Agradecemos aos membros do nosso laboratório por suas discussões úteis e apoio. Nossa pesquisa sobre células-tronco de câncer de mama e o microambiente tumoral é financiada por doações do Instituto de Pesquisa da Sociedade Canadense de Pesquisa do Câncer e do Programa de Câncer de Mama do Departamento de Defesa do Exército dos EUA (Grant # BC160912). V.B. é apoiado por uma Western Postdoctoral Fellowship (Western University), e tanto a A.L.A. quanto a V.B. são apoiadas pela Breast Cancer Society of Canada. C.L. é apoiado por uma Bolsa de Pós-Graduação Vanier Canada do Governo do Canadá.

A coleta de amostras cirúrgicas ou de biópsia derivadas de pacientes diretamente de pacientes com câncer de mama consentidas foi realizada sob protocolo de ética humana aprovado pelo conselho de ética institucional. Todos os camundongos usados para gerar modelos de xenoenxerto derivados do paciente foram mantidos e alojados em uma instalação animal aprovada pela instituição. O tecido tumoral de modelos de xenoenxerto derivados de pacientes usando camundongos foi gerado de acordo com o protocolo de ética aprovad...

A metástase do câncer de mama e a resistência à terapia tornaram-se a principal causa de mortalidade em mulheres em todo o mundo. A existência de uma subpopulação de células-tronco do câncer de mama (CBSCs) contribui para o aumento da metástase 26,43,44,45,46 e da resistência à terapia 21,47,48.<...

Compreender os mecanismos celulares e moleculares das células-tronco do câncer de mama humano (CBSCs) é crucial para enfrentar os desafios encontrados no tratamento do câncer de mama. O surgimento do conceito de CBSC remonta ao início doséculo 21, onde uma pequena população de células CD44+CD24-/baixo câncer de mama foi capaz de gerar tumores heterogêneos em camundongos 1,2. Posteriormente, observou-se que as células de câncer de mama humano com alta atividade enzimática da aldeído desidrogenase (ALDHalta) também apresentaram propriedades semelhantes às células-tronco3. Esses CBSCs representam uma pequena população de células capazes de auto-renovação e diferenciação, contribuindo para a natureza heterogênea dos tumores em massa 1,2,3. Evidências acumuladas sugerem que alterações nas vias de sinalização evolutivamente conservadas impulsionam a sobrevivência e a manutenção do CBSC 4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14 . Além disso, o microambiente extrínseco celular demonstrou desempenhar um papel fundamental na ditadura de diferentes funções do CBSC15,16,17. Essas vias moleculares e os fatores externos que regulam a função do CBSC contribuem para a recidiva do câncer de mama, metástase18 e desenvolvimento de resistência às terapias 19,20,21, sendo que a existência residual de CBSCs pós-tratamento representa um grande desafio para a sobrevida global de pacientes com câncer de mama 22,23 . A avaliação pré-clínica desses fatores é, portanto, muito importante para identificar terapias direcionadas ao BCSC que possam ser benéficas para alcançar melhores resultados de tratamento e melhorar a sobrevida global em pacientes com câncer de mama.
Vários modelos de linhagem celular de câncer de mama humano in vitro e modelos de xenoenxerto humano in vivo têm sido utilizados para caracterizar BCSCs24,25,26,27,28,29. A capacidade das linhagens celulares de repovoar continuamente após cada passagem sucessiva faz delas um sistema modelo ideal para realizar estudos farmacogenômicos e baseados em ômica. No entanto, as linhagens celulares muitas vezes não conseguem recapitular a heterogeneidade observada em amostras de pacientes. Por isso, é importante complementar os dados da linhagem celular com amostras derivadas do paciente. O isolamento de BCSCs em sua forma mais pura é importante para permitir a caracterização detalhada de BCSCs. Alcançar essa pureza depende da seleção de marcadores fenotípicos que são específicos para BCSCs. Atualmente, o fenótipo de células CD44 + CD24- de alta ALDH é mais comumente usado para distinguir e isolar BCSCs humanos de populações de células de câncer de mama em massa usando a classificaçãode células ativadas por fluorescência (FACS) para máxima pureza1, 3,26. Além disso, as propriedades de CBSCs isolados, como auto-renovação, proliferação e diferenciação, podem ser avaliadas usando técnicas in vitro e in vivo.
Por exemplo, ensaios de formação de colônias in vitro podem ser usados para avaliar a capacidade de uma única célula de se auto-renovar para formar uma colônia de 50 células ou mais na presença de diferentes condições de tratamento30. Os ensaios da mamosfera também podem ser usados para avaliar o potencial de auto-renovação das células de câncer de mama sob condições independentes de ancoragem. Este ensaio mede a capacidade de células individuais de gerar e crescer como esferas (mistura de BCSCs e não-BCSCs) a cada passagem sucessiva em condições de cultura não aderente livre de soro31. Além disso, modelos de cultura 3-Dimensional (3D) podem ser usados para avaliar a função do CBSC, incluindo interações célula-célula e célula-matriz que recapitulam de perto o microambiente in vivo e permitem a investigação da atividade de potenciais terapias direcionadas ao BCSC32. Apesar das diversas aplicações de modelos in vitro, é difícil modelar a complexidade de condições in vivo usando apenas ensaios in vitro. Esse desafio pode ser superado pelo uso de modelos de xenoenxerto de camundongos para avaliar o comportamento do CBSC in vivo. Em particular, tais modelos servem como um sistema ideal para avaliar a metástase do câncer de mama33, investigar as interações com o microambiente durante a progressão da doença 34, imagens in vivo 35 e para prever a toxicidade específica do paciente e a eficácia dos agentes antitumorais34.
Este protocolo fornece uma descrição detalhada para o isolamento de ALDH humanos CD44 + CD24-BCSCselevadosna pureza máxima de populações em massa de células heterogêneas de câncer de mama. Também fornecemos uma descrição detalhada de três técnicas in vitro (ensaio de formação de colônias, ensaio de mamosfera e modelo de cultura 3D) e um ensaio de xenoenxerto tumoral in vivo que pode ser usado para avaliar diferentes funções de CBSCs. Esses métodos seriam apropriados para uso por pesquisadores interessados em isolar e caracterizar BCSCs de linhagens celulares de câncer de mama humano ou células de câncer de mama derivadas de pacientes primários e tecido tumoral para fins de compreensão da biologia do BCSC e / ou investigação de novas terapias direcionadas ao BCSC.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>7-Aminoactinomycin D (7AAD)</td>
			<td>BD</td>
			<td>51-68981E</td>
			<td>suggested: 0.25 &#181;g/1x106 cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>A18-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aldehyde dehydrogenase (ALDH) substrate</td>
			<td>Stemcell Technologies</td>
			<td>1700</td>
			<td>Sold commerically as part of the ALDEFLOUR Assay kit; follow manufacturer&#39;s instructions for ALDH substrate preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Basement membrane extract (BME)</td>
			<td>Corning</td>
			<td>354234</td>
			<td>Sold under the commercial name Matrigel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell culture plates: 6 well</td>
			<td>Corning</td>
			<td>877218</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell culture plates: 60mm</td>
			<td>Corning</td>
			<td>353002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell culture plates: 96-well ultra low attachment</td>
			<td>Corning</td>
			<td>3474</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell strainer: 40 micron</td>
			<td>BD</td>
			<td>352340</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collagen</td>
			<td>Stemcell Technologies</td>
			<td>7001</td>
			<td>Prepare 1:30 dilution of 3 mg/mL collagen in PBS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collagenase</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>11088807001</td>
			<td>1x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conical tubes: 50 mL</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td>05-539-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Crystal violet</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>C6158</td>
			<td>Use 0.05% crystal violet solution in water for staining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dispase</td>
			<td>Stemcell Technologies</td>
			<td>7913</td>
			<td>5U/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM:F12</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>11330-032</td>
			<td>1x, With L-glutamine and 15 mM HEPES</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DNAse</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>D5052</td>
			<td>0.1 mg/mL final concentration</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FBS</td>
			<td>Avantor Seradigm Lifescience</td>
			<td>97068-085</td>
			<td>&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flow tubes: 5ml</td>
			<td>BD</td>
			<td>352063</td>
			<td>Polypropylene round-bottom tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>84124</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mouse anti-Human CD24 antibody</td>
			<td>BD</td>
			<td>561646</td>
			<td>R-phycoerythrin and Cyanine dye conjugated Clone: ML5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mouse anti-Human CD44 antibody</td>
			<td>BD</td>
			<td>555479</td>
			<td>R-phycoerythrin conjugated, Clone: G44-26</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N-diethylaminobenzaldehyde (DEAB)</td>
			<td>Stemcell Technologies</td>
			<td>1700</td>
			<td>Sold commerically as part of the ALDEFLOUR Assay kit; follow manufacturer&#39;s instructions DEAB preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS</td>
			<td>Wisent Inc</td>
			<td>311-425-CL</td>
			<td>1x, Without calcium and magnesium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin-EDTA</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>25200-056</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mammosphere Media Composition</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B27</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>17504-44</td>
			<td>1x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>bFGF</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F2006</td>
			<td>10 ng/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BSA</td>
			<td>Bioshop</td>
			<td>ALB003</td>
			<td>04%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM:F12</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>11330-032</td>
			<td>1x, With L-glutamine and 15 mM HEPES</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EGF</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>E9644</td>
			<td>20 ng/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insulin</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>16634</td>
			<td>5 &#181;g/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D Organoid Media Composition</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A8301</td>
			<td>Tocris</td>
			<td>2939</td>
			<td>500 nM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B27</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>17504-44</td>
			<td>1x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM:F12</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>11330-032</td>
			<td>1x, With L-glutamine and 15 mM HEPES</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EGF</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>E9644</td>
			<td>5 ng/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FGF10</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>100-26</td>
			<td>20 ng/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FGF7</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>100-19</td>
			<td>5 ng/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GlutaMax</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>35050-061</td>
			<td>1x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15630-080</td>
			<td>10 mM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-acetylcysteine</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>A9165</td>
			<td>1.25 mM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neuregulin &#946;1</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>100-03</td>
			<td>5 nM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nicotinamide</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>N0636</td>
			<td>5 mM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Noggin</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>120-10C</td>
			<td>100 ng/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>R-spondin3</td>
			<td>R&#38;D</td>
			<td>3500</td>
			<td>250 ng/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SB202190</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>S7067</td>
			<td>500 nM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Y-27632</td>
			<td>Tocris</td>
			<td>1254</td>
			<td>5 &#181;M</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

isolation and functional assessment of human breast cancer stem cells from cell and tissue samples

As células-tronco do câncer de mama (CBSCs) são células cancerígenas com características hereditárias ou adquiridas semelhantes a células-tronco. Apesar de sua baixa frequência, eles são os principais contribuintes para o início do câncer de mama, recaída, metástase e resistência à terapia. É imperativo entender a biologia das células-tronco do câncer de mama, a fim de identificar novos alvos terapêuticos para tratar o câncer de mama. As células-tronco do câncer de mama são isoladas e caracterizadas com base na expressão de marcadores únicos da superfície celular, como CD44, CD24 e atividade enzimática da aldeído desidrogenase (ALDH). Essas células CD44+CD24-altasde ALDH constituem a população de CBSC e podem ser isoladas por classificação celular ativada por fluorescência (FACS) para estudos funcionais a jusante. Dependendo da questão científica, diferentes métodos in vitro e in vivo podem ser usados para avaliar as características funcionais dos CBSC. Aqui, fornecemos um protocolo experimental detalhado para o isolamento de BCSCs humanos de populações heterogêneas de células de câncer de mama, bem como tecido tumoral primário obtido de pacientes com câncer de mama. Além disso, destacamos ensaios funcionais in vitro e in vivo a jusante, incluindo ensaios de formação de colônias, ensaios de mamosfera, modelos de cultura 3D e ensaios de xenoenxerto tumoral que podem ser usados para avaliar a função do CBSC.

O protocolo descrito permite o isolamento de BCSCs humanos de uma população heterogênea de células de câncer de mama, seja de linhagens celulares ou de tecido tumoral dissociado. Para qualquer linhagem celular ou amostra de tecido, é crucial gerar uma suspensão celular única uniforme para isolar BCSCs na pureza máxima, pois a contaminação de populações não-BCSC pode resultar em respostas celulares variáveis, especialmente se o objetivo do estudo for avaliar a eficácia de agentes terapêuticos direcionados...

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Isolation and Functional Assessment of Human Breast Cancer Stem Cells from Cell and Tissue Samples

Este protocolo experimental descreve o isolamento de CBSCs de amostras de células e tecidos de câncer de mama, bem como os ensaios in vitro e in vivo que podem ser usados para avaliar o fenótipo e a função do CBSC.

Isolamento e Avaliação Funcional de Células-Tronco de Câncer de Mama Humano de Amostras de Células e Tecidos

Breast cancer stem cells (BCSCs) are cancer cells with inherited or acquired stem cell-like characteristics. Despite their low frequency, they are major ...

This technique will allow researchers to isolate breast cancer stem cells at maximum purity and viability for the performance of both in vitro and in vivo functional characterization assays. Isolated breast cancer stem cells can also be used to help elucidate the molecular events that control tumorigenicity and metastasis, and to design therapeutic strategies to target these cells. With minor modifications specific to the cell and tissue types of interest, this method can also be applied to other systems.To generate a single cell suspension from a cell culture, wash an 80%confluent breast cancer cell culture with PBS and treat the cells with an appropriate cell dissociation solution for five minutes at room temperature. Once the cells have detached, add five milliliters of culture medium to neutralize the cell dissociation solution and transfer the cells to a 50 milliliter conical tube for centrifugation. Resuspend the pellet in five milliliters of PBS for counting.After counting, centrifuge the cells again, then resuspend the cells at one times 10 to six cells per milliliter of ALDH substrate buffer. To generate a single cell suspension from a tissue sample, use surgical blades in a crisscross technique to mince the tumor tissue into approximately one millimeter size pieces. Place the pieces in a 50 milliliter conical tube containing 10 milliliters of dissociation buffer.Seal the tube with parafilm for a 40 minute incubation at 37 degrees Celsius in a shaker and sediment the digested tissue pieces by centrifugation. Resuspend the pellet in five milliliters of trypsin using a five milliliter pipette and incubate the tissue in a 37 degree water bath for five minutes. At the end of the incubation, vigorously pipette the tissue several times to release single cells and add enough DMEM/F-12 medium to bring the total volume in the tube to 25 milliliters.Collect the cells by centrifugation, resuspend the pellet in one milliliter of Displace DNAse, and incubate for five minutes in a 37 degree Celsius water bath. At the end of the incubation, bring the total volume to 10 milliliters with PBS. Mix the cells by pipetting and passage them through a 40 micron cell strainer into a 50 milliliter tube.After centrifugation, resuspend the cells in five milliliters of fresh PBS for counting. To perform a colony forming assay, after sorting, resuspend the cells in complete medium and add the appropriate number of breast cancer stem cells to each of the three tubes containing two milliliters of medium per tube, labeled one times 10 to the second, two times 10 to the second, or five times 10 to the second cells. Pipette up and down five times to thoroughly mix the cell suspension and plate the cells into individual wells of a six well plate.Gently swirl the plate to obtain uniform cell distributions and place the plate in the cell culture incubator until colonies appear. At the end of the incubation, wash the cells with one milliliter of PBS per well and stain the cells with 500 microliters of 0.05%crystal violet solution per well for 30 seconds. At the end of the incubation, wash the wells two times with two milliliters of water per well to remove the excess dye, and count and record the total number of colonies per well by light microscopy at a four or 10 times magnification.To perform a mammosphere assay, after sorting, resuspend the cells in complete mammosphere medium and plate the at a seating density of five times 10 of the second cells per square centimeter area per well in a 96 well ultra-low attachment cell culture plate. Before counting the number of mammospheres per well by light microscopy, place the plate in the cell culture incubator for five to 10 days. To set up a 3D culture model, carefully add 50 microliters of basement membrane extract to each well of a 96 well plate without bubbles and place the plate at 37 degrees Celsius for one hour to allow the solution to polymerize.Add 100 microliters of PBS after 10 minutes to avoid drying of the gel layer. At the end of the incubation, suspend the sorted cells to five to 50 times 10 to the third cells per 200 microliters of 3D culture medium concentration and replace the PBS in each well of the 96 well plate with 200 microliters of media containing cells. Then place the plate in the cell culture incubator for 10 to 14 days before assessing the cultures for organoid formation.Human breast cancer cells that exhibit enhanced ALDH enzymatic activity express high levels of CD44 and low to negative levels of expression of CD24, and can be classified as breast cancer stem cells. The proportion of breast cancer stem cells within the bulk population can vary between cell lines or patients and often depends on the disease stage, with more aggressive breast cancer typically displaying a higher proportion of breast cancer stem cells. The ability of a single breast cancer cell to self-renew and generate colonies of 50 cells can be assessed by colony forming assays.The ability of breast cancer stem cells to self-renew under anchorage-independent experimental conditions can be assessed by mammosphere assays. Culturing breast cancer cells and basement membrane extract allows breast cancer stem cells to form 3D structures that recapitulate in vivo conditions. In addition, in vivo mouse xenograft models can be used to understand the differences in growth, self-renewal, differentiation, and/or the tumor initiating ability of breast cancer stem cells compared to non-breast cancer stem cells or bulk cell populations.Following this procedure, the isolated breast cancer stem cells can be used in transcriptomic, kinomic, and metabolomic studies. This method provides researchers with an opportunity to explore the role of breast cancer stem cells in tumor initiation, metastasis, recurrence, and therapy resistance.

Isolamento e Avaliação Funcional de Células-Tronco de Câncer de Mama Humano de Amostras de Células e Tecidos

Abstract