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Um zu entwirren die frühesten molekularen Mechanismen Prostatakrebs Initiation, neuartige und innovative menschlich Systeme und Ansätze dringend benötigt werden. Das Potenzial der pre-Prostata Urogenitalsinus Mesenchym (UGSM) an pluripotenten Stammzellen Zellpopulationen induzieren die menschliche Prostata-Epithel zu bilden ist ein leistungsfähiges Werkzeug in Prostata experimentellen Forschung.
Die Fortschritte bei der Prostatakrebs-Forschung ist stark durch die Verfügbarkeit von Menschen stammenden und Hormon-naiven Modell-Systeme, die unsere Fähigkeit zur genetischen und molekularen Ursachen Prostata-Erkrankungen Einleitung verstehen begrenzen begrenzt. Gegen die Entwicklung besserer Modellsysteme für das Studium der menschlichen Prostata-Krebsentstehung, haben wir und andere Vorteile der einzigartigen Pro-Prostata-induktiven Potenzial von embryonalen Nagetier Prostata Stroma genommen, genannt Sinus urogenitalis Mesenchym (UGSM). Wenn bestimmte pluripotenten Zellpopulationen wie embryonalen Stammzellen rekombiniert induziert UGSM die Bildung von normalen menschlichen Prostata-Epithelzellen in einem Testosteron-abhängigen Weise. Solch ein Modell menschlichen System kann verwendet werden, um zu untersuchen und experimentell testen die Fähigkeit der Bewerber Prostatakrebs Suszeptibilitätsgene in beschleunigtem Tempo im Vergleich zu typischen Nagetier transgenen Studien werden. Seit Menschliche embryonale Stammzellen (hES) können in Kultur genetisch modifiziert werden using induzierbare Genexpression oder siRNA knock-down-Vektoren vor Gewebe Rekombination erleichtert ein solches Modell Testen der funktionalen Folgen der Gene oder Kombinationen von Genen, die vermutlich fördern oder Vorbeugung einer Karzinogenese verwendet werden.
Die Technik der Gewinnung von reinem Populationen UGSM Zellen, jedoch ist eine Herausforderung und Lernen erfordert oft jemand mit früheren Know-how, um persönlich zu unterrichten. Darüber hinaus kann der Impfung Zellgemischen unter der Nierenkapsel eines immungeschwächten Gastgeber technisch anspruchsvoll. Hier beschreiben wir veranschaulichen und ordnungsgemäße Isolierung UGSM von Nagetier Embryonen und Nierenkapsel Implantation von Gewebe Mischungen menschlichen Prostata-Epithel zu bilden. Ein solches Vorgehen, bei ihrer aktuellen Phase, erfordert in vivo xenografting von embryonalen Stammzellen; zukünftige Anwendungen könnten in vitro Drüse Bildung oder die Verwendung von induzierten pluripotenten Stammzell-Populationen (iPS) umfassen.
Es gibt einen enormen Bedarf für eine bessere menschliche Modellsysteme von Prostatakrebs. Insbesondere wäre relevanten menschlichen Modellsysteme von normalen, gutartigen Prostata-Gewebe, die genetisch manipuliert werden, um direkt zu erkennen, die Rolle von spezifischen Genen in der Einleitung von Prostatakrebs kann unglaublich informativ. Das Aufkommen der genomischen Ära hat zahlreiche Gene, die eine Rolle bei der Entstehung von Krebs haben können, identifiziert. Ein Mangel an experimentellen menschlichen Modellsystemen jedoch stark beeinträchtigt unsere Fähigkeit, funktionell zu testen und zu charakterisieren Kandidat Prostatakrebs Suszeptibilitätsgene. Ein ideales Modellsystem wäre die rasche und schnelle funktionelle Analysen von Krebs Suszeptibilitätsgene in Kombination mit geeigneten transgenen Tiermodell zu erleichtern. Darüber hinaus würde eine solche menschlichen Modell zu ermöglichen molekulare Charakterisierung der Mechanismen der Signalisierung Prostatakarzinogenese zur Entdeckung und Validierung von neuartigen Therapien zurProstatakrebs verhindern Bildung.
Menschliche embryonale Stammzellen (HES) bilden können menschliche Prostata-Gewebe als Xenotransplantate. 2006 Taylor, et al. Berichtet, dass HES induziert werden, um Prostata-Epithelzellen in vivo zu bilden, wenn mit Nagetier Urogenitalsinus Mesenchym (UGSM) innerhalb eines Zeitraums von 8-12 Wochen wieder kombiniert werden. 1 Diese Studien wurden liegen vorangehende basierend das Cunha Labor zeigen, dass die Nager embryonalen UGSM fördern können Prostatahyperplasie Differenzierung von Stammzellen und embryonalen epithelialen Zellpopulationen in vivo. 2,3 Die Prostata entwickelt sich aus einer embryonalen anlagen bezeichnet die Sinus urogenitalis (UGS), und vor dem embryonalen Tag 17 (Maus E17 ; Tag E18 in der Ratte) die UGS kann entfernt werden und physisch aufgeteilt in Epithel (UGSE) und Mesenchym (UGSM) 4 Dieses Gewebe Rekombination Ansatz hat wesentlich unser Verständnis der Entwicklung und Prostata-Krebsentstehung, insbesondere verbessert.ly Wachstumsfaktor und hormonelle Signalwege und die molekularen Verhältnisse zwischen Prostata Stroma und Epithel. 5-8 Dieses Verfahren umfasst die ex vivo Kombination UGSM mit Stammzellen oder epithelialen Zellen aus den gleichen oder unterschiedlichen Arten und diese zellulären / Gewebe Rekombinanten implantiert gewachsen und Xenotransplantate innerhalb Mäusewirt. 4,9 Nach einer in vivo Wachstum enthält das Implantat Prostataepithelzellen Drüsenstrukturen in stromalen Gewebe eingebettet. Weitere Färbung durchgeführt werden, um festzustellen, ob solche Strukturen wirklich Prostata und des menschlichen Ursprungs sind. 10,11
Diese Studie wurde in strikter Übereinstimmung mit den Empfehlungen im Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren der National Institutes of Health durchgeführt. Das Protokoll wurde von der University of Chicago Institutional Animal Care und Use Committee (IACUC, Protokoll-Nummern 72066 und 72231) zugelassen. Jede Operation wurde unter Vollnarkose durchgeführt, und alle Anstrengungen unternommen wurden, nicht so lange leiden. Die menschlichen embryonalen Stammzellen Linie WA01 (H1; NIH-registration # 0043) wurde von WiCell (Madison, WI) und kultivierten erworben über den Einzug-unabhängiges Protokoll mit mTeSR1 Medien (Stem Cell Technologies, Vancouver, BC). ES-Zellen wurden innerhalb von zehn Durchgängen Auftauen verwendet.
1. Isolation des Sinus urogenitalis aus Maus oder Ratte Embryonen
2. Trennung des Sinus urogenitalis Mesenchym
3. Transplantation von Gewebe Rekombinante Unterhalb der Nierenkapsel
4. Postoperative Analgesie und Überwachung
Aufbauend auf den spannenden Bericht von Taylor et al. Hat unser Labor eine engrafting Protokoll über die gängigen H1 (NIH-designated WA01, genetisch männlich) mit menschlichen embryonalen Stammzellen Linie. 1 Diese Linie wurde konsequent für die Qualitätskontrolle getestet und entwickelt ist karyotypisch normalen 13 Wenn kultiviert angemessen, hES-Zellen aufrechterhalten, ausgebaut und kryokonserviert in einem undifferenzierten und pluripotenten Zustand mit einem Feeder-freie Kultur-Methode (Feeder-freie Systeme kommerziell erhältlich über Stem Cell Technologies, Vancouver BC).. Unsere 14 Protokoll beschäftigt Einzelzellsuspensionen von HES mit einzelnen Zellsuspensionen von E18 Ratte UGSM kombiniert und injiziert unter der Nierenkapsel von erwachsenen männlichen immungeschwächten Mäusen. Als wichtige Bedienelemente, implantiert USGM allein ergibt keinen erkennbaren Wachstum, während hESCs ohne UGSM bilden große Teratome (2B) implantiert. 15 Nach unserer Erfahrung Implantatation von UGSM ohne Kontamination Ratte Epithelzellen nie Ergebnisse im Gewebe Wachstum, während Rekombination UGSM zzgl. hESCs Ergebnisse in ein robustes Wachstum über 80% der Zeit (nach 8 Wochen Größen reichen von 1 mm bis 5 mm, mit mehr als 80% des Gewebes enthält Drüsenepithel). In Rekombinanten, die sowohl hESCs und UGSM wird früh Drüsenbildung nach 4 Wochen beobachtet, und nach 8 Wochen voll ausgebildet, Prostata-spezifischen Antigens (PSA)-positiven menschlichen Prostata-Epithel gebildet wird (Abbildung 3). Diese Drüsen enthalten Androgen-Rezeptor (AR)-positive-luminale sekretorische Zellen, die nicht vorhanden sind, eine Woche nach Host Kastration. Wichtig ist, dass diese Drüsen positiv für die human-spezifischen und Prostata-spezifisches Protein PSA. Weitere Dokumente, die Färbung wie menschliche Drüsen als nicht-maligne, da sie nicht exprimieren Alpha-methylacyl-CoA-Racemase (AMACR), die eine Prostatakrebs-spezifische Marker angezeigt. 16
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Abbildung 1. Isolation des Sinus urogenitalis von einer Ratte E18.5 Embryo. A. E18.5 Rattenembryo. Der weiße durchgezogene Linie zeigt die Position, um den Embryo halbieren. B. E18.5 männlichen Ratten Embryo. Die schwarzen gestrichelten Linien zeigen die Blase, Sinus urogenitalis, Rektum und Entwicklung Hoden. C. E18.5 weiblichen Ratte Embryo. Die schwarzen gestrichelten Linien zeigen die Blase, Sinus urogenitalis und Gebärmutter. D. Die Blase und Urogenitalsinus vom E18.5 Rattenembryo entfernt. Die während durchgezogene Linie zeigt die Position, um die Blase zu entfernen. Die schwarz gestrichelte Linie und weißer Pfeil zeigen die Epithelzellen Rohr. Der weiße Pfeil zeigt den Kopf Urogenitalsinus Mesenchym.
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Abbildung 2. Ultraschall-Bildgebung und grobe Morphologie in vivo Gewebe Xenotransplantate von UGSM und hESCs abgeleitet. A. Ultraschall-Bildgebung der wachsenden Xenotransplantate ermöglichen Live-Tier-Analysen im Verlauf des Experiments. Das Bild wurde 8 Wochen nach der Operation wurden mit einer Vevo 2100 Kleintier-Ultraschall (Visualsonics; Toronto, ON). . Eingekreiste Bereich stellt die wachsende Gewebe Xenograft auf die Niere Oberfläche B. Bei der experimentellen Endpunkt bilden hES-Zellen mit Ratten UGSM (rUGSM) kombiniert eine sichtbare Körpermasse auf die Niere Oberfläche (links); hES-Zellen implantiert allein bilden große Teratome als erwartet (Mitte), und UGSM implantiert allein nicht, um jede erkennbare Struktur (rechts) bilden.
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Abbildung 3. Formation of Human Prostate Epithel aus der humanen embryonalen Stammzellen Linie WA01 (H1). ES-Zellen wurden mit Nagetier UGSM rekombiniert und implantiert unter der Nierenkapsel von intakten männlichen Nacktmäusen. Nach einem Wachstum von 8 Wochen, ist die menschliche Prostata Drüsenepithel gebildet, wie durch AR, p63 und menschliche eingeschränkten PSA Färbung dokumentiert. Eine Woche nach Host Kastration ist die AR-positiv, PSA-positive luminalen Schicht nicht vorhanden ist, dokumentieren charakteristische Androgen-Abhängigkeit. Prostata Gewebe nicht-maligne, wie durch einen Mangel an AMACR Färbung nachgewiesen. Darüber hinaus waren Chra-positiven neuroendokrinen Zellen nachweisbar. Nicht-malignen menschlichen Prostata-Gewebe wurde als Kontrolle für AR, PSA, und p63 verwendet, ein Prostata-Tumor wurde als positive Kontrolle für die Krebs-spezifische AMACR verwendet.
Tissue Rekombination unter Verwendung UGSM ist eine unglaublich nützliche Technik, um die Entwicklung der Prostata und die molekularen Ereignisse, die zu Prostatakrebs Einleitung zu untersuchen. Der induktive Potential UGSM hat für zahlreiche Anwendungen in der Forschung Prostata eingesetzt, dazu gehören die Verbesserung Tumor der Prostata-Zelllinien und Tumoren nehmen, Studium Stroma-Epithel-Wechselwirkungen und bilden cross-species Prostata Rekombinanten 7,17-20 richtige Vorbereitung von UGSM. jedoch ist entscheidend für experimentelle Erfolg als Verunreinigung Nagetier Epithel wird in Drüsen-Bildung führen und kann Ergebnisse zu verwechseln. Somit ist die Trennung des UGSM vom UGSE (Schritt 2.4) bei weitem die wichtigste und heikelste Schritt auch in dem Protokoll. Um eine solche Verschmutzung zu steuern, ist die Verwendung von Techniken, um zwischen den Arten unterscheiden stark gefördert, sowie eine zusätzliche experimentellen Arm mit UGSM allein keine Drüsenbildung von cellula dokumentierenr Verunreinigungen. 12
Die jüngste Entwicklung der Feeder-freie Kultivierung hES Reagenzien und Methoden ermöglichen reine Populationen hES-Zellen kultiviert werden, erweiterte und kryokonservierten. 14 Darüber hinaus ist die erweiterte Nutzung von lentiviralen Gentransfer die stabile genomische Einarbeitung und Expression von Genen von Interesse ermöglicht. 21,22 Diese kombinierten Fortschritte ermöglichen zur genetischen Manipulation von reinem HES-Kulturen und, wenn mit dem induktiven Potential Prostatahyperplasie embryonalen UGSM kombiniert, wird die in vivo Erzeugung von menschlichen Prostata-Drüsen Expression spezifischer Gene von Interesse zu ermöglichen. Darüber hinaus würde diese Technik zugänglich sein induzierten pluripotenten Stammzellen-Zelllinien (iPS) aus adulten Hosts und von gentechnisch veränderten Zellen. 23,24 Anhand definierter Proteine zeigen wir, dass solche hES-abgeleiteten menschlichen Prostata-Epithel erscheinen sehr ähnlich Erwachsenen menschlichen Prostata-Epithel, sondern auf globaler molekularer Ebene gibt es sicher zu seineinige Unterschiede in der Genexpression, die berücksichtigt werden sollten. Um dies zu berücksichtigen, sollten die Ermittler verwenden eine erweiterte Stichprobe und überlegen, Laser-Mikrodissektion (LCM)-basierte Ansätze und vergleichende Genexpressionsanalysen Plattformen, um die molekularen Profile ihrer Gewebe im Vergleich zu erwachsenen menschlichen Geweben zu validieren. Dennoch hat die Bildung der menschlichen Prostata Drüsenepithel mit einem seriell-kultivierten und Feeder-freie Stammzellen Linie das Potenzial, zahlreiche molekulare Untersuchungen in Bezug auf Funktion der Prostata und Krebs Einleitung zu erleichtern.
Unsere Technik nutzt Einzelzellsuspensionen sowohl UGSM und hESCs, die die Verwendung von lentiviralen Infektion und Durchfluss ermöglicht Sortierung Ansätze sowie eine genauere Steuerung der zellulären Mengen. Dies kann jedoch verringert die induktive Potential UGSM. Ein alternativer Ansatz ist, um nichtdissoziierten UGSM (nach Schritt 2.5), bevor Kollagenaseverdau verwenden)und entweder direkt Inkubation mit ES-Zellen, oder Einbettung Zellen innerhalb eines Kollagen-Lösung. 4 Um diese Gewebe unter der Nierenkapsel implantieren, eine alternative Technik wäre, um einen Einschnitt in der Nierenkapsel machen, erstellen eine kleine Tasche unter der Nierenkapsel oben der Niere und physisch Küvette Masse innerhalb dieser Tasche. 4,20
Die Autoren haben keinen Interessenkonflikt mit der Arbeit vorgestellt.
Wir wollen die Unterstützung der Universität von Chicago Abschnitt der Urologie von Dr. Arieh Shalhav führte, und der Direktor der Urologischen Forschung Dr. Carrie Rinker-Schaeffer anzuerkennen. Wir würden auch gerne die Unterstützung der Universität von Chicago Comprehensive Cancer Center (UCCCC) von Dr. Michelle Le Beau führte zu bestätigen. Wir arbeiten auch mit den Experten der technischen Hilfe des Human Tissue Resource Center Core Facility Dr. Mark Lingen führte, und der Unterstützung von Leslie Martin und Mary Jo Fekete danken. Wir danken auch der Core Facility Immunhistochemie von Terri Li laufen. Diese Arbeit wurde von der University of Chicago Department of Surgery, die Abteilung für Urologie finanziert, ein American Cancer Society Institutional Research Grant (ACS-IRG, # IRG-58-004), ein Krebs-Center Support Grant (P30 CA14599); Der Brinson Foundation, die Alvin Baum Family Fund; The University of Chicago Cancer Research Foundation Frauen Platine; S. Kregel wird von einem HHMI unterstützt: Med-in-Grad Fellowship (56006772) und ein Krebs-Biologie Ausbildung Grant (T32-CA09594). Schließlich möchten wir Robert Clark, Dr. VenkateshKrishnan und Nathan Stadick für ihre kritische Beurteilung des Manuskripts danken.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name | Company | Catalogue Number | Comments |
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) | GIBCO | 14170 | |
DMEM/F12 | GIBCO | 11330 | |
R1881 | Sigma | 965-93-5 | Mix to 1 ug/ml in Ethanol (1,000x stock) |
NEAA | GIBCO | 11140 | |
Pen-Strep Solution | GIBCO | 15070 | 100x stock |
Matrigel | BD Biosciences | 354230 | |
KETASET (ketamine hydrochloride) | Fort Dodge Animal Health | NDC 0856-2013-01 | 100 mg/ml; dilute 1:10 in sterile saline |
AnaSed (xylazine) | VET-A-MIX, Inc. | NADA 139-236 | 20 mg/ml; dilute 1:10 in sterile saline |
Trypsin | BD Biosciences | 215240 | |
Collagenase | Sigma | C2014 | |
Ketoprofen | Fort Dodge | NDC 0856-4396-01 | 100 mg/ml; dilute 1:1,000 in sterile saline |
Altalube eye ointment | Altaire Pharmaceuticals, Inc. | NLC 56641-19850 | |
Leica MZ16 F Stereomicroscope | Leica | Any good dissecting scope can be used. | |
Vannas spring scissors | Fine Science Tools | 15001-08 | |
Syringe | Hamilton | 84855 | |
Hamilton Needle, Small RN, 28 gauge, 0.5inches, Point Style #3 (Blunt) | Hamilton | 7803-02 | Custom Needle |
Ethanol Prep Pads | Fisher Scientific | 06-669-62 | |
Sterile Gauze Pads | Fisher Scientific | 22-415-469 | |
Ethicon Vicryl Suture (4-0 FS-2) | MedVet International | J392H | Needle-in, dissolvable suture |
Autoclip 9 mm Wound Clips | Becton Dickenson | 427631 | |
PVP Iodine Prep Pads | Fisher Scientific | 06-669-98 | |
Dissector scissor with blunt end | Fine Science Tools | 14072-10 | |
Dumont fine tip forceps | Fine Science Tools | 11252-50 | |
Needle holder with Scissor | Fine Science Tools | 12002-14 |
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