Name: isolation and functional assessment of human breast cancer stem cells from cell and tissue samples
Uploaded: 2020-10-02T14:00:00
Description: Breast cancer stem cells (BCSCs) are cancer cells with inherited or acquired stem cell-like characteristics. Despite their low frequency, they are major ...

Мы благодарим сотрудников нашей лаборатории за их полезные обсуждения и поддержку. Наши исследования стволовых клеток рака молочной железы и микроокружения опухоли финансируются за счет грантов Научно-исследовательского института Канадского общества исследований рака и Программы по борьбе с раком молочной железы Министерства обороны США (грант No BC160912). V.B. поддерживается Западной постдокторской стипендией (Западный университет), а A.L.A. и V.B. поддерживаются Обществом рака молочной железы Канады. C.L. поддерживается стипендией Vanier Canada Graduate Scholarship от правительства Канады.

Сбор хирургических или биопсийных образцов, полученных от пациентов, непосредственно у пациентов с раком молочной железы, полученных по согласию, осуществлялся в соответствии с утвержденным протоколом человеческой этики, утвержденным институциональным этическим советом. Все мыши, и?...

Метастазы рака молочной железы и устойчивость к терапии стали основной причиной смертности среди женщин во всем мире. Существование субпопуляции стволовых клеток рака молочной железы (БЦСК) способствует усилению метастазирования 26,43,44,45,46 <...

Понимание клеточных и молекулярных механизмов стволовых клеток рака молочной железы человека (BCSC) имеет решающее значение для решения проблем, возникающих при лечении рака молочной железы. Появление концепции BCSC восходит к началу21-го века, когда было обнаружено, что небольшая популяция CD44 + CD24- / низких клеток рака молочной железы способна генерировать гетерогенные опухоли у мышей 1,2. Впоследствии было замечено, что клетки рака молочной железы человека с высокой ферментативной активностью альдегиддегидрогеназы (ALDHhigh) также проявляли аналогичные стволовые клеткоподобные свойства3. Эти БЦСК представляют собой небольшую популяцию клеток, способных к самообновлению и дифференцировке, способствуя гетерогенному характеру объемных опухолей 1,2,3. Накапливающиеся данные свидетельствуют о том, что изменения в эволюционно сохраненных сигнальных путях приводят к выживанию и поддержанию BCSC 4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14 . Кроме того, было показано, что внешнее микроокружение клеток играет ключевую роль в диктовке различных функций BCSC 15,16,17. Эти молекулярные пути и внешние факторы, регулирующие функцию BCSC, способствуют рецидиву рака молочной железы, метастазированию18 и развитию резистентности к терапии 19,20,21, при этом остаточное существование BCSC после лечения представляет собой серьезную проблему для общей выживаемости пациентов с раком молочной железы 22,23 . Поэтому доклиническая оценка этих факторов очень важна для выявления методов лечения, нацеленных на BCSC, которые могут быть полезны для достижения лучших результатов лечения и улучшения общей выживаемости у пациентов с раком молочной железы.
Несколько моделей клеточных линий рака молочной железы человека in vitro и моделей ксенотрансплантата человека in vivo были использованы для характеристики BCSC 24,25,26,27,28,29. Способность клеточных линий непрерывно заселяться после каждого последующего прохождения делает их идеальной модельной системой для проведения омических и фармакогеномных исследований. Однако клеточные линии часто не могут повторить гетерогенность, наблюдаемую в образцах пациентов. Следовательно, важно дополнять данные клеточной линии образцами, полученными от пациента. Выделение БЦСК в чистом виде важно для обеспечения детальной характеристики БЦСК. Достижение этой чистоты зависит от выбора фенотипических маркеров, специфичных для БЦСК. В настоящее время фенотип клеток ALDHс высоким cd44 + CD24 чаще всего используется для различения и изоляции БЦСК человека из массовых популяций клеток рака молочной железы с использованием флуоресцентной активированной клеточной сортировки (FACS) для максимальной чистоты1, 3,26. Кроме того, свойства изолированных БЦСК, такие как самообновление, пролиферация и дифференциация, могут быть оценены с использованием методов in vitro и in vivo.
Например, in vitro колониеобразующие анализы могут быть использованы для оценки способности одной клетки к самообновлению с образованием колонии из 50 клеток или более при наличии различных условийлечения 30. Анализы маммосферы также могут быть использованы для оценки потенциала самообновления клеток рака молочной железы в условиях, не зависящих от анкориджа. Этот анализ измеряет способность отдельных клеток генерировать и расти в виде сфер (смесь BCSC и non-BCSC) при каждом последующем прохождении в условиях 31 неадгезивной культуры безсыворотки. Кроме того, 3-мерные (3D) модели культур могут быть использованы для оценки функции BCSC, включая взаимодействия клетка-клетка и клетка-матрица, которые близко повторяют микросреду in vivo и позволяют исследовать активность потенциальных BCSC-таргетных терапий32. Несмотря на разнообразие применений моделей in vitro, трудно смоделировать сложность условий in vivo , используя только анализы in vitro. Эта проблема может быть преодолена с помощью мышиных моделей ксенотрансплантата для оценки поведения BCSC in vivo. В частности, такие модели служат идеальной системой для оценки метастазирования рака молочной железы33, исследования взаимодействий с микросредой во время прогрессирования заболевания34, визуализации in vivo 35 и для прогнозирования специфической для пациента токсичности и эффективности противоопухолевых средств34.
Этот протокол предоставляет подробное описание выделения ALDH человекас высоким содержаниемCD44 + CD24-BCSC при максимальной чистоте из объемных популяций гетерогенных клеток рака молочной железы. Мы также предоставляем подробное описание трех методов in vitro (колониеобразующий анализ, анализ маммосферы и 3D-модель культуры) и анализ ксенотрансплантата опухоли in vivo, который может быть использован для оценки различных функций BCSC. Эти методы будут подходящими для использования исследователями, заинтересованными в выделении и характеристике BCSC из клеточных линий рака молочной железы человека или первичных клеток рака молочной железы и опухолевой ткани для целей понимания биологии BCSC и / или исследования новых BCSC-таргетных терапий.

<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

Стволовые клетки рака молочной железы (BCSC) являются раковыми клетками с унаследованными или приобретенными характеристиками, подобными стволовым клеткам. Несмотря на их низкую частоту, они являются основными факторами, способствующими возникновению рака молочной железы, рецидивам, метастазированию и резистентности к терапии. Крайне важно понять биологию стволовых клеток рака молочной железы, чтобы определить новые терапевтические мишени для лечения рака молочной железы. Стволовые клетки рака молочной железы выделяются и характеризуются на основе экспрессии уникальных маркеров клеточной поверхности, таких как CD44, CD24 и ферментативная активность альдегиддегидрогеназы (ALDH). Эти ALDHс высоким содержаниемCD44 + CD24-клеток составляют популяцию BCSC и могут быть выделены путем флуоресцентно-активированной сортировки клеток (FACS) для последующих функциональных исследований. В зависимости от научного вопроса для оценки функциональных характеристик БЦСК могут использоваться различные методы in vitro и in vivo. Здесь мы предоставляем подробный экспериментальный протокол для выделения БЦСК человека как из гетерогенных популяций клеток рака молочной железы, так и из первичной опухолевой ткани, полученной от пациентов с раком молочной железы. Кроме того, мы выделяем функциональные анализы in vitro и in vivo, включая колониеобразующие анализы, анализы маммосферы, 3D-модели культур и анализы опухолевых ксенотрансплантатов, которые могут быть использованы для оценки функции BCSC.

Описанный протокол позволяет выделить БЦСК человека из гетерогенной популяции клеток рака молочной железы, либо из клеточных линий, либо из диссоциированной опухолевой ткани. Для любой данной клеточной линии или образца ткани крайне важно генерировать однородную одноклеточную суспе...

Этот экспериментальный протокол описывает выделение BCSC из образцов клеток и тканей рака молочной железы, а также анализы in vitro и in vivo , которые могут быть использованы для оценки фенотипа и функции BCSC.

Выделение и функциональная оценка стволовых клеток рака молочной железы человека из образцов клеток и тканей

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.

Research

JoVE Journal

Cancer Research

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

Establishment of Cancer Stem Cell Cultures from Human Conventional Osteosarcoma

Создание рака стволовых клеточных культур от человека обычного остеосаркомы

The current improvements in therapy against osteosarcoma (OS) have prolonged the lives of cancer patients, but the survival rate of five years remains ...

Utilizing Functional Genomics Screening to Identify Potentially Novel Drug Targets in Cancer Cell Spheroid Cultures

Использование функциональной геномики скрининг для выявления потенциально новых целей наркотиком в сфероида культур раковых клеток

The identification of functional driver events in cancer is central to furthering our understanding of cancer biology and indispensable for the discovery ...

Synthesis and Characterization of an Aspirin-fumarate Prodrug that Inhibits NF&#954;B Activity and Breast Cancer Stem Cells

Синтез и характеристика аспирином-фумарата пролекарственного соединения, которое угнетает NFκB активность и рак молочной железы стволовых клеток

Inflammation is a cancer hallmark that underlies cancer incidence and promotion, and eventually progression to metastasis. Therefore, adding an ...

Invasive Behavior of Human Breast Cancer Cells in Embryonic Zebrafish

Инвазивные поведение клеток рака молочной железы человека в эмбриональном данио рерио

In many cases, cancer patients do not die of a primary tumor, but rather because of metastasis. Although numerous rodent models are available for studying ...

Mesenchymal Stem Cell Isolation from Pulp Tissue and Co-Culture with Cancer Cells to Study Their Interactions

Мезенхимальных стволовых клеток изолированно от ткани пульпы и культуры совместно с раковых клеток, чтобы изучить их взаимодействия

Cancer as a multistep process and complicated disease is not only regulated by individual cell proliferation and growth but also controlled by tumor ...

Using Human Induced Pluripotent Stem Cells for the Generation of Tumor Antigen-specific T Cells

Использование человека индуцированных плюрипотентных стволовых клеток для поколения опухолевых антигенов конкретных Т-клеток

The generation and expansion of functional T cells in vitro can lead to a broad range of clinical applications. One such use is for the treatment of ...

Obtaining Cancer Stem Cell Spheres from Gynecological and Breast Cancer Tumors

Получение Рак стволовых клеток Сферы от гинекологических и опухолей рака молочной железы

Cancer stem cells (CSC) are a small population with self-renewal and plasticity which are responsible for tumorigenesis, resistance to treatment and ...

Isolation of Stem-like Cells from 3-Dimensional Spheroid Cultures

Изоляция стволовых клеток от трехмерных сфероидных культур

Despite advances in adult stem cell research, identification and isolation of stem cells from tissue specimens remains a major challenge. While resident ...

Functional Assessment of BRCA1 variants using CRISPR-Mediated Base Editors

Функциональная оценка вариантов BRCA1 с использованием базовых редакторов CRISPR-Mediated

Recent studies have investigated the risks associated with BRCA1 gene mutations using various functional assessment methods such as fluorescent reporter ...

Modeling Breast Cancer in Human Breast Tissue using a Microphysiological System

Моделирование рака молочной железы в ткани молочной железы человека с использованием микрофизиологической системы

Breast cancer (BC) remains a leading cause of death for women. Despite more than $700 million invested in BC research annually, 97% of candidate BC drugs ...