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Aqui, descrevemos a implementação e interpretação dos resultados de um ensaio quantitativo de auto-renovação in vitro mammosphere.
A glândula mamária é caracterizada por uma extensa capacidade de regeneração, uma vez que passa por enormes alterações hormonais ao longo do ciclo de vida de uma fêmea. O papel das células-tronco mamárias (MaSCs) é amplamente estudado tanto no contexto fisiológico/desenvolvimentico quanto no que diz respeito à carcinogênese mamária. Nesse aspecto, os estudos ex vivo focados em propriedades do MaSC são muito procurados. As culturas mammosphere representam um substituto da formação de órgãos e tornaram-se uma ferramenta valiosa para pesquisas básicas e translacionais. Aqui, apresentamos um protocolo detalhado para a geração de culturas mamoesferas primárias murina e a quantidade de propriedades de crescimento do MaSC. O protocolo inclui coleta e digestão de glândulas mamárias, isolamento das células epiteliais mamárias primárias (MECs), estabelecimento de culturas primárias de mamoesfera, passaging em série, quantidade de parâmetros de crescimento da mamosphere e interpretação dos resultados. Como exemplo, apresentamos o efeito da expressão de micmy constitutiva de baixo nível sobre mecs normais, levando a uma maior auto-renovação e proliferação.
O isolamento e a cultura in vitro das células-tronco e progenitoras epiteliais mamárias tornaram-se essenciais para a compreensão de suas propriedades na biologia celular mamária. O rastreamento de linhagem elegante e os ensaios de transplante em série permitiram o estudo de células-tronco (SCs) e outros subconjuntos de tecidos no contexto de seu nicho in vivo. No entanto, essa abordagem é demorada e requer a geração de modelos de mouse repórter1,2,3,4,5. Portanto, a cultura in vitro e a propagação de células-tronco mamárias (MaSCs), poupando características fundamentais de caule, ou seja, capacidade de auto-renovação e diferenciação, é um dos maiores desafios no campo. Nos últimos anos, o ensaio mammosphere tem sido amplamente utilizado para modelar tanto o tecido mamato normal e o crescimento do câncer de mama, para quantificar SCs normais ou câncer (CSCs) e avaliar a sua capacidade de auto-renovação como um repórter substituto de sua atividade em seu respectivo contexto in vivo6,7,8,9,10,11.
O ensaio mammosphere é uma abordagem eficiente e rentável, na qual as células epiteliais mamárias recém-isoladas (MECs) são cultivadas em condições não aderentes, com a premissa de que apenas os MaSCs sobreviverão e formarão esferas em suspensão, enquanto todos os outros tipos de células morrerão por anoikis. Além disso, a capacidade de formar várias gerações de mamoesferas em passagens não aderentes em série está relacionada à capacidade de auto-renovação dos MaSCs6,9,11. Aqui, descrevemos um protocolo detalhado de um ensaio quantitativo mammosphere, que foi inicialmente desenvolvido por Dontu e colegas7 como uma modificação do ensaio pioneiro neurosfera12, permitindo o crescimento de SCs putativos em condições não-aderentes, livre de soro com a adição de fatores de crescimento adequados7,12.
Os procedimentos in vivo foram realizados de acordo com a diretiva da UE 2010/63 e após a aprovação do nosso comité de ética institucional (Organismo para o Bem-Estar Animal --OPBA) e do Ministério da Saúde italiano (IACUC Numbers 762/2015 e 537/2017).
1. Murine Mammary Gland Collection e Digestão
2. Isolamento de MECs primários de murine
3. Serial Mammosphere Re-revestimento
4. Enumeração da esfera usando a análise digital da imagem (DIA)
5. Cálculo da Curva de Crescimento Cumulativo
Nota: O número de mamoesferas contadas em cada poço no final de cada passagem (PN)reflete o número de células iniciando a mamoesfera semeadas no início do PN.
Myc superexpressão em MECs normais, leva a um aumento da freqüência de células iniciando mamoesferas. Isto é conseguido através de um mecanismo duplo: Myc aumenta a taxa de divisões simétricas MaSC e a freqüência de reprogramação de progenitores em novos MaSCs11. Para testar o efeito da baixa expressão constitutiva de Myc, usamos o modelo de camundongo transgênico Rosa26-MycER, no qual a atividade myc pode ser induzida por 4-hidroxitamoxifen (4-OHT)15. Primeiro chapeado os MECs em placas de adesão ultra-baixa de 6 poços para remover fibroblastos, na ausência de 4-OHT. Após a primeira passagem, dividimos a cultura em dois: dois poços foram mantidos sem tratamento (controle) e dois poços foram tratados com 200 nM 4-OHT (MycER). Contamos a esfera e o número de células de 5 passagens consecutivas para três experimentos independentes(Tabela 1). Os números cumulativos de células e esferas por passagem são mostrados na Tabela 2. A indução com 4-OHT leva ao aumento da esfera e das taxas de crescimento celular, como mostrado na Figura 1.
Figura 1: Resultados representativos. Esfera cumulativa (A)e células (B)curvas de crescimento de controle e mammospheres MycER. O desvio médio e padrão de 3 experiências independentes é mostrado. Clique aqui para ver uma versão maior deste número.
1 o revestimento | 2º revestimento | 3º revestimento | 4º revestimento | 5o revestimento | ||||||||||||
Células banhadas | Contagem celular | Contagem da esfera | Células banhadas | Contagem celular | Contagem da esfera | Células banhadas | Contagem celular | Contagem da esfera | Células banhadas | Contagem celular | Contagem da esfera | Células banhadas | Contagem celular | Contagem da esfera | ||
Exp1 Exp1 | Controle | 77,000 | 50,000 | 31 | 65,000 | 58,500 | 41 | 57,000 | 30,000 | 32 | 30,000 | 22,000 | 5 | 22,000 | 0 | 0 |
77,000 | 81,000 | 41 | 65,000 | 55,000 | 23 | |||||||||||
MycER MycER | 77,000 | 31,0000 | 193 | 80,000 | 375,000 | 323 | 80,000 | 380,000 | 217 | 80,000 | 220,000 | 223 | 80,000 | 170,000 | 155 | |
77,000 | 110,000 | 142 | 80,000 | 505,000 | 396 | 80,000 | 270,000 | 149 | 80,000 | 290,000 | 194 | 80,000 | 250,000 | 160 | ||
Exp2 Exp2 | Controle | 75,000 | 75,000 | 71 | 60,000 | 17,000 | 34 | 28,000 | 45,000 | 29 | 45,000 | 13,000 | 2 | 13,000 | 0 | 0 |
75,000 | 47,000 | 45 | 60,000 | 11,000 | 47 | |||||||||||
MycER MycER | 75,000 | 200,000 | 188 | 80,000 | 225,000 | 277 | 80,000 | 230,000 | 155 | 80,000 | 210,000 | 211 | 80,000 | 100,000 | 95 | |
75,000 | 250,000 | 192 | 80,000 | 202,500 | 283 | 80,000 | 305,000 | 185 | 80,000 | 160,000 | 237 | 80,000 | 100,000 | 133 | ||
Exp3 Exp3 | Controle | 82,500 | 130,000 | 121 | 80,000 | 45,000 | 105 | 80,000 | 110,000 | 86 | 80,000 | 58,500 | 75 | 58,500 | 58,500 | 78 |
82,500 | 125,000 | 177 | 80,000 | 71,250 | 42 | |||||||||||
MycER MycER | 82,500 | 325,000 | 457 | 80,000 | 610,000 | 327 | 80,000 | 367,000 | 309 | 80,000 | 500,000 | 260 | 80,000 | 115,000 | 146 | |
82,500 | 475,000 | 463 | 80,000 | 455,000 | 392 | 80,000 | 415,000 | 204 | 80,000 | 470,000 | 295 | 80,000 | 185,000 | 161 |
Tabela 1: Números de esferas contadas e números de células banhadas e contadas em cada passagem.
Tabela 2: Cálculo de números de esferas banhadas e números cumulativos de esferas e celulares. Clique aqui para ver uma versão maior desta tabela. (Clique direito para download.)
Aqui, descrevemos um protocolo para a descrição quantitativa das propriedades de crescimento do MaSC in vitro. Como exemplo, apresentamos o efeito da expressão míctica constitutiva de baixo nível nos MaSCs normais de urina. Esta abordagem, no entanto, pode ser igualmente aplicada a vários contextos. As células primárias humanas ou murine, bem como linhas celulares estabelecidas, podem ser cultivadas em condições independentes de ancoragem para estabelecer culturas mamoesferas que podem ser seriamente passagens. A superexpressão gênica e a interferência de RNA podem ser facilmente introduzidas no protocolo com a adição de um passo de transdução viral no final da primeira passagem (após o passo 3.5). Alternativamente, as células podem ser infectadas em adesão e, em seguida, banhadas como mamoesferas.
Um aspecto crítico do ensaio apresentado aqui é a densidade celular de semeadura, que deve ser baixa o suficiente para evitar a geração de agregados interferindo com a interpretação dos resultados16,17. A morfologia das mamoesferas pode ser informativa para resolver essa ambiguidade. Apenas esferas compactas e redondas devem ser enumeradas no final de cada passagem. Tanto a circularidade dos esferóides como o tamanho devem ser levados em consideração. Utilizando o processo automatizado do DIA, esta etapa é assegurada com os limites adequados de forma objetiva e absoluta. Muitas vezes, os progenitores formarão estruturas acinares ou pequenos aglomerados de células que devem ser excluídos das contagens da mamosfera. Como regra geral, usamos um limiar de 100 μm de diâmetro. Finalmente, deve ser tomado cuidado para evitar a transferência de mammopsheres intactos ou não totalmente dissociados de uma passagem para a próxima. Por outro lado, o excesso de tubulação levará ao aumento da morte celular. Assim, se tais dificuldades forem encontradas, recomendamos o uso de trippsinização leve ou tratamento accutase e passar as esferas dissociadas através de um filtro de 40 μm para garantir a geração de suspensões unicelulares.
A eficiência de formação de esferas (SFE) tem sido usada alternativamente, como substituto da quantidade SC ou CSC ex vivo em culturas mamosphere. SFE é de fato uma medida de células-tronco como em uma determinada população celular. No entanto, representa uma abordagem menos consciente, uma vez que fornece informações apenas em pontos distintos do tempo. O cálculo dos números da esfera cumulativa e a geração de curvas cumulativas de crescimento, em vez disso, possibilita a inferência da taxa de crescimento da cultura a partir do passo inicial de semeadura celular até que a cultura esgote ou, no caso de culturas imortalizadas, para o número desejado de passagens. A avaliação das propriedades de crescimento permite a avaliação do desvio do crescimento exponencial através do coeficiente R2 e, em uma segunda etapa, a avaliação do próprio valor gr.
Importante, curvas cumulativas do crescimento da mammosphere podem ser usadas para avaliar o efeito de inibidores pequenos da molécula ou de outras drogas quimioterápicas seletivamente no nível6,11de CSC. Ao contrário das mamoesferas primárias normais, que funcionalmente esgotam em 5-7 passagens, as mamoesferas tumorais tendem a se expandir indefinidamente. Esse recurso está vinculado à capacidade ilimitada de autorenovação do CSC. Os efeitos sobre a proliferação e a auto-renovação do CSC podem ser dissociados através da geração de curvas de crescimento de células tumorais e mamoesferas, respectivamente. Espera-se que um efeito específico do CSC resulte em uma diminuição da taxa cumulativa de crescimento da mamoesfera, com ou sem efeito sobre a taxa de crescimento cumulativo das células6,11.
Finalmente, outra área de interesse é a do tecido adulto SC reprogramação. Mammospheres totalmente crescidos consistem em uma população de células fenotipicamente heterogêneas, em que apenas uma pequena fração retém características semelhantes às de tronco, incluindo a capacidade de iniciação da mamoesfera e regeneração da glândula mamária após o transplante in vivo6,9,11,18,19. Os progenitores mammary podem ser isolados assim usando ensaios in vitro da etiqueta-retenção6,9,11 ou, ex vivo, usando marcadores de superfície estabelecidos2,3. Notavelmente, progenitores mamárias não sobrevivem à anôikis e são incapazes de formar mamoesferas. A expressão forçada de Myc foi mostrada conferir o potencial da iniciação do mammosphere aos progenitores mammary isolados como PKHneg11,tendo por resultado a geração de uma cultura que possa ser passagem indefinidamente. Da mesma forma, a interferência de reguladores negativos da reprogramação fisiológica pode ser testada usando o mesmo ensaio. Neste contexto, um problema comum que pode surgir é o número limitado de entrada celular. Se a entrada da célula for inferior a 10.000 células, recomendamos a semeadura em placas de 24 poços (no máximo 5.000 células viáveis/mL). No entanto, as condições de cultura independente de ancoragem podem ser provadas como muito duras para marcar a reprogramação, especialmente nos casos em que o efeito de reprogramação não é imediato. Nesses casos, o uso de uma matriz de suporte e culturas organóides tridimensionais poderia ser mais apropriado20.
No geral, o ensaio mammosphere é uma opção rentável que pode ser facilmente empregado para marcar propriedades semelhantes a caules em populações mec normais e tumorais. A abordagem quantitativa tomada neste protocolo facilita as comparações entre culturas realizadas em diferentes condições ou expostas a diversos estímulos. Quando seguido rigorosamente, ele fornece um sistema de modelo ex vivo relativamente simples que permite a desacoplamento dos múltiplos jogadores que definem propriedades de haste in vivo, oferecendo a possibilidade de estudos mecanicistas mais detalhados.
Os autores não têm nada a divulgar.
Agradecemos a Bruno Amati pelo presente gentil do modelo de rato transgênico Rosa26-MycER. Este trabalho foi financiado por doações da WWCR, AIRC, ERC e do Ministério da Saúde italiano para P.G.P. T.V. e X.A. foram apoiados pela FIRC e A.S. por uma subvenção fuv.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
ACK lysis buffer | Lonza | 10-548E | Ammonium-chloride-potassium lysis bufer, 100 mL. |
B27 | Invitrogen | 17504-044 | B27 supplement 50X (10 mL). Final concentration 2% v/v. |
bFGF | Peprotech | 100-18B | Human recombinant fibroblast growth factor - basic, 50 μg. Stock solution 100 μg/μL in Tris 5 mM pH 7.6. Final dilution 0.02% v/v. |
Collagenase | Sigma | C2674 | Collagenase from Clostridium histolyticum. Type I-A, lyophilized powder, 1 g. Stock 20,000 U/mL in DMEM. Final dilution 1% v/v. |
DMEM | Lonza | 12-614F | Dulbecco's modified Eagle's medium |
DPBS | Microgem | S17859L0615 | Dulbecco's phosphate buffered saline |
EGF | Tebu-Bio | AF-100-15 | Recombinant human epithelial growth factor. Stock solution 100 μg/mL in sterile dH2O. Final dilution 0.02% v/v. |
Glutamine | Lonza | 17-605E | L-Glutamine, 200 mM. Final dilution 1% v/v. |
Heparin | PharmaTex | 34692032 | Stock concentration 5,000 IU/mL. Final dilution 0.008% v/v. |
Hyaluronidase | Sigma | H4272 | Type IV-S, powder, 750-3,000 U/mg solid, 30 mg. Stock solution 10 mg/mL in sterile dH2O. Final dilution 1% v/v. |
Hydrocortisone | Sigma | H0888 | Stock concentration 100 μg/mL. Final dilution 0.5% v/v. |
Insulin | SAFCBiosciences | 91077C | Insulin, human recombinant, dry powder, 250 mg. Stock concentration 1 mg/mL. Final dilution 0.5% v/v. |
Low attachment 6-well plates | Corning | 351146 | Sterile 6-well not treated cell culture plates with clear flat bottom and lid. |
MEBM | Lonza | CC-3151 | Mammary epithelial cell growth basal medium |
Penicllin-Streptomycin mixture | Lonza | 17-602F | Contains 10,000 U potassium penicillin and 10,000 µg streptomycin sulfate per mL in 0.85% saline. Final dilution 1% v/v. |
Poly-HEMA | Sigma | P3932 | Dissolve in 95% EtOH overnight at 55 °C. Stock concentration 12% w/v. Final dilution 1% v/v in 95% EtOH. Filter (0.22 μm) before use. |
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