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La presencia de células madre cancerosas se ha asociado con recaídas o malos resultados después de la radioterapia. Este manuscrito describe los métodos para estudiar la radiosensibilidad de las células madre cancerosas en las líneas celulares de cáncer de pulmón.
La presencia de células madre cancerosas (CSC) se ha asociado con recaídas o malos resultados después de la radioterapia. El estudio de las CCS radiorresistentes puede proporcionar pistas para superar la radiorresistencia. Se ha notificado la isoforma 5 del canal de calcio cerrado por voltaje n.o 21 como un marcador para los CCS radiorresistentes en líneas celulares de cáncer de pulmón de células no pequeñas (NSCLC). Utilizando la subunidad del canal de calcio 2-1 como ejemplo de un marcador CSC, se presentan métodos para estudiar la radicalidad de los CSC en las líneas celulares NSCLC. Las CSC se clasifican con marcadores putativos por citometría de flujo, y la capacidad de auto-renovación de las células ordenadas se evalúa mediante el ensayo de formación de esferas. El ensayo de formación de colonias, que determina cuántas células pierden la capacidad de generar descendientes que forman la colonia después de una cierta dosis de radiación, se realiza para evaluar la radiación de las células ordenadas. Este manuscrito proporciona los primeros pasos para estudiar la radiosensibilidad de las SC, que establece la base para una mayor comprensión de los mecanismos subyacentes.
La radioterapia desempeña un papel importante en el tratamiento del cáncer. Sin embargo, la existencia de células madre de cáncer radioresistentes (CCS) puede provocar recaídas o malos resultados después de la radioterapia1,2. Las CSC se caracterizan por su capacidad de auto-renovación y capacidad para generar células cancerosas heterogéneas3. Blindados con una capacidad de reparación de daños por ADN más eficiente o niveles más altos de sistemas de barrido de radicales libres u otros mecanismos, los CSC son relativamente resistentes a la radioterapia4,5,6,7 , 8. Identificar los marcadores CSC y explorar sus mecanismos facilitará el desarrollo de fármacos que superarán la radiorresistencia sin aumentar el daño tisular normal.
Se ha notificado la isoforma 5 del canal de calcio cerrado por tensión n.o 21 como un marcador para los CCS radiorresistentes en las líneas celulares DeNC9. El número 2 1 fue identificado originalmente como un marcador CSC para el carcinoma hepatocelular (HCC)10. Utilizando la inmunización sustractiva con un par de líneas celulares hcc derivadas de los tumores primarios y recurrentes en el mismo paciente, se identificó un anticuerpo llamado 1B50-1 para apuntar específicamente a las células recurrentes del HCC. Las células 1B50-1-positivas mostraron una alta eficiencia de formación de esferas in vitro y alta tumorigeniidad in vivo. Su antígeno fue identificado por espectrometría de masas, como el canal de calcio 2-1 subunidad isoform 5. El n.o 21 expresa específicamente en los CoS y es indetectable en la mayoría de los tejidos normales, lo que lo convierte en un candidato potencial para apuntar a los CSC10. El número 21 también puede servir como un marcador CSC para las líneas celulares NSCLC, y se ha demostrado que imparteradiorresistencia a las células NSCLC parcialmente mejorando la eficiencia de la reparación de daños al ADN en respuesta a la radiación 9.
El estudio de las CCS radiorresistentes puede proporcionar pistas para superar la radiorresistencia. Utilizando el n.o 2-1 en el NSCLC como ejemplo, se presentan los métodos principales para estudiar la radiosensibilidad de los SCP. Por lo general, los CCS se aíslan con un marcador de superficie putativa, y se comparan las características de las células madre y la radiosensibilidad de las poblaciones de células positivas y negativas. La formación de esferas en un medio libre de suero complementado con factores de crecimiento que apoyan la autorrenovación es un ensayo útil para evaluar la talla de las células in vitro. Es probable que las células con alta capacidad de formación de esferas muestren una alta tumorigeniidad cuando se inyectan en ratones inmunodeficientes10,11,12. El ensayo de formación de colonias se utiliza entonces para evaluar la radiación de las células, que determina cuántos han perdido la capacidad de generar descendientes que forman la colonia después de una dosis de radiación13.
NOTA: Los pasos se realizan bajo la temperatura indicada. Para los pasos en los que no se menciona la temperatura, realice bajo temperatura ambiente (18-25 oC). El medio de cultivo celular debe almacenarse a 4 oC, y otros reactivos deben almacenarse de acuerdo con las guías del fabricante. El medio se debe precalentar a 37 oC antes de añadirse a las células.
1. Clasificación de celdas
2. Ensayo de formación de esferas
NOTA: El ensayo de formación de esferas se aplica para determinar la capacidad de autorenovación de las células. Las células con capacidad de autorenovación podrían formar esferas en este medio semisólido libre de suero complementado con factores de crecimiento. Todos los pasos deben realizarse en un armario de seguridad biológica o en un banco limpio laminar. Para evitar la contaminación, se recomienda añadir antibióticos (penicilina y estreptomicina) al medio de cultivo después de la clasificación.
3. Ensayo de formación de colonias
NOTA: El ensayo de formación de colonias se aplica para determinar la radiasensibilidad de las células. La radiación puede ser suministrada por un acelerador lineal utilizado para la radioterapia. El sistema de irradiación celular para uso en laboratorio también se puede utilizar si el equipo está disponible. Los pasos 3.1, 3.2.3 y 3.2.6 deben realizarse en un armario de seguridad biológica o en un banco limpio laminar. Para evitar la contaminación, se recomienda añadir antibióticos (penicilina y estreptomicina) al medio de cultivo después de la clasificación.
Se clasificaron las células A549 de 2-1-alto y 2-bajo A549 (Figura1A). Algunos marcadores pueden mostrar poblaciones distintas y son fáciles de gatear. Sin embargo, algunos marcadores solo muestran patrones de expresión altos y bajos, en lugar de poblaciones positivas y negativas distintas. En esta situación, un control de isotipo es muy importante para el gating. La expresión de 2x1 en las celdas ordenadas es validada por qPCR. La expresión de CACNA2D1, el gen que codifica el número 2, es mayor en células ordenadas de 2 a 1-alto en comparación con las células bajas de 21 (Figura1B).
La morfología típica de las esferas se muestra en la Figura 2A. La eficiencia de la formación de la esfera se calcula en las células de 2-alto y 2-1-bajo (Figura2B). Las células de 2o1-alta mostraron una mayor eficiencia en la formación de esferas, lo que sugiere una mayor capacidad de auto-renovación. Las imágenes típicas de las colonias celulares se muestran en la Figura 3A. Una colonia con unas 50 células puede ser examinada bajo un microscopio y marcada como referencia. Se puede calcular una fracción de supervivencia en cada dosis, y las curvas de supervivencia se presentan en la Figura 3B. Las células de 2o 1-alto son relativamente resistentes a la radiación en comparación con las células de 2o 1-bajo.
La prueba t-test de alumno de dos cara no emparejada se realizó para evaluar la importancia entre los grupos. Se consideró que un valor de p < 0,05 era estadísticamente significativo. Los datos se representan con la media y la desviación estándar (SD). Se presentan datos representativos de al menos tres experimentos biológicamente independientes con resultados similares.
Figura 1: Clasificación de las células de 2-1-alto y -2-1-baja en A549. (A) Análisis representativo de la citometría de flujo de la expresión n.o 21. Las celdas se cierran en función del control de isotipo. (B) Confirmación de la expresión de 2o1 en poblaciones altas y bajas por QPCR. Las barras de error indican SD. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Ensayo de formación de esferas de células A549 de 2o1-alto y A549 bajo. (A) Morfología representativa de las esferas formadas por las células ordenadas de 2a 1 y 2-baja (barra de 200 m). (B) Eficiencia de la formación de la esfera de las células de 2o 1-alto y -2-1-bajo. Las barras de error indican SD (***p < 0.001). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Ensayo de formación de colonias de células A549 de 2o1-alto y A549 bajo. (A) Imágenes representativas de las colonias formadas por las células ordenadas de 2-alto y 2-bajo. (B) Curvas de supervivencia de las células de 2o 1-alto y -2-bajo. El número de células sembradas fue de 200 células por pozo para 0 Gy, 400 células por pozo para 4 Gy, y 800 células para 8 Gy. Las barras de error indican SD (**p < 0.05, ***p < 0.001). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Este protocolo describe métodos para estudiar la radiosensibilidad de los CI en las líneas celulares cancerosas in vitro. En este estudio, la expresión de 2s 1 es continua en las líneas celulares DeNc. Por lo tanto, el gating se basa en un control de isotipo. Antes de ordenar, la expresión de 2o 1 debe examinarse en varias líneas de celda mediante citometría de flujo y validarse mediante QPCR o western blot. Se recomienda volver a analizar la expresión de 2o1 de las células ordenadas de 2a 1 y 2-baja por citometría de flujo, observando la fluorescencia bajo un microscopio fluorescente, o por QPCR (después de la clasificación).
El ensayo de formación de esferas es una forma sencilla de evaluar la capacidad de autorenovación, que puede utilizarse para caracterizar preliminarmente las CO putativas. Este método se ha utilizado para cultivar neuroesferas o mamesferas para caracterizar células madre en células de glioma o cáncer de mama, y la fórmula se modifica para cultivar otros tipos de cáncer4,6,10. EGF y bFGF pueden apoyar la auto-renovación de las células madre en medio libre de suero; sin embargo, los factores básicos de crecimiento y medio pueden diferir para el cultivo de diferentes tipos de células. El medio semisólido se utiliza para inmovilizar las células de modo que las esferas se formen por la proliferación celular en lugar de agruparse. La placa de fijación ultrabaja se utiliza en el experimento para mantener la morfología de la esfera. Además, a medida que las COSe enriquecen después del cultivo de la esfera, cuando las esferas se recogen, digieren y se sembran para la formación de esferas secundarias, es probable que la eficiencia de la formación de la esfera aumente en la propagación serial posterior9,10. Un criterio más riguroso para caracterizar los CIS es in vivo limitando el ensayo de dilución, en el que una serie de números de células positivas y negativas ordenadas se inyectan subcutáneamente en ratones inmunodeficientes, luego las frecuencias de las células tumorigénicas en positivo y las poblaciones de células negativas se calculan10,14. Si un marcador de células madre de cáncer putativo se identifica mediante el ensayo de formación de esferas, se recomienda una mayor caracterización mediante el ensayo de dilución limitante in vivo.
En este estudio se evalúa la radiación de las SC. El ensayo de formación de colonias es una forma clásica de evaluar la radiosensibilidad. Separación del mismo número de células en pozos paralelos en importancia. Ajuste el número de celda por ml a un rango adecuado para asegurarse de que el volumen de suspensión celular añadido a cada pozo sea superior a 100 ml. Si el volumen es demasiado pequeño, es probable que el error aumente. Para la radiación celular, se añade un medio con una altura de 1 cm para la acumulación de dosis, y se coloca un bolo equivalente a tejido debajo de la placa para la retrodispersión de dosis. Se recomienda a los investigadores que se refieran a los físicos y técnicos de radiación para configurar el modelo de radiación celular y calcular la dosis.
Este manuscrito proporciona los pocos pasos iniciales para el estudio de la radiosensibilidad de las CSC. Otros estudios de mecanismos pueden incluir proteínas relacionadas con la reparación del daño del ADN, aclaramiento de especies reactivas de oxígeno, detención del ciclo celular, etc.15. Estos experimentos necesitan una gran cantidad de células; por lo tanto, se necesitan muchos platos de células para ser preparados. La sobreexpresión o el derribo de genes CSC también proporcionan información importante sobre cómo los CSC ganan radiorresistencia.
Estos métodos pueden aplicarse potencialmente para identificar los CSC en los tejidos cancerosos. Zhang y otros describieron el aislación de células Lin-negativas positivas de CD166 a partir de muestras quirúrgicas de NSCLC12. Los tejidos fueron picados con una cuchilla estéril y digeridos con un cóctel enzimático. Las células recogidas al pasar a través de los coladores celulares fueron etiquetadas para la clasificación, y luego se caracterizaron por el ensayo de formación de esferas y el ensayo de dilución limitante in vivo. Para el número 21 como marcador de CSC, se ha informado de aislar la CSC en los tejidos quirúrgicos del carcinoma hepatocelular y los tejidos xenoinjertos derivados del paciente con cáncer de pulmón de células pequeñas10,16. Teniendo en cuenta que se requiere un alto número de células para el análisis, es relativamente difícil aislar los CSC en biopsias o células tumorales circulantes. Alternativamente, la tinción de las secciones de las biopsias puede potencialmente proporcionar pistas para la existencia de CSC en los tumores. Sin embargo, esta aplicación presunta debe evaluarse en los tejidos del paciente y en los datos clínicos.
Los autores no declaran conflicto de intereses.
Este trabajo fue apoyado por la National Natural Science Foundation of China (81402535 y 81672969) y National Key Research and Development Project (2016YFC0904703).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.5% Trypsin-EDTA (10X), no phenol red | Thermo Fisher | 15400054 | Dilute in to 0.05% (1X) with autoclaved distilled water |
1B50-1 | This antibody is produced and friendly supplied by Laboratory of Carcinogenesis and Translational Reseach (Ministry of Education/Beijing), Department of Cell Biology, Peking University Cancer Hospital and Institute. See reference 10. Alternatively, commercial antibody of calcium channel α2δ1 subunit can be used (ABCAM, ab2864) (Yu, et al., Am J Cancer Res, 2016; 6(9): 2088-2097) | ||
4% formaldehyde solution | Solarbio | G2160 | |
A549 | ATCC | RRID: CVCL_0023 | |
B27 | Thermo Fisher | 17504044 | |
Biological Safety Cabinet | Thermo Fisher | 1336 | |
Centrifuge | Eppendorf | 5910R | |
DMEM/F-12 | Thermo Fisher | 12500062 | |
EGF Recombinant Human Protein | Thermo Fisher | PHG0311 | |
Fetal bovine serum | Thermo Fisher | 16140071 | |
FGF-Basic (AA 1-155) Recombinant Human Protein | Thermo Fisher | PHG0261 | |
Flow cytometer/cell sorter | BD | FACSARIA III | |
H1299 | ATCC | RRID: CVCL_0060 | |
H1975 | ATCC | RRID: CVCL_1511 | |
Lightning-Link Fluorescein Kit | Innova Biosciences | 310-0010 | |
linear accelerator | VARIAN | CLINAC 600C/D | |
Methyl cellulose | Sigma Aldrich | M7027 | |
Penicillin-Streptomycin, Liquid | Thermo Fisher | 15140122 | |
Phosphate buffered saline | Solarbio | P1020 | |
RPMI-1640 | Thermo Fisher | 11875093 | |
SYBRGREEN | TOYOBO | QPK-201 | |
TRIzol | Thermo Fisher | 15596026 | |
Violet crystal staining solution | Solarbio | G1062 |
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