Vi presentiamo un protocollo per la generazione di numeri di grandi dimensioni (migliaia a centinaia di migliaia) di taglia e sferoidi tumorali uniformi di composizione controllata, utilizzando micropiastra disponibili in commercio.
Sferoidi tumorali sono sempre più riconosciuti come un importante modello in vitro per il comportamento delle cellule tumorali in tre dimensioni. Più fisiologicamente rilevanti di culture aderente fogli convenzionali, ricapitolano più accuratamente la complessità e interazioni presenti nei tumori reali. Per sfruttare questo modello per valutare meglio la biologia del tumore, o l'efficacia di nuovi agenti terapeutici, è necessario essere in grado di generare sferoidi riproducibile, in modo controllato ed in numero significativo.
Il sistema AggreWell costituito da un array ad alta densità di micropozzetti a forma di piramide, in cui viene centrifugato una sospensione di cellule singole. I numeri di cellule raggrupparsi a fondo di ciascun pozzetto, e il numero e il rapporto di tipi cellulari distinti coinvolti dipendere solo dalle proprietà della sospensione introdotta dallo sperimentatore. Quindi, siamo in grado di generare sferoidi tumorali di dimensione arbitraria e composizione conle necessità di modificare la tecnologia della piattaforma sottostante. Le centinaia di pozzetti per centimetro quadrato di superficie cultura a sua volta assicurare che i livelli di produzione estremamente elevati possono essere raggiunti attraverso un semplice processo ad alta intensità di nonlabor. Ci aspettiamo quindi che questo protocollo sarà ampiamente utile ai ricercatori nel campo sferoide tumore.
Vi è un numero crescente di elementi che le cellule tumorali si comportano in modo diverso in tre culture dimensionali di quanto non facciano quando coltivate su plastica, e che gli agenti terapeutici individuati su piattaforme tessuto-coltura convenzionali possono perdere efficacia quando la transizione a un sistema più fisiologicamente rilevanti 1. È pertanto auspicabile studiare il comportamento delle cellule tumorali in queste condizioni, sia per acquisire conoscenze in loro biologia sottostante, e anche per aumentare il tasso di successo di transizione nuovi agenti terapeutici dalla struttura di screening alla clinica. Un sistema modello utile con una lunga storia impiega cluster tridimensionali di cellule tumorali conosciute come sferoidi tumorali 1,2. Idealmente, le tecniche di formazione sferoide consentirebbero produzione di un gran numero di sferoidi uniformi le cui dimensioni e la composizione sono controllati dallo sperimentatore. Mentre si avvicina hanging-drop e ben piastra 3,4 sono in grado di soddisfare alcune di queste rerequisiti, il throughput è generalmente limitata, e la generazione di un gran numero di sferoidi diventa un'attività ad alta intensità di manodopera.
Abbiamo recentemente sviluppato un sistema per risolvere le sfide simili nel campo della medicina rigenerativa 5. Impiegando aggregazione forzata all'interno di una serie di pozzi densamente micron scala (vedi Figura 1), questo approccio consente la generazione di sferoidi da un numero arbitrario di cellule, comprese le miscele di diversi tipi di cellule 6, così come l'integrazione di vari biomateriali 7. Sferoidi sono formate in gran numero – migliaia a centinaia di migliaia o più – e possono essere estratti immediatamente o mantenuti in micropozzetti in cui è stata formata con cambio medio per almeno un 8 a due (osservazioni non pubblicate) settimane. Questo sistema è quindi adatto per la generazione di grandi quantità di uniforme e sferoidi tumorali riproducibili per la valutazione della effectiveness di nuovi agenti antitumorali o indagini biologiche di base.
Abbiamo stabilito un sistema in cui un gran numero di sferoidi uniformi possono essere generati da molteplici linee cellulari provenienti da fonti diverse. Dobbiamo ancora incontrare una linea di cellule aderenti, che non costituisce sferoidi in queste condizioni. Abbiamo già osservato perdita di cellule in popolazioni soggette a anoikis 5,8, ma ad oggi il problema non è sorto con le linee tumorali. Il sistema è arbitrariamente scalabile con la superficie, con un comportamento coerente in tutti i pozzetti a 24 pozzetti e il formato 6-bene, così come bioreattori prototipi contenenti 50.000 pozzetti ciascuna attualmente in fase di sviluppo.
Dovrebbe sferoide asimmetria essere una preoccupazione, il tempo di incubazione nella fase 4.8 può essere aumentata a due o tre giorni. Sferoidi possono essere incubate per un periodo dopo l'estrazione dai micropozzetti per aumentare simmetria, tuttavia in questo caso deve essere presa cura di mantenere sufficientemente bassa densità di coltura, come sferoidi in contatto tra loro will spesso fondersi in strutture più grandi. Per questo motivo, abbiamo precedentemente mantenuto culture dei pozzetti in cui sono formati gli aggregati, con la limitazione principale è la dimensione dello sferoide. Questo a sua volta è funzione sia del tasso di crescita e dimensione iniziale 8, e se è prevista cultura estesa all'interno della micropiastra, questo dovrebbe essere considerato in anticipo. Opzioni per prevenire la crescita eccessiva, se dovesse verificarsi, comprendono o che iniziano con sferoidi più piccoli, o che utilizzano le più grandi pozzetti della piastra AggreWell 800.
In caso di sferoidi riuscire ad aumentare in modo coerente nel corso del tempo, una possibile causa potrebbe essere la morte delle cellule. Soprattutto in grandi aggregati di cellule altamente metabolicamente attive, limitazioni di trasporto di massa sulla fornitura di ossigeno e nutrienti essenziali può produrre un core necrotico 2 – quindi uno sferoide non coesivo può semplicemente essere una conseguenza di morte cellulare eccessivo. In alternativa, le misurazioni della coesione meccanicasione di sferoidi sono stati utilizzati per valutare forze di legame intercellulari, in rapporto al potenziale metastatico di una determinata linea cellulare 13. Sarebbe interessante indagare il rapporto tra forma sferoidale e il potenziale metastatico, magari utilizzando parametri morfometrici come la rotondità e il perimetro di rapporto tra le aree.
Oltre a istruire le proprietà meccaniche e morfometrici di sferoidi, il montaggio del sistema micropozzetti permette produzione su larga scala di sferoidi mista composizione, costituito da combinazioni di tipi di cellule e / o biomateriali 6,7. Le interazioni delle cellule tumorali con altri tipi di cellule sono importanti per modellare più da vicino il comportamento dei tumori in vivo 14, in tal modo può essere di interesse per generare sferoidi da cellule tumorali in combinazione con fibroblasti e cellule endoteliali, per esempio. Microparticelle di vari biomateriali possono anche essere incorporati, e possono influenzare SPHproprietà eroid sia direttamente attraverso la loro interazione con le cellule 7,15, e anche come serbatoi per il rilascio controllato di fattori di crescita e citochine nell'interno dello sferoide 16.
Se non vi è alcuna preoccupazione per sterilità, ad esempio quando si lavora con una micropiastra in cui sono stati precedentemente utilizzati alcuni pozzi, che possono aver trascorso qualche tempo in un incubatore come parte di un precedente esperimento, i pozzetti possono essere risterilizzati con etanolo al 70% in acqua.
Una volta che sono state formate sferoidi, possono anche essere separato dalle cellule non costituite residue passando il sospeso su un colino cellula. Le singole celle passeranno attraverso, mentre verranno mantenuti i sferoidi. Se lo sferoide è sospettato di spargimento cellule metastatiche potenzialmente nel corso della coltura, può essere desiderabile eseguire questa operazione più volte – inizialmente per rimuovere le cellule non registrate, e successivamente per isolare purified popolazioni delle cellule ceduto dai sferoidi.
The authors have nothing to disclose.
Questo lavoro è stato finanziato dall'Università di Calgary, sotto una nuova concessione start-up ricercatore al Dr. Ungrin.
Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
AggreWell 400 plate | StemCell Technologies Inc. | 27845/27945 | |
Rinsing Solution | StemCell Technologies Inc. | 07010 | |
Cell strainer (37 µm) | StemCell Technologies Inc. | 27215 | |
PBS | VWR / LONZA | CA12001-676 | |
Trypsin-Versene (EDTA) | VWR / LONZA | CA12001-660 | |
DMEM | VWR / LONZA | CA12002-212 | |
FBS | VWR / LONZA | CA-95042-112 | |
TrypLE | Invitrogen / Life Technologies | 12605010 | |
Inverted microscope | VWR / Motic | CA19000-610 | |
Allegra X15R centrifuge with carriers for standard well plates | VWR / Beckman | CABKA99465, CABK369704, CABK392806 | |
Laminar flow biosafety cabinet | ESBE / Baker | BKR-SG603AHEUVSP |