Bu makale, üçlü negatif meme kanserinin singeneik bir murine modelinden primer kanser ilişkili fibroblastların izolasyonu ve kültürü ve tümör mikroçevrimini hedeflemek için tasarlanmış yeni nanopartiküllerin preklinik çalışması için uygulanması için bir protokol sağlamayı amaçlamaktadır.
Kanserle ilişkili fibroblastlar (CAL’ ler) tümör mikroçevrim bağlamında önemli aktörlerdir. Tümör hücrelerine göre sayı olarak azalmasına rağmen, CAL’ler tümörün ilerlemesini düzenler ve antitümör bağışıklığından koruma sağlar. Ortaya çıkan antikanser stratejileri, pro-tümörijenik CAL’lerin ablasyonu veya CAL işlevlerinin yeniden programlanması ve aktivasyon durumları yoluyla tümör mikroçevricisini yeniden şekillendirmeyi amaçlamaktadır. Umut verici bir yaklaşım, CAL’leri hedefleyebilen nanosize teslimat ajanlarının geliştirilmesidir, böylece ilaçların ve aktif moleküllerin spesifik olarak teslimine izin verir. Bu bağlamda, BIR hücresel CAF modeli in vitro tarama ve bu tür nanoformülasyonların ön araştırılması için yararlı bir araç sağlayabilir.
Bu çalışma, primer CAL’lerin üç negatif meme kanserinin singeneik 4T1 murine modelinden izolasyonu ve kültürünü açıklar. Manyetik boncuklar, ayrışmış tümörlerden CAL’leri çıkarmak için 2 aşamalı bir ayırma işleminde kullanıldı. Proses verimini doğrulamak için her geçişten sonra akış sitometrisi kullanılarak immünofenotiran kontrol gerçekleştirildi. tümör mikroçevrimi ile başa çıkmak için tasarlanmış farklı nanoformülasyonların hedefleme kapasitesini incelemek için izole CAF’ler kullanılabilir. Floresan etiketli H-ferritin nanokabutlar, yöntemi kurmak için aday nanopartiküller olarak kullanılmıştır. Çıplak veya hedefleme ligand ile eşleştirilmiş nanopartiküller, CAL’lere bağlanması için analiz edildi. Sonuçlar, meme CAL’lerinin ex vivo ekstraksiyonunun, tümörojenik CAL’lerin spesifik hedeflemesi için nanopartikülleri test etmek ve doğrulamak için yararlı bir sistem olabileceğini göstermektedir.
Son on yıllarda, tümör mikroçevrasyonu tümörün nüksetmesine neden olabileceğinden ve terapötik direnci tetikleyebileceği için tümör hücrelerini öldürmenin genellikle maligniteyi ortadan kaldırmak için yeterli olmadığı ortaya çıktı1,2. Daha sonra yeni bir paradigma ortaya çıktı: tümörü destekleyici faktörlerden mahrum bırakmak ve böylece kemoterapötiklerin etkinliğini artırmak için tümör stromasını hedeflemek3,4,5. Özellikle, kanserle ilişkili fibroblastlar (CAL’ler) birçok katı tümörde ilginç bir stromal hedeftir6,7. CAL’ler, büyüme faktörleri, sitokinler ve kemokinlerin salgılanması yoluyla kanser hücreleri ve bağışıklık sisteminin hücreleriyle etkileşime giren çok heterojen bir hücre grubudur; hücre dışı matrisi oluşturmak ve yeniden şekillendirmek; ve metastaz oluşumunu etkinleştirin8,9,10,11,12. Tümör tipine bağlı olarak, CAL’ler pro-tümörijenik fonksiyonlar gösterirken, DIĞER CAL alt tipleri tümör baskılayıcı işlevlere sahip gibi görünmektedir13,14. Bu ikiliği daha iyi netleştirmek için, primer ve metastatik tümörlerden GELEN CAL’lerin kapsamlı bir karakterizasyonu önemlidir.
Bu bağlamda, gelişmekte olan bir araştırma alanı, tümör mikroçevrimini yeniden şekillendirebilen aktif moleküller ve ilaçlar sunarak CAL’leri hedeflemek ve/ veya yok etmek için tasarlanmış nanosize ajanların geliştirilmesine odaklanmıştır15,16,17,18. Çeşitli nanopartikül türleri, sitotoksik ilaçlarla CAF ablasyonunu elde etmek, CAF hedefli fotodinamik tedaviyi teşvik etmek veya CAL’leri sessiz bir duruma geri döndürerek veya komşu kanser hücrelerinin apoptozunu tetikleyen TNF ile ilgili apoptoz kaynaklı ligand ekspresyonunu indükle ederek yeniden programlamak için tasarlanmıştır16,19. Ayrıca, birçok nanopartiküllerin belirli biyolojik belirteçleri aktif olarak hedefleme potansiyeli, hedefe caf alt kümelerini seçme umudunu doğurmaktadır. CAF için mutlak özgüllüğü hala sorgulansa da, fibroblast aktivasyon proteini (FAP) pro-tümörijenik stromanın en umut verici hedeflerinden biridir ve nanodrug teslimatını yönlendirmek için sömürülür, böylece CAF hedefli nanoterapötiklerin geliştirilmesi için yol açmaktadır20,21,22.
Bu makale, birincil CAL’lerin singeneik bir murine meme kanseri modelinden izolasyonu açıklanmaktadır ve CAF işaretleyicisi FAP’ı tanımak için tasarlanmış nanopartiküllerin hedefleme yeteneğinin incelenmesinde kullanımlarını raporlamaktadır. Ferritin nanokaveleri yöntemi kurmak için aday nanosistemler olarak kullanılır, çünkü teslimat özellikleri hedefleme moieties23,24’ünyüzeye maruz kalmasıyla şekillenebilir. Ayrıca, ferritinlerin antitümör uygulamalar için mükemmel biyouyumlu mekikler olduğu başarıyla kanıtlanmıştır, bu da yükün tümör kütlesinde hızlı birikmesini tetikler25,26,27. Bugüne kadar, CAF hedefleme nanosistemlerinin preklinik çalışmaları, hücre aktivasyonunu teşvik etmek için büyüme faktörü-beta’yı dönüştürmek ve CAF’lerin bazı immünofenotipik özelliklerinin ifade edilmesi ile kültürde uyarılan fibroblast hücre hatları üzerinde vitro testlere dahil28,29. Bu yöntem genellikle ölümsüzleştirilmiş hücre hatlarına (NIH3T3, LX-2 gibi) uygulanır ve oldukça hızlı ve basittir, birkaç saat veya gün içinde aktif hücreler verir. Bir sınırlama, in vitro stimülasyonun aktif miyofibroblastlara atfedilen bazı genlerin ekspresyonunu teşvik etmesine rağmen, gerçek CAL’lerin tüm biyolojik özelliklerini, özellikle de heterojenliklerini tamamen yeniden yakalayamamasıdır.
Başka bir strateji, birincil CAL’lerin insan veya fare tümörü örneklerinden çıkarılmasını içerir30,31. Bu, CAF aktivasyonunun fizyolojik bir bağlamda gerçekleşmesini ve CAF alt nüfuslarının heterojenliğinin korunmasını sağlar. Araştırma amacına göre, CAL’ler farklı kaynaklardan türetilebilir, böylece en güvenilir koşulu inceleme imkanı sunar. Burada bildirilen protokol, bir murine meme kanseri modelinden CAL’leri hedeflemek için tasarlanmış yeni nanopartiküllerin işlevselliğinin ön değerlendirmesini yapmak isteyen bilim adamları için değerli olacaktır. İzole CAL’ler, kanserin hayvan modellerinde in vivo değerlendirmeye devam etmek için yeterince umut verici nanopartiküllerin taranmasını sağlamak için yararlı olacaktır. Bu, nanopartikül üretiminin ilk adımları sırasında, nanoteknologları nanopartikül tasarımının iyileştirilmesine yönlendirerek, esas olarak optimum hedefleme özellikleri elde etmek için ligand hareketsizleştirme stratejisini göz önünde bulundurarak ilgili olacaktır.
CAL’ler hücre dışı matrisin yeniden şekillendirilmesinde, metastaz ilerlemesinin teşvikinde ve tümör bölgesine ilaç erişiminin sınırlandırılmasında kilit oyuncular olarak ortaya çıkıyor34. Bununla birlikte, heterojenlikleri nedeniyle rolleri hala tartışmalıdır – bazı CAL’ler tümörijeniktir, diğer bazı alt tipler ise tümör baskılayıcı bir role sahiptir. Bu bağlamda, izolasyonları, kanser ilerlemesinde çok tartışılan rollerine daha fazla ışık tutmak için aşırı ilgi çekici olabilir, bu da önemli klinik etkileri olacaktır12,31. Ayrıca, insan ve preklinik fare tümörü modellerinden başarılı CAF ekstraksiyonu, yeni CAF hedefli ilaçların geliştirilmesini de kolaylaştıracaktır. Bu makale, birincil CAL’leri meme kanserinin singeneik preklinik modelinden verimli bir şekilde izole etmek ve kültürlemek için bir yöntem bildirmektedir. Deneyime dayanarak, üç deneysel adım çoğunlukla protokolün başarısını etkiler.
Birincisi, sütunda pıhtılaşma ve hücre eflüsünün yavaşlama riski ile ilişkili hücre süspansiyonlarının toplanmasını önlemek için hızlı bir şekilde çalışıyor: aslında, sütundan geçen hücreler birlikte kümelendiğinde, en uygun izolasyon sürecinin altı olasılığı arttı ve son kültürler “kirletici” hücre klonları içeriyordu. İkincisi, son zenginleştirme adımında geçilecek yeterli hücreyi garanti etmek için tükenme geçişinden sonra farklı tümörlerden hücreleri bir araya getirmektir. Son kritik konu, çıkarılan hücreleri yüksek hücre yoğunluklarında kaplamaktır, büyük olasılıkla hücre büyümesini ve koloni genişlemesini 4-5 pasaja kadar artırmak için 24 kuyu plakasının tek bir kuyusundan başlayarak. Hücreler düşük yoğunluklarda tohumlanmışsa, serbest yüzeyde genişlediler ve hızla çoğalmayı durdurdular.
Çeşitli çalışmalar, kanser gelişimini ve istilacılığı teşvik etmedeki rollerini incelemek için hem insan hem de fare kökenli CAF ekstraksiyon yöntemlerini tanımlamaktadır. Bu, meme kanseri, melanom, kolanjiokarsinom ve pankreas adenokarsinom35 , 36 , 37,38dahil olmak üzere birçok tümör türünde yapılmıştır. Bununla birlikte, belirli CAF belirteçlerinin olmaması ve heterojenlikleri nedeniyle, bu süreçlerin sonuçları hala en uygunun altındadır.
Burada, izole edilmiş hücreler, anti-FAP hedefleme moieties ile işlevsel hale getirilen HFn nanokagelerinin CAF hedefleme yeteneğini doğrulamak için kullanılmıştır. CAF’lerin birincil kültürlerinin kullanımı, nanostrateji ex vivo’nun nanodrug optimizasyonunun bu ön aşamasında doğrudan vivo olarak yapmaktan çok daha basit ve uygun maliyetli bir bağlama deneyi ile doğrulanmasına izin vererek önemli bir avantajdı.
Bu anlamda, CAF’lar üzerinde ex vivo testi, CAF’ın en iyi şekilde hedeflenebilmesi için en umut verici nanopartiküllerin taranmasına ve seçilmesine izin vererek in vivo hayvan deneylerinden önce gelebilir. Burada sunulan CAF modeli, nanopartikülleri aktif ilaçlarla yüklerken ön etkinlik çalışmaları için de kullanılabilir. Hayvanlar daha sonra biyodistribasyon, farmakokinetik ve etkinlik çalışmalarını değerlendirmek için kullanılacaktır.
Meme kanserinde fotodinamik tedavi için ferritin nanokabu ve prostat kanseri modellerinde doxorubicin sağlamak için peptit bazlı parçacıklar gibi çeşitli CAF hedefli nanodruglar geliştirilmektedir39,40. Bununla birlikte, nanodrug optimizasyonu için hücre platformları olarak CAL’lerin izolasyonuna odaklanan çok fazla çalışma yok.
Bu protokolün bazı sınırlamaları vardır. İlk olarak, birkaç reaktif ve malzemenin hazırlanmasını ve satın alınmasını gerektiren zaman alıcı bir protokoldür. İkincisi, 4T1 meme tümöründeki CAL’lerin azlığı nedeniyle verimleri düşüktür. Nanopartikül deneyleri, birincil CAL’ler senescence geçirdiğinden ve kültürde uzun süre sürdürülemediğinden, gerekli hücre sayısı elde edilirlenmez planlanmalı ve yapılmalıdır. Sonuç olarak, bu CAF izolasyonu, kültleştirme ve karakterizasyon yöntemi, kanserle mücadelede yeni hedeflenen nanotıpların gelişimini hızlandırmak için güçlü bir araç olabilir.
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma, IG 2017-ID. 20172 projesi – P.I. Corsi Fabio kapsamında Associazione Italiana per la Ricerca sul Cancro (AIRC) tarafından desteklenmiştir. SM, konumunu destekleyen Pediatrik Klinik Araştırma merkezi “Romeo ve Enrica Invernizzi”yi kabul ediyor. AB, airc (ID. 20172 projesi) ve Milano Üniversitesi’ne araştırma bursu için teşekkür ediyor. LS ve MS doktora sonrası ve doktora bursları Milano Üniversitesi tarafından desteklenmektedir.
ACK Lysing buffer | Lonza | 10-548E | Store at +15° to +30 °C. |
Alexa Fluor 488 goat anti-human antibody | Immunological Science | IS-20022 | Protect from light. |
Anti-FAP Fab fragment (3F2) | Creative Biolabs | TAB-024WM-F(E) | |
BALB/c mice | Charles River | 028BALB/C | 7 weeks old female mice |
Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | A7906 | Store at 2-8 °C. |
CD45 antibody | Miltenyi Biotec | 130-110-796 | FITC-conjugated fluorescent antibody; clone REA 737; Store protected from light at 2–8 °C. |
CD90.2 antibody | Miltenyi Biotec | 130-102-960 | PE-conjugated fluorescent antibody; clone 30-H12; Store protected from light at 2–8 °C. |
Cell strainers 70 µm | VWR | 732-2758 | |
CytoFLEX | Beckman Coulter | laser configuration B4-R2-V0 | |
Dead cell Removal Kit | Miltenyi Biotec | 130-090-101 | contains 10 mL of Dead Cell Removal MicroBeads; 25 mL of 20× Binding Buffer Stock Solution. Store protected from light at 2−8 °C. |
D-Luciferin | Caliper | 760504 | reagent for in vivo imaging |
DMEM High Glucose w/o L-Glutamine w/ Sodium Pyruvate | Euroclone | ECB7501L | Warm at 37 °C in a water bath before use. |
DMSO | Sigma-Aldrich | D2650 | |
DPBS w/o Calcium, w/o Magnesium | Euroclone | ECB4004L | Keep at room temperature. |
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma-Aldrich | E9884 | |
Fetal Bovine Serum | Euroclone | ECS0180L | Before use, heat at 56 °C for 30 min to kill all the complement proteins. |
Fluorescein Istothiocyanate isomer I (FITC) | Sigma-Aldrich | F7250 | Store protected from light at 2–8 °C. |
GentleMACS C Tubes | Miltenyi Biotec | 130-096-334 | They are used in combination with the gentleMACS Dissociator. |
GentleMACS dissociator | Miltenyi Biotec | 130-093-235 | Two samples can be processed in parallel. Special protocols have been developed for various tissues. |
Goat serum | Euroclone | ECS0200D | |
Ham's F12 w/o L-Glutamine | Euroclone | ECB7502L | Warm at 37 °C in a water bath before use. |
IVIS Lumina II imaging system | Caliper Life Sciences | This imaging system is easy to use for both fluorescent and bioluminescent imaging in vivo. Equipped with a Living Image Software for analysis | |
LD columns | Miltenyi Biotec | 130-042-901 | Composed of ferromagnetic spheres, designed for stringent depletion of unwanted cells. Position the required number of columns on the magnetic Separation Unit and equilibrate with buffer before use |
L-Glutamine | Euroclone | ECB3000D | 200 mM stock |
Light/fluorescence microscope equipped with camera | Leica Microsystems | DM IL LED Fluo/ ICC50 W CameraModule | inverted microscope for live cells with camera |
MACS MultiStand | Miltenyi Biotec | 130-042-303 | |
MACS Separation Unit | Miltenyi Biotec | 130-090-976 | Position the magnet on appropriate stand before use. |
MACS Tissue Storage Solution | Miltenyi Biotec | 130-100-008 | |
MS columns | Miltenyi Biotec | 130-042-201 | Composed of ferromagnetic spheres, designed for positive selection of cells. Position the required number of columns on the magnetic Separation Unit and equilibrate with buffer before use. |
Mycoplasma Removal Agent | Euroclone | ECMC210A | Dilute in culture medium 1:100. |
NaHCO3 | Invitrogen | A10235 | |
Nanodrop spectrophotometer | Thermo Fisher Scientific | ND-2000C | |
Non essential aminoacids | Euroclone | ECB3054D | |
Penicillin-Streptomycin | Euroclone | ECB3001D | |
Recombinant Human apoferritin H-homopolymer (HFn) | Molirom | MLR-P018 | |
RPMI 1640 w/o L-Glutamine | Euroclone | ECB9006L | Warm at 37 °C in a water bath before use. |
Tumor-Associated Fibroblast Isolation kit | Miltenyi Biotec | 130-116-474 | Contains 1 mL of Non-Tumor-Associated Fibroblast Depletion Cocktail, mouse; 1 mL of CD90.2 (Tumor-Associated Fibroblast) MicroBeads,mouse. Store protected from light at 2-8 °C. |
Tumor Dissociation Kit | Miltenyi Biotec | 130-096-730 | Contains lyophilized enzymes (D, R, A) and buffer A; reconstitute enzymes according to the manufacturer's instructions, aliquot and store at – 20 °C. |
Trypan blue 0.4% | Lonza | 17-942E | dilute 1:1 with a sample of cell suspension before counting the cells |
TrypLE select | Gibco | 12563-029 | use at room temperature |
Trypsin-EDTA | Lonza | BE17-161E | Warm at 37 °C in a water bath before use |
T75 Primo TC flask | Euroclone | ET7076 | |
Zeba Spin Desalting Columns | Thermo Fisher Scientific | 89890 | 7K MWCO, 2 mL |
1.5 mL tubes | Biosigma | CL15.002.0500 | |
15 mL tubes | Euroclone | ET5015B | |
4T1-luc2 | Caliper | Mouse mammary gland cancer cell line stably transfected with firefly luciferase gene | |
50 mL tubes | Euroclone | ET5050B |