Bu deneysel protokol, BCSC’lerin meme kanseri hücre ve doku örneklerinden izolasyonunun yanı sıra BCSC fenotipini ve fonksiyonunu değerlendirmek için kullanılabilecek in vitro ve in vivo testleri tanımlamaktadır.
Meme kanseri kök hücreleri (BCSC’ler), kalıtsal veya edinilmiş kök hücre benzeri özelliklere sahip kanser hücreleridir. Düşük sıklıklarına rağmen meme kanserinin başlamasına, nüksetmesine, metastaza ve tedavi direncine önemli katkılarda bulunurlar. Meme kanseri tedavisinde yeni terapötik hedefler belirlemek için meme kanseri kök hücrelerinin biyolojisini anlamak zorunludur. Meme kanseri kök hücreleri, CD44, CD24 gibi benzersiz hücre yüzey belirteçlerinin ekspresyonuna ve aldehit dehidrojenazın (ALDH) enzimatik aktivitesine dayanarak izole edilir ve karakterize edilir. Bu ALDHyüksekCD44 + CD24– hücreleri BCSC popülasyonunu oluşturur ve aşağı akış fonksiyonel çalışmaları için floresan ile aktive edilmiş hücre sıralama (FACS) ile izole edilebilir. Bilimsel soruya bağlı olarak, BCSC’lerin fonksiyonel özelliklerini değerlendirmek için farklı in vitro ve in vivo yöntemler kullanılabilir. Burada, insan BCSC’lerinin hem meme kanseri hücrelerinin heterojen popülasyonlarından hem de meme kanseri hastalarından elde edilen primer tümör dokusundan izole edilmesi için ayrıntılı bir deneysel protokol sunuyoruz. Ek olarak, BCSC fonksiyonunu değerlendirmek için kullanılabilecek koloni oluşturma testleri, mamosfer testleri, 3D kültür modelleri ve tümör ksenogreft testleri dahil olmak üzere aşağı akış in vitro ve in vivo fonksiyonel tahlillerini vurguluyoruz.
İnsan meme kanseri kök hücrelerinin (BCSC’ler) hücresel ve moleküler mekanizmalarını anlamak, meme kanseri tedavisinde karşılaşılan zorlukları ele almak için çok önemlidir. BCSC kavramının ortaya çıkışı, CD44 + CD24 / düşük meme kanseri hücrelerinin küçük bir popülasyonunun farelerde heterojen tümörler üretebildiği 1,2 bulunduğu21. yüzyılın başlarına kadar uzanmaktadır. Daha sonra, aldehit dehidrogenazın (ALDH yüksek) enzimatik aktivitesiyüksek olan insan meme kanseri hücrelerinin de benzer kök hücre benzeri özellikler gösterdiği gözlenmiştir3. Bu BCSC’ler, kendini yenileme ve farklılaşma yeteneğine sahip küçük bir hücre popülasyonunu temsil eder ve toplu tümörlerin heterojen doğasına katkıda bulunur 1,2,3. Biriken kanıtlar, evrimsel olarak korunmuş sinyal yollarındaki değişikliklerin BCSC’nin hayatta kalmasını ve bakımını sağladığını göstermektedir 4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14 . Ek olarak, hücre dışsal mikro ortamının farklı BCSC fonksiyonlarının dikte edilmesinde çok önemli bir rol oynadığı gösterilmiştir15,16,17. Bu moleküler yollar ve BCSC fonksiyonunu düzenleyen dış faktörler meme kanseri nüksetmesine, metastaza18 ve tedavilere direnç gelişimine katkıda bulunur 19,20,21, tedavi sonrası BCSC’lerin kalıntı varlığı meme kanseri hastalarının genel sağkalımında büyük bir zorluk oluşturmaktadır22,23 . Bu nedenle, bu faktörlerin klinik öncesi değerlendirilmesi, meme kanseri hastalarında daha iyi tedavi sonuçları elde etmek ve genel sağkalımı iyileştirmek için yararlı olabilecek BCSC hedefleme tedavilerinin belirlenmesinde çok önemlidir.
BCSC’leri 24,25,26,27,28,29 karakterize etmek için çeşitli in vitro insan meme kanseri hücre hattı modelleri ve in vivo insan ksenograft modelleri kullanılmıştır. Hücre hatlarının her ardışık geçişten sonra sürekli olarak yeniden doldurulma yeteneği, bunları omik tabanlı ve farmakogenomik çalışmalar yapmak için ideal bir model sistemi haline getirir. Bununla birlikte, hücre hatları genellikle hasta örneklerinde gözlenen heterojenliği özetlemekte başarısız olur. Bu nedenle, hücre hattı verilerini hasta kaynaklı örneklerle tamamlamak önemlidir. BCSC’lerin en saf haliyle izolasyonu, BCSC’lerin ayrıntılı karakterizasyonunu sağlamak için önemlidir. Bu saflığın elde edilmesi, BCSC’lere özgü fenotipik belirteçlerin seçimine bağlıdır. Şu anda, ALDHyüksekCD44 + CD24– hücre fenotipi, maksimum saflık için floresan aktive hücre sıralama (FACS) kullanarak insan BCSC’lerini toplu meme kanseri hücre popülasyonlarından ayırt etmek ve izole etmek için en yaygın olarak kullanılmaktadır1, 3,26. Ayrıca, izole BCSC’lerin kendini yenileme, proliferasyon ve farklılaşma gibi özellikleri in vitro ve in vivo teknikler kullanılarak değerlendirilebilir.
Örneğin, in vitro koloni oluşturma testleri, farklı tedavi koşullarının varlığında tek bir hücrenin 50 veya daha fazla hücreden oluşan bir koloni oluşturmak için kendini yenileme yeteneğini değerlendirmek için kullanılabilir30. Mamosfer testleri, ankrajdan bağımsız koşullar altında meme kanseri hücrelerinin kendini yenileme potansiyelini değerlendirmek için de kullanılabilir. Bu tahlil, tek hücrelerin serumsuz yapışkan olmayan kültür koşullarındaki her ardışık geçişte küreler (BCSC’lerin ve BCSC’lerin karışımı) olarak üretme ve büyüme yeteneğini ölçer31. Ek olarak, in vivo mikro çevreyi yakından özetleyen ve potansiyel BCSC hedefli tedavilerin aktivitesinin araştırılmasına izin veren hücre-hücre ve hücre-matris etkileşimleri de dahil olmak üzere BCSC fonksiyonunu değerlendirmek için 3 Boyutlu (3D) kültür modelleri kullanılabilir32. İn vitro modellerin çeşitli uygulamalarına rağmen, in vivo koşulların karmaşıklığını sadece in vitro tahlilleri kullanarak modellemek zordur. Bu zorluk, BCSC davranışını in vivo olarak değerlendirmek için fare ksenograft modellerinin kullanılmasıyla aşılabilir. Özellikle, bu tür modeller meme kanseri metastazı33’ü değerlendirmek, hastalık progresyonu sırasında mikroçevre ile etkileşimleri araştırmak 34, in vivo görüntüleme35 ve antitümör ajanların hastaya özgü toksisitesini ve etkinliğini tahmin etmek için ideal bir sistem olarak hizmet eder34.
Bu protokol, insan ALDHyüksekCD44 + CD24– BCSC’lerinin heterojen meme kanseri hücrelerinin toplu popülasyonlarından maksimum saflıkta izolasyonu için ayrıntılı bir açıklama sağlar. Ayrıca, üç in vitro tekniğin (koloni oluşturma testi, mamosfer testi ve 3D kültür modeli) ve BCSC’lerin farklı fonksiyonlarını değerlendirmek için kullanılabilecek bir in vivo tümör ksenograft testinin ayrıntılı bir tanımını sunuyoruz. Bu yöntemler, BCSC biyolojisini anlamak ve / veya yeni BCSC hedefleme tedavilerini araştırmak amacıyla BCSC’leri insan meme kanseri hücre hatlarından veya birincil hasta kaynaklı meme kanseri hücrelerinden ve tümör dokusundan izole etmek ve karakterize etmek isteyen araştırmacılar tarafından kullanılmak üzere uygun olacaktır.
Meme kanseri metastazı ve tedaviye direnç tüm dünyada kadınlarda mortalitenin önemli nedeni haline gelmiştir. Meme kanseri kök hücrelerinin (BCSC) bir alt popülasyonunun varlığı, metastaz 26,43,44,45,46 ve tedavi direncinin21,47,48 artmasına katkıda bulunur.…
The authors have nothing to disclose.
Laboratuvar üyelerimize yararlı tartışmaları ve destekleri için teşekkür ederiz. Meme kanseri kök hücreleri ve tümör mikro ortamı üzerine yaptığımız araştırmalar, Kanada Kanser Araştırma Derneği Araştırma Enstitüsü ve ABD Ordusu Savunma Bakanlığı Meme Kanseri Programı’ndan (Hibe # BC160912) gelen hibelerle finanse edilmektedir. V.B., Batı Doktora Sonrası Bursu (Western University) tarafından desteklenmektedir ve hem A.L.A. hem de V.B. Kanada Meme Kanseri Derneği tarafından desteklenmektedir. C.L., Kanada Hükümeti’nden Vanier Canada Yüksek Lisans Bursu ile desteklenmektedir.
7-Aminoactinomycin D (7AAD) | BD | 51-68981E | suggested: 0.25 µg/1×106 cells |
Acetone | Fisher | A18-1 | |
Aldehyde dehydrogenase (ALDH) substrate | Stemcell Technologies | 1700 | Sold commerically as part of the ALDEFLOUR Assay kit; follow manufacturer's instructions for ALDH substrate preparation |
Basement membrane extract (BME) | Corning | 354234 | Sold under the commercial name Matrigel |
Cell culture plates: 6 well | Corning | 877218 | |
Cell culture plates: 60mm | Corning | 353002 | |
Cell culture plates: 96-well ultra low attachment | Corning | 3474 | |
Cell strainer: 40 micron | BD | 352340 | |
Collagen | Stemcell Technologies | 7001 | Prepare 1:30 dilution of 3 mg/mL collagen in PBS |
Collagenase | Sigma | 11088807001 | 1x |
Conical tubes: 50 mL | Fisher scientific | 05-539-7 | |
Crystal violet | Sigma | C6158 | Use 0.05% crystal violet solution in water for staining |
Dispase | Stemcell Technologies | 7913 | 5U/mL |
DMEM:F12 | Gibco | 11330-032 | 1x, With L-glutamine and 15 mM HEPES |
DNAse | Sigma | D5052 | 0.1 mg/mL final concentration |
FBS | Avantor Seradigm Lifescience | 97068-085 | |
Flow tubes: 5ml | BD | 352063 | Polypropylene round-bottom tubes |
Methanol | Fisher | 84124 | |
mouse anti-Human CD24 antibody | BD | 561646 | R-phycoerythrin and Cyanine dye conjugated Clone: ML5 |
mouse anti-Human CD44 antibody | BD | 555479 | R-phycoerythrin conjugated, Clone: G44-26 |
N,N-diethylaminobenzaldehyde (DEAB) | Stemcell Technologies | 1700 | Sold commerically as part of the ALDEFLOUR Assay kit; follow manufacturer's instructions DEAB preparation |
PBS | Wisent Inc | 311-425-CL | 1x, Without calcium and magnesium |
Trypsin-EDTA | Gibco | 25200-056 | |
Mammosphere Media Composition | |||
B27 | Gibco | 17504-44 | 1x |
bFGF | Sigma | F2006 | 10 ng/mL |
BSA | Bioshop | ALB003 | 04% |
DMEM:F12 | Gibco | 11330-032 | 1x, With L-glutamine and 15 mM HEPES |
EGF | Sigma | E9644 | 20 ng/mL |
Insulin | Sigma | 16634 | 5 µg/mL |
3D Organoid Media Composition | |||
A8301 | Tocris | 2939 | 500 nM |
B27 | Gibco | 17504-44 | 1x |
DMEM:F12 | Gibco | 11330-032 | 1x, With L-glutamine and 15 mM HEPES |
EGF | Sigma | E9644 | 5 ng/mL |
FGF10 | Peprotech | 100-26 | 20 ng/mL |
FGF7 | Peprotech | 100-19 | 5 ng/mL |
GlutaMax | Invitrogen | 35050-061 | 1x |
HEPES | Gibco | 15630-080 | 10 mM |
N-acetylcysteine | Sigma | A9165 | 1.25 mM |
Neuregulin β1 | Peprotech | 100-03 | 5 nM |
Nicotinamide | Sigma | N0636 | 5 mM |
Noggin | Peprotech | 120-10C | 100 ng/mL |
R-spondin3 | R&D | 3500 | 250 ng/mL |
SB202190 | Sigma | S7067 | 500 nM |
Y-27632 | Tocris | 1254 | 5 µM |