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Method Article
Un système de modèle in vitro a été développé pour capturer des changements architecturaux de tissu pendant le carcinome squamous de poumon (LUSC) progression dans une co-culture 3 dimensions (3D) avec des fibroblastes cancer-associés (CAFs). Ce système organoïde fournit une plate-forme unique pour étudier les rôles de divers changements tumoraux-intrinsèques et extrinsèques qui modulent le phénotype tumoral.
Les interactions tumeur-stroma jouent un rôle critique dans le développement du carcinome squamous pulmonaire (LUSC). Cependant, la compréhension de la façon dont ces interactions dynamiques contribuent aux changements architecturaux tissulaires observés pendant la tumorigenesis reste difficile en raison de l’absence de modèles appropriés. Dans ce protocole, nous décrivons la génération d’un modèle de coculture 3D utilisant une culture cellulaire primaire LUSC connue sous le nom de TUM622. Des cellules TUM622 ont été établies à partir d’un xénogreffe dérivé du patient LUSC (PDX) et ont la propriété unique pour former des structures acinar-like une fois ensemencées dans une matrice de membrane de sous-sol. Nous démontrons que l’acini TUM622 dans la coculture 3D récapitule les principales caractéristiques de l’architecture tissulaire pendant la progression de LUSC ainsi que les interactions dynamiques entre les cellules de LUSC et les composants du microenvironnement tumoral (TME), y compris l’extracellulaire (ECM) et les fibroblastes associés au cancer (CPF). Nous adaptons également notre protocole principal de culturisation 3D pour démontrer comment ce système pourrait être utilisé pour diverses analyses en aval. Dans l’ensemble, ce modèle organoïde crée une plate-forme biologiquement riche et adaptable qui permet d’obtenir un aperçu des mécanismes cellulaires intrinsèques et extrinsèques qui favorisent la perturbation des architectures épithéliales pendant la progression du carcinome et aidera la recherche de nouvelles cibles thérapeutiques et de marqueurs diagnostiques.
Le cancer du poumon est la principale cause de mortalité liée au cancer dans le monde. Le carcinome épidermoïde pulmonaire (LUSC), qui est le deuxième type le plus commun de cancer du poumon non à petites cellules (NSCLC) et représente environ 30% de tous les cancers du poumon, est souvent diagnostiqué à des stades avancés et a un mauvais pronostic1. Les options de traitement pour les patients de LUSC sont un besoin non satisfait majeur qui peut être amélioré par une meilleure compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires sous-jacents qui conduisent la tumorigenesis de LUSC.
Comme pour la plupart des cancers humains, la pathogénie de LUSC se caractérise par la perturbation de l’architecture des tissus épithéliaux intacts et bienordonnés 2. Au cours de ce processus, la polarité apical-basale appropriée de cellules, les contacts de cellule-cellule-cellule-matrice sont perdus, permettant la croissance incontrôlée et le comportement invasif des cellules de tumeur. Il est maintenant largement apprécié que les caractéristiques malignes des cellules cancéreuses ne peuvent pas se manifester sans un interaction importante entre les cellules cancéreuses et leur microenvironnement tumoral local (TME)3. Composants clés du TME, y compris la matrice extracellulaire (ECM), les fibroblastes associés au cancer (CF) ainsi que les cellules endothéliales et les cellules immunitaires infiltrées façonnent activement le TME et stimulent la tumorigenesis4. Néanmoins, notre compréhension actuelle de la façon dont les cellules tumorales et ces composants clés dans le TME interagissent pour conduire des changements architecturaux de tissu pendant la progression de LUSC est très limitée.
La culture tridimensionnelle (3D) est un outil important pour étudier les activités biologiques des changements cellulaires-intrinsèques et extrinsèques dans la régulation des changements architecturaux tissulaires dans les tissus normaux et malades5. Les cultures 3D fournissent le contexte structurel et fonctionnel approprié qui fait habituellement défaut dans les cultures bidimensionnelles traditionnelles (2D). Les dimensions ajoutées de ces systèmes imitent plus étroitement l’in vivo tissulaire dans beaucoup d’aspects de la physiologie cellulaire et des comportements cellulaires, y compris la prolifération, la différenciation, la migration, l’expression de protéine et la réponse au traitement de drogue. Ces dernières années, les efforts de divers laboratoires ont conduit au développement de modèles in vitro 3D à la fois pour le poumon normal ainsi que NSCLC6,7,8. Cependant, un modèle pour le carcinome squamous de poumon qui peut récapituler les changements architecturaux dynamiques de tissu pendant la tumorigenesis aussi bien qu’incorporer des composants stromaux clés n’était pas disponible.
Ici, nous décrivons les méthodes pour établir un nouveau système de coculture 3 dimensions (3D) à l’aide de cellules LUSC primaires dérivées de PDX (appelées TUM622) et CAFs9,10. Les deux TUM622 et CAFs sont dérivés du patient de NSCLC présentant les tumeurs mal différenciées10. Lorsqu’il est incorporé comme cellules simples dans ECM, une sous-population rare de cellules TUM622 ont la capacité de former des organoïdes avec des structures acinar-like qui affichent la polarité apical-basale appropriée de cellules. Ces structures acinar-like sont hyperplastiques, montrent l’expression hétérogène des marqueurs de tige-comme et de différenciation semblables à la tumeur originale tout en restant non-invasive, et imitent ainsi le stade le plus tôt du développement de LUSC. Fait important, nous avons montré que l’architecture tissulaire des structures acinar-like pourrait être modifiée par l’inhibition des voies de signalisation cellulaire-intrinsèques avec de petits inhibiteurs de molécule ou l’ajout de composants clés dans les ECM tels que les CAF, ce dernier qui améliore la formation d’acini et provoque davantage l’acini à devenir envahissant quand à proximité. Ensemble, ces données suggèrent que ce système de co-culture 3D des organoïdes LUSC fournit une plate-forme précieuse pour l’étude de la réciprocité dynamique entre les cellules LUSC et le TME et pourrait être adapté pour surveiller la réponse des cellules LUSC au traitement médicamenteux11.
1. Passaging et Culturing TUM622 Cellules et CAF dans les cultures 2D
2. Plating TUM622 Cellules dans la matrice extracellulaire pour culturing 3D
3. Coculturing 3D des cellules et DES CAF TUM622 dans la matrice extracellulaire
4. Récolte TUM622 Acini pour l’extraction d’ARN/protéine et le tri cellulaire activé par fluorescence (FACS)
5. Immunofluorescence de TUM622 Acini
6. Préparation d’échantillons de culture 3D pour l’immunohistochimie
7. 3D Cytotoxicity Assay for Compound Screening (Exemple pour une plaque de 96 puits)
TUM622 et LES CPF dans la culture 2D
La figure 1 présente la morphologie typique des cellules TUM622 et des CIF dans la culture 2D. Les cellules TUM622 sont arrondies avec de grands noyaux tandis que les CF sont plats et allongés. Les cellules TUM622 peuvent atteindre 80%-90% confluency dans la culture. Une prolifération accrue conduit à plus de cellules, mais plus petites, regroupées dans des colonies qui n’entrent pas en contact d...
Les tumeurs sont des tissus hétérogènes composés de cellules cancéreuses coexistant côte à côte avec des cellules stromales telles que les fibroblastes associés au cancer, les cellules endothéliales et les cellules immunitaires dans l’ECM. Ensemble, ces divers composants parlent et influencent le microenvironnement tumoral, jouant un rôle actif dans la conduite de tumorigenesis, un processus qui implique des changements progressifs dans l’architecture tumorale. Idéalement, un modèle in vitro de développ...
Les auteurs sont des employés et des actionnaires de Pfizer Inc.
Nous remercions Magali Guffroy, John Kreeger et Stephani Bisulco du groupe Pfizer-Oncology Histopathology and Biomarker pour leur soutien en pathologie/histologie et Michael Arensman pour examen critique du manuscrit. Nous remercions également le Programme postdoctoral Pfizer et le groupe de R-D en oncologie, en particulier Robert Abraham, Puja Sapra, Karen Widbin et Jennifer Tejeda pour leur soutien au programme.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Bronchial Epithelial Growth Medium | Lonza | CC-3170 | BEGM |
Cell Strainer 40um | ThermoFisher | 352340 | For passing TUM622 cells |
Cleaved Caspase 3 antibody | Cell Signaling Technology | 9661 (RRID:AB_2341188) | Rabbit |
CoolRack CFT30 | Biocision | BCS-138 | For 3D culture |
CoolSink XT96F | Biocision | BCS-536 | For 3D culture |
Cultrex 3D Cell Harvesting Kit | Bio-Techne | 3448-020-K | |
Cultrex (preferred for co-culture) | Bio-Techne | 3443-005-01 | For 3D culture |
CXCR4 antibody | Abcam | Ab124824 (RRID:AB_10975635) | Rabbit |
E-cadherin antibody | BD Biosciences | 610182 (RRID:AB_397581) | Mouse |
GelCount | Oxford Optronix | For Acini counts and measurements | |
GM130 antibody | BD Biosciences | 610822 (RRID:AB_398141) | Mouse |
Goat Serum | Vector Labs | S1000 (RRID:AB_2336615) | For Immunofluorescence |
Heat-inactivated FBS | Gibco | 10082-147 | For CAFs |
Histology sample gel | Richard Allan Scientific | HG-4000-012 | For Immunofluorescence |
Integrin alpha 6 antibody | Millipore Sigma | Mab1378 (RRID:AB_2128317) | Rat |
Involucrin antibody | Abcam | Ab68 (RRID:AB_305656) | Mouse |
Ki67 antibody | Abcam | Ab15580 (RRID:AB_443209) | Rabbit |
Lab-Tec II chambered #1.5 German Coverglass System | Nalge Nunc International | 155379 (2) | For 3D culture |
Lab-Tec II chambered #1.5 German Coverglass System | Nalge Nunc International | 155409 (8) | For 3D culture |
L-Glutamine | Gibco | 25030-081 | For CAFs |
Matrigel (preferred for mono-culture) | Corning | 356231 | For 3D culture |
p63 antibody | Cell Signaling Technology | 13109 (SRRID:AB_2637091) | Rabbit |
Pen/Strep | Gibco | 15140-122 | For CAFs |
ReagentPack Subculture Reagents | Lonza | CC-5034 | For TUM622 cell dissociation |
RPMI | ThermoFisher | 11875-093 | For CAFs |
Sox2 antibody | Cell Signaling Technology | 3579 (RRID:AB_2195767) | Rabbit |
TrypLE Express | Gibco | 12604-021 | For CAF dissociation |
Vi-Cell | Bechman Coulter | Automatic cell counter | |
Vimentin antibody | Abcam | Ab92547 (RRID:AB_10562134) | Rabbit |
β-catenin antibody | Cell Signaling Technology | 2677s (RRID:AB_1030943) | Mouse |
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