Sistema del cultivo celular 3-d para invasión de estudiar y evaluar la terapéutica en el cáncer de vejiga
Summary
Los procesos de invasión del cáncer de vejiga representan oportunidades para el desarrollo terapéutica y biomarcadores. Aquí presentamos un modelo de invasión de cáncer de vejiga que incorpora 3D cultura de esferoides tumorales, proyección de imagen de Time-lapse y microscopía confocal. Esta técnica es útil para definir las características del proceso invasivo y para la detección de agentes terapéuticos.
Abstract
Cáncer de vejiga es un importante problema de salud. Se estima que más de 16.000 personas morirán este año en los Estados Unidos de cáncer de vejiga. Mientras que el 75% de los cánceres de vejiga son no invasivas y poco probable metástasis, alrededor del 25% progresar a un patrón de crecimiento invasivo. Hasta mitad de los pacientes con cánceres invasivos desarrollan letal recaída metastásica. Por lo tanto, comprender el mecanismo de progresión invasiva en el cáncer de vejiga es crucial para predecir los resultados del paciente y prevenir metástasis letal. En este artículo, presentamos un modelo de invasión del cáncer tridimensional que permite la incorporación de las células tumorales y los componentes stromal a imitar en vivo condiciones que ocurren en el microambiente del tumor de vejiga. Este modelo ofrece la oportunidad de observar el proceso invasivo en tiempo real usando proyección de imagen de Time-lapse, interrogar las vías moleculares implicadas confocales compuestos inmunofluorescentes de la proyección de imagen y pantalla con el potencial de invasión bloque. Aunque este protocolo se centra en el cáncer de vejiga, es probable que métodos similares podrían utilizarse para examinar la invasión y motilidad así como otros tipos de tumor.
Introduction
La invasión es un paso crítico en la progresión del cáncer, que se requiere para la metástasis y se asocia a menor supervivencia y pronóstico en los pacientes. En el cáncer de vejiga humano, la neoplasia más frecuente del tracto urinario, que causa unos 165.000 muertes por año en todo el mundo, pronóstico, tratamiento y etapa del cáncer se relacionan directamente con la presencia o ausencia de invasión1. Alrededor del 75% de los casos de cáncer de vejiga se no músculo invasivo y se manejan con resección local. Por el contrario, los cánceres de vejiga músculo invasivo (aproximadamente 25% de los casos) son tumores agresivos con altas tasas de metástasis y son tratados con terapia de multimodality agresivo2,3. Por lo tanto, entender las vías moleculares que desencadenan la invasión es esencial para caracterizar mejor el riesgo de progresión invasiva y para desarrollar intervenciones terapéuticas que pueden prevenir la progresión invasiva.
La progresión invasiva del tumor se produce en un entorno de (3D) tridimensional complejo e implica la interacción de tumor de la célula con otras células del tumor, estroma, membrana basal y otros tipos de células incluyendo las células inmunes, fibroblastos, células musculares y vasculares células endoteliales. Permeable al soporte (por ejemplo, Transwell) sistemas de ensayo se emplean comúnmente para cuantificar cáncer células invasión4, pero estos sistemas son limitados porque no permiten el seguimiento microscópico del proceso de invasión en tiempo real y la recuperación de muestras para coloración adicional y el análisis molecular es un reto. Desarrollo de un sistema de esferoide de tumor de vejiga 3-d para estudiar invasión es deseable porque permite la incorporación de componentes microambiental definidos con la conveniencia de sistemas in vitro .
En este protocolo, se describe un sistema para interrogar a los procesos de invasión de las células cancerosas de la vejiga humana mediante un ensayo de invasión esferoide 3D incorporación de matrices de gel de colágeno y la microscopia confocal para permitir a los investigadores controlar la motilidad celular y invasión en tiempo real (figura 1A). Este sistema es versátil y puede ser modificado para interrogar a varios ajustes del estroma tumoral. Pueden incorporar más líneas de células de cáncer de vejiga o tumores vesicales primarias y células estromales adicionales como cáncer había asociado a fibroblastos y células inmunes5,6,7. Este protocolo describe una matriz compuesta de colágeno tipo 1, pero puede ser modificado para incorporar otras moléculas como la fibronectina, laminina y otras proteínas de colágeno. Procesos invasivos pueden ser seguidos durante 72 h o más dependiendo de la capacidad del microscopio y del sistema utilizado. Fijación y tinción de inmunofluorescencia de tumor embebido en la matriz 3D antes, durante y después de la invasión permite el interrogatorio de proteínas upregulated en las células invasoras, proporcionando información vital que generalmente ausente o difícil reunir usando otros modelos 3-d cultura. Este sistema también se puede utilizar compuestos de pantalla que bloquean invasión y delimitar vías de señalización afectadas por estos compuestos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aquí describimos un modelo esferoide de tumor 3-d que permite la observación en tiempo real de invasión del cáncer de vejiga que es crítica para la metástasis y la progresión del cáncer. Este sistema es favorable a la incorporación de distintos componentes stromal y celulares para permitir a los investigadores mejor Recapitulemos el microambiente del tejido donde ocurre la invasión del cáncer de vejiga. Esferoides de cáncer de vejiga puede ser generadas de diversas fuentes como líneas celulares (incluyendo l…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer el laboratorio del Dr. Howard Crawford (Universidad de Michigan) para el soporte técnico y proporcionando materiales y equipos para este estudio y Alan Kelleher para soporte técnico.
Este trabajo fue financiado por becas de la Universidad de Michigan Rogel cáncer centro Core Grant CA046592-26S3, CA201335 de NIH K08-01A1 (PLP), BCAN YIA (PLP), NIH R01 CA17483601A1 (DMS).
Materials
| Human bladder cancer cell lines UM-UC9, UM-UC13, UM-UC14, UM-UC18, 253J | |||
| DMEM cell culture medium | Thermo Fisher Scientific | 11995065 | |
| Fetal bovine serum | Thermo Fisher Scientific | 26140079 | |
| Antibiotic-Antimycotic (100X) | Thermo Fisher Scientific | 15240062 | |
| Trypsin-EDTA (0.25%), phenol red | Thermo Fisher Scientific | 25200056 | |
| Bovine serum albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A3803 | |
| Phosphate-buffered saline (PBS), pH 7.4 | Thermo Fisher Scientific | 10010023 | |
| Costar Ultral-low attachment 6-well cluster | Corning | 3471 | |
| Conventional inverted microscope | Carl Zeiss | 491206-0001-000 | General use for cell culture and checking spheroids |
| Collagen type 1 from rat tail, high concentration | Corning | 354249 | |
| Nunc Lab-Tek II Chambered Coverglass | Thermo Fisher Scientific | 155382 | |
| Confocal microscope | Carl Zeiss | LSM800 | A confocal miscoscope with climate chamber, multi-location imaging, and Z-stack scanning function |
| Cryostat micromtome | Leica Biosystems | CM3050 S | |
| Zen 2 Image processing software | Carl Zeiss | ||
| Paraformaldehyde solution | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
| ImmEdge Hydrophobic Barrier PAP Pen | Vector Laboratories | H4000 | |
| O.C.T compound | Thermo Fisher Scientific | 23730571 | |
| Hoechst 33342 solution | Thermo Fisher Scientific | 62249 | |
| Anti-ATDC (Trim29) antibody | Sigma-Aldrich | HPA020053 | |
| Anti-Cytokeratin 14 antibody | Abcam | ab7800 | |
| Anti-Vimentin antibody | Abcam | ab24525 | |
| ProLong Diamond | Mounting medium |
References
- American Cancer Society. . The Society. , (2018).
- Knowles, M. A., Hurst, C. D. Molecular biology of bladder cancer: new insights into pathogenesis and clinical diversity. Nature Reviews Cancer. 15 (1), 25-41 (2015).
- DeGeorge, K. C., Holt, H. R., Hodges, S. C. Bladder Cancer: Diagnosis and Treatment. American Family Physician. American Family Physician. 96 (8), 507-514 (2017).
- Repesh, L. A. A new in vitro. assay for quantitating tumor cell invasion. Invasion Metastasis. 9 (3), 192-208 (1989).
- 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 Research. 24 (4), 2169-2177 (2004).
- Duong, H. S., Le, A. D., Zhang, Q., Messadi, D. V. A novel 3-dimensional culture system as an in vitro. model for studying oral cancer cell invasion. International Journal of Expermintal Pathology. 86 (6), 365-374 (2005).
- Rebelo, S. P., et al. 3D-3-culture: A tool to unveil macrophage plasticity in the tumour microenvironment. Biomaterials. , 185-197 (2018).
- Vasconcelos-Nobrega, C., Colaco, A., Lopes, C., Oliveira, P. A. Review: BBN as an urothelial carcinogen. In Vivo. 26 (4), 727-739 (2012).
- Palmbos, P. L., et al. ATDC/TRIM29 Drives Invasive Bladder Cancer Formation through miRNA-Mediated and Epigenetic Mechanisms. Cancer Research. 75 (23), 5155-5166 (2015).
- Wang, L., et al. ATDC induces an invasive switch in KRAS-induced pancreatic tumorigenesis. Genes & Development. 29 (2), 171-183 (2015).
- Fife, C. M., McCarroll, J. A., Kavallaris, M. Movers and shakers: cell cytoskeleton in cancer metastasis. British Journal of Pharmacology. 171 (24), 5507-5523 (2014).
- Akhmanova, A., Steinmetz, M. O. Control of microtubule organization and dynamics: two ends in the limelight. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 16 (12), 711-726 (2015).
- Cheung, K. J., Gabrielson, E., Werb, Z., Ewald, A. J. Collective invasion in breast cancer requires a conserved basal epithelial program. Cell. 155 (7), 1639-1651 (2013).
- Kidd, M. E., Shumaker, D. K., Ridge, K. M. The role of vimentin intermediate filaments in the progression of lung cancer. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. 50 (1), 1-6 (2014).
- Lowery, J., Kuczmarski, E. R., Herrmann, H., Goldman, R. D. Intermediate Filaments Play a Pivotal Role in Regulating Cell Architecture and Function. Journal of Biological Chemistry. 290 (28), 17145-17153 (2015).
- Papafotiou, G., et al. KRT14 marks a subpopulation of bladder basal cells with pivotal role in regeneration and tumorigenesis. Nature Communications. 7, 11914 (2016).
- Sun, W., Lim, C. T., Kurniawan, N. A. Mechanistic adaptability of cancer cells strongly affects anti-migratory drug efficacy. Journal of the Royal Society Interface. 11 (99), (2014).
- Goddette, D. W., Frieden, C. Actin polymerization. The mechanism of action of cytochalasin D. Journal of Biological Chemistry. 261 (34), 15974-15980 (1986).
- Berrier, A. L., Yamada, K. M. Cell-matrix adhesion. Journal of Cellular Physiology. 213 (3), 565-573 (2007).
- Lee, J. H., et al. Collagen gel three-dimensional matrices combined with adhesive proteins stimulate neuronal differentiation of mesenchymal stem cells. Journal of the Royal Society Interface. 8 (60), 998-1010 (2011).
- LeBleu, V. S., Macdonald, B., Kalluri, R. Structure and function of basement membranes. Experimental Biology and Medicine. 232 (9), 1121-1129 (2007).
- Rakha, E. A., et al. Invasion in breast lesions: the role of the epithelial-stroma barrier. Histopathology. , (2017).
- Erler, J. T., Weaver, V. M. Three-dimensional context regulation of metastasis. Clinical & Experimental Metastasis. 26 (1), 35-49 (2009).
