तीन आयामी संस्कृति परख कैंसर सेल invasiveness और सैटेलाइट ट्यूमर गठन का अन्वेषण करने के लिए
Summary
Cancer cells are embedded in a collagen gel and then sandwiched in an acellular fibrin gel to generate a 3D culture system in which the invasiveness and formation of satellite tumors may be monitored.
Abstract
monolayers में स्तनधारी सेल संस्कृति को व्यापक रूप से विभिन्न शारीरिक और आणविक प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए प्रयोग किया जाता है। हालांकि, बढ़ कोशिकाओं का अध्ययन करने के लिए इस दृष्टिकोण अक्सर अवांछित कलाकृतियों उत्पन्न करता है। इसलिए, एक तीन आयामी (3 डी) वातावरण में सेल संस्कृति, अक्सर बाह्य मैट्रिक्स घटकों का उपयोग कर, विवो ऊतक या अंग में देशी के करीब समानता के कारण एक दिलचस्प विकल्प के रूप में उभरा। हम एक 3 डी सेल संस्कृति के दो डिब्बों, अर्थात् (i) का उपयोग कर प्रणाली विकसित की एक केंद्रीय डिब्बे एक छद्म प्राथमिक macrospherical ट्यूमर और (ii) एक परिधीय सेल मुक्त डिब्बे एक आतंच जेल से बनी के रूप में एक कोलेजन जेल अभिनय में एम्बेडेड कैंसर कोशिकाओं से युक्त, यानी एक बाह्य मैट्रिक्स घटक केंद्र में इस्तेमाल उस से अलग है, जिसमें कैंसर की कोशिकाओं को विस्थापित कर सकते हैं (आक्रमण के सामने) और / या माध्यमिक या उपग्रह ट्यूमर का प्रतिनिधित्व microspherical ट्यूमर के रूप में। परिधीय डिब्बे में उपग्रह ट्यूमर के गठन की हैउल्लेखनीय जाना जाता आक्रामकता या देशी ट्यूमर कोशिकाओं के मेटास्टेटिक मूल है, जो इस 3 डी संस्कृति प्रणाली अनूठा बनाता है के लिए सहसंबद्ध। यह सेल संस्कृति दृष्टिकोण कैंसर कोशिका invasiveness और गतिशीलता, सेल बाह्य मैट्रिक्स बातचीत और कैंसर रोधी दवा गुणों का मूल्यांकन करने के लिए एक विधि के रूप में आकलन करने के लिए विचार किया जा सकता है।
Introduction
जांच कर कैंसर सेल आक्रमण / प्रवास और बाद में मेटास्टेसिस स्थापना के मौलिक और जैव चिकित्सा विशेषताओं एक गहन अनुसंधान 1,2 का विषय है। मेटास्टेसिस कैंसर के अंतिम चरण में है और इसके नैदानिक प्रबंधन मायावी बनी हुई है। सेलुलर और आणविक स्तर पर मेटास्टेसिस की एक बेहतर समझ और अधिक कुशल उपचारों 3 के विकास के लिए सक्षम हो जाएगा।
मेटास्टेटिक कोशिकाओं के कई गुण विट्रो 4 उनकी stemness और विस्थापित और भीतर और प्राथमिक ट्यूमर 5 से आक्रमण करने के लिए एक संक्रमण राज्य (जैसे, epithelioid-mesenchymal संक्रमण) प्राप्त करने के लिए संभावित सहित में पता लगाया जा सकता है। हालांकि, आक्रमण / मेटास्टेसिस प्रक्रियाओं की इन विट्रो आकलन एक चुनौती रहा है, क्योंकि यह लगभग रक्त / लसीका परिसंचरण के योगदान को शामिल नहीं है। Organotypic संस्कृतियों है कि कोलेजन जैल में ट्यूमर के टुकड़े एम्बेड Previou हैधूर्त कैंसर आक्रामकता पर नजर रखने के लिए इस्तेमाल किया गया। हालांकि ट्यूमर की जटिलता संरक्षित है (जैसे, गैर कैंसर कोशिकाओं की उपस्थिति), ट्यूमर के टुकड़े सीमित मध्यम प्रसार करने के लिए, उजागर कर रहे हैं नमूना बदलाव के लिए, और stromal कोशिकाओं 6 के एक ऊंचा करने के लिए। एक वैकल्पिक तरीका बाह्य मैट्रिक्स (ईसीएम) है, जो तीन आयामी (3 डी) सेल पर्यावरण mimics के घटकों के भीतर कैंसर कोशिकाओं के बढ़ने में होते हैं। एक कोलेजन जेल और / या एक तहखाने झिल्ली व्युत्पन्न मैट्रिक्स में स्तन कैंसर कोशिका लाइनों के प्रसार के 3 डी सेल संस्कृति का सबसे अच्छा उदाहरण से विशेषता के बीच है। विशिष्ट 3 डी सेल संस्कृति के वातावरण का उपयोग करके, बेतरतीब विधानसभा मानक परिस्थितियों में विकसित स्तन कैंसर की कोशिकाओं के लिए मनाया स्तन acini और ट्यूबलर संरचना 7-10 की सहज गठन के लिए उलट हो सकता है। इसके अलावा, ग्रंथिकर्कटता कैंसर कोशिकाओं से व्युत्पन्न बहुकोशिकीय ट्यूमर spheroids के गठन के लिए विभिन्न तकनीकों का उपयोग करते हुए (एकत्रजैसे, बूँदें फांसी, अस्थायी spheroids, embedment अगर) अब सबसे अधिक इस्तेमाल किया 3 डी सेल संस्कृति परख 11-13 का गठन किया। हालांकि, इस परख कैंसर कोशिका लाइनों है कि spheroids फार्म कर सकते हैं के प्रतिबंधित सेट के द्वारा और इन परिस्थितियों में कोशिकाओं का अध्ययन करने के लिए उपलब्ध छोटी अवधि के द्वारा सीमित है।
इस कल्पना की तकनीक में, हम साथ साथ है, जहां ब्याज की कैंसर की कोशिकाओं को एक कोलेजन जेल में एम्बेडेड रहे हैं एक छद्म प्राथमिक ट्यूमर है कि वैकल्पिक रूप से एक तहखाने झिल्ली व्युत्पन्न मैट्रिक्स के साथ लेपित किया जा सकता है की इन विट्रो गठन की अनुमति के लिए एक परिष्कृत 3 डी सेल संस्कृति परख परिचय। एक बार का गठन, छद्म प्राथमिक ट्यूमर तो एक अकोशिकीय मैट्रिक्स (वर्तमान मामले में आतंच जेल), कैंसर की कोशिकाओं को दो मैट्रिक्स डिब्बों के बीच इंटरफेस को पार करने की अनुमति देता है, जिसमें sandwiched है (चित्रा 1 देखें)। दिलचस्प है, माध्यमिक ट्यूमर की तरह आक्रामक कैंसर की कोशिकाओं के साथ साथ छद्म प्राथमिक ट्यूमर से होने वाले ढांचे में दिखाई देते हैंआतंच जेल। इस तरह के एक 3 डी संस्कृति प्रणाली लचीलापन जांच करने के लिए आवश्यक है, उदाहरण के लिए, विरोधी दवाओं, जीन अभिव्यक्ति और सेल सेल और / या सेल ईसीएम बातचीत 14-16 के लिए प्रदान करता है।
चित्रा 1:।। विधि का अवलोकन विधि कैंसर के अध्ययन के लिए एक मॉडल के रूप में 3 डी सेल संस्कृति प्रणाली उत्पन्न करने के योजनाबद्ध सारांश यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
Protocol
Representative Results
Discussion
एक महत्वपूर्ण तकनीकी फुटनोट के रूप में, यह जरूरी है कि कोई अंतर मध्य और परिधीय जैल के बीच इंटरफेस में मौजूद है। अन्यथा, यह कोशिकाओं को विस्थापित / आतंच जेल पर आक्रमण करने की क्षमता को कम कर सकता है। कोलेज?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Work partially funded by Prostate Cancer Canada (grant # D2014-4 to SG and CJD) and the Canadian Institutes of Health Research (grant # MOP-111069 to SG). We would like to thank Dr. Richard Poulin for editorial assistance and Mrs. Chanel Dupont for technical assistance.
Materials
| Freeze-dried collagen | Sigma-Aldrich | C7661 | from rat tail tendon (soluble dispersion) or home-made (see Rajan et al., ref.#14) |
| Fibrinogen (freeze-dried) | Sigma-Aldrich | F8630 | Type I-S, 65-85% protein with ≥75% of protein is clottable |
| Thrombin | EMD Chemicals Inc. | 605157 | Gibbstown, NJ; NIH units/mg dry weight |
| Growth factor-reduced Matrigel | Corning | 356234 | Previously from BD Biosciences |
| Aprotinin | Sigma-Aldrich | A6279 | solution at 5-10TIU/ml (Trypsin Inhibitor Unit) |
| Micro-spoons | Fisher Scientific | 2140115 | Fisherbrand Handi-Hold Microspatula |
| 96 well plate, round base | Sarstedt | 3925500 | |
| 24 well plate | Sarstedt | 3922 | |
| Dulbecco's modified Eagle's Medium | Sigma Chemical, Co. | D5546 | DMEM |
| Fetal Bovine Serum | VWR | CAA15-701 | FBS, Canadian origin. |
| Trypsin-EDTA | Sigma Chemical, Co. | T4049 | |
| Hank’s Balanced Salt Solution | Sigma Chemical, Co. | H8264 | HBSS |
References
- Alizadeh, A. M., Shiri, S., Farsinejad, S. Metastasis review: from bench to bedside. Tumour Biol. 35 (9), 8483-8523 (2014).
- Roudsari, L. C., West, J. L. Studying the influence of angiogenesis in in vitro cancer model systems. Adv Drug Deliv Rev. , (2016).
- Bill, R., Christofori, G. The relevance of EMT in breast cancer metastasis: Correlation or causality. FEBS Lett. 589 (14), 1577-1587 (2015).
- Kimlin, L. C., Casagrande, G., Virador, V. M. In Vitro Three-Dimensional (3D) Models in Cancer Research: an Update. Mol Carcinog. 52 (3), 167-182 (2013).
- Obenauf, A. C., Massagué, J. Surviving at a Distance Organ-Specific Metastasis. Trends Cancer. 1 (1), 76-91 (2015).
- Sykes, J. A., Fogh, J. Separation of Tumor Cells from Fibroblasts. Human Tumor Cells In Vitro. 1, 1-22 (1975).
- Lang, S. H., Stark, M., Collins, A., Paul, A. B., Stower, M. J., Maitland, N. J. Experimental Prostate Epithelial Morphogenesis in Response to Stroma and Three-Dimensional Matrigel Culture. Cell Growth Differ. 12 (12), 631-640 (2001).
- Debnath, J., Muthuswamy, S. K., Brugge, J. S. Morphogenesis and Oncogenesis of MCF-10A Mammary Epithelial Acini Grown In Three-Dimensional Basement Membrane Cultures. Methods. 30 (3), 256-268 (2003).
- Shaw, L. M. Tumor cell invasion assays. Methods Mol. Biol. 294, 97-105 (2005).
- Nelson, C. M., Bissell, M. J. Modeling Dynamic Reciprocity: Engineering Three-Dimensional Culture Models of Breast Architecture, Function, and Neoplastic Transformation. Semin Cancer Biol. 15 (5), 342-352 (2005).
- Hedlund, T. E., Duke, R. C., Miller, G. J. Three-Dimensional Spheroid Cultures of Human Prostate Cancer Cell Lines. Prostate. 41 (3), 154-165 (1999).
- Le, V. M., Lang, M. D., Shi, W. B., Liu, J. W. A Collagen-Based Multicellular Tumor Spheroid Model for Evaluation of the Efficiency of Nanoparticle Drug Delivery. Artif. Cells Nanomed Biotechnol. 15, 1-5 (2014).
- Neto, A. I., et al. A Novel Hanging Spherical Drop System for the Generation of Cellular Spheroids and High Throughput Combinatorial Drug Screening. Biomater Sci. 3 (4), 581-585 (2015).
- Janvier, R., Sourla, A., Koutsilieris, M., Doillon, C. J. Stromal Fibroblasts are Required for PC-3 Human Prostate Cancer Cells to Produce Capillary-like Formation of Endothelial Cells in a Three-dimensional Co-culture System. Anticancer Res. 17 (3A), 1551-1557 (1997).
- Doillon, C. J., Gagnon, E., Paradis, R., Koutsilieris, M. Three-dimensional Culture System as a Model for Studying Cancer Cell Invasion Capacity and Anticancer Drug Sensitivity. Anticancer Res. 24 (4), 2169-2177 (2004).
- Gobeil, S., Zhu, X., Doillon, C. J., Green, M. R. A Genome-Wide shRNA Screen Identifies GAS1 as a Novel Melanoma Metastasis Suppressor Gene. Genes Dev. 22 (21), 2932-2940 (2008).
- Rajan, N., Habermehl, J., Coté, M. F., Doillon, C. J., Mantovani, D. Preparation Of Ready-To-Use, Storable And Reconstituted Type I Collagen From Rat Tail Tendon For Tissue Engineering Applications. Nat Protoc. 1 (6), 2753-2758 (2007).
- Horie, M., et al. Characterization of Human Lung Cancer-associated Fibroblasts in Three-dimensional In Vitro Co-culture Model. Biochem Biophys Res Commun. 423 (1), 158-163 (2012).
- Banyard, J., et al. Identification of Genes Regulating Migration and Invasion Using a New Model of Metastatic Prostate Cancer. BMC Cancer. 30 (14), 387 (2014).
- Palumbo, J. S., Degen, J. L. Fibrinogen and Tumor Cell Metastasis. Haemostasis. 31, 11-15 (2001).
- Dvorak, H. F. Tumor Stroma, Tumor Blood Vessels, and Antiangiogenesis Therapy. Cancer J. 21 (4), 237-243 (2015).
- Luoto, K. R., Kumareswaran, R., Bristow, R. G. Tumor Hypoxia as a Driving Force in Genetic Instability. Genome Integr. 4 (1), 5 (2013).
- Das, V., Bruzzese, F., Konečný, P., Iannelli, F., Budillon, A., Hajdúch, M. Pathophysiologically Relevant In Vitro Tumor Models for Drug Screening. Drug Discov Today. 20 (7), 848-855 (2015).
- Longati, P., et al. 3D Pancreatic Carcinoma Spheroids Induce a Matrix-rich, Chemoresistant Phenotype Offering a Better Model for Drug Testing. BMC Cancer. 13 (95), (2013).
- Tan, P. H., Chia, S. S., Toh, S. L., Goh, J. C., Nathanm, S. S. Three-dimensional Spatial Configuration of Tumour Cells Confers Resistance to Chemotherapy Independent of Drug Delivery. J Tissue Eng Regen Med. , (2013).
- Koutsilieris, M., Reyes-Moreno, C., Choki, I., Sourla, A., Doillon, C., Pavlidis, N. Chemotherapy Cytotoxicity of Human MCF-7 and MDA-MB 231 Breast Cancer Cells is Altered by Osteoblast-Derived Growth Factors. Mol Med. 5 (2), 86-97 (1999).
- Lang, N. R., et al. Biphasic Response of Cell Invasion to Matrix Stiffness in Three-Dimensional Biopolymer Networks. Acta Biomater. 13, 61-67 (2015).
