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Method Article
Questo protocollo presenta un nuovo sistema di coltura robusto e riproducibile per generare e far crescere sferoidi tridimensionali dalle cellule adenocarcinoma del colon Caco2. I risultati forniscono la prima prova di concetto per l'appropriatezza di questo approccio allo studio della biologia delle cellule staminali tumorali, compresa la risposta alla chemioterapia.
I tumori colorettali sono caratterizzati da eterogeneità e da un'organizzazione gerarchica che comprende una popolazione di cellule staminali tumorali (CSC) responsabili dello sviluppo, del mantenimento e della resistenza ai farmaci del tumore. Una migliore comprensione delle proprietà CSC per il loro targeting specifico è, quindi, un prerequisito per una terapia efficace. Tuttavia, vi è una scarsità di modelli preclinici adatti per indagini approfondite. Sebbene le linee cellulari tumorali bidimensionali (2D) in vitro forniscano preziose informazioni sulla biologia tumorale, non replicano l'eterogeneità fenotipico e genetico del tumore. Al contrario, i modelli tridimensionali (3D) affrontano e riproducono la complessità quasi fisiologica del cancro e l'eterogeneità cellulare. Lo scopo di questo lavoro era quello di progettare un sistema di coltura 3D robusto e riproducibile per studiare la biologia CSC. La presente metodologia descrive lo sviluppo e l'ottimizzazione delle condizioni per generare sferoidi 3D, di dimensioni omogenee, dalle cellule adenocarcinoma del colon Caco2, un modello che può essere utilizzato per la coltura a lungo termine. È importante sottolineare che, all'interno degli sferoidi, le cellule che erano organizzate attorno a strutture simili a lume, erano caratterizzate da schemi di proliferazione cellulare differenziale e dalla presenza di CSC che esprimevano un pannello di marcatori. Questi risultati forniscono la prima prova del concetto per l'appropriatezza di questo approccio 3D allo studio dell'eterogeneità cellulare e della biologia CSC, inclusa la risposta alla chemioterapia.
Il cancro del colon-retto (CRC) rimane la seconda causa principale di decessi associati al cancro nel mondo1. Lo sviluppo del CRC è il risultato di una progressiva acquisizione e accumulo di mutazioni genetiche e/o alterazioni epigenetiche2,3,compresa l'attivazione di oncogeni e l'inattivazione dei geni soppressori del tumore3,4. Inoltre, i fattori non genetici (ad esempio il microambiente) possono contribuire e promuovere la trasformazione oncogenica e quindi partecipare all'evoluzione deiCPC 5. È importante sottolineare che i CPC sono composti da diverse popolazioni cellulari, tra cui CSC indifferenziati e cellule tumorali di massa che mostrano alcuni tratti di differenziazione, che costituiscono una struttura gerarchica che ricorda l'organizzazione dell'epitelio in una normale cripta del colon6,7.
I CSC sono considerati responsabili dell'aspettotumorale 8,del suo mantenimento e crescita, della capacità metastatica e della resistenza alle terapieconvenzionali 6,7. All'interno dei tumori, le cellule tumorali, comprese le CSC, mostrano un alto livello di eterogeneità e complessità in termini di profili mutazionali ed epigenetici distinti, differenze morfologiche e fenotipiche, espressione genica, metabolismo, tassi di proliferazione e potenziale metastatico9. Pertanto, per comprendere meglio la biologia del cancro, la progressione del tumore e l'acquisizione della resistenza alla terapia e la sua traduzione in trattamenti efficaci, i modelli preclinici umani che catturano questa eterogeneità e gerarchia del cancrosono importanti 10,11.
Le linee cellulari tumorali 2D in vitro sono state utilizzate per molto tempo e forniscono preziose informazioni sullo sviluppo del tumore e sui meccanismi alla base dell'efficacia delle molecole terapeutiche. Tuttavia, la loro limitazione rispetto alla mancanza di eterogeneità fenotipico e genetica riscontrata nei tumori originali è ora ampiamentericonosciuta 12. Inoltre, i nutrienti, l'ossigeno, i gradienti di pH e il microambiente tumorale non vengono riprodotti, poiché il microambiente è particolarmente importante per il mantenimento di diversi tipi di cellule tra cui CSC11,12. Per superare questi principali inconvenienti, sono stati sviluppati diversi modelli 3D per affrontare e riprodurre sperimentalmente la complessità e l'eterogeneità dei tumori. In effetti, questi modelli ricapitolano l'eterogeneità cellulare tumorale, le interazioni cellula-cellula e l'architettura spaziale, simili a quelle osservate in vivo12,13,14. Gli organoidi tumorali primari stabiliti da tumori freschi, così come gli sferoidi derivati dalla linea cellulare, sono in granparte impiegati 15,16.
Gli sferoidi possono essere coltivati in modo privo di impalcature o impalcature per costringere le cellule a formarsi e crescere in aggregati cellulari. I metodi senza impalcature si basano sulla coltura di cellule in condizioni non aderenti (ad esempio, il metodo della caduta sospesa o piastre di fissaggio ultra-basse), mentre i modelli a base di impalcature si basano su biomateriali naturali, sintetici o ibridi percoltura delle celle 12,13,14. Gli sferoidi a base di impalcature presentano diversi svantaggi in quanto la formazione finale dello sferoide dipenderà dalla natura e dalla composizione del (bio)materiale utilizzato. Sebbene i metodi sferoidi senza impalcature disponibili finora non si affidino alla natura del substrato, generano sferoidi che variano nella struttura enelle dimensioni 17,18.
Questo lavoro era finalizzato alla progettazione di un robusto e riproducibile sistema di coltura 3D di sferoidi, di dimensioni omogenee, composto da cellule adenocarcinoma del colon Caco2 per studiare la biologia CSC. Le cellule Caco2 sono di particolare interesse per la loro capacità di differenziarsinel tempo 19,20, suggerendo fortemente un potenziale simile a quello delle staminali. Di conseguenza, la cultura a lungo termine degli sferoidi ha rivelato la presenza di diverse popolazioni CSC con diverse risposte alla chemioterapia.
NOTA: I dettagli di tutti i reagenti e materiali sono elencati nella tabella dei materiali.
1. Formazione di sferoidi
2. Monitoraggio della crescita degli sferoidi
3. Immunofluorescenza (IF) e colorazione istologica
4. Estrazione dell'RNA, reazione a catena inversa trascrizione-polimerasi (RT-PCR) e RT-PCR quantitativa (qRT-PCR)
Poiché la mancanza di omogeneità nelle dimensioni degli sferoidi è uno dei principali svantaggi dei sistemi di coltura 3D sferoideattualmente disponibili 13, loscopo di questo lavoro era quello di creare un protocollo affidabile e riproducibile per ottenere sferoidi omogenei. In primo luogo, per stabilire condizioni di lavoro ideali, sono stati testati diversi numeri di cellule Caco2, che vanno da 50 a 2.000 cellule per microwell/sferoide utilizzando piastre ded...
I modelli 3D in vitro superano i principali svantaggi sperimentali delle colture di cellule tumorali 2D, in quanto sembrano essere più affidabili nel ricapitolare le caratteristiche tumorali tipiche tra cui microambiente ed eterogeneità cellulare. I modelli 3D comunemente usati di sferoidi sono senza impalcature (coltivati in condizioni di basso attacco) o basati su impalcature (usando biomateriali per coltura di cellule). Questi metodi presentano diversi svantaggi in quanto dipendono dalla natura dell'impalcatura util...
Gli autori non hanno nulla da rivelare
Riconosciamo le piattaforme istografiche di imaging e Anipath recherche (CRCL, CLB). Siamo in debito con la farmacia del Centre Léon Bérard (CLB) Hospital per il tipo di regalo di FOLFOX e FOLFIRI. Ringraziamo anche Brigitte Manship per la lettura critica del manoscritto. Il lavoro è stato supportato dal FRM (Equipes FRM 2018, DEQ20181039598) e dall'Inca (PLBIO19-289). MVG e LC hanno ricevuto il sostegno della FRM e della CF ricevuta dalla fondazione ARC e dal 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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