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Method Article
Ce protocole présente un système original, robuste, et reproductible de culture pour générer et faire croître les sphéroïdes tridimensionnels des cellules caco2 d’adénocarcinome de deux points. Les résultats fournissent la première preuve de concept de la pertinence de cette approche pour étudier la biologie des cellules souches cancéreuses, y compris la réponse à la chimiothérapie.
Les cancers colorectaux sont caractérisés par une hétérogénéité et une organisation hiérarchique comprenant une population de cellules souches cancéreuses (CSC) responsables du développement tumoral, de l’entretien et de la résistance aux médicaments. Une meilleure compréhension des propriétés du SCC pour leur ciblage spécifique est donc une condition préalable à l’efficacité d’un traitement. Cependant, il y a un manque de modèles précliniques appropriés pour des enquêtes approfondies. Bien que les variétés de cellule bidimensionnelles in vitro de cancer (2D) fournissent des aperçus valables dans la biologie de tumeur, elles ne répliquent pas l’hétérogénéité phénotypique et génétique de tumeur. En revanche, les modèles tridimensionnels (3D) abordent et reproduisent la complexité quasi physiologique du cancer et l’hétérogénéité cellulaire. L’objectif de ces travaux était de concevoir un système de culture 3D robuste et reproductible pour étudier la biologie du CSC. La méthodologie actuelle décrit le développement et l’optimisation des conditions pour générer des sphéroïdes 3D, qui sont homogènes dans la taille, des cellules caco2 d’adénocarcinome de deux points, un modèle qui peut être employé pour la culture à long terme. D’une manière primordiale, dans les sphéroïdes, les cellules qui ont été organisées autour de lumen-comme des structures, ont été caractérisées par des modèles différentiels de prolifération cellulaire et par la présence de CSCs exprimant un panneau de marqueurs. Ces résultats fournissent la première preuve de concept de la pertinence de cette approche 3D pour étudier l’hétérogénéité cellulaire et la biologie du CSC, y compris la réponse à la chimiothérapie.
Le cancer colorectal (CCR) reste la deuxième cause de décès associés au cancer dans le monde1. Le développement du CRC est le résultat d’une acquisition et d’une accumulation progressives de mutations génétiques et/ou d’altérations épigénétiques2,3,notamment l’activation d’oncogènes et l’inactivation de gènes suppresseurs detumeurs 3,4. De plus, des facteurs non génétiques (p. ex. le microenvironnement) peuvent contribuer à la transformation oncogène et la promouvoir, et ainsi participer à l’évolution des CRC5. Il est important de faire en sorte que les CRC soient composés de différentes populations cellulaires, notamment de CSC indifférenciés et de cellules tumorales en vrac présentant certains traits de différenciation, qui constituent une structure hiérarchique rappelant l’organisation de l’épithélium dans une crypte normale du côlon6,7.
Les CSC sont considérés comme responsables de l’aspect tumoral8,de son maintien et de sa croissance, de sa capacité métastatique et de sa résistance aux thérapies conventionnelles6,7. Dans les tumeurs, les cellules cancéreuses, y compris les CSC, présentent un niveau élevé d’hétérogénéité et de complexité en termes de profils mutationnels et épigénétiques distincts, de différences morphologiques et phénotypiques, d’expression génique, de métabolisme, de taux de prolifération et de potentiel métastatique9. Par conséquent, pour mieux comprendre la biologie du cancer, la progression tumorale et l’acquisition de la résistance à la thérapie et sa traduction en traitements efficaces, les modèles précliniques humains capturant cette hétérogénéité et cette hiérarchie du cancer sont importants10,11.
Les lignées cellulaires in vitro du cancer 2D sont utilisées depuis longtemps et fournissent des informations précieuses sur le développement tumoral et les mécanismes sous-jacents à l’efficacité des molécules thérapeutiques. Cependant, leur limitation en ce qui concerne l’absence de l’hétérogénéité phénotypique et génétique trouvée dans les tumeurs originales est maintenant largement reconnue12. De plus, les nutriments, l’oxygène, les gradients de pH et le microenvironnement tumoral ne sont pas reproduits, le microenvironnement étant particulièrement important pour le maintien des différents types de cellules, y compris les CSC11,12. Pour surmonter ces principaux inconvénients, plusieurs modèles 3D ont été développés pour traiter et reproduire expérimentalement la complexité et l’hétérogénéité des cancers. En effet, ces modèles récapitulent l’hétérogénéité cellulaire tumorale, les interactions cellule-cellule, et l’architecture spatiale, semblables à celles observées in vivo12,13,14. Les organoïdes tumoraux primaires établis à partir de tumeurs fraîches, ainsi que des sphéroïdes dérivés de la lignée cellulaire, sont largement employés15,16.
Les sphéroïdes peuvent être cultivés d’une manière sans échafaudage ou basée sur l’échafaudage pour forcer les cellules à se former et à se développer dans des agrégats cellulaires. Les méthodes sans échafaudage sont basées sur la culture de cellules dans des conditions non adhérentes (par exemple, la méthode de suspension-goutte ou les plaques de fixation ultra-basses), tandis que les modèles à base d’échafaudages reposent sur des biomatériaux naturels, synthétiques ou hybrides pour les cellules de culture12,13,14. Les sphéroïdes à base d’échafaudage présentent différents inconvénients car la formation finale des sphéroïdes dépendra de la nature et de la composition du (bio)matériau utilisé. Bien que les méthodes de sphéroïdes sans échafaudage disponibles jusqu’à présent ne reposent pas sur la nature du substrat, elles génèrent des sphéroïdes dont la structure et la taillevarient 17,18.
Ce travail visait à concevoir un système de culture 3D robuste et reproductible d’asphéroïdes, de taille homogène, composé de cellules d’adénocarcinome du côlon Caco2 pour étudier la biologie du CSC. Les cellules Caco2 présentent un intérêt particulier en raison de leur capacité à se différencier au fil du temps19,20,suggérant fortement un potentiel de type radical. En conséquence, la culture à long terme des sphéroïdes a indiqué la présence de différentes populations de CSC avec différentes réponses à la chimiothérapie.
REMARQUE : Les détails de tous les réactifs et matériaux sont répertoriés dans la table des matériaux.
1. Formation de sphéroïdes
2. Surveillance de la croissance des sphéroïdes
3. Immunofluorescence (FI) et coloration histologique
4. Extraction de l’ARN, réaction en chaîne de la transcription-polymérase inverse (RT-PCR) et RT-PCR quantitative (qRT-PCR)
Comme le manque d’homogénéité dans la taille des sphéroïdes est l’un des principaux inconvénients des systèmes de culture sphéroïde 3D actuellement disponibles13,le but de ce travail était de mettre en place un protocole fiable et reproductible pour obtenir des sphéroïdes homogènes. Tout d’abord, pour établir des conditions de travail idéales, différents nombres de cellules Caco2 ont été testés, allant de 50 à 2 000 cellules par microwell ...
Les modèles 3D in vitro surmontent les principaux inconvénients expérimentaux des cultures de cellules cancéreuses 2D, car ils semblent être plus fiables pour récapituler les caractéristiques tumorales typiques, y compris le microenvironnement et l’hétérogénéité cellulaire. Les modèles 3D couramment utilisés de sphéroïdes sont sans échafaudage (cultivés dans des conditions de faible fixation) ou à base d’échafaudage (en utilisant des biomatériaux pour faire culturer des cellules). Ces méthodes p...
Les auteurs n’ont rien à divulguer
Nous reconnaissons les plateformes d’imagerie et d’histologie de recherche anipathique (CRCL, CLB). Nous sommes redevables à la pharmacie de l’Hôpital du Centre Léon Bérard (CLB) pour le don de type FOLFOX et FOLFIRI. Nous remercions également Brigitte Manship pour la lecture critique du manuscrit. Les travaux ont été soutenus par le FRM (Equipes FRM 2018, DEQ20181039598) et par l’Inca (PLBIO19-289). MVG et LC ont reçu le soutien du FRM et CF a reçu le soutien de la fondation ARC et du Centre Léon Bérard.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
37 µm Reversible Strainer, Large | STEMCELL Technologies | 27250 | To be used with 50 mL conical tubes |
5-Fluorouracil | Gift from Pharmacy of the Centre Leon Berard (CLB) | - | stock solution, 5 mg/100 mL; final concentration, 50 µg/mL |
Agarose | Sigma | A9539 | |
Aggrewell 400 24-well plates | STEMCELL Technologies | 34411 | 1,200 microwells per well for spheroid formation and growth |
Anti Caspase3 - Rabbit | Cell Signaling | 9661 | dilution 1:200 |
Anti Musashi-1 (14H1) - Rat | eBioscience/Thermo Fisher | 14-9896-82 | dilution 1:500 |
Anti-Adherence Rinsing Solution x 100 mL | STEMCELL Technologies | 07010 | |
Anti-CD133 (13A4) - Rat | Invitrogen | 14-133-82 | dilution 1:100 |
Anti-CD44 -Rabbit | Abcam | ab157107 | dilution 1:2000 |
Anti-PCNA - Mouse | Dako | M0879 | dilution 1:1000 |
Anti-β-catenin - Mouse | Santa Cruz Biotechnology | sc-7963 | dilution 1:50 |
Black multiwell plates | Thermo Fisher Scientific | 237108 | |
Citric Acid Monohydrate | Sigma | C1909 | |
CLARIOstar apparatus | BMG Labtech | microplate reader | |
Dako pen | marker pen to mark circles on slides for creating barriers for liquids | ||
Donkey anti-Mouse IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 | Thermo Fisher Scientific | A21202 | dilution 1:1000 |
Donkey anti-Mouse IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 568 | Thermo Fisher Scientific | A10037 | dilution 1:1000 |
Donkey anti-Rabbit IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 | Thermo Fisher Scientific | A21206 | dilution 1:1000 |
Donkey anti-Rabbit IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 568 | Thermo Fisher Scientific | A10042 | dilution 1:1000 |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) Glutamax (L-alanyl-L-glutamine dipeptide) | Gibco | 10569010 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | 16000044 | |
Fluorogel mounting medium with DAPI | Interchim | FP-DT094B | |
Goat anti-Rat IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 568 | Thermo Fisher Scientific | A11077 | dilution 1:1000 |
ImageJ software | Spheroid image analysis | ||
Irinotecan | Gift from Pharmacy CLB | - | stock solution, 20 mg/mL; final concentration, 100 µg/mL |
iScript reverse transcriptase | Bio-Rad | 1708891 | |
Leucovorin | Gift from Pharmacy CLB | - | stock solution, 50 mg/mL; final concentration, 25 µg/mL |
Matrigel Basement Membrane Matrix | Corning | 354234 | Basement membrane matrix |
Nucleospin RNA XS Kit | Macherey-Nagel | 740902 .250 | |
Oxaliplatin | Gift from Pharmacy CLB | - | stock solution, 100 mg/20 mL;final concentration, 10 µg/mL |
Penicillin-streptomycin | Gibco | 15140130 | |
Phosphate Buffer Saline (PBS) | Gibco | 14190250 | |
SYBR qPCR Premix Ex Taq II (Tli RNaseH Plus) | Takara | RR420B | |
SYTOX- Green | Thermo Fisher Scientific | S7020 | nucleic acid stain; dilution 1:5000 |
Trypsin-EDTA (0.05 %) | Gibco | 25300062 | |
Zeiss-Axiovert microscope | inverted microscope for acquiring images of spheroids |
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