Avaliação pré-clínica da Bioatividade da OT48 de cumarina Anticancer esferoides, ensaios de formação de colônia e Xenografts Zebrafish
Summary
Aqui, apresentamos o rastreio pré-clínico de cumarinas anticâncer usando zebrafish e cultura 3D.
Abstract
Rastreio pré-clínico in vitro e em vivo de novos agentes terapêuticos são uma ferramenta essencial na descoberta da droga de cancro. Apesar de linhas de células cancerosas humanas respondem aos compostos terapêuticos em culturas de células 2D monocamada (dimensional), sistemas de cultura 3D foram desenvolvidos para compreender a eficácia de drogas em modelos mais fisiologicamente relevantes. Nos últimos anos, observou-se uma mudança de paradigma na pesquisa pré-clínica para validar a potência de novas moléculas nos sistemas de cultura 3D, mais precisamente, imitando o microambiente do tumor. Estes sistemas caracterizam o estado de doença de uma forma mais fisiologicamente relevante e ajudam a obter melhor visão mecanicista e compreensão da potência farmacológica de uma determinada molécula. Além disso, com a tendência atual na melhoria na vivo modelos de câncer, o zebrafish tem emergido como um importante modelo de vertebrados para avaliar a formação de tumor na vivo e estudar o efeito de agentes terapêuticos. Aqui, nós investigamos o efeito terapêutico de Hidroxicumarina OT48 sozinho ou em combinação com BH3 mimetics em linhagem de células de câncer de pulmão A549 usando três sistemas diferentes de cultura 3D, incluindo ensaios de formação de Colônia (CFA), ensaio de formação de esferoide (SFA) e na vivo xenografts zebrafish.
Introduction
Câncer é causada por mutações celulares e consequentemente sinalização de caminhos bioquímicos são rompidos, provocando a divisão celular descontrolada e resistência à morte celular. Tumores interferem com as funções fisiológicas do aparelho digestivo, nervoso, circulatório e posteriormente vizinhas tecidos1. Apesar dos esforços de pesquisa extensiva, cancro continua a ser a doença fatal mais prevalente no mundo2. Medicina de precisão tem sido reconhecida como o fundamento da terapêutica do câncer futuro. Novas entidades moleculares são testadas rotineiramente em combinação com drogas existentes para melhorar os resultados clínicos.
No entanto, uma das significativas limitações associadas com o desenvolvimento de novas terapias alvo eficientes é o fracasso dos ensaios comumente usados para simular o resultado biológico exato da droga exposição3. Descoberta de drogas câncer ainda principalmente se baseia em testar a eficácia de agentes terapêuticos em células cancerosas no culto em culturas 2D monocamada, que são difíceis de validar em ensaios clínicos4. Portanto, há um interesse crescente para desenvolver modelos de câncer melhor que melhor imitam as características nativas de tumores em vivo5. Nos últimos anos, um crescente interesse em modelos 3D cultura resultou no desenvolvimento de metodologias melhoradas para produzir tumor 3D modelos5.
Aqui, apresentamos uma abordagem com três técnicas de cultura celular 3D diferentes permitindo melhorar o entendimento da potência da Hidroxicumarina OT486 em combinação com BH3 mimetics anterior mais em profundidade no vivo ensaios. Nosso método consiste em combinar colônia e SFAs com um in vivo tumor formação teste baseado em um modelo de zebrafish de validar a eficácia da combinação de OT48 e BH3 mimetics em células de câncer de pulmão e monitorar a progressão do câncer na vida organismo.
Ensaios de formação de colônia são rotineiramente usados para avaliar a eficácia de agentes anticancerígenos para cânceres sólidos tanto hematopoiéticas. O ensaio determina a capacidade de uma célula para proliferar indefinidamente e formam colônias7. O efeito de um agente anticâncer sobre a capacidade das células formadoras é determinado pela diminuição do número e/ou tamanho das colônias.
Esferoides representam modelos de tumor em vitro e servem como uma plataforma de triagem de baixo custo para agentes anticancerígenos. Esferoides são agregados de células crescendo em suspensão ou incorporado em uma matriz 3D. Esta abordagem é amplamente utilizada para triagem de drogas e estudos de tumor crescimento, proliferação e imune interação8.
Para compreender as propriedades de um novo fármaco, é essencial para realizar experimentos na vivo em roedores. No entanto, esse método convencional é caro e demorado. Nos últimos anos, o peixe-zebra (Danio rerio) tornou-se um organismo de laboratório amplamente estudados que é mais barato e mais rápido para levantar. Tumores desenvolvem na abordagem de cultura de células no zebrafish representam um 3D, mas dentro do ambiente na vivo de um vertebrado9.
No total, aqui usamos três abordagens diferentes cultura 3D, incluindo APC, SFAs e zebrafish na vivo formação de tumor para demonstrar a capacidade anticancerígena de Hidroxicumarina OT48 em um modelo de célula do pulmão câncer A549 em combinação com mimetics BH3.
Protocol
Representative Results
Discussion
As taxas de formação de colônia obtidos com MCBM depende do tipo de célula. Geralmente, para as células não-aderentes, o número de colônias é muito mais alto em comparação com células aderentes. Observamos que as células A549 formaram colônias de 30 a 40 após 10 dias. Anteriormente informamos para as células de leucemia diferente que o número de colônias é entre 200 a 2509. Nossos resultados mostraram que OT48 sozinho não produziu uma diminuição significativa do número de co…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Pesquisa no SNU é suportada por Fundação Nacional de pesquisa (NRF), pela MEST da Coreia para concessão de Tumor microambiente Global Core Research Center (GCRC), [número de concessão 2011-0030001]; por o Seul National University Research Grant e pelo cérebro Coreia (BK21) e mais o programa.
Materials
| Materials required for colony formation assays | |||
| A549 | ATCC | CCL-185 | 37 C° |
| RPMI 1640 | Lonza | 30096 | 4 C° |
| FBS | Biowest | S1520-500 | -20 C° |
| Penicillin-Streptomycin | Lonza | 17-602E | -20 C° |
| Cell culture flask T75 | SPL | 70075 | RT |
| PBS solution | Hyclone | SH30256.02 | RT |
| 1.5ml tube | Extragene | Tube-170-C | RT |
| 15 ml tube | Hyundai Micro | H20015 | RT |
| 12 well plate | SPL | 30012 | RT |
| MethoCult | StemCell technologies | 4230 | -20 C° |
| Thiazolyl Blue Tetrazolium Bromide (MTT powder) | Sigma | M5622 | 4 C° |
| LAS4000 | GE Healthcare Technologies | RT | |
| Materials required for spheroid formation assay | |||
| A549 | ATCC | CCL-185 | 37 C° |
| RPMI 1640 | Lonza | 30096 | 4 C° |
| FBS | Biowest | S1520-500 | -20 C° |
| Penicillin-streptomycin | Lonza | 17-602E | -20 C° |
| Cell culture flask T75 | SPL | 70075 | RT |
| PBS solution | Hyclone | SH30256.02 | RT |
| Trypsin-EDTA | Gibco | 25-300-054 | 4 C° |
| Corning costar ultra low attachemnt 96 well plate | Corning | 3474 | RT |
| Microscopy | Nikon | Eclipse TS100 | RT |
| Materials required for zebrafish xenografts | |||
| A549 | ATCC | CCL-185 | 37 C° |
| RPMI 1640 | Lonza | 30096 | 4 C° |
| FBS | Biowest | S1520-500 | -20 C° |
| Penicillin-streptomycin | Lonza | 17-602E | -20 C° |
| Cell culture flask T25 | SPL | 70025 | RT |
| Cell culture flask T75 | SPL | 70075 | RT |
| Cell culture flask T175 | SPL | 71175 | RT |
| 1.5ml tube | Extragene | Tube-170-C | RT |
| 24 well plate | SPL | 30024 | RT |
| Petridish | SPL | 10100 | RT |
| PBS solution | Hyclone | SH30256.02 | RT |
| Trypsin-EDTA | Gibco | 25-300-054 | 4 C° |
| Sodium Chloride | Sigma-Aldrich | 71382 | RT |
| Potassium chloride (KCL) | Sigma-Aldrich | P9541 | RT |
| Magnesium sulfate heptahydrate (MgSO4.7H2O) | Sigma-Aldrich | M2773 | RT |
| Calcium nitrate tetrahydrate (Ca(NO3)2) | Sigma-Aldrich | C1396 | RT |
| HEPES solution | Sigma-Aldrich | H0887 | RT |
| Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate (Tricaine) | Sigma-Aldrich | E10521 | RT |
| Phenol Red solution | Sigma-Aldrich | P0290 | RT |
| Methylcellulose | Sigma-Aldrich | M0512 | RT |
| 1-phenyl-2-thiourea (PTU) | Sigma-Aldrich | P7629 | RT |
| CM-Dil dye | Invitrogen | C7001 | -20 C° |
| Glass capillary | World Precision Instruments | TW 100F-4 | RT |
| Micropipette puller | Shutter instrument, USA | P-97 | RT |
| Micro injector | World Precision Instruments | PV820 | RT |
| Syringe | KOVAX | 1ml | RT |
| Micro loader | Eppendorf | 5242956003 | RT |
| Glass slide | Marienfeld | HSU-1000612 | RT |
| Fluorescence microscopy | Leica | DE/DM 5000B | RT |
References
- Giancotti, F. G. Deregulation of cell signaling in cancer. FEBS Letters. 588 (16), 2558-2570 (2014).
- Knowlton, S., Onal, S., Yu, C. H., Zhao, J. J., Tasoglu, S. Bioprinting for cancer research. Trends in Biotechnology. 33 (9), 504-513 (2015).
- Santo, V. E., et al. Drug screening in 3D in vitro tumor models: overcoming current pitfalls of efficacy read-outs. Biotechnology Journal. 12 (1), (2017).
- Tanner, K., Gottesman, M. M. Beyond 3D culture models of cancer. Science Translational Medicine. 7 (283), 283ps289 (2015).
- Haycock, J. W. 3D cell culture: a review of current approaches and techniques. Methods in Molecular Biology. 695, 1-15 (2011).
- Talhi, O., et al. Bis(4-hydroxy-2H-chromen-2-one): synthesis and effects on leukemic cell lines proliferation and NF-kappaB regulation. Bioorganic and Medicinal Chemistry. 22 (11), 3008-3015 (2014).
- Franken, N. A., Rodermond, H. M., Stap, J., Haveman, J., van Bree, C. Clonogenic assay of cells in vitro. Nature Protocols. 1 (5), 2315-2319 (2006).
- Katt, M. E., Placone, A. L., Wong, A. D., Xu, Z. S., Searson, P. C. In Vitro Tumor Models: Advantages, Disadvantages, Variables, and Selecting the Right Platform. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 4, 12 (2016).
- Lee, J. Y., et al. Cytostatic hydroxycoumarin OT52 induces ER/Golgi stress and STAT3 inhibition triggering non-canonical cell death and synergy with BH3 mimetics in lung cancer. Cancer Letters. 416, 94-108 (2018).
- Rotem, A., et al. Alternative to the soft-agar assay that permits high-throughput drug and genetic screens for cellular transformation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (18), 5708-5713 (2015).
- Spoerri, L., Beaumont, K. A., Anfosso, A., Haass, N. K. Real-Time Cell Cycle Imaging in a 3D Cell Culture Model of Melanoma. Methods in Molecular Biology. 1612, 401-416 (2017).
- Beaumont, K. A., Anfosso, A., Ahmed, F., Weninger, W., Haass, N. K. Imaging- and Flow Cytometry-based Analysis of Cell Position and the Cell Cycle in 3D Melanoma Spheroids. Journal of Visualized Experiments. (106), e53486 (2015).
- Lovitt, C. J., Shelper, T. B., Avery, V. M. Advanced cell culture techniques for cancer drug discovery. Biology (Basel). 3 (2), 345-367 (2014).
- Ji, S., et al. The dialkyl resorcinol stemphol disrupts calcium homeostasis to trigger programmed immunogenic necrosis in cancer. Cancer Letters. 416, 109-123 (2018).
