conduit à la synthèse des techniques précédemment établies impliquant la génération d'agrégats de cellules 3D (sphéroïdes) via le procédé de culture de goutte suspendue ^4, suivie de l'incorporation de ces sphéroïdes dans un extracellulaire 3D matrice (ECM), composée de collagène et de la membrane basale matériaux ^5. Cette méthode vise à améliorer ces techniques précédemment établies en fournissant une approche simplifiée qui peut être facilement utilisé pour comparer l'invasion sous une variété de conditions expérimentales.

Plus méthodes traditionnelles pour évaluer la motilité cellulaire in vitro comprennent le dosage d'anti-enroulé et le dosage de ⁶ Transwell. Le premier essai montre la motilité des cellules dans un milieu en 2D, et est donc indépendante d'une variété de caractéristiques critiques pour l'invasion in vivo, par exemple une activité de protease ^7. Le dosage Transwell peut mieux modèle invasion cellulaire lorsque les inserts de puits sont revêtues avec des substrats de ECM, mais, seulement un seul paramètre, à savoir l'apparition de cellules sur la surface opposée de la membrane est mesurée, et de nombreuses nuances de l'invasion des cellules ne sont donc pas facilement observable. Contrairement à ces techniques, le dosage cellulaire de cancer du sphéroïde invasion (figure 1 </ strong>) permet la surveillance en temps réel de l'invasion des cellules dans un cadre qui est non seulement physiologiquement pertinente, mais permet également des caractéristiques importantes de cellules spécifiques aux lignes à visualiser, tels que la migration de cellule individuelle vs ⁸ collective. Cette méthode offre également des avantages sur les essais de croissance de la culture 3D standard. La production d'agrégats cellulaires par la méthode de la goutte suspendue contraint initialement le mouvement des cellules, de sorte que les cellules sont incités à envahir après cette contrainte est levée. En outre, une fois que la contrainte est levée, la sortie de la cellule se déroulera dans une direction uniforme qui peuvent ensuite être facilement quantifiée.

Les matériaux d'ECM les plus populaires utilisés pour cellulaires de cancer sphéroïdes dosages sont Matrigel et collagène de type I, où chacune de ces composantes a des rôles importants et distincts à influencer le comportement métastatique. Matrigel est un mélange sécrétée de protéines produites par des cellules de sarcome Engelbreth-Holm Swarm souris, et est enrichie en améprotéines membranaires nt comme la laminine, entactine et collagène de type IV ^9. Pour cette raison Matrigel est désormais appelé «matériaux de la membrane basale." Ces matériaux de la membrane basale fournissent ligands essentiels nécessaires pour intégrine adhérence lors de cancer invasion de ^la cellule 10, en plus de nombreuses autres protéines qui exercent une gamme d'effets sur le comportement de la cellule ^11. En comparaison, collagène de type I, couramment préparé à partir de produits de digestion acide de tendons et d'autres structures de collagène dense ^12, est un matériau de matrice beaucoup plus simple qui sert en tant qu'élément structurel principal de tissus tissulaires et du stroma de support conjonctifs et organes du corps. Il a été démontré que les caractéristiques physiques du collagène peuvent réguler un certain nombre de caractéristiques de la motilité des cellules; par exemple, l'alignement des fibrilles de collagène à l'interface de la tumeur du stroma permet aux cellules cancéreuses de migrer par la suite le long de ces fibrilles lors de l'invasion dans le stroma ¹³. Dans l'essai présenté ici, à la fois du collagène de type I et les matériaux de la membrane basale sont utilisés comme outils pour étudier les interactions cellule-cancer du stroma 3D.

L'effet de l'inhibition ou la stimulation des voies qui contrôlent l'invasion peut être surveillée après que les cellules ont été noyées dans la matrice 3D. Les cellules peuvent être prétraitées pendant la croissance dans les gouttes de suspension ou lors du transfert de la culture 3D, selon que le traitement de longue durée sera nécessaire pour moduler invasion. Pour les traitements plus courts, il est recommandé que le médicament est mélangé à la suspension de sphéroïde après la collecte, ainsi que le support qui entourent les cultures 3D, afin de faciliter l'exposition au médicament adéquat pour les cellules. Ensuite, les cellules stromales normales ou associés à une tumeur peuvent être mélangés avec le matériau de matrice afin d'évaluer leur rôle dans la modulation de l'invasion des cellules tumorales, ou pour déterminer le comportement des cellules influences de signalisation autocrine et paracrine. Cette idée a été montré dans une étude où la co-culture de colsur le cancer et les cellules endothéliales dans des gouttes suspendues conduit à un réseau vasculaire dans les sphéroïdes ^14. Enfin, les constituants de l'ECM peuvent aussi être modifiées, comme l'invasion des cellules cancéreuses est influencée par différents substrats ^15. La méthode présentée ci-dessous sera donc de fournir un cadre pour évaluer l'invasion des cellules cancéreuses dans une variété de conditions. En général, il a été trouvé que toutes les lignées de cellules vont créer des sphéroïdes dans les gouttes suspendues et des lignées de cellules epitheliales d'aspect forment typiquement des sphères régulières.

Protocol

1. Génération de Sphéroïdes Préparer une suspension de cellules isolées pour accrocher des cultures de goutte à détacher des cultures de cellules adhérentes cancer de ~ 70% de confluence en utilisant un WASH PBS suivi par l'exposition à la solution de trypsine-EDTA à 0,05%. Neutraliser la solution de trypsine avec des milieux de culture de cellules et compter les cellules en utilisant une aliquote de la suspension cellulaire. Remarque: Les milieux de culture cellulaire spécifique dép…

Representative Results

En utilisant le dosage d'invasion sphéroïde (figure 1), un panel de lignées cellulaires du cancer a été testé pour leur aptitude à former des sphéroïdes, ainsi que pour la quantité de sortie de la cellule exposée après l'implantation dans une matrice 3D constitué de matériaux de membrane de sous-sol et de collagène de type I (Tableau 1). Ces résultats démontrent que chaque lignée cellulaire de cancer va créer sphéroïdes bien formés, où les lignes de cellul…

Discussion

Cette étude a évalué la performance d'un panel de lignées cellulaires cancéreuses dans un test d'invasion sphéroïde (tableau 1). En règle générale, nous constatons que la formation sphéroïde est renforcée dans les plus lignées de cellules épithéliales prospectifs, où la présence de jonctions cellule-cellule favorise la formation d'une architecture sphéroïde-like. Connus lignes de cellules qui ont subi une transition épithélio-mésenchymateuse, comme MDA-MB-231 cellules …

Materials

Matrigel Growth Factor Reduced	Corning	CB-40234
Collagen Type I, Rat Tail, 100 mg	Millipore	08-115
DMEM	Life Technologies	11995-065
RPMI 1640 Medium	Life Technologies	11875-093
PBS	Life Technologies	10010-023
0.05% Trypsin-EDTA	Life Technologies	25300-054
Fetal Bovine Serum, Heat Inactivated	Omega Scientific	FB-12
100mm TC-treated Dishes	Corning Incorporated	430167
24-well TC-treated Plates	NEST Biotechnlology	702001
Olympus IX-71 Inverted Microscope
Cell lines were maintained in DMEM + 10% FBS, with the expection of BT-474 and LNCaP cells, which were mantained in RPMI + 10% FBS.