We adapted a permeable microporous membrane insert to mimic the tumor microenvironment (TME). The model consists of a mixed cell culture, allows simplified generation of highly enriched individual cell populations without using fluorescent tagging or cell sorting, and permits studying intercellular communication within the TME under normal or stress conditions.
die frühen heterotypic Wechselwirkungen zwischen Krebszellen und der umgebenden Nicht-Krebs-Stroma zu verstehen ist wichtig, um die Ereignisse zu Aufklären Stromatumoren Aktivierung und Einrichtung des Tumor-Mikroumgebung (TME) führt. Mehrere in vitro- und in vivo – Modellen des TME entwickelt worden; im allgemeinen jedoch erlauben diese Modelle nicht ohne weiteres Isolierung einzelner Zellpopulationen, unter nicht-Stören Bedingungen für eine weitere Studie. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, haben wir ein in vitro TME – Modell unter Verwendung eines Zellwachstumssubstrat , bestehend aus einem durchlässigen mikroporösen Membraneinsatz verwendet , die einfache Erzeugung von hoch angereicherten Zellpopulationen erlaubt innig gezüchtet, jedoch getrennt, auf jeder Seite der Membran des Einsatzes für längere co -Kultur mal. Durch die Verwendung dieses Modells sind wir stark angereicherte Krebs-assoziierte Fibroblasten (CAF) Populationen von normalen diploiden humanen Fibroblasten erzeugen kann folgendeCo-Kultur (120 h) mit stark metastatischen Zellen menschlichen Brustkarzinom, ohne die Verwendung von Fluoreszenzmarkierung und / oder Zellsortierung. Zusätzlich wird durch die Porengröße des Einsatzes zu modulieren, können wir für den Modus der interzellulären Kommunikation steuern (zB Gap-Junction – Kommunikation, sezerniert Faktoren) zwischen den beiden heterotypic Zellpopulationen, die Untersuchung der Mechanismen , die die Entwicklung der Genehmigungen zugrunde liegenden TME, einschließlich der Rolle der Gap-Junction-Permeabilität. Dieses Modell dient als wertvolles Werkzeug, um unser Verständnis für die anfänglichen Ereignisse bei der Verbesserung, die zu Krebs-Stroma-Initiation, die frühe Entwicklung des TME und die modulierende Wirkung des Stroma auf den Antworten von Krebszellen zu therapeutischen Mitteln.
Der Tumor-Mikroumgebung (TME) ist ein hochkomplexes System von Karzinomzellen umfasst, die neben Wirts Stroma koexistieren und sich entwickeln. Diese stromalen Komponente besteht typischerweise aus Fibroblasten, Myofibroblasten, Endothelzellen, verschiedene Immunkomponenten sowie einer extrazellulären Matrix 1. Ein wesentlicher Bestandteil, oft die Mehrheit dieses Stroma aktiviert Fibroblasten, häufig als krebsassoziierte Fibroblasten oder Karzinom-assoziierten Fibroblasten (CAF) 2,3 bezeichnet. Im Gegensatz zu normalen, nicht aktivierten Fibroblasten, beitragen CAFs zu Tumor Initiation, Progression, Angiogenese, Invasion, Metastasierung und Wiederholung 4-11 in einer Vielzahl von Karzinomen, einschließlich Brust-, Prostata-, Lungen-, Pankreas-, Haut-, Darm-, Speiseröhren-, und Ovar 5,6,12-17. Doch die genaue Art des Beitrags von CAFs gesamten Krebs Pathogenese bleibt schlecht definiert. Darüber hinaus hat die klinische Evidenz einen prognostischen Wert von CAFs demonstriert, Ihre Anwesenheit zu hochwertigen malignen Erkrankungen, Therapieversagen, und die allgemeine schlechte Prognose 10,18,19 korreliert.
Offensichtlich unser Verständnis der auslösenden Ereignisse in CAF Entwicklung zu verbessern, sowie die interzelluläre Kommunikation, ihre Rolle innerhalb des TME Vermittlung kann spannende neue therapeutische Ziele und verbesserte Strategien, die Patientenergebnisse verbessern könnte. Zu diesem Ziel sind mehrere in vivo und in vitro – Modelle wurden entwickelt. Während in – vivo – Ansätzen mehr reflektierende der Patienten TME sind, besitzen sie Einschränkungen, einschließlich der immensen Komplexität und Heterogenität sowohl innerhalb als auch zwischen Tumoren. Weiterhin Tumorproben von menschlichen Probanden häufig darstellen TME hoch entwickelt und nicht das Verständnis der TME auslösenden Ereignissen ermöglichen. Tierexperimentelle Studien bieten einige Vorteile, aber Verallgemeinerung von Tierdaten auf den Menschen sollten aufgrund von Unterschieden in physi mit Vorsicht erfolgenLogie zwischen Menschen und Tieren, wie Nagetieren (beispielsweise Thiol – Chemie 20, die Stoffwechselrate 21, 22 Toleranz zu betonen, etc.). Außerdem, im Gegensatz zu der menschlichen Bevölkerung, die in der Natur genetisch heterogen ist, werden Labortiere typischerweise bis zur Homogenität gezüchtet. Auch ist es oft schwierig, transient physiologischen Variationen und Zellphänotyp Veränderungen zu untersuchen, sowie zur Kontrolle für bestimmte experimentelle Parameter Tiere wie Nagetieren verwenden. So wird in vitro 2- und 3-dimensionale (2D und 3D) Gewebekulturmodelle werden häufig das grundlegende Verständnis der TME Entwicklung voran verwendet. Trotz ihres Mangels einer genauen Darstellung der Komplexität der in vivo – Systeme bieten diese Modelle Vorteile, die sich stark mechanistische Untersuchungen zu erleichtern. In vitro – Modelle erlauben eine einfachere, konzentriert und kostengünstige Analyse des TME, wobei statistisch signifikante Daten können in erzeugt werdenZellen frei von systemischen Veränderungen, die bei Tieren entstehen.
Es gibt mehrere Arten von in – vitro – Systemen. Die beiden am häufigsten verwendeten TME in vitro – Modelle bestehen aus gemischten Monoschicht oder Sphäroid Zellkulturen. Beide Kulturverfahren vorteilhaft sind für die grundlegende Studien der interzellulären Wechselwirkungen (zB normale Zellen mit Tumorzellen) und für die Analyse verschiedener TME spezifischen Zellphänotyp Veränderungen (beispielsweise Entstehung von Krebs-assoziierten Fibroblasten von normalen Fibroblasten). Zusätzlich werden die Sphäroide Lage , eine reflektierende gewebeartige Struktur des TME zu schaffen, und kann von Tumor Heterogenität 23 repräsentativ sein. Jedoch Sphäroiden produzieren oft sehr unterschiedlichen Sauerstoffspannung Gradienten über Schichten, die 24 Versuchs Schlussfolgerungen erschweren. Leider sind beide Modelle extrem in ihrer Fähigkeit beschränkt, für die weitere Charakterisierung und Untersuchung folgende Ko- reinen Zellpopulationen zu isolierenKultur. Um dies zu tun würde mindestens ein Zelltyp erforderlich fluoreszenzmarkierten oder markiert mit einer identifiziere maker zu sein, und dann Unterwerfen des gemischten Kokultur umfangreiche Verarbeitung und Zellsortierung, die Zellpopulationen zu trennen. Während ein Zellsortierer eine ziemlich reine Zellpopulation zu isolieren kann, muss man sich bewusst zellulären Stress und eine mögliche mikrobielle Kontamination sein 25 – Risiken.
Zur Erleichterung haben das Verständnis der interzellulären Kommunikation, große Anstrengungen unternommen worden , an der Entwicklung und in vitro – Systemen zu optimieren , die eng an die in – vivo – Umgebung nachzuahmen, während eine vereinfachte Ansatz erlaubt. Ein solches Instrument ist die durchlässige mikroporöse Einlage, ein Membransubstrat , die zuerst im Jahre 1953 entwickelt wurde , 26 und anschließend angepasst für vielfältige Anwendungen und Studien (zB Zellpolarität 27, Endozytose 28, Drogentransport 29, Modellierung Gewebe 30, fertlisation 31, Bystander – Effekt 32,33, etc.). Dieses System ermöglicht das Wachstum von Zellen , die mit in vivo -ähnlichen anatomischen und funktionellen Differenzierung sowie die Expression von vielen in vivo – Marker 34,35 , die beobachtet werden , wenn nicht kultiviert auf undurchlässige Kunststoffgeschirr . Weiterhin erlaubt die äußerst dünne poröse Membran (10 & mgr; m dick) , eine schnelle Diffusion von Molekülen und Äquilibrierungszeiten, die die in vivo – Umgebung simuliert , und ermöglicht unabhängige zelluläre Funktion an den beiden apikalen und basolateralen Zelldomänen. Ein zusätzlicher Vorteil der Nützlichkeit des Einsatzes als TME Systems ist die physikalische Trennung von zwei Populationen heterotypic Zelle auf jeder Seite der Membran in den gleichen Umgebungsbedingungen wachsen gelassen, während verschiedene Arten der interzellulären Kommunikation durch die Membranporen gehalten wird. Obwohl physikalisch getrennt sind, werden die beiden Zellpopulationen metabolisch gekoppelt via sekretiertes Elemente und als dehier, auch durch den Spalt-junctional Kanäle beschrieben. Zusätzlich wird durch die Einsätze bei in vivo partielle Sauerstoffspannung (PO 2) beibehalten wird , reduziert das Modell die Komplikationen von Sauerstoff und chemische in anderen Systemen beobachtet Steigungen. Vielmehr erhöht es das Verständnis der natürlichen Mechanismen der TME-Steuerung. Insbesondere können die beiden Zellpopulationen leicht mit hoher Reinheit, ohne Fluoreszenzmarkierung und / oder Zellsortierung nach länger andauernder Kokultur isoliert werden.
Hier beschreiben wir ein in vitro – Protokoll TME bestehend aus menschlichen Brustkarzinomzellen und humanen Fibroblasten gezüchtet, die jeweils auf beiden Seiten einer durchlässigen mikroporösen Membraneinsatzes, aber dennoch im kontinuierlichen bidirektionale Kommunikation durch die Membranporen. Wir zeigen , dass durch Membranen mit unterschiedlichen Porengrößen, der Beitrag einer bestimmten Art von interzellulären Kommunikation (beispielsweise sezernierte Faktoren gegen gap junctions) mit der Entwicklung mitkann der TME untersucht werden.
Das hier beschriebene Protokoll ist ein einfaches, anpassungsfähig in vitro – Verfahren (Abbildung 1) , die eine durchlässige mikroporöse Membran verwendet Einsatz aus einer Co-Kultur von Zellen heterotypic hoch angereicherten einzelnen Zellpopulationen zu erzeugen. Bezeichnenderweise ist das Modell für verschiedene Arten der interzellulären Kommunikation zu untersuchen. Die kritischen Schritte umfassen die geeignete Porengröße Einsatz für spezielle experimentelle Interesse (e) Auswahl …
The authors have nothing to disclose.
This research was supported by grants from the New Jersey Commission on Cancer Research (Pre-Doctoral Fellowship DFHS13PPCO17), the National Institutes of Health (CA049062), and the National Aeronautics and Space Administration (NNX15AD62G).
For Cell Culture | |||
AG01522 (i.e., AG1522) human diploid fibroblast | Coriell | 107661 | Passage 8-13 |
MDA-MB-231-luc-D3H1 breast adenocarcinoma cell line | PerkinElmer | 119261 | Parental line: ATCC (#HTB-26) |
MDA-MB-231/GFP breast adenocarcinoma cell line | Cell Biolabs | AKR-201 | |
Eagle's minimal essential medium (MEM) | Corning Cellgro | 15-010-CV | |
Fetal Bovine Serum (FBS), Qualified | Sigma | F6178-500mL | |
Corning Glutagro Supplement (200mM L-alanyl-L-glutamine) | Corning Cellgro | 25-015-Cl | |
Penicillin Streptomycin Solution, 100X | Corning Cellgro | 30-002-Cl | |
Transwell Insert (i.e., permeable microporous membrane insert) (0.4 μm pore) | Costar | 3450 | |
Transwell Insert (i.e., permeable microporous membrane insert) (1 μm pore) | Greiner bio-one | 657610 | |
Transwell Insert (i.e., permeable microporous membrane insert) (3 μm pore) | Costar | 3452 | |
6-well Culture Plate | Greiner Bio-One Cellstar | 657160-01 | |
75 cm2 cell culture flask | CellStar | 658 170 | |
Phosphate-Buffered Saline (PBS), 1X | Corning Cellgro | 21-040-CV | without calcium & magnesium |
0.25% (vol/vol) Trypsin, 2.21 mM EDTA, 1X | Corning Cellgro | 25-053-Cl | |
15 mL Centrifuge Tube | CellTreat | 229411 | |
35 x 10 mm Cell Culture Dish | Greiner bio-one | 627 160 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
For Immunofluorescent Microscopy | |||
Mouse anti-Caveolin 1 | BD Transduction Laboratories | 610406 | In situ Immunofluorescence – 1:5000 |
Goat anti-Mouse IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 conjugate | ThermoFisher Scientific | A-11029 | In situ Immunofluorescence – 1:2000 |
Bovine Serum Albumin – Fraction V | Rockland | BSA-50 | Immunoglobulin and protease free |
16% (wt/vol) Formaldehyde Solution | ThermoFisher Scientific | 28908 | Dilute to 4% with 1X PBS |
Premium Cover Glass (22×22 mm No.1) | Fisher | 12548B | |
Triton X-100 | Sigma | T8787-50ML | |
SlowFade Gold antifade reagent with DAPI | Invitrogen | S36938 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
For Flow Cytometric Analysis | |||
Calcein, AM | Molecular Probes | C3100MP | |
Hanks' Balanced Salt Solution (HBSS) | Gibco | 14025-076 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
For Western Blot Analysis | |||
Mouse anti-Caveolin 1 | BD Transduction Laboratories | 610406 | Western Blot – 1:10000 |
Tween-20 | BioRad | 170-6531 | |
Nitrocellulose Membrane (0.2 μm) | BioRad | 162-0112 | |
Western Lightning Plus-ECL | PerkinElmer | NEL104001EA | |
BioRad DC Protein Assay | BioRad | 500-0116 | |
Sodium dodecyl sulfate (SDS) | BioRad | 161-0302 | |
Sodium deoxycholate monohydrate (DOC) | Sigma | D5670 | |
IGEPAL CA-630 (NP40) | Sigma | I8896 | |
30% Acrylamide/Bis Solution, 37.5:1 | BioRad | 161-0158 |