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Per svelare sono disperatamente necessari dei primi meccanismi molecolari alla base della prostata cancro iniziazione, il romanzo e sistemi modello umane innovative e approcci. Il potenziale di pre-prostatica seno urogenitale mesenchima (UGSM) per indurre pluripotenti popolazioni di cellule staminali di formare epitelio prostatico umano è un potente strumento sperimentale nella ricerca della prostata.
I progressi nella ricerca sul cancro alla prostata è fortemente limitata dalla disponibilità di sistemi modello di derivazione umana e l'ormone-naïve, che limitano la nostra capacità di comprendere gli eventi genetici e molecolari alla base delle malattie della prostata iniziazione. Verso lo sviluppo di migliori sistemi modello per lo studio di carcinogenesi della prostata umana, noi e altri hanno approfittato della unico potenziale induttivo pro-prostatica di embrionale roditore stroma della prostata, del seno urogenitale chiamato mesenchima (UGSM). Quando ricombinato con alcune popolazioni di cellule pluripotenti come le cellule staminali embrionali, UGSM induce la formazione di umana normale della prostata epiteli in maniera testosterone-dipendente. Tale sistema modello umano può essere usato per studiare e sperimentalmente testare la capacità del candidato cancro alla prostata suscettibilità geni a un ritmo accelerato rispetto ai tipici studi transgenici roditori. Dal momento che le cellule staminali embrionali umane (hESC) possono essere geneticamente modificati nella cultura Using espressione genica inducibile o siRNA vettori di knock-down prima della ricombinazione dei tessuti, tale modello facilita la verifica delle conseguenze funzionali di geni, o combinazioni di geni, che si pensa di promuovere o prevenire la carcinogenesi.
La tecnica di isolare popolazioni pure di cellule UGSM, però, è impegnativo e di apprendimento spesso richiede una persona con esperienza precedente di insegnare personalmente. Inoltre, l'inoculazione di miscele di cellule sotto la capsula renale di un ospite immunocompromesso può essere tecnicamente impegnativo. Qui delineare ed illustrare il corretto isolamento dei UGSM da embrioni di roditori e capsula renale impianto di miscele di tessuto per formare epitelio prostatico umano. Tale approccio, nella sua fase attuale, richiede in vivo xenotrapianto di cellule staminali embrionali; applicazioni future potrebbero potenzialmente includere nella formazione ghiandola vitro o l'uso di pluripotenti indotte popolazioni di cellule staminali (iPSCs).
C'è una grande necessità di migliori sistemi di modelli umani di cancro alla prostata. In particolare, i pertinenti sistemi modello umano del normale, i tessuti della prostata non-maligne che possono essere geneticamente manipolate per discernere direttamente il ruolo di specifici geni nell'insorgenza del cancro alla prostata sarebbero incredibilmente informativo. L'avvento dell'era genomica ha individuato numerosi geni che possono avere un ruolo nella formazione del cancro. La mancanza di sistemi sperimentali modello umano, però, compromette gravemente la nostra capacità di testare e caratterizzare funzionalmente candidati cancro alla prostata geni di suscettibilità. Un sistema modello ideale dovrebbe facilitare le analisi funzionali rapidi e più rapido di geni di suscettibilità al cancro in combinazione con opportuni sistemi modello di roditori transgenici. Inoltre, un tale sistema modello umano consentirebbe caratterizzazione molecolare dei meccanismi di segnalazione di carcinogenesi prostatica verso la scoperta e la convalida di nuove terapie perprevenire la formazione del cancro alla prostata.
Cellule staminali embrionali umane (hESC) sono in grado di formare tessuti prostatici umani come xenotrapianti. Nel 2006 Taylor, et al. Riferito che hESCs possono essere indotte a formare epiteli prostatica in vivo quando ri-unita roditore seno urogenitale mesenchima (UGSM) entro un periodo di 8-12 settimane. 1 Questi studi erano basati su precedenti lavori da il laboratorio Cunha mostrando che roditore UGSM embrionale può promuovere la differenziazione prostatica delle cellule staminali embrionali e le popolazioni di cellule epiteliali in vivo. 2,3 La prostata si sviluppa da un Anlagen embrionale chiamato il seno urogenitale (UGS), e prima di giorno embrionale 17 (topo E17 , giorno E18 nel ratto) le UGS possono essere rimossi e fisicamente divisi in epitelio (UGSE) e mesenchima (UGSM) 4 Questo approccio ricombinazione tessuto ha migliorato significativamente la nostra comprensione dello sviluppo della prostata e carcinogenesi, particolare.fattore di crescita ly e ormonali vie di segnalazione e le relazioni molecolari tra prostata stroma e l'epitelio. 5-8 Questo metodo comporta la combinazione ex vivo di UGSM con staminali o cellule epiteliali della stessa o di diversa specie e queste ricombinanti cellulare / tissutale vengono impiantati e coltivati e xenotrapianti all'interno ospitante topo. 4,9 Dopo un periodo di crescita in vivo, l'impianto contiene prostata epiteliali strutture ghiandolari incorporate nel tessuto stromale. Ulteriori colorazione può essere condotta per determinare se tali strutture sono veramente prostatica e di origine umana. 10,11
Questo studio è stato effettuato in stretta conformità con le raccomandazioni contenute nella Guida per la cura e l'uso di animali da laboratorio del National Institutes of Health. Il protocollo è stato approvato dalla University of Chicago Institutional Animal Care e del Comitato Usa (IACUC, numeri di protocollo 72066 e 72231). Tutto l'intervento è stato eseguito in anestesia, e tutti gli sforzi sono stati fatti per ridurre al minimo la sofferenza. La linea di cellule staminali embrionali umane WA01 (H1; NIH-registrazione # 0043) è stata acquisita da WiCell (Madison, WI) e coltivate utilizzando il protocollo alimentatore indipendente con mTeSR1 supporti (Stem Cell Technologies, Vancouver, BC). Cellule ES sono stati utilizzati entro dieci passaggi di scongelamento.
1. Isolamento del seno urogenitale da mouse o Rat Embrioni
2. La separazione del Sinus Mesenchima urogenitale
3. Trapianto di tessuto ricombinante Sotto la capsula renale
4. Analgesia post-operatoria e di monitoraggio
Sulla base del rapporto emozionante da Taylor, et al., Il nostro laboratorio ha messo a punto un protocollo engrafting utilizzando l'H1 comunemente usato (NIH-designato WA01, geneticamente maschio) linea di cellule staminali embrionali umane. 1 Questa linea è stato rigorosamente testato per il controllo di qualità e è cariotipo normale 13 Quando coltivate in modo appropriato, le cellule HES possono essere mantenute, ampliato, e crioconservati in uno stato indifferenziato e pluripotente utilizzando un metodo privo di alimentatore cultura (sistemi di alimentatore-Free disponibili in commercio tramite Stem Cell Technologies, Vancouver BC).. 14 Il nostro protocollo impiega sospensioni di cellule singole di hESCs combinazione con sospensioni di cellule singole di ratto E18 UGSM e iniettato sotto la capsula renale di topi immunocompromessi adulti maschi. Come controlli importanti, USGM impiantato da solo non produce crescita distinguibile, mentre hESCs impiantati senza forma UGSM grandi teratomi (Figura 2B). 15 Nella nostra esperienza, l'impiantozione di UGSM senza contaminare le cellule epiteliali di ratto non comporti la crescita dei tessuti, mentre la ricombinazione di UGSM più hESCs risultati in forte crescita oltre l'80% del tempo (dopo 8 settimane dimensioni variano da 1 mm a 5 mm, con oltre il 80% del tessuto contenente epitelio ghiandolare). In ricombinanti contenenti sia hESCs e UGSM, prima formazione ghiandolare si osserva dopo 4 settimane, e dopo 8 settimane completamente formate, antigene prostatico specifico (PSA)-positivo epitelio prostatico umano è formato (Figura 3). Queste ghiandole contengono recettore degli androgeni (AR)-positive cellule luminal-secretori che non sono presenti una settimana dopo la castrazione host. È importante sottolineare che queste ghiandole sono positivi per l'umano-specifici e prostatico specifico proteina PSA. Ulteriori documenti colorazione che tali ghiandole umane sembrano essere non maligna in quanto non esprimono alfa-methylacyl-CoA racemase (AMACR), che è un marker cancro-specifico della prostata. 16
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Figura 1. Isolamento del seno urogenitale da un E18.5 Rat Embryo. A. E18.5 embrioni di ratto. La linea continua bianca indica la posizione di bisecare l'embrione. B. E18.5 maschio ratto embrionale. Le linee tratteggiate neri indicano la vescica, seno urogenitale, del retto e sviluppo testicoli. C. E18.5 embrione di ratto femmina. Le linee tratteggiate neri indicano la vescica, seno urogenitale e dell'utero. D. La vescica e seno urogenitale rimosso dal E18.5 embrione di ratto. Mentre la linea continua indica la posizione di rimuovere la vescica. La linea tratteggiata in bianco e freccia bianca indica il tubo epiteliale. La punta della freccia bianca indica il seno mesenchima urogenitale.
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Figura 2. L'ecografia e la morfologia lordo in xenotrapianti di tessuti in vivo da UGSM e hESCs. A. Ultrasound Imaging di xenotrapianti crescenti consentire analisi live-animali durante il corso dell'esperimento. L'immagine è stata catturata 8 settimane post-operatorie utilizzando un Vevo 2100 piccolo ultrasuoni animale (Visualsonics, Toronto, ON). . Zona cerchiata rappresenta il xenotrapianto tessuto che cresce sulla superficie del rene B. Al punto finale sperimentale, le cellule HES combinati con ratto UGSM (rUGSM) formano una massa di tessuto visibile sulla superficie del rene (pannello di sinistra); cellule HES impiantate solo formare grandi teratomi come previsto (pannello centrale), e UGSM impiantato da solo non riesce a formare qualsiasi struttura discernibile (pannello di destra).
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Figura 3. Formazione di Umana epiteli prostata dal Staminali embrionali umane Cell Line WA01 (H1). Cellule ES sono stati ricombinati con roditore UGSM e impiantato sotto la capsula renale di intatte topi nudi maschili. Dopo un periodo di crescita di 8 settimane, prostata umana epitelio ghiandolare è formato come documentato da AR, p63, e umani-ristretto PSA colorazione. Una settimana dopo castrazione ospitante l', strato luminale PSA-AR positivo-positivo non è presente, documenta caratteristica androgeno-dipendenza. Tessuti della prostata sono non-maligne come dimostrato da una mancanza di AMACR colorazione. Inoltre, le cellule neuroendocrine Chra-positivi erano rilevabili. Non maligna tessuto prostatico umano è stato usato come controllo per AR, PSA, e p63, un tumore della prostata è stato usato come controllo positivo per AMACR cancro-specifica.
Ricombinazione tessuto usando UGSM è una tecnica estremamente utile indagare lo sviluppo della prostata e gli eventi molecolari che portano al cancro della prostata iniziazione. Il potenziale induttivo di UGSM è stata utilizzata per numerose applicazioni nel campo della ricerca della prostata; questi includono miglioramento tumore prendere di linee di cellule della prostata e tumori, lo studio delle interazioni stroma-epiteliali, e la formazione di cross-specie ricombinanti prostata 7,17-20 Una corretta preparazione del UGSM. , tuttavia, è fondamentale per il successo sperimentale come contaminante roditore epitelio si tradurrà in formazione ghiandolare e può confondere i risultati. Quindi, la separazione del UGSM dal UGSE (Passo 2.4) è di gran lunga la fase più critica e anche più difficile nel protocollo. Per il controllo di tale contaminazione, l'utilizzo di tecniche di discernere tra le specie è fortemente incoraggiato, così come un braccio sperimentale aggiuntivo utilizzando UGSM solo per documentare nessuna formazione ghiandolare dalla cellular contaminanti 12.
Il recente sviluppo di alimentatore-Free hES reagenti e metodi di coltura consentono popolazioni pure cellule HES per essere colta, espanso e crioconservati. 14 Inoltre, l'uso esteso di consegna del gene lentivirali consente l'integrazione genomica stabile e l'espressione di geni di interesse. 21,22 Questi progressi combinati permettono la manipolazione genetica di colture pure hES e, quando combinato con il potenziale induttivo di prostatica UGSM embrionale, consentirà la generazione in vivo di ghiandole prostatiche umane che esprimono i geni specifici di interesse. Inoltre, questa tecnica potrebbe essere suscettibile di linee di cellule staminali pluripotenti indotte-(iPSCs) derivate da host per adulti e da cellule geneticamente modificate. 23,24 Utilizzando proteine definite, si dimostra che tale hESC-derivato epitelio prostatico umano sembra molto simile all'adulto prostata umana epiteli, ma ad un livello molecolare globale vi è sicuramentealcune differenze nell'espressione genica che dovrebbero essere presi in considerazione. Per tenere conto di questo, gli investigatori dovrebbero utilizzare una dimensione del campione ampliato e considerare microdissezione laser-capture (LCM) a base di approcci e di confronto di espressione genica piattaforme di analisi per convalidare i profili molecolari dei loro tessuti rispetto ai tessuti umani adulti. Tuttavia, la formazione di prostata umana epitelio ghiandolare utilizzando una linea di cellule staminali serialmente-colta e alimentatore-libero ha il potenziale di facilitare numerosi studi molecolari relativi alla funzione della prostata e cancro iniziazione.
Nostra tecnica utilizza sospensioni di cellule singole sia UGSM e hESCs, che consente l'utilizzo di infezione lentivirale e flusso smistamento approcci, nonché il controllo più accurato delle quantità cellulari. Questo può, tuttavia, ridurre il potenziale induttivo di UGSM. Un approccio alternativo è stato quello di utilizzare UGSM non dissociata (dopo la fase 2.5), prima che la digestione collagenasi)eo incubazione diretto con cellule ES, o cellule incorporamento all'interno di una soluzione di collagene. 4 per impiantare questi tessuti sotto la capsula renale, una tecnica alternativa sarebbe di fare una incisione nella capsula renale, creare una piccola tasca sotto la capsula renale in cima del rene, e fisicamente posizionare la massa cellulare all'interno di quella tasca. 4,20
Gli autori non hanno alcun conflitto di interessi con il lavoro presentato.
Vogliamo riconoscere il supporto dell 'Università di Chicago Sezione di Urologia diretto dal Dr. Arieh Shalhav, e il direttore di Urologia Ricerca Dr. Carrie Rinker-Schaeffer. Vorremmo anche ringraziare il sostegno della Università di Chicago Comprehensive Cancer Center (UCCCC) guidato dal Dr. Michelle Le Beau. Abbiamo anche ringraziare l'assistenza tecnica di esperti del Tissue struttura Human Resource Centro nucleo guidato dal Dr. Mark Lingen, e l'assistenza di Leslie Martin e Mary Jo Fekete. Ringraziamo anche l'immunoistochimica Nucleo Fondo gestito da Terri Li. Questo lavoro è stato finanziato dall'Università di Chicago Dipartimento di Chirurgia, Sezione di Urologia; un American Cancer Society Institutional Research Grant (ACS-IRG, # IRG-58-004), un Cancer Center Support Grant (P30 CA14599); Il Brinson Fondazione, l'Alvin Baum Fondo Famiglia; L'Università di Chicago Board Cancer Research Foundation femminile; S. Kregel è supportato da un HHMI: Med-in-Grad Fellowsanca (56006772) e un Cancer Biology Training Grant (T32-CA09594). Infine, vorremmo ringraziare Robert Clark, il Dr. VenkateshKrishnan, e Nathan Stadick per la loro valutazione critica del manoscritto.
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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