כאן, אנו מציגים פרוטוקול ליצירת 3D organotypic מלנומה ספרואיד העור מודל recapitulates הן את הארכיטקטורה ואת multicellular המורכבות של איברים/גידול של ויוו , אבל באותו זמן מסתגלת שיטתית ניסיוני התערבות.
שינוי ממאיר של מלנוציטים, תאי פיגמנט העור האנושי, גורם להיווצרות מלנומה, סרטן אגרסיבי ביותר עם פוטנציאל גרורתי מוגברת. לאחרונה, מונו-chemotherapies להמשיך לשפר על ידי טיפולים שילוב ספציפי מלנומה עם מעכבי קינאז יישוב. . עדיין, מלנומה גרורתית נשאר מחלה מסכנת חיים בגלל גידולים להפגין התנגדות ראשי או לפתח עמידות לטיפולים חדשניים, ובכך החזרת יכולת tumorigenic. על מנת לשפר את ההצלחה הטיפולית של מלנומה ממאירה, הקביעה של המנגנונים המולקולריים היוועצות עמידות נגד גישות הטיפול הקונבנציונלי הוא נחוץ; עם זאת, זה דורש מודלים חדשניים הסלולר במבחנה . . כאן, אנחנו מציגים במבחנה organotypic תלת מימד (3D) מלנומה ספרואיד מודל יכולים להתחזות הארכיטקטורה ויוו של מלנומה ממאירה, עשוי להצדיק תובנות חדשות אינטרה-tumoral כמו גם הגידול-פונדקאי אינטראקציות. המודל משלב מספר מוגדר של הבדיל ובוגרת מלנומה spheroids במודל לשיקום עור תלת-ממד מלא המורכב של תאי העור העיקרי. המצב הרכב ובידול הסלולר של spheroids מלנומה מוטבע הוא דומה לזה של מלנומה עורית גרורות vivo בתוך. באמצעות מודל ספרואיד מלנומה זה organotypic כמו תרופה הקרנת פלטפורמה עשויים לתמוך הזיהוי המגיבים נבחר טיפולים משולבים, בעוד חוסך את הנטל טיפול מיותר עבור הלא-המגיבים, ובכך מגדיל את היתרון של התערבויות טיפוליות.
העור האנושי מורכב שני תאים נפרדים לשרת פונקציות שונות בהגנה על הגוף מפני השפעות סביבתיות שליליות1. תא עורי התחתון מורכב רקמת חיבור fibro-אלסטי. הוא מורכב של סיבי קולגן ואלסטין מחוברים באופן רופף מסונתז על ידי fibroblasts, משרת פונקציה מחסום מכני. הדרמיס מופרד האפידרמיס העליון על ידי הנדן הבזליים אשר מופק כמו מטריצה חוץ-תאית בשל תקשורת מתמדת בין שני תאי העור. בניגוד הדרמיס, האפידרמיס אפיתל קשקשיים אשר מורכב בעיקר keratinocytes, יכול להיות מובחן ארבע שכבות. הרובד basale מורכב מובחן keratinocytes הבזליים אשר נובעות כל הזמן העור ובתאים stratifying דרך השלבים של הרובד קוצנית , הרובד granulosum לתוך stratum corneum כדי להגן על הגוף מפני התייבשות וזיהומים2. מלנוציטים מיושרים של קרום הבסיס, ולתקשר באמצעות הרחבות דנדריטי עם keratinocytes מרובים. הם מייצרים מלנין הפיגמנט כדי להגן על רקמות העור מפני ההשפעות השליליות של קרינת UV, כמו הזדקנות העור, החיסוני, דלקת, אינדוקציה של סרטן עור שאינו מלנומה. התרומה קרינה UV הטרנספורמציה של מלנוציטים כדי מלנומה ממאירה, אולם הוא עדיין תחת הדיון3.
התפתחות מלנומה הבדיל לשלבים התקדמות הגידול שונים, המאופיינת על ידי שינויים גנטיים, מורפולוגיות, היסטולוגיים מסויימים4. הם מקורם גם דה נובו או של נקודת חן מולדת או נרכשת עקב מקומי עלייה של התפשטות מלנוציט גורם neoplasia שפיר. את הפציעה קודמן עשוי להמיר לתוך רקמות dysplastic מבנית ששונה המכיל תאים atypic, אשר עלולה להמשיך ממאיר בשלב הראשון, שלב הצמיחה רדיאלי (RGP). בשלב מוקדם זה התקדמות הגידול מאופיין על ידי תאים מתרבים בצורה רדיאלית בתוך האפידרמיס, מציג כמה תאים באופן מקומי פולשנית בתוך הדרמיס papillary. במהלך מלנומה שלב (VGP) עוקבות גדילה אנכי תאים הצגה כבר הפנוטיפ גרורתי ופולשני לעבור דרך הנדן הבזליים לחדור בחלק העמוק של הדרמיס, כמו גם את הרקמה התת עורית5. לבסוף, מלנומה גרורתית (MM) מייצג את הבמה התקדמות האגרסיביים ביותר עם תאים גרורתי מערכתית מתפשטת ברחבי מערכת הדם והלימפה לפלוש יש איברים כמו הכבד, הריאות, המוח6.
עד כה, אבחון מוקדם ולאחריו ניתוח נשאר עדיין הטיפול היעיל ביותר של מלנומה ממאירה. הפרוגנוזה של חולים עם גרורות רחוקות, עם זאת, עדיין גרועות במיוחד7, כי משטרי כימותרפיה קלאסית להתייעץ רק קצת הישרדות תועלת8,9. עם זאת, לאחר עשרות שנים של קיפאון, התפתחויות אחרונות טיפולים ממוקדים במידה ניכרת שיפרו את סיכויי ההחלמה של מלנומה ממאירה.
Dysregulation של שני מסלולים עיקריים mitogen מופעל, את ראס-RAF-MEK-טיפשה, את PI3K-AKT-PTEN איתות המסלולים, להציג את מניעי מפתח של מלנומה התקדמות, במיוחד כאשר צורונים הפעלת נקודת מוטציות של BRAFV600 proto-oncogenes, NRAS הם מתנה10. בהתאם לכך, ההמצאה של מעכבי קינאז יישוב הבטיח תועלת טיפולית לחולים הסובלים מלנומה גרורתית. מספר רב של ניסויים קליניים שנערכו לנקודה זו לא השיגה יתרון משמעותי עבור חולים עם מלנומה גרורתית. כמעט כל התגובות הן חלקיות, עם subpopulation של חולים מציג התנגדות ראשי. יתר על כן, הרכישה של התנגדות משני המובילים שמפסיק נצפתה ברוב המכריע של חולים11,12.
מתברר כי ניתוח של המצב מוטציה לבד אינה מספיקה כדי לפתח את האסטרטגיה הטיפולית החזק ביותר. כלי אבחון חדשים מהירה ואמינה נחוצים לתעד ולנתח באופן שיטתי את יכולת התגובה של התאים הסרטניים בודדים. הרוב המכריע של נתונים זמין כרגע על מלנומה אנושית הושגו מתרבויות תא מלנומה (2D) דו מימדי. תאים סרטניים, עם זאת, גדל ב- 3D לאפשר crosstalk המערכת בין סרטן הבדיל תא subpopulations, כמו גם בין תאים סרטניים ואת הרקמה הלא-טרנספורמציה מארח שמסביב. לכן, זה יהיה הכי טוב לשחזר את סביבת 3D שבו פותח מלנומה, כדי לשמש הקרנה פרה דגם13,14.
Organotypic מלנומה ספרואיד עור דגם הציג כאן צווי תובנות חדשות על הבנה עמוקה יותר של אינטרה-tumoral ואינטראקציה הגידול-מארח, ואשר עשוי לספק פלטפורמה סינון מתקדם כדי לחקור את המנגנונים המולקולריים של התפתחות גידולים, ההתנגדות טיפול בעתיד.
כדי להבטיח את הטוב ביותר הפיזיולוגיות ויוו לחקות תנאי העור משחזר, האיכות של התאים הראשי הוא בעל חשיבות עליונה. כאמור לעיל, תאי העור קטין או טרום לידתית להראות בכיתה התמיינות הנמוכה ביותר, לכן המתאימים ביותר ליצור מקבילות מלא-עובי העור. בקרת האיכות אפשרי הראשון הוא מידת התכווצות עורי-יום 2 לאחר זריעה של keratinocytes, equilibrating את הג’ל על EGM (פרוטוקול סעיפים 8.2 ו- 8.3). ג’לים עורי יתכווץ ביותר עם האיכות הטובה ביותר של fibroblasts. כמו כן, השילוב של fibroblasts מעט מדי או יותר מדי עשוי לפגום עורי להתכווצות כתוצאה מכך הקובץ המצורף באפידרמיס תא עורי. זה בתורו תסכן את הבידול באפידרמיס, כי תהליך זה דורש מקיף צולבות לדבר בין עורי וכן תאים.
האיכות של ראשי תאים תלויה גם באופן ביקורתי את confluency תא, כמו גם המעבר של התאים. אם keratinocytes הם מגדלים כדי ≥80% confluency הם מיד להפסיק מתרבים ולהתחיל להבחין. לכן חשוב תרבות אותם כדי confluency 40-70% במהלך passaging, ולהשתמש בהם לא יאוחר מעבר 3-4. Fibroblasts פחות רגישים, אך אין להשתמש מאוחר יותר מאשר מעבר 4-6. אנא שימו לב כי כל ראשי תאים, שורות תאים המשמשת ליצירת organotypic מלנומה ספרואיד העור מודלים מתורבתים בחינם של אנטיביוטיקה, ולכן הסיכון לזיהום הוא גבוה. עם זאת, התוספת של אנטיביוטיקה משנה את הפיזיולוגיה של תאים נפרדים, ולפיכך מפחית את טיב המקבילים העור.
באופן כללי, הגידול ספרואיד היווצרות אפשרי מפני כמעט כל מיני שורות תאים סרטניים וגם מתאי הגידול מבודד טריים מן החומר המטופל. תא הראשונית מספר ו/או טיפוח הזמן להשגת גדלים ספרואיד אופטימלית עשוי להשתנות בהתאם לסוג התא המשמש. עד גודל של 150-200 מיקרומטר, כל התאים הכלולים ספרואיד יכול עדיין מספיק להנתן עם חומרים מזינים באמצעות דיפוזיה פשוטה. רק spheroids עם גדלי ≥500 מיקרומטר להראות דרגת התמיינות גבוהה ומייצגים תכונות אופייניות של רקמת הגידול הלא-vascularized22.
Organotypic מלנומה-ספרואיד-העור-המודל פותח כאן זה מתאים במיוחד ללמוד אינטראקציות הגידול-פונדקאי ועבור בדיקות תחת in vivoסמים מלנומה-כמו תנאים15. . עדיין, הסביבה של מלנומה ויוו הוא אפילו יותר מורכב, מחסה מגוון רחב של סוגי תאים סרטניים הקשורים, כולל תאים חיסוניים ותאי אנדותל. מאז התוספת של נאות תאים חיסוניים הראשי פונה בעיות histocompatibility, מודלים אלה עדיין אינם מסוגלים לעקוב כראוי אחר גישות טיפוליות-החיסון.
ובכל זאת, מלנומה spheroids יכול להיווצר מחומר מבודד טרי החולה, ברגע כלול בתוך בנייה מחדש עור מלא, עשוי לשמש סמים בודדים הקרנת פלטפורמות. גם השילוב של חתיכות של גרורות סרטן העור לתוך העור בנייה הוא מתקבל על הדעת לנסות שילובים תרופתיים בגישה טיפולית מותאמת. כולל דגם העור מלנומה organotypic התלת-ממד בבדיקת פרה סביר להבטיח כי רק המבטיחים ביותר הרומן טיפולית המושגים נלקחים קדימה ניסויים קליניים, ובכך להקטין את השחיקה של טיפולים פוטנציאליים חדשים בשביל זה המחלה, הגדלת שיעור ההצלחה הטיפולית בניסויים קליניים.
The authors have nothing to disclose.
המחברים מודים חנה Voersmann על הקמת 3D organotypic מלנומה-ספרואיד-העור-הדגם ומספקת פרוטוקולים מעולה. המחברים גם תודה שערותיו ארוכות ואפורות בוש לתמיכה טכנית יקרי ערך. העבודה נתמכה על ידי BMBF e: תוכנית לרפואה 031A423A “מלנומה רגישות”.
fetal serum albumin (FCS) | Thermo Fisher Scientific | 10270106 | add 10 % to cell culture medium |
Trypsin-EDTA | Thermo Fisher Scientific | 25300054 | 1X dilute in PBS |
RPMI | Thermo Fisher Scientific | 61870010 | for cultivation of melanoma cell lines |
DMEM | Thermo Fisher Scientific | 41965062 | for cultivation of primary fibroblasts |
Dispase | Gibco life technologies | 17105041 | 2U/ml, dissolve in PBS |
Collagen type I | BD Biosciences | 354249 | usually from rat tail, concentration should be 3.5-4 mg/ml |
24-well inserts Nunclon | Nunc | 140629 | 8 µm pore size; use standing, not hanging inserts! |
cell strainer | BD Falcon | 352360 | yellow |
Gentamycine | Thermo Fisher Scientific | 15750060 | dissolve in PBS |
Keralife keratincyte medium | Cell Systems | do not add FCS or antibiotics | |
Collagenase | SERVA | 17454 | NB4 standard grade |
juvenile human keratinocytes | Cell Systems | FC-0007 | alternative to own preparation from juvenile foreskin |
juvenile human fibroblasts | Cell Systems | FC-0001 | alternative to own preparation from juvenile foreskin |
DMEM [+] 4,5 g/l Glucose, [+] L- Glutamine, [-] L- Pyruvate |
Gibco life technologies | 41965 | mix 1:1 with Ham´s F-12 for MM medium; mix 3:1 with Ham´s F-12 for EGM medium |
Ham´s F-12 [+] L-Glutamine | Gibco life technologies | 21765-029 | add to DMEM for the generation of EGM and MM medium (see lane 15) |
EGF | Gibco life technologies | 13247-051 | add 10 ng/ml only for the generation of EGM medium |
Calcium chloride | Merck Chemicals | 2381 | add 1.9 mM for the generation of EGM and 3.8 mM for MM medium |
Selenic acid | Alfa Aesar | 18851 | add 53 nM for the generation of EGM and MM medium |
Insulin | Lilly | HI0219 Hum Pen 3ml 100 E.I./ml | add 5 µg/ml for the generation of EGM and MM medium |
Ethanolamine | Sigma-Aldrich | E-0135 | add 0.1 mM for the generation of EGM and MM medium |
P-Ethanolamine | Sigma-Aldrich | P-0503 | add 0.1 mM for the generation of EGM and MM medium |
Holo-Transferrine | Sigma-Aldrich | T-0665 | add 5 µg/ml for the generation of EGM and MM medium |
Triiodthyronine | Sigma-Aldrich | T-6397 | add 20 pM for the generation of EGM and MM medium |
Hydrocortisone | Sigma-Aldrich | H-088816 | add 0.4 µg/ml for the generation of EGM and MM medium |
Progesterone | Sigma-Aldrich | P-8783 | add 10 nM only for the generation of EGM medium |
Hepes | Sigma-Aldrich | H-3784 | add 15 mM for the generation of EGM and MM medium |
Serine | Sigma-Aldrich | S-4311 | add 1 mM for the generation of EGM and MM medium |
Cholinchloride | Sigma-Aldrich | C-7017 | add 0.64 mM for the generation of EGM and MM medium |
dFCS | Sigma-Aldrich | F-0392 Lot 086K0361 | add 2 % for the generation of EGM and MM medium |
Adenine | Sigma-Aldrich | A-9795 | add 0.18 mM for the generation of EGM and MM medium |
L-Glutamine | PromoCell | C-42209 | add 7.25 mM for the generation of EGM and MM medium |
Strontiumchloride | Sigma-Aldrich | 255521 | add 1 mM for the generation of EGM and MM medium |
anti cytokeratin 10 antibody | Dako | M7002 | 1:50 |
anti cytokeratin 14 antibody | Santa Cruz | sc-53253 | 1:200 |
anti laminin 5 antibody | Santa Cruz | sc-32794 | 1:50 |
anti filaggrin antibody | Thermo Fisher Scientific | MA5-13440 | 1:50 |
anti involucrin antibody | Acris Antibodies | AM33368PU | 1:50 |
secondary polyclonal goat anti-mouse IgG FITC labeled | LifeSpan Biosciences | LS-C153907 | 1:50 |
secondary polyclonal goat anti-mouse IgG Cy3 labeled | Jackson Immuno Research | 115-165-003 | 1:1000 |
DAPI | Sigma-Aldrich | 10236276001 | 1:100 |