Tredimensjonale bein ekstracellulær Matrix modell for Osteosarcoma
Summary
Bein ekstracellulær matrix (BEM) modell for osteosarcoma (OS) er godt etablert og vist her. Den kan brukes som en egnet stillaset for mimicking primære tumor vekst i vitro og gir en ideell modell for å studere histologic og cytogenic heterogenitet av OS.
Abstract
Osteosarcoma (OS) er den vanligste og en svært aggressiv primær bein svulst. Det er preget med anatomiske og histologic varianter med diagnostiske eller prognostiske problemer. OS består av genotypically og svært heterogen kreftceller. Ben microenvironment elementene viste seg kontoen for svulst heterogenitet og sykdom progresjon. Bein ekstracellulær matrix (BEM) beholder microstructural matriser og biokjemiske komponenter av innfødte ekstracellulær matrix. Dette vev-spesifikke nisje gir en gunstig og langsiktige stillaset for OS cellen såing og spredning. Denne artikkelen inneholder en protokoll for utarbeidelse av BEM modell og videre eksperimentelle programmet. OS celler kan vokse og skille ut flere fenotyper samsvar med histopathological kompleksiteten av OS klinisk. Modellen kan også visualisering av ulike morphologies og deres tilknytning genetiske endringer og underliggende regulatoriske mekanismer. Som homologe til menneskelig OS, kan denne BEM-OS-modellen bli utviklet og anvendt patologi og klinisk forskning av OS.
Introduction
Osteosarcoma (OS) oppstår vanligvis i aktivt voksende områder, metaphysis av lange ben, i ungdomsårene. Mer enn 80% av de OS-berørte områdene har preferanse for metaphysis av proksimale tibia og proksimale humerus samt både distale og proksimale femur, tilsvarer plasseringen av vekst plate1. OS består av flere celle undergrupper med mesenchymal egenskaper og stort mangfold i histologic funksjoner og karakter. Bevisene støtter stamceller (MSCs), osteoblasts forpliktet prekursorer og pericytes som cellene opprinnelse2,3,4,5. Disse cellene kan akkumulere genetisk eller epigenetic endringer og gi opphav til OS under påvirkning av visse bein microenvironmental signaler. Både indre og ytre resultere i genomisk ustabilitet og heterogenitet av OS, med flere morfologiske og klinisk fenotyper6,7. Individualiserte terapier eller screening av nye stoffer må romanen modeller genereres til mot heterogenitet eller andre kliniske lidelser.
OS er en intra osseous ondartet solid svulst. Kompleksiteten og aktiviteten til rundt microenvironment elementer konferere fenotypiske og funksjonelle forskjeller på OS celler i forskjellige steder av en svulst. Bein ekstracellulær matrix (BEM) gir en strukturell og biokjemiske stillaset for mineral avsettelse og ubalanse. Den organiske delen av ekstracellulær matrix (EFM) består hovedsakelig av typen I kollagen utskilles av osteoblastic avstamning celler, mens den mineralholdig delen består av kalsium fosfat i form av hydroxyapatite8. ECM nettverk dynamisk rolle er å regulere celle vedheft, differensiering, cross-talk og vev funksjon vedlikehold9.
Demineralisert BEM og ECM hydrogels har blitt brukt i cellekultur og kan forbedre celle spredning10,11. Syntetisk Ben-lignende ECM kan regulere utvalgsstørrelsen, skjebne beslutninger og avstamning progresjon MSCs12,13,14. Videre bevis resultatene klinisk betydning for å gi osteogenic aktivitet av stimulerende cellulære prosesser under bein dannelse og regeneration15,16,17.
I denne artikkelen etablerer vår gruppe en endret modell og gunstig alternativ for tredimensjonale langsiktige kultur. OS cellene injisert i vev-avledet BEM presenterer en heterogeneously mesenchymal fenotypen lett sammenlignet med plast todimensjonal kulturer. BEM avledet fra områdespesifikke homologe vev viser sin dramatiske fordel som en innfødt nisje for OS celler i vitro og har stort potensial i OS teoretisk og klinisk forskning. Denne preget BEM-plattformen er enkel, men effektiv for i vitro forskning og kan forlenges i modellering flere kreft.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vanligvis OS kan klassifiseres som osteoblastic, chondroblastic og fibroblastic subtyper avhengig av sin dominerende histologic komponent. Dens prognosen er avhengig ikke bare av histologic parametere men også på anatomiske området. Det kan oppstå inne bein (i mulig intramedulær eller intracortical rom), på overflater av bein og extraosseous områder19. Fremveksten og heterogenitet av OS kan bli belyst som en Bøyning av kreftfremkallende hendelser og en tilstrekkelig microenvironmental boo…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne verdi støtte fra Liuying Chen for hennes administrative assistanse og lang Zhao for hans utmerket kundestøtte under byggingen av bein ekstracellulær matrix stillaser. Denne studien er støttet av tilskudd fra National Natural Science Foundation av Kina (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).
