Присутствие раковых стволовых клеток (ЦОК) в костных сарком недавно был связан с их патогенеза. В этой статье мы представляем выделение ЦОК из первичных клеточных культур, полученных из человеческих биопсий обычных остеосаркома (ОС) с использованием способности ЦОК расти в прилипших условиях.
Нынешние улучшения в терапии против остеосаркомы (ОС) продлили жизнь больных раком, но выживаемость пять лет остается на низком уровне, когда произошло метастазирование. (ЦОК) по теории рака стволовых клеток утверждает, что существует подмножество опухолевых клеток в опухоли, которые имеют стержневые подобные характеристики, в том числе способности поддерживать опухоль и противостоять многим лекарственным средствам химиотерапии. Таким образом, лучшее понимание биологии OS и патогенеза необходимо для того, чтобы содействовать развитию целенаправленной терапии для искоренения этого конкретного подмножества и для снижения заболеваемости и смертности среди пациентов. Разделительный CSCs, создание клеточных культур ЦОК, а также изучение их биологии являются важными шагами для улучшения нашего понимания OS биологии и патогенеза. Создание человеческого происхождения OS-ЦОК из биопсий ОС стало возможным с помощью нескольких методов, в том числе потенциала для создания 3-мерных культур стволовых клеток под nonadhereусловия нт. В этих условиях, ОКК способны создавать сферические плавающие колонии, образованные дочерние стволовые клетки; эти колонии называются "клеточные сферы". Здесь мы опишем метод для установления CSC культур из первичных клеточных культур обычной ОС, полученной из биопсий ОС. Мы четко описать несколько проходов, необходимых для выделения и характеристики CSCs.
Саркомы представляют собой гетерогенную группу редких злокачественных опухолей соединительной ткани , происходящих в основном из эмбриональной мезодермы 1. Различные типы включают костные саркомы и саркомы мягких тканей. Костные саркомы, группа сравнительно редко первичных опухолей, состоят из нескольких подвидов, в том числе остеосаркома (ОС). ОС, одна из наиболее распространенных первичных опухолей костей, является мезенхимальные злокачественности , который проявляет обширные клинические, гистологические и молекулярные гетерогенность 2, 3. К сожалению, ОС происходит преимущественно у детей и молодых взрослых 4, 5 и представляет 60% общие гистологические подтипы саркома кости в детском возрасте 6, 7. ОС , как правило , влияет на скелетные области, которые характеризуются быстрым ростом костей (например, метафиза длинных трубчатых костей). Среди гистологически различных подтипов ОС, обычной ОС, которая также называется медуллярный или центральной ОС, имеет высокую степень злокачественности и квотирования шаповторно 80% 8. Это на 80% состоит из 60% обычной остеобластов OS, 10% chondroblastic OS, и 10% фибробластического OS 6, 8-10. Другие подтипы ОС включают Анапластический, telangiectatic, гигантские клетки, богатые и небольшой ОС клеток. Несмотря на успехи в комбинированной хирургии и химиотерапии в управлении ОС, результат остается на низком уровне , с долгосрочной выживаемости 65-70% у больных без метастазов 11, 12. Отдаленные рецидивы часто происходят в легочных метастазов или, реже, так как метастазы к отдаленным костей и местных рецидивов 13. Метастазы часто устойчивы к стандартным способам лечения. Это сопротивление является причиной того, почему 10-летняя выживаемость без признаков заболевания составляет около 30% у пациентов с метастазами при постановке диагноза 14, 15.
Как и в нормальной ткани, ткани рака состоит из гетерогенной коллекции типов клеток. Клетки внутри опухоли, кажется, соответствуют различным этапам развития. В любом пНПУ ткани проживает субпопуляции клеток с возможностью selfrenew, обеспечивая таким образом клетки-предшественники и зрелые клетки для гомеостаза тканей. Аналогичным образом, рак состоит из подобной гетерогенной популяции клеток на различных стадиях развития, с различной степенью пролиферации и онкогенного потенциала. Часть этих раковых клеток, называемых раковых стволовых клеток (ЦОК), представляет собой резервуар selfsustaining клеток с исключительной способностью selfrenew и поддерживать злокачественный потенциал опухолей, тем самым генерируя различные клоны клеток , которые составляют основную часть 16 опухоли. В 1990 – е годы, исследования по острой миелоидной лейкемии при условии , что первый убедительные доказательства существования CSC субпопуляций 17, 18. ОКК с тех пор были выделены из большого числа солидных опухолей 19, тем самым став одним из наиболее изученных тем в исследованиях рака. ОКК действительно могут возникать из нормальных стволовых клеток, с помощью мутаций в генах, которые делают нормальныйстволовые клетки раковой 20-23. Несколько трансформирующие мутации и взаимодействия с микросреды может также способствовать здоровых клеток-предшественников и зрелых клеток приобретающих selfrenewal емкость и бессмертием, что прообразом CSCs. Есть несколько гипотез об этой трансформации. Здоровые клетки – предшественники, здоровые зрелые клетки и раковые клетки, могут дедифференцироваться стволовые клетки, получение стволовых фенотипу путем активации selfrenewal-ассоциированных генов 24-28. Несмотря на ряд недавних исследований, происхождение ЦОК еще предстоит открыть.
Характерной особенностью ОКК является то, что их способность противостоять подхода с участием многих терапии, которая состоит из комбинированной операции и химиотерапии с различными препаратами. Недавние исследования показали, что ЦОК также могут приобретать устойчивость к цитотоксическим химиотерапевтическим агентам. Возможные объяснения этого сопротивления включают избыточную экспрессию АТФ-связывающего кассетного (ABC) с множественной лекарственной переносчика (то есть,MDR1 и BCRP1), избыточная экспрессия химиотерапии метаболизировать ферментов , таких как альдегиддегидрогеназой 1 (ALDH1), и / или изменения в кинетике клеточного цикла 30-33. Прямым следствием всех этих понятий, которые были описаны до сих пор является то, что терапия рака будет эффективным только тогда, когда субпопуляции CSC были полностью устранены, в то время как местный рецидив или отдаленных метастазов может произойти, если даже один CSC выжил.
Открытие ЦОК в человеческой саркомы 34, в частности , OS 35, или в любых других костных и мягких тканей злокачественных опухолей, имеет большое клиническое значение , поскольку он предлагает возможное объяснение, почему многие методы лечения представляется эффективным на начальном этапе, но пациенты позже рецидив. Таким образом, надежда на будущее бой против обычной ОС, чтобы найти новые и конкретные целевые методы лечения основаны на разработке инновационных лекарственных средств, направленных на OS-ЦОК благодаря молекулярной характеристике данного подпунктанаселения и к изучению биологии CSC.
В 1992 году Рейнольдс и его коллеги, которые вели расследование , было ли подмножество стволовых клеток , присутствующих в головном мозге млекопитающих взрослых, разработан метод выделения клеток , подозреваемых в стволовых подобных клеток 36, 37. Этот метод основан на определенной способности эти клетки с образованием сферических колоний при выращивании в прилипших условиях. Аналогичные методы были использованы Гиббсом и его коллегами в 2005 году для изучения субпопуляции стволовых клеток, как в костной саркомы 38. Для того, чтобы выделить и охарактеризовать ОС-CSCs из первичных культур клеток различных типов обычных ОС, мы решили адаптировать эту методику для клеточных линий OS.
Здесь мы описываем этот адаптированный метод анализа формирования сферы, названный "sarcosphere анализ", который может быть использован для выделения ОС-CSCs от конечных линий первичных клеток, полученных из человеческих биопсий обычной ОС. Мы также описываем все методы ˙UСЭД для проверки стволовых как CSC фенотип линий клеток, выделенных этим анализом: 1) оценка экспрессии генов, которые характеризуют плюрипотентных эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) и гена CD133, который является маркером ЦОК; 2) колониеобразующих единицы (КОЕ) анализ; 3) оценка способности этих клеток дифференцироваться в остеобласты и адипоциты при соответствующих условиях дифференцировки; 4) исследование поверхностных маркеров мезенхимальных стволовых клеток (МСК) (т.е. CD44, CD105 и Стро-1) с помощью иммунофлуоресценции окрашивания и с помощью анализа проточной цитометрии; 5) оценка ALDH активности этих клеток.
ОКК имеют несколько свойств, которые позволяют идентифицировать данного конкретного клеточного подмножества в объеме опухоли. На основе этих характеристик, таких как приобретенную устойчивость к цитотоксической химиотерапии агентов для избыточной экспрессии АТФ-связывающего кассетного ко многим лекарственным эффлюксных транспортеров 28, 32, 33, или для повышающей регуляции экспрессии детоксикацию ферментов , таких как ALDH 32, для выражения определенного маркером поверхности, такие как CD133, CD44, CD34, CD90, и другие 30, 34, 35, 41, несколько различных методов выделения CSCs были разработаны 42-44. Одним из этих методов является сфера Анализ образования, который основан на способности ЦОК расти в неприлипающими условиях.
Способность стволовых клеток и тканей ЦОК для формирования сфер была впервые описана в работах по идентификации нервных стволовых клеток Рейнольдсом и др. 37. Впоследствии, Гиббс и др. 38 насред эти исследования, чтобы начать изоляцию CSCs от солидных опухолей, в частности, из костей сарком. Мы решили использовать метод анализа формирования сферы иллюстрируется Гиббс и др. , Чтобы изолировать CSCs от линий OSA клеток , полученных из обычных биопсий ОС. Мы адаптировали оригинальный метод, чтобы улучшить результаты этого анализа и облегчить его воспроизводимости для других клеточных линий рака. Что касается создания Анализ образования сферы, мы убедились, что покрытие 40000 клеток / лунку является хорошей практикой для поддержания клеток в изоляции в начале анализа. Этот трюк очень важно, чтобы избежать возможности того, что сферические колонии родиной происхождения из клеточной агрегации, а не от конкретного и исключительной способности одного CSC расти в неприлипающими условиях и образуют сферическую колонию. Эта способность является особенно критической точкой этого анализа.
Мы также подтвердил, что, чтобы получить хорошую скорость образования сферы, То достаточно, чтобы обновить аликвотах факторов роста каждые 3 d и не каждый день, как это описано в оригинальном способе. В этом исследовании мы также создали и широко описаны хороший способ выделения сферических колоний, которые образуются, когда культивируют в неприлипающими условиях. Этот шаг имеет решающее значение в этом анализе, потому что очень важно, чтобы попытаться изолировать, поскольку многие из сфер, как это возможно, которые образуются в каждую лунку, не повредив их. Кроме того, важно, чтобы изолировать только сферы, а не на отдельные клетки, которые могут находиться в виде суспензии в течение всего срока анализа. Чтобы преодолеть эти критические точки, мы разработали особый метод изоляции, который, как было показано выше, дал хорошие результаты для CSC изоляции. Очевидно, что существует вероятность того, что не все сферы, которые сформированы, могут быть восстановлены, но процент потерь очень низок. Действительно, у нас также есть возможность использовать фильтр с 40 мкм поры, чтобы изолировать сферы после того, как они становятся большими (формае изд приблизительно 100 – 200 клеток).
Эта изоляция останавливает формирование сферы, но позволяет отдельные клетки, часть остатка метилцеллюлозы, а наименьшее сферы для фильтрации. Эта элиминация проводится путем тщательного фильтрации, как описано в протоколе.
Кроме того, выбор наиболее крупных сферических колоний через сетку 40 мкм с последующей потерей самых маленьких сферических колоний позволяет выбрать CSCs с самой высокой емкости с образованием сферических колоний и с большей стволовости. Все эти модификации были выполнены, чтобы улучшить анализ и помочь исследователям, занимающимся изучением CSCs, чтобы понять и воспроизвести наиболее важный шаг оригинального метода анализа формирования сферы.
Среди исследований , касающихся методов пробирке для выделения ЦОК, это исследование с целью показать , как это адаптированный анализ формирования сферы может быть хорошим способом для выделения из CSCsклеточные линии ОАС. Адаптация к оригинальному способу и детального метод выделения описано повышения его эффективности. В течение короткого времени, большое количество ОКК могут быть получены и использованы в течение нескольких экспериментов. Таким образом, можно быстро подтвердить стволовой как фенотипы и, в частности, для изучения двойной шток фенотипу, характеризующую OS-CSCs. Таким образом, этот модифицированный тест может быть хорошим методом для выделения CSCs и изучения их биологии. В дальнейшем этот метод, с помощью дополнительных приспособлений, также могут быть использованы для выделения CSCs от других линий конечных клеток рака, полученных биоптатов редких солидных опухолей.
Возможность выделения CSCs из редких твердых опухолей, таких как ОС, не только позволяет улучшение исследований в отношении этой конкретной рака, но также распространяется на изучение различных видов рака, чтобы разработать более эффективные методы для их изоляции и будущих исследований биологии это важное подмножество сотовой связи. Поэтому, как мысделали в этом исследовании, важно, чтобы улучшить методы CSC изоляции на основе изучения CSC биологии, с конечной целью поиска молекулярных мишеней и развития очень специфическую противоопухолевую терапию, направленную против этого конкретного клеточного подмножества, которое, вероятно, отвечает за содержание первичной опухоли, развитие ее повторения, и происхождение метастазов в нескольких органах. Изучение биологии CSC также имеет важное значение для поиска методов лечения, которые могут быть проницательный в лечении раковых заболеваний, таких как ОС, для которой коэффициент выживаемости после неоадъювантной лечения остается очень бедным.
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 | _ | _ | _ |