הצלבה בין תאי אפיתל חלביים לתאי אנדותל תורמת חשובה להתקדמות סרטן השד, לצמיחת הגידול ולגרורות. במחקר זה, כדוריות נעשו מתאי סרטן השד יחד עם תאי אנדותל כלי דם ו/או לימפתיים ולהדגים את ישימותם כמערכת במבחנה לחקר סרטן השד.
סרטן השד הוא הגורם המוביל לתמותה אצל נשים. הצמיחה של תאים סרטניים השד גרורות הבאות שלהם הוא גורם מפתח להתקדמות שלה. למרות המנגנונים המעורבים בקידום צמיחת סרטן השד נחקרו באינטנסיביות באמצעות מונוקולטרות של תאים סרטניים בשד כגון תאי MCF-7, תרומתם של סוגי תאים אחרים, כגון תאי אנדותל וסקולריים ולימפתיים המעורבים באופן אינטימי בגידול, לא נחקרה לעומק. אינטראקציה בין תאים ממלאת תפקיד מרכזי בצמיחת הגידול ובהתקדמותו. Neoangiogenesis, או התפתחות של כלי דם, חיוני לצמיחת הגידול, ואילו מערכת הלימפה משמשת פורטל לנדידת תאים סרטניים ולעלמות שלאחר מכן. מחקרים אחרונים מספקים ראיות כי תאי אנדותל כלי דם ולימפה יכול להשפיע באופן משמעותי על צמיחת תאים סרטניים. תצפיות אלה מרמזות על צורך בפיתוח מודלים במבחנה שישקפו באופן מציאותי יותר את תהליכי הצמיחה של סרטן השד ב- vivo. יתר על כן, הגבלות במחקר בבעלי חיים דורשות פיתוח של מודלים ex vivo כדי לברוח טוב יותר את המנגנונים המעורבים.
מאמר זה מתאר את ההתפתחות של כדורי סרטן השד המורכבים הן מתאי סרטן השד (תאי MCF-7 חיוביים לקולטן אסטרוגן) ותאי אנדותל וסקולריים ו/או לימפתיים. הפרוטוקול מתאר גישה מפורטת שלב אחר שלב ביצירת כדורי תאים כפולים באמצעות שתי גישות שונות, טיפה תלויה (תקן זהב וזול) וצלחות U-התחתונות 96-היטב (יקר). הוראות מעמיקות מסופקות כיצד להרים בעדינות את כדוריות שנוצרו כדי לפקח על הצמיחה על ידי גודל מיקרוסקופי והערכה של הכדאיות באמצעות כתמי תאים מתים וחיים. יתר על כן, נהלים לתיקון כדורי לחתך והכתמה עם נוגדנים ספציפיים לצמיחה כדי להבדיל דפוסי צמיחה בספירואידים הם מתווים. בנוסף, פרטים להכנת כדוריות עם תאים שהודבקו ושיטות לחילוץ RNA לניתוח מולקולרי מסופקים. לסיכום, מאמר זה מספק הוראות מעמיקות להכנת כדוריות מרובות תאים לחקר סרטן השד.
לשימוש בבעלי חיים לניסויים יש מגבלות. מחקרים בבעלי חיים אינם יכולים לחקות במדויק את התקדמות המחלה בבני אדם, ולבעלי חיים ובני אדם אין תגובות זהות לפתוגנים. בנוסף, הגבלות בניסויים בבעלי חיים בשל חשש לסבל בעלי חיים ובעיות אתיות1,2 יותר ויותר להגביל תוכניות מחקר. In vitro מערכות פותחו באופן נרחב כדי לעקוף את השימוש בבעלי חיים; יתר על כן, השימוש בתאים אנושיים עשה in vitro מודלים רלוונטיים יותר לחקירה הפתופיזיולוגית והטיפולית. תרבויות תאים קונבנציונליות של monolayer (2D) נמצאות בשימוש נרחב מכיוון שהן מחקות רקמות אנושיות במידה מסוימת. עם זאת, מונוקולטרות 2D לא מצליחות לחקות איברים אנושיים, ומונוקולטרות 2D אינן מסוגלות לדמות את המיקרו-וירוס המורכב של האיברים המקוריים ולחקות את in vivo המצב3,4,5,6. בנוסף, בתרביות תאים חד שכבתיים, טיפולים תרופתיים יכולים בקלות להרוס / לפגוע בכל התאים. חשוב לציין, ניתן להתגבר על חלק ממגבלות אלה על-ידי מעבר לתרבויות תאים תלת-ממדיות רב שכבתיות (תלת-ממדיות)7,8. למעשה, מודלים של תרבית תלת-ממדית הוכחו כמשקף טוב יותר את המבנה התאי, הפריסה והתפקוד של תאים ברקמות ראשוניות. ניתן ליצור תרביות תלת-ממד אלה באמצעות מגוון קווי תאים, בדומה לאיבר פונקציונלי. ואכן, ישנם שני מודלים של תרבויות תלת-ממד. מודל אחד מייצר כדוריות של תאים מצטברים היוצרים אשכולות ומארגנים אותם מחדש לספירות (מודלים ללא פיגומים). השני מניב organoids, אשר יש מבנה מורכב יותר מורכב מורכב שילובים של תאים מרובים ספציפיים לאיבר, אשר נחשבים גרסה זעירה של איברים9,10. בשל כך, מערכות תרבות תלת-ממדית מייצגות טכנולוגיה חדשנית עם יישומים ביולוגיים וקליניים רבים. לפיכך, לספרואידים ולאורגנואידים יש יישומים רבים למידול מחלות ומחקרים הקשורים לרפואה רגנרטיבית, הקרנת תרופות ומחקרים טוקסיקולוגיים6,11,12,13,14,15. כדוריות מסרטנות, המופקות מטכנולוגיית תלת-ממד, משחזרים את המורפולוגיה והפנוטיפ של סוגי תאים רלוונטיים, מחקים את in vivo מיקרו-סביבה של גידולים, מודל תקשורת תאים ומסלולי איתות פעילים במהלך התפתחות הגידול16,17,18. בנוסף, כדי לשפר את ההבנה הביולוגית של הסרטן, ניתן להשתמש בספירואידים/אורגנוידים של גידולים כדי לזהות טיפול אנטי-סרטני פוטנציאלי ספציפי לחולה (מותאם אישית) ולהעריך את יעילותו, רעילותו והשפעותיו ארוכות הטווח19,20,21,22. כדוריות פתחו הזדמנויות בולטות לחקור פתופיזיולוגיה, מידול מחלות והקרנת תרופות בגלל יכולתם לשמר את ארכיטקטורת הרקמות התאיות והתלת-ממדיות, היכולת לחקות את in vivo המצב, והאינטראקציות בין התא לתאים. עם זאת, יש גם להיות מודעים למגבלות של מערכת זו, כגון היעדר רכיב כלי דם / מערכתית, מערכת החיסון או מערכת העצבים התפקודית, והמערכת מייצגת גישה רדוקציוניסטית בהשוואה למודלים של בעלי חיים. ואכן, בניגוד למודלים של בעלי חיים, מבנים תלת-ממדיים מספקים רק קירוב של הביולוגיה בתוך גוף האדם. הבנת המגבלות של שיטת 3D עשויה לסייע לחוקרים לעצב תהליכים מעודנים ותקפים יותר לייצור כדוריות המייצגות טוב יותר איבר בקנה מידה גדול יותר23,24,25.
סרטן הוא הגורם המוביל למוות ברחבי העולם, וסרטן השד הוא הסרטן הנפוץ ביותר בקרב נשים26,27,28. כדי לחקות את המיקרו-סביבה המורכבת של סרטן השד, יש לתרבות כדורי סרטן השד באמצעות תאים הממלאים תפקיד בולט בגידולי השד, כלומר, תאי אפיתל, תאי אנדותל, פיברובלסטים ו/או תאי מערכת החיסון. יתר על כן, עבור כדורי המייצג סרטן השד, הביטוי של קולטני הורמון נשי (קולטני אסטרוגן / פרוגסטרון), היכולת לשמר את המצב היסטולוגי של הגידול החולה, ואת היכולת לחקות תגובה לטיפול יש לשקול גם. מחקרים הראו כי מערכות תרבית משותפת 3D יש ארגון הסלולר דומה לזה של הרקמה העיקרית ב vivo, יש את היכולת להגיב בזמן אמת לגירויים, ויש להם קולטני אנדרוגן פונקציונלי29,30,31,32. לפיכך, גישה דומה יכולה להיות שימושית כדי לחקות גידול בשד במבחנה. מטרת הפרוטוקול הנוכחי היא ליצור שיטה חדשה ליצירת כדורי סרטן השד. שיטה זו משתמשת בתאי MCF-7 חיוביים לקולטן אסטרוגן (קו תאים אנושי מונצח של תאי אפיתל) ותאי אנדותל וסקולריים (HUVECs) או תאי אנדותל לימפתיים (HMVEC-DNeo) כדי ליצור מודל המחקה או משקף מקרוב את האינטראקציות בין תאים אלה בתוך גידול. למרות MCF-7 (אסטרוגן מגיב) ותאי אנדותל שימשו לפיתוח כדורי במחקר הנוכחי, תאים אחרים כגון פיברובלסטים המייצגים ~ 80% של מסת הגידול בשד, יכול גם להיות משולב בעתיד כדי לייצג טוב יותר לחקות גידול השד.
ישנן מספר שיטות ליצירת כדוריות, כגון: 1) שיטת הטיפה התלויה המעסיקה כוח משיכה33,34; 2) שיטת הריחוף המגנטי המשתמשת בננו-חלקיקים מגנטיים החשופים למגנט חיצוני35, ו -3) שיטת המיקרו-לוחית הכדורית המבוצעת על ידי זריעת תאים על לוחות התקשרות נמוכים36,37. על בסיס השיטות הקיימות, המשתמשות רק בסוג תא אחד, הפרוטוקול הנוכחי עבר אופטימיזציה באמצעות תאי אפיתל ואנדותל כדי לחקות טוב יותר את תנאי הצמיחה של גידולים בסרטן השד ב vivo38,39,40,41. שיטה זו ניתן להשיג בקלות במעבדה בעלות נמוכה עם דרישות ציוד מינימליות. בהתבסס על הצורך / מטרות של המעבדה, גישות שונות שימשו ליצירת כדוריות ולקבל חומר תאי רלוונטי מן כדוריות אלה. בהקשר זה, עבור DNA, RNA, או ניתוח חלבון, כדורי התלת-ממד מיוצרים על ידי תאים אנדותל ואפיתל פולחניים עם שיטת טיפה תלויה. עם זאת, עבור מחקרים פונקציונליים, למשל, כדי לפקח על צמיחת התא לאחר הפרעה קצרה (siRNA) transfection ו/או טיפול הורמונלי, כדורי נוצרים באמצעות לוחות U-bottom.
מטרת הפרוטוקול הטכני הזה היא לספק תיאור מפורט שלב אחר שלב עבור 1) יצירת כדורי סרטן השד רב-תאיים, 2) הכנת דגימות להכתמה היסתולוגית, ו -3) אוסף תאים להפקת RNA, DNA וחלבונים. הן שיטת טיפת התלייה הזולה והן הצלחות היקרות יותר של U-bottom משמשות ליצירת כדוריות. כאן, פרוטוקול להכנת (תיקון) כדורי עבור חתך ולאחר מכן חיסונים עם סמנים כדי להעריך את התפשטות התא, אפופטוזיס, והפצה של אפיתל ותאי אנדותל בתוך כדורי מסופק. בנוסף, פרוטוקול זה מציג ניתוח מלא שלב אחר שלב של נתונים היסתולוגיים באמצעות תוכנת ImageJ. פרשנות הנתונים הביולוגיים משתנה בהתאם לסוג הניסוי והנוגדנים בהם נעשה שימוש. חלוקת כדוריות קבועות והכתמת החלקים לאחר מכן בוצעו על ידי מעבדה פתולוגית שגרתית (סופיסטולב: info@sophistolab.ch)
בהשוואה לתרבויות תאים 2D, טכנולוגיית תרבית כדורית תלת-ממדית מהפכנית היא כלי טוב וחזק יותר לשחזור המיקרו-סביבה של איבר, אינטראקציות בין תאים ותגובות סמים במבחנה. זהו הפרוטוקול הראשון המתאר היווצרות של כדוריות מקווי תאים רב תאיים (אפיתל ואנדהל) לחקר סרטן השד. פרוטוקול זה מבטיח צמיחה תלת-…
The authors have nothing to disclose.
מחקר זה נתמך על ידי הקרן לחקר הסרטן / הליגה השוויצרית לסרטן מענק KFS-4125-02-2017 ל RKD והמכון הלאומי לבריאות מענק DK079307 ל- EKJ.
100 mm × 20 mm tissue-culture treated culture dishes | Corning | CLS430167 | |
149MULTI0C1 | |||
35 x 10 mm Tissue Culture Dish | Falcon | 353001 | |
5 mL Serological Pipet, Polystyrene, Individually Packed, Sterile | Falcon | 357543 | |
Adobe Photoshop | Version: 13.0.1 (64-bit) | ||
Antibiotic Antimycotic Solution (100×) | Sigma-Aldrich | A5955 | |
Calcein-AM | Sigma-Aldrich | 17783 | |
CD31 (cluster of differentiation 31) | Cell Marque | 131M-95 | monoclonal mouse ab clone JC70 |
CellTracker Green CMFDA (5-chloromethylfluorescein diacetate) | Invitrogen | C7025 | |
CK8/18 (cytokeratins 8 and 18) | DBS | Mob189-05 | monoclonal mouse ab, clone 5D3 |
CKX41 Inverted Microscope | Olympus Life Science | Olympus DP27 digital camera | |
Cleaved Caspase 3 | Cell Signaling | 9661L | polyclonal rabbit ab |
Collagen (rat tail) | Roche | 11 179 179 001 | |
Coulter ISOTON II Diluent | Beckman Coulter | 844 80 11 | Diluent II |
Coulter Z1, Cell Counter | Coulter Electronics, Luton, UK | ||
Dehydrated Culture Media: Noble Agar | BD Difco | BD 214220 | |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | D2650 | |
Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium/Nutrient Mixture F-12 Ham | Sigma-Aldrich | D6434 | |
EBM-2 Endothelial Cell Growth Basal Medium-2 | Lonza | 190860 | |
Ethidium homodimer | Sigma-Aldrich | 46043 | |
Fetal Calf Serum (FCS) | Thermo Fisher Scientific | SH30070 | |
Fetal Calf Serum Charcoal Stripped (FCS sf) | Thermo Fisher Scientific | SH3006803 | |
Fluorescence stereo microscopes Leica M205 FA | Leica Microsystems | ||
GlutaMAX Supplement (100x) | Gibco | 35050038 | |
HBSS, no calcium, no magnesium, no phenol red | Gibco | 14175053 | |
Hoechst 33342 | Life Technologies | H3570 | |
HUVEC – Human Umbilical Vein Endothelial Cells | Lonza | CC-2517 | |
ImageJ | National Institute of Health, USA | Wayne Rasband Version: 1.52a (64-bit) |
|
Ki67 | Cell Marque | 275R-16 | monoclonal rabbit ab, clone SP6 |
Leica Histocore Multicut Rotary Microtome | 149MULTI0C1 | ||
Low Serum Growth Supplement Kit (LSGS Kit) | Gibco | S003K | |
MCF-7 cells – human breast adenocarcinoma cell line | Clinic for Gynecology, University Hospital Zurich | Provived from Dr Andrè Fedier obtained from ATCC | |
Nunclon Sphera 96U-well plate | Thermo Fisher Scientific | 174925 | |
Paraformaldehyde (PFA) | Sigma-Aldrich | P6148 | |
Phosphate-buffered saline (PBS) 1x | Gibco | 10010015 | |
Pierce BCA Protein Assay Kit | Thermo Scientific | 23225 | |
Protein Lysis Buffer | Cell Signaling, Danvers, USA | 9803 | |
Quick-RNA Miniprep Kit | Zymo Research | R1055 | |
RNA Lysis Buffer | Zymo Research | R1060-1-100 | Contents in Quick-RNA Miniprep Kit |
Rotina 46R Centrifuge | Hettich | ||
Round-Bottom Polystyrene Tubes, 5 mL | Falcon | 352003 | |
Sonicator | Bandelin electronics, Berlin, DE | ||
Tecan Infinite series M200 microplate reader | Tecan, Salzburg, AU | ||
Tissue Culture Flasks 75 | TPP | 90076 | |
Trypsin-EDTA solution | Sigma-Aldrich | T3924 |