Modèle de matrice extracellulaire OS en trois dimensions pour l’ostéosarcome
Summary
Le modèle de la matrice extracellulaire (BEM) OS pour l’ostéosarcome (OS) est bien établie et illustré ici. Il peut être utilisé comme un échafaudage approprié pour imiter tumeur primitive la croissance in vitro et fournissant un modèle idéal pour l’étude de l’hétérogénéité histologique et cytogéniques des OS.
Abstract
L’ostéosarcome (OS) est le plus commun et une tumeur osseuse primaire très agressifs. Il est caractérisé par des variations anatomiques et histologiques avec les difficultés diagnostiques et pronostiques. OS compose de cellules cancéreuses génotypiquement et phénotypiquement hétérogènes. Éléments du microenvironnement osseux sont prouvés pour tenir compte de l’hétérogénéité et la maladie de la progression tumorale. La matrice osseuse extracellulaire (BEM) conserve les matrices de microstructures et les composantes biochimiques de la matrice extracellulaire native. Ce créneau spécifique des tissus fournit un échafaudage favorable et à long terme de prolifération et de cellules d’OS ensemencement. Cet article fournit un protocole pour la préparation du modèle BEM et son application la plus expérimentale. Cellules d’OS peuvent croître et se différencier en plusieurs phénotypes compatibles avec la complexité histopathologique des échantillons cliniques d’OS. Le modèle permet également la visualisation de morphologies diverses et leur association avec des altérations génétiques et mécanismes réglementaires. Comme l’homologue de l’OS humain, ce modèle de BEM-OS peut être mis au point et appliqué à la pathologie et de la recherche clinique de l’OS.
Introduction
Ostéosarcome (OS) se produit habituellement dans les régions, la métaphyse des os longs, en croissance active durant l’adolescence. Plus de 80 % des sites touchés par OS ont la préférence pour la métaphyse du tibia proximal et humérus proximal, mais aussi du fémur distal et proximal, correspondant à l’emplacement de la plaque de croissance1. OS compose de plusieurs sous-types de cellules mésenchymateuses propriétés et une grande diversité dans les caractéristiques histologiques et grades. Évidences soutiennent des cellules souches mésenchymateuses (CSM), précurseurs engagés ostéoblastes et péricytes comme les cellules d’origine2,3,4,5. Ces cellules peuvent accumuler des altérations génétiques ou épigénétiques et donner lieu à des OS sous l’influence de certains signaux micro-environnementales de l’os. Les mécanismes intrinsèques et extrinsèques entraîner l’instabilité génomique et l’hétérogénéité du système d’exploitation, avec plusieurs phénotypes morphologiques et cliniques6,7. Pour des thérapies individualisées ou projection de nouveaux médicaments, nouveaux modèles doivent être générées pour contre l’hétérogénéité ou d’autres troubles cliniques.
Système d’exploitation est une tumeur solide maligne intra osseuse. La complexité et l’activité entourant les éléments microenvironnement confèrent des différences phénotypiques et fonctionnelles sur des cellules d’OS dans différents endroits d’une tumeur. La matrice osseuse extracellulaire (BEM) fournit un échafaudage biochimique et structural de dépôts minéraux et remodelage osseux. La partie organique de la matrice extracellulaire (ECM) se compose principalement de type j’ai collagène sécrété par les cellules de la lignée ostéoblastique, tandis que sa partie minéralisée est composée de phosphate de calcium sous forme d’hydroxyapatite8. Le rôle dynamique des réseaux de l’ECM est de réglementer l’adhésion cellulaire, la différenciation, la diaphonie et tissu la fonction maintenance9.
Déminéralisée hydrogels BEM et ECM ont été utilisées avec succès dans la culture de cellules et peut renforcer la cellule prolifération10,11. Synthétisés comme OS ECM peut régler la taille du pool, la décisions sort et la progression de la lignée MSCs12,13,14. En outre, résultats témoignent de son importance clinique pour fournir l’activité ostéogénique en stimulant les processus cellulaires durant OS formation et régénération15,16,17.
Dans cet article, notre groupe établit un modèle modifié et l’alternative favorable pour la culture à long terme en trois dimensions. Cellules d’OS injectés dans le tissus dérivés BEM présentent un phénotype hétérogène mésenchymateux facilement par rapport aux cultures bidimensionnelles en plastique. BEM dérivé spectacle des tissus homologues in situ de son avantage dramatique comme étant une niche native pour OS cellules in vitro et a un grand potentiel en recherche clinique et théorique des OS. Cette plate-forme BEM caractérisée est simple mais efficace pour la recherche in vitro et pourra être prolongée dans la modélisation des divers types de cancer.
Protocol
Representative Results
Discussion
En général, les OS peuvent être classés comme ostéoblastique, chondroblastiques et fibroblastic des sous-types selon sa composante histologique dominant. Son pronostic dépend non seulement des paramètres histologiques mais aussi sur son site anatomique. Il peut se produire à l’intérieur de l’OS (dans intramédullaire ou compartiment intracortical), à la surface des os et sites extraosseous19. L’émergence et l’hétérogénéité du système d’exploitation peuvent être élucid…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs apprécient le soutien de Liuying Chen pour son assistance administrative et Zhao Long pour son excellente assistance technique lors de la construction d’échafaudages de matrice extracellulaire osseuse. Cette étude est financée par des subventions de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (31871413).
Materials
| 15 mL centrifuge tube | Greiner | 188271 | |
| 50 mL centrifuge tube | Greiner | 227270 | |
| 6 cm cell culture dish | Greiner | 628160 | |
| 6-well plate | Greiner | 657160 | |
| Ampicillin | Sigma-Aldrich | A9393 | |
| C57-BL/6J mouse | Sun Yat-sen University Laboratory Animal Center | ||
| CO2 incubator | SHEL LAB | SCO5A | |
| Dibasic sodium phosphate | Guangzhou Chemical Reagent Factory | BE14-GR-500G | |
| DMEM/F12 | Sigma-Aldrich | D0547 | |
| Fetal bovine serum | Hyclone | SH30084.03 | |
| Hemocytometer | BLAU | 717805 | |
| Kanamycin | Sigma-Aldrich | PHR1487 | |
| MG-63 | Chinese Academy of Science, Shanghai Cell Bank | Human osteosarcoma cell line | |
| MNNG/HOS | Chinese Academy of Science, Shanghai Cell Bank | Human osteosarcoma cell line | |
| Phenol red | Sigma-Aldrich | P4633 | A solution of phenol red is used as a pH indicator: its color exhibits a gradual transition from yellow to red over the pH range 6.6 to 8.0. |
| Potassium chloride | Sangon Biotech | A100395 | |
| Potassium Phosphate Monobasic | Sangon Biotech | A501211 | |
| Sodium chloride | Sangon Biotech | A501218 |
References
- Longhi, A., Errani, C., De Paolis, M., Mercuri, M., Bacci, G. Primary bone osteosarcoma in the pediatric age: State of the art. Cancer Treatment Reviews. 32, 423-436 (2006).
- Mohseny, A. B., et al. Osteosarcoma originates from mesenchymal stem cells in consequence of aneuploidization and genomic loss of Cdkn2. Journal of Pathology. 219, 294-305 (2009).
- Mutsaers, A. J., Walkley, C. R. Cells of origin in osteosarcoma: mesenchymal stem cells or osteoblast committed cells. Bone. 62, 56-63 (2014).
- Sato, S., et al. Mesenchymal tumors can derive from Ng2/Cspg4-Expressing pericytes with β-Catenin modulating the neoplastic phenotype. Cell Reports. 16, 917-927 (2016).
- Patane, S., et al. MET overexpression turns human primary osteoblasts into osteosarcomas. Cancer Research. 66, 4750-4757 (2006).
- Poos, K., et al. Genomic heterogeneity of osteosarcoma – shift from single candidates to functional modules. PLoS One. 10, 123082 (2015).
- Martin, J. W., Squire, J. A., Zielenska, M. The genetics of osteosarcoma. Sarcoma. 2012, 1-11 (2012).
- Alfranca, A., et al. Bone microenvironment signals in osteosarcoma development. Cellular and Molecular Life Sciences. 72, 3097-3113 (2015).
- Alford, A. I., Kozloff, K. M., Hankenson, K. D. Extracellular matrix networks in bone remodeling. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 65, 20-31 (2015).
- Sawkins, M. J., et al. Hydrogels derived from demineralized and decellularized bone extracellular matrix. Acta Biomaterialia. 9, 7865-7873 (2013).
- Alom, N., Peto, H., Kirkham, G. R., Shakesheff, K. M., Bone White, L. J. Bone extracellular matrix hydrogel enhances osteogenic differentiation of C2C12 myoblasts and mouse primary calvarial cells. Journal of Biomedical Materials Research Part B-Applied Biomaterials. 106, 900-908 (2018).
- Datta, N., Holtorf, H. L., Sikavitsas, V. I., Jansen, J. A., Mikos, A. G. Effect of bone extracellular matrix synthesized in vitro on the osteoblastic differentiation of marrow stromal cells. Biomaterials. 26, 971-977 (2005).
- Rubio, R., et al. Bone environment is essential for osteosarcoma development from transformed mesenchymal stem cells. Stem Cells. 32, 1136-1148 (2014).
- Sadr, N., et al. Enhancing the biological performance of synthetic polymeric materials by decoration with engineered, decellularized extracellular matrix. Biomaterials. 33, 5085-5093 (2012).
- Gautschi, O. P., Frey, S. P., Zellweger, R. Bone morphogenetic proteins in clinical applications. Anz Journal of Surgery. 77, 626-631 (2007).
- Rochet, N., et al. Modification of gene expression induced in human osteogenic and osteosarcoma cells by culture on a biphasic calcium phosphate bone substitute. Bone. 32, 602-610 (2003).
- Spang, M. T., Christman, K. L. Extracellular matrix hydrogel therapies: in vivo applications and development. Acta Biomaterialia. 68, 1-14 (2018).
- Schenke-Layland, K., et al. Impact of decellularization of xenogeneic tissue on extracellular matrix integrity for tissue engineering of heart valves. Journal of Structural Biology. 143, 201-208 (2003).
- Klein, M. J., Siegal, G. P. Osteosarcoma: anatomic and histologic variants. American Journal of Clinical Pathology. 125, 555-581 (2006).
- Lipinski, K. A., et al. Cancer evolution and the limits of predictability in precision cancer medicine. Trends in Cancer. 2, 49-63 (2016).
- McGranahan, N., Swanton, C. Clonal heterogeneity and tumor evolution: past, present, and the future. Cell. 168, 613-628 (2017).
- Brown, H. K., Schiavone, K., Gouin, F., Heymann, M., Heymann, D. Biology of bone sarcomas and new therapeutic developments. Calcified Tissue International. 102, 174-195 (2018).
- Abarrategi, A., et al. Osteosarcoma: cells-of-origin, cancer stem cells, and targeted therapies. Stem Cells International. 2016, 1-13 (2016).
- Tsukamoto, S., et al. Mesenchymal stem cells promote tumor engraftment and metastatic colonization in rat osteosarcoma model. International Journal of Oncology. 40, 163-169 (2012).
- Rodriguez, C. J., et al. Aerosol gemcitabine: preclinical safety and in vivo antitumor activity in osteosarcoma-bearing dogs. Journal of Aerosol Medicine and Pulmonary Drug Delivery. 23, 197-206 (2010).
- Rodriguez, C. J. Using canine osteosarcoma as a model to assess efficacy of novel therapies: Can old dogs teach us new tricks. Advances in Experimental Medicine and Biology. 804, 237-256 (2014).
- Mohseny, A. B., et al. An osteosarcoma zebrafish model implicates Mmp-19 and Ets-1 as well as reduced host immune response in angiogenesis and migration. Journal of Pathology. 227, 245-253 (2012).
- Saalfrank, A., et al. A porcine model of osteosarcoma. Oncogenesis. 5, 210 (2016).
- Zhang, Y., Pan, Y., Xie, C., Zhang, Y. MiR-34a exerts as a key regulator in the dedifferentiation of osteosarcoma via PAI-1–Sox2 axis. Cell Death & Disease. 9, (2018).
- Hashimoto, Y., et al. The effect of decellularized bone/bone marrow produced by high-hydrostatic pressurization on the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. Biomaterials. 32, 7060-7067 (2011).
- Benders, K. E. M., et al. Extracellular matrix scaffolds for cartilage and bone regeneration. Trends in Biotechnology. 31, 169-176 (2013).
- Grayson, W. L., et al. Effects of initial seeding density and fluid perfusion rate on formation of tissue-engineered bone. Tissue Engineering Part A. 14, 1809-1820 (2008).
- Mikulic, D., et al. Tumor angiogenesis and outcome in osteosarcoma. Pediatric Hematology and Oncology. 21, 611-619 (2004).
- Ren, K., et al. Vasculogenic mimicry: a new prognostic sign of human osteosarcoma. Human Pathology. 45, 2120-2129 (2014).
- Bonuccelli, G., et al. Role of mesenchymal stem cells in osteosarcoma and metabolic reprogramming of tumor cells. Oncotarget. 5, 7575-7588 (2014).
