骨肉腫における癌幹細胞(CSCを)の存在は、最近、その病因に関連しています。本稿では、非接着性条件下で増殖するのCSCの能力を用いて、従来の骨肉腫(OS)の人間の生検から得られた初代細胞培養物からのCSCの単離を提示します。
骨肉腫(OS)に対する治療における現在の改善は、癌患者の生命を延長しているが、転移が発生した場合に5年の生存率は悪いまま。癌幹細胞(CSC)理論は、腫瘍を維持し、多剤化学療法に抵抗する能力を含む幹様特性を有する腫瘍内の腫瘍細胞のサブセットが存在することを保持します。したがって、OS生物学および病因論のより良い理解は、この特定のサブセットを根絶し、患者の間で罹患率および死亡率を減少させるために標的治療の開発を進めるために必要とされます。 、のCSCの単離のCSCの細胞培養を確立し、それらの生物学を研究すると、OSの生物学および病因の我々の理解を改善するための重要なステップです。 OSの生検からのヒト由来のOS-のCSCの確立がnonadhere下3次元幹細胞培養物を作成する能力を含むいくつかの方法を用いて可能になりましたNT条件。これらの条件下では、CSCを娘幹細胞によって形成された球状の浮遊コロニーを生成することができます。これらのコロニーは、「細胞球」と呼ばれます。ここでは、OSの生検から得られた従来のOSの初代細胞培養物からのCSCの培養物を確立するための方法を記載しています。我々は明らかにのCSCを分離し、特徴付けるために必要ないくつかの通路を説明します。
肉腫は胚の中胚葉1から主に由来するまれな悪性の結合組織腫瘍の異種群です。異なるタイプの骨肉腫および軟部組織肉腫を含みます。骨肉腫は、比較的まれ原発腫瘍のグループは、骨肉腫(OS)を含むいくつかのサブタイプ、で構成されています。 OS、骨の最も一般的な原発腫瘍の一つは、大規模な臨床、組織学的、および分子不均質2、3を示す間葉系悪性腫瘍である。残念ながら、OSは5、子供におよび若年成人4で主に発生し、60%を占めます小児期における骨肉腫の一般的な組織学的サブタイプは6、7。OSは通常影響を与える急速な骨の成長によって特徴付けられる骨格領域、( 例えば 、長骨の骨幹)。 OS、従来のOSの組織学的に異なるサブタイプの中でも、また髄または中央OSと呼ばれる、悪性度の高いグレードとクォータ社を持っています80%8の再。この80%、60%、従来の骨芽細胞のOS、10%軟骨芽OS、および10%の線維芽OS 6、8-10から構成されています。他のOSのサブタイプは、未分化、毛細血管拡張、巨細胞が豊富で小細胞OSが含まれています。 OS管理で組み合わせ、手術と化学療法の進歩にもかかわらず、結果は転移11、12のない患者では65から70パーセントの長期生存率は、貧しいまま。遠い再発が頻繁に転移として、それほど頻繁に、肺転移として発生したり、遠くの骨や地元の再発13へ。転移は、多くの場合、従来の治療に抵抗性です。この抵抗は、10年の無病生存率は診断14、15に転移性疾患を有する患者では約30%である理由です。
正常組織と同様に、癌組織は、細胞型の異種コレクションから構成されています。腫瘍内の細胞は、発生の異なる段階に対応するように見えます。任意のn個以内ormal組織は、このように組織の恒常性のための前駆細胞および成熟細胞を提供し、selfrenewする能力を有する細胞の亜集団を常駐します。同様に、癌が増殖および腫瘍形成能の程度が異なると、発生の異なる段階における細胞の同様の不均一な集団で構成されています。これらの癌細胞のサブセットは、がん幹細胞(CSCを)と呼ばれる、このようにして腫瘍塊16を構成する種々の細胞系統を生成する、腫瘍の悪性度をselfrenewし維持する排他的な能力を有する細胞をselfsustainingのリザーバを構成しています。 1990年代には、急性骨髄性白血病の研究は、CSCの亜集団17、18の存在のための最初の説得力のある証拠を提供した。CSCがあるため、それによって癌研究の中で最も研究テーマの一つになって、固形腫瘍19の多数から単離されています。 CSCが実際に正常を作る遺伝子の変異により正常な幹細胞から生じる可能性があります20-23癌幹細胞。微小環境を持つ複数の転換の突然変異と相互作用ものCSCを代表するselfrenewal容量と不死を取得し、健康な前駆細胞および成熟細胞に寄与し得ます。この変換に関するいくつかの仮説があります。健康な前駆細胞、健康な成熟細胞、癌細胞は、selfrenewal関連遺伝子24-28を活性化することにより幹様表現型を得る、幹細胞に脱分化することができます。いくつかの最近の研究にもかかわらず、CSCをの起源はまだ発見されなければなりません。
CSCの特定の特性は、その容量は異なる薬剤との併用手術と化学療法で構成されたマルチ治療アプローチを、抵抗することです。最近の研究でのCSCはまた、細胞毒性化学療法剤に対する耐性を獲得することができることを示しています。この抵抗のための可能な説明は、ATP結合カセット(ABC)多剤輸送体( すなわち、の過剰発現を含みますMDR1およびBCRP1)、アルデヒドデヒドロゲナーゼ1(ALDH1)、および/または細胞周期動態30-33の変化として化学療法代謝酵素の過剰発現。これまでに記載されているすべてのこれらの概念の直接的な結果は、CSCの亜集団が完全に排除された場合にのみ、1つでもCSCが生き残った場合は局所再発や遠隔転移が発生する可能性がありながら、癌治療は、効率的であるということです。
それは多くの治療が最初に有効であると思われる理由として可能性のある説明が、患者後に再発していますので、人間の肉腫34、特にOS 35で、または任意の他の骨と軟部組織のがんでのCSCの発見は、大きな臨床的重要性を持っています。そのため、従来のOSに対する今後の戦いのための希望は、このサブの分子特性にOS-のCSCのおかげに向けた革新的な医薬品の開発に基づいて、新しいと特定の標的療法を見つけることです人口とCSC生物学の研究に。
1992年には、幹細胞のサブセットは、成人哺乳類の脳に存在したかどうかを調査したレイノルズらは、幹細胞様細胞36、37であることが疑われる細胞を分離する方法を開発した。この方法は、特定の能力に基づいています非付着条件下で増殖するとき、これらの細胞は球状のコロニーを形成します。同様の技術は、骨肉腫38中の幹細胞様細胞の亜集団を研究するために2005年にギブスらによって採用されました。従来のOSの異なるタイプの初代細胞培養物から、OSのCSCを単離し、特徴づけるために、我々は、OS細胞株は、この技術を適応することを決定しました。
ここでは、球体形成アッセイのこの適合方法を説明し、従来のOSのヒト生検に由来する有限の初代細胞株からOS-のCSCを単離することができる「sarcosphereアッセイ」と呼ばれます。我々はまた、すべての技術のuを記述しますこのアッセイにより単離された細胞株の幹様CSC表現型を検証するためのsed:多能性胚性幹細胞(ESC)を特徴づける遺伝子とのCSCのマーカーであるCD133遺伝子の発現の1)の評価を、 2)コロニー形成単位(CFU)アッセイ。 3)適切な分化条件下での骨芽細胞と脂肪細胞に分化するために、これらの細胞の能力を評価します。間葉系幹細胞(MSC)の表面マーカーの4)研究( すなわち、CD44、CD105及びSTRO-1)の免疫蛍光染色により、フローサイトメトリー分析によって、 5)これらの細胞のALDH活性を評価します。
CSCが腫瘍バルク中のこの特定の細胞サブセットの同定を可能にするいくつかのプロパティを持っています。そのようなATP結合カセットの多剤排出トランスポーターの過剰発現28細胞毒性化学療法剤に対する獲得耐性のようなこれらの特性に基づいて、32、33、またはそのような発現のためのALDH 32として解毒酵素の発現のアップレギュレーションのためにCSCを単離するためのこのようなCD133、CD44、CD34、CD90、および他の30、34、35、41、いくつかの異なる方法として、特定の表面マーカーの42-44が開発されてきました。これらの技術の一つは、非付着条件下で増殖するためのCSCの能力に基づいて球体形成アッセイです。
球体を形成するための組織幹細胞とのCSCの能力は、最初のレイノルズらによる神経幹細胞の同定の研究に記載された。37。その後、ギブスら38たちこれらの研究edは骨肉腫から、特に、固形腫瘍からのCSCを単離することを開始します。私たちは、ギブスらによって示されている球形成アッセイ法を使用することを決定した。従来のOSの生検から得られたOSA細胞株からのCSCを隔離します。我々は、このアッセイの結果を向上させ、他の癌細胞株のための再現性を容易にするための独自の方法を適合しました。球形成アッセイの確立を参照すると、我々は、40,000細胞/ウェルをプレーティングすることが確認され、アッセイの開始時に分離して細胞を維持するための良い方法です。このトリックは、球状コロニーが細胞凝集からではなく、非付着条件下で増殖し、球状のコロニーを形成するための単一のCSCの特定と排他的な能力に由来する可能性を回避するために非常に重要です。この能力は、このアッセイの特に重要な点です。
また、球形成の良好な速度を得るためにそれを認定します、元の方法に記載のように増殖因子のアリコートごとに3次元ではなく、毎日更新するのに十分です。本研究では、我々はまた、確立され、広範囲に非接着条件下で培養したときに形成される球状のコロニーを単離するための良い方法を説明しました。それらを損傷することなく、各ウェル内に形成されている可能な限り球のような多くを隔離しようとすることは非常に重要であるため、この手順は、このアッセイにおいて重要です。唯一の球ではなく、アッセイの期間中、懸濁液中に残っている可能性があり、単一の細胞を単離することも重要です。これらの重要な点を克服するために、我々は、CSCの単離のための良好な結果が得られ、上記のように、特定の分離法を開発しました。明らかに、そこに形成された全ての球を回収することができない可能性があるが、損失率は非常に低いです。実際に、我々はまた、(フォーム大きくなった後に球を単離するために40μmの孔を有するフィルターを使用する可能性を有していますEDは約100から200細胞)。
この分離は、球形成を停止しますが、単一細胞、メチルセルロース残基の一部、および最小の球をフィルタリングすることができます。プロトコールに記載されるように、この除去は、完全な濾過により行われます。
また、最小の球状コロニーの必然的な損失と40μmのメッシュを介して最大の球状コロニーの選択は1つが球状コロニーを形成する最大容量で、より大きな幹細胞性とのCSCを選択することができます。これらの修飾の全ては、アッセイを改善し、理解し、球体形成アッセイの元の方法の最も重要なステップを再現するためのCSCを研究する研究者を支援するために行きました。
CSCを単離するためのin vitro法に関する研究の中で、これは球形成アッセイを適応方法を示すことを目的としたこの研究からのCSCを単離するための良い方法かもしれませんOSAの細胞株。オリジナルの方法と詳細な分離技術への適応は、その有効性を改善します。短時間でのCSCのかなりの数を得ることができ、いくつかの実験のために使用されます。したがって、迅速にOS-のCSCを特徴付ける二幹様の表現型を研究するために、特に、幹様の表現型を確認し、することが可能です。したがって、この修正されたアッセイは、CSCをを単離し、それらの生物学を研究するための優れた手法である可能性があります。将来的には、この方法は、追加の適応でも希少な固形腫瘍の生検により得られた他の有限の癌細胞株からのCSCを単離するために使用されてもよいです。
OSなど希少な固形腫瘍からのCSCを単離する可能性は、この特定の癌に関する研究の改善を可能にするだけでなく、それらの単離のためのより良い方法を開発する異なるタイプの癌の研究にとの生物学の今後の研究にも及ぶだけでなく、この重要な細胞サブセット。したがって、我々として本研究で行っている、おそらくのために責任があるこの特定の細胞サブセットに対して向けの非常に特定の抗癌治療を、分子標的を発見し、開発の最終目標で、CSC生物学の研究を通じてCSC分離の方法を向上させることが重要です原発腫瘍の維持、再発の開発、およびいくつかの器官における転移の起源。 CSC生物学の研究でも、このようなネオアジュバント治療後の生存率は非常に貧しいままであるためにOS、などの癌の治療法に鋭いかもしれない治療法を見出すために重要です。
The authors have nothing to disclose.
This study was supported by ITT (Istituto Toscano Tumori) Grant Proposal 2010.
Dulbecco's Phosphate Buffered Saline with Ca and Mg (DPBS) | LONZA | BE17-513F | _ |
Dulbecco's Phosphate Buffered Saline without Ca and Mg (DPBS) | LONZA | BE17-512F | _ |
Porcine Trypsin 1:250 | BD Difco | 215310 | Solvent: DPBS. Stock concentration: Powder |
Ethylenediamine tetraacetic acid disodium salt dihydrate(EDTA) | Sigma-Aldrich | E4884 | Solvent: DPBS. Stock concentration: Powder |
Collagenase from Clostridium histolyticum | Sigma-Aldrich | C0130 | Solvent: Buffer Solution pH 7.4. Stock concentration: Powder |
Dimethyl sulphoxide (DMSO) | BDH Chemicals-VWR | 10323 | _ |
Nutrient Mixture F-12 Ham | Sigma-Aldrich | F6636 | Solvent: Ultrapure dH2O. Stock concentration: Powder |
2-Phospho-L-ascorbic acid trisodium salt | Sigma-Aldrich | 49752 | Solvent: DPBS. Stock concentration: 5 mg/ml |
β-Glycerol phosphate disodium salt pentahydrate | Sigma-Aldrich | 50020 | Solvent: DPBS. Stock concentration: 1M |
Insulin. Human Recombinant | Sigma-Aldrich | 91077 | Solvent: NaOH 0.1M. Stock concentration: 10 mM |
3-Isobutyl-1-methylxanthine | Sigma-Aldrich | I5879 | Solvent: DMSO. Stock concentration: 500 mM |
Indomethacin | Sigma-Aldrich | I7378 | Solvent: DMSO. Stock concentration: 200 mM |
Dexamethasone | Sigma-Aldrich | D4902 | Solvent: DMSO. Stock concentration: 1 mM / 100 µM. Stock in nitrogen liquid to maintain the biological activity |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Sigma-Aldrich | F7524 | _ |
Fetal Bovine Serum South America | EUROCLONE | ECS0180L | _ |
Penicillin-Streptomycin (PEN-STREP) 10,000 U/ml | LONZA | DE17-602E | _ |
Methyl cellulose | Sigma-Aldrich | 274429 | Solvent: Ultrapure dH2O. Stock concentration: 2% |
Putresceine dihydrochloride | Sigma-Aldrich | P5780 | Solvent: Ultrapure dH2O. Stock concentration: Powder |
apo-Transferrin | Sigma-Aldrich | T-1147 | Solvent: DPBS. Stock concentration: 25 mg/ml |
Human Epidermal Growth Factor (EFGF) | Sigma-Aldrich | E5036 | Solvent: DPBS pH 7.4. Stock concentration: 10 µg/ml |
Fibroblast Growth Factor-Basic Human | Sigma-Aldrich | F0291 | Solvent: DPBS +0.2% BSA. Stock concentration: 25 µg/ml |
Selenous Acid | Sigma-Aldrich | 211176 | Solvent: DPBS. Stock concentration: 30 mM |
Progesterone | Sigma-Aldrich | P8783 | Solvent: ETOH. Stock concentration: 10 mM |
Toluidine Blue O | Sigma-Aldrich | 198161 | Solvent: Ultrapure dH2O. Stock concentration: Powder |
Oil Red O | ICN Biochemicals | 155984 | Solvent: 2-Propanol. Stock concentration: Powder |
Naphtol AS-MX Phosphate Disodium Salt | Sigma-Aldrich | N5000 | Solvent: DMSO. Stock concentration: Powder |
Fast Blue BB Salt | Sigma-Aldrich | F3378 | Solvent: TrisHCL pH 9.0. Stock concentration: Powder |
Fast Red Violet LB Salt | Sigma-Aldrich | F3381 | Solvent: TrisHCL pH 9.1. Stock concentration: Powder |
Bovine Serum Albumin Fraction V (BSA) | Sigma-Aldrich | A-4503 | Solvent: DPBS. Stock concentration: 2% |
Alizarin Red S | ICN Biochemicals | 100375 | Solvent: Ultrapure dH2O. Stock concentration: Powder |
Formaldehyde solution | Sigma-Aldrich | 533998 | 4% |
Triton 100X | MERCK | 11869 | Solvent: DPBS. Stock concentration: 0.2%. Danger_Use only under chemical wood |
Calcein | MERCK | 2315 | Solvent: DPBS . Stock concentration: 200 µg/ml |
2-Propanol | MERCK | 109634 | Danger_Use only under chemical wood |
Ab-CD105 (Mouse monoclonal [SN6] to CD105 (FITC) | Abcam | ab11415 | Liquid. Application: Flow Cytometry (Flow Cyt) |
Ab-CD44 (Mouse monoclonal [F10-44-2] to CD44 (PE/Cy7®) ) | Abcam | ab46793 | Liquid. Application: Flow Cytometry (Flow Cyt) |
Ab-CD45 (Mouse monoclonal [MEM-28] to CD45 (PerCP)) | Abcam | ab65952 | Liquid. Application: Flow Cytometry (Flow Cyt) |
Ab-CD105 (Human CD105 Purified Antibody) | Invitrogen | MHCD10500 | Solvent: DPBS. Stock concentration: Lyophilized. Application: Immunofluorescence staining (IF) |
Ab-CD44 (Anti-CD44 Antibody) | Abcam | EPR1013Y(ab51037) | Solvent: DPBS. Stock concentration: Lyophilized. Application: Immunofluorescence staining (IF) |
Ab-Stro-1 (Mouse anti-STRO-1) | Invitrogen | 398401 | Solvent: DPBS. Stock concentration: Lyophilized. Application: Flow Cytometry (Flow Cyt) Immunofluorescence staining (IF) |
Alexa Fluor 488 (Anti-Rabbit IgG (Alexa Fluor 488 Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L)) | Invitrogen | A-21206 | Solvent: DPBS. Stock concentration: Lyophilized. Application: Immunofluorescence staining (IF) |
FITC Anti-Mouse IG (FITC-Rabbit Anti Mouse IgG (H+L)) | Invitrogen | 61-6511 | Solvent: DPBS. Stock concentration: Lyophilized. Application: Flow Cytometry (Flow Cyt) Immunofluorescence staining (IF) |
Alexa Fluor 635 Phalloidin | Invitrogen | A34054 | Solvent: DPBS. Stock concentration: Lyophilized. Application: Immunofluorescence staining (IF) |
AutoMACS™Running Buffer MACS Separation Buffer | Miltenyi | 130,091,221 | Liquid. Store at 4°C |
QIAzol®Lysis Reagent | QIAGEN | 79306 | Danger_Use only under chemical wood |
QUANTITECT® Reverse Transcription Kit | QIAGEN | 205314 | _ |
Chlorophorm | Sigma-Aldrich | C2432 | Liquid. Danger_Use only under chemical wood |
Laminar flow hood | GELAIRE | BSB6A | _ |
Chemical hood | ARREDI TECNICI Villa | Modello DYNAMICA | _ |
CO₂ incubator | Officine Meccaniche KW | CO2W91 | _ |
Centrifuge | EPPENDORF | 5415R | _ |
Laser Scanning Confocal Microscopy LSM 5109 Meta | ZEISS | _ | _ |
iCycler PCR Thermalcycler | BIORAD | _ | _ |
CyFlow®SPACE | (PARTEC) | _ | _ |
Inverted Micrposcope Axiovert 200M | ZEISS | _ | _ |
Freezing container , | Nalgene | _ | _ |
Original Pipet-Aid | pbiBrand | _ | _ |
Micropipettes | EPPENDORF | _ | _ |
Glass Pasteur Pipette | SIGMA | _ | _ |
VICTOR3™ | PERKIN ELMER | _ | _ |
Conical tubes (15 and 50 mL) | BD FALCON | 352096 (for 15 mL) 352070 (for 50 mL) | _ |
24 Well Clear Flat Bottom TC-Treated Multiwell Cell Culture Plate | BD FALCON | 353047 | _ |
6 Well Clear Flat Bottom Ultra Low Attachment Multiple Well Plates | CORNING | 3471 | _ |
Serological pipettes (5 and 10 mL) | BD FALCON | 357543 (for 5 mL) 357551 (for 10mL) | _ |
Syringe (5mL) | B|BRAUN | 4617053V | _ |
Petri dish 100X20 mm | BD FALCON | 353003 | _ |
Röhren Tubes (3,5 ml, 55x12mm, PS) | SARSTEDT | 55,484 | _ |
Petri dish 60X15 mm | BD FALCON | 353004 | _ |
Cryovials 1.5 ml | NALGENE | 5000-1020 | _ |
Cell CultureFlasks 25 cm² | BD FALCON | 353014 | _ |
Nylon Net Filter, Hydrophilic | MERCK | NY4104700 | _ |
Swinnex Filter Holder | MERCK | SX0002500 | _ |
Perry tweezer | _ | _ | _ |
Lancet | _ | _ | _ |
Dounce | _ | _ | _ |