Muchos científicos están trabajando en el campo de la oncología utilizando células madre cancerosas (CSCs, siglas del inglés cancer stem cells). Atacar específicamente a estas células podría mejorar significativamente la terapia contra el cáncer. Debido a que las CSCs dependen en gran medida de su entorno, el cultivo tridimensional de estas células ofrece la oportunidad única de comprender mejor esta interacción. Para presentarte estas características, hemos entrevistado dos científicas que trabajan en este campo.
- ¿Qué son las células madre cancerosas?
- La importancia de las estructuras tridimensionales
- Realizar cultivos tridimensionales ayuda a comprender mejor cómo afecta el entorno de este tipo celular
- ¡Hazlo tú mismo! Establece cultivos de células cancerosas en tres dimensiones
- ¡Características del Promocell Primary Cancer Stem Cell System
- Referencias
¿Qué son las células madre cancerosas?
La célula madre cancerosa es un tipo de célula madre que es capaz de formar tumores ya que tiene la capacidad de autorrenovarse y la habilidad de diferenciarse en múltiples tipos de células. Una teoría sugiere que dichas células persisten en los tumores como una población distinta y causa la recaída y la metástasis al dar crecimiento a nuevos tumores.
La primera evidencia concluyente para las células madre cancerosas fue publicada en 1997 en Nature Medicine. Bonnet y Dick¹ aislaron una subpoblación de células leucémicas que expresan un marcador superficial específico CD34, pero carecen del marcador CD38. Los autores establecieron que la subpoblación CD34+/CD38- es capaz de iniciar tumores en ratones NOD/SCID que son histológicamente similares al donante.
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La importancia de las estructuras tridimensionales
En el cuerpo humano, las estructuras bidimensionales no existen. Las células nunca están presentes como entidades unicelulares, sino que están siempre rodeadas por otras células, formando tejidos y órganos tridimensionales. Además, están incrustados en una estructura compleja no celular conocida como matriz extracelular. Al considerar esta fisiología, quizás sea sorprendente que hasta mediados de los 90, se usaron modelos bidimensionales en el cultivo de células para analizar las células tumorales. En 1996, Reynolds y sus colegas demostraron que las células neuronales indiferenciadas podían crecer en suspensión como neuroesferas. Desde entonces, se han establecido numerosos ensayos de tumores tridimensionales, y el cultivo de tumores es ahora ampliamente utilizado para estudiar células cancerosas, así como para detectar posibles agentes anticancerígenos.
Example of a tumorsphere culture of HT1080 fibrosarcoma cells: A robust tumorsphere formation can be observed in the HT1080 cancer cells cultured with the 3D 3D Tumorsphere Medium XF (picture from Promocell after 10 passages)
Los conocimientos de tales experimentos son más traducibles a las condiciones en pacientes que los resultados del enfoque monocapa bidimensional convencional. Las células en cultivo tridimensional también difieren considerablemente en morfología, velocidad de proliferación, diferenciación, apoptosis y expresión génica a partir de células adherentes. De hecho, las células que son capaces de moldear tumoresferas construyen un «hogar» para las células cancerosas, y, en particular, para las CSCs.
Realizar cultivos tridimensionales ayuda a comprender mejor cómo afecta el entorno a este tipo celular
Desde que se describieron por primera vez las CSCs, este campo de investigación ha crecido y a lo largo de este tiempo se han identificado en varios tipos de tumores sólidos, como por ejemplo: cerebro, mama, colon, cabeza y cuello, hígado o pulmón (Lee et al.²). Hoy en día, sabemos que las CSCs son la principal causa de recurrencia de cáncer, ya que son altamente resistentes a los tratamientos actuales de quimioterapia y radioterapia. Es por eso que representan un objetivo clave para el tratamiento, y su eliminación podría provocar remisión completa de la enfermedad.
3D cell culture tested cell lines: The table shows cell types successfully tested for serial passages with the 3D Tumorsphere Medium XF
Dr. Matilde E. Lleonart and her team from the Vall d’Hebron Research Institute in Barcelona grow tumorspheres from a single CSC, with the aim of finding new molecular markers
El mayor obstáculo para estudiar las CSCs el aislamiento y el cultivo para obtener un número suficiente de células. Además, la caracterización del tumor también es difícil, ya que las CSCs son una población celular muy heterogénea que carece de marcadores específicos. Resolver estos problemas es el objetivo del equipo dirigido por la Dra. Matilde E. Lleonart del Instituto de Investigación de la Vall d’Hebron (VHIR) en Barcelona, España. «Por el momento, no hay marcadores específicos para caracterizar las CSCs, es por ello que los científicos utilizan de forma rutinaria los principales marcadores que se aplican a todas las células madre. Nuestro objetivo es identificar características únicas que ayuden a caracterizar mejor a las CSCs«, explica la Dra. Lleonart.
«Nuestro trabajo consiste en crear modelos in vitro que se asemejen a las situaciones reales que se dan in vivo. Esto nos permite estudiar los cambios moleculares y fenotípicos de las CSCs bajo diferentes condiciones». Este equipo está utilizando el cultivo de tumores en tres dimensiones para enriquecer de forma masiva las CSCs. A día de hoy, están aislando y estudiando células madre de cáncer de mama, pulmón y cabeza y cuello con el fin de comprender mejor la biología del tumor.
¡Hazlo tú mismo! Establece cultivos de células cancerosas en tres dimensiones
Los modelos tridimensionales proporcionan información valiosa sobre las interacciones entre el huésped y el tumor. Los investigadores pueden investigar mejor el microambiente tumoral, el cual desempeña un papel significativo en la progresión del cáncer (Nath S. et al.³). El cultivo de tumores tumorales se basa en el cultivo de células cancerosas en una superficie de unión ultrabaja en medios sin suero (Lee CH et al.²). Los investigadores pueden utilizar esta técnica principalmente con dos propósitos: en primer lugar, para enriquecer las células madre del cáncer o bien para aislar las células primarias de las muestras de tumores humanos y mantener la heterogeneidad de las células cancerosas.
Culture of Primary renal cell carcinoma cells. Cancer cells showing a tumorsphere-forming growth pattern on day 13 of culture.
Ambos enfoques utilizan la ventaja que ofrecen las estructuras tridimensionales para crear unmicroambiente más similar al que ocurre a nivel fisiológico.
Mientras que la Dra. Lleonart y su equipo persiguen el primero de los objetivos y utilizan el medio PromoCell 3D Tumorsphere Medium XF, Julia Schnappinger, investigadora postdoctoral del Immunoanalytics Core Facility de Helmholtz Zentrum en Munich tiene como objetivo mantener las diferentes poblaciones de células cancerígenas incluyendo las CSCs con el sistema de cultivo de cáncer primario. La Dra. Schnappinger explica: «Para nuestros estudios, es importante que los linfocitos mantengan las mismas propiedades in vitro que tienen in vivo«. Cuando se cultivan, estas células tienden a alterar sus características fenotípicas, ya que ya no están condicionados por el resto de células cancerosas. Sin embargo, las tumoresferas se asemejan perfectamente al entorno del tumor, manteniendo así las propiedades originales del tumor y al mismo tiempo ofreciendo el mejor entorno posible y que más se asemejan a las condiciones in vivo.
Características del Promocell Primary Cancer Stem Cell System
El sistema de cultivo de cáncer primario PromoCell ofrece un sistema definido y libre de componentes animales para el aislamiento y cultivo de células de tumor primario humano. Aunque el uso de cultivos tridimensionales presenta ventajas significativas, trabajar con tumoresferas puede ser complicado cuando se utilizan células primarias o tejidos frescos. «Comparado con culturas monocapa, a veces es difícil encontrar el momento adecuado para dividir los esferoides. Necesitas mucha experiencia. Si haces esto demasiado tarde, las células comenzarán a morir«, agrega Schnappinger. Similares observaciones son reportadas por Lleonart: «Es más difícil establecer cultivos 3D que monocapas, aunque es algo más fácil cuando trabajas con líneas celulares. Cuando se trabaja con células primarias, el tamaño de las biopsias es crucial«.
Ambos científicos obtuvieron resultados significativamente mejores con PromoCell 3D Tumorsphere Medium XF y el sistema de cultivo primario para cáncer. «Fenotípicamente, no pudimos observar ninguna diferencia entre las células cultivadas con medios caseros y las células cultivadas con los Medios PromoCell. Sin embargo, cuando analizamos la expresión de los genes de las células madre, la pureza de la población de células madre cancerosas fue mayor cuando se trabajó con 3D Tumorsphere Medium XF «, explica Lleonart.
En conclusión, los tumores tridimensionales crean un «hogar» para las células cancerosas que enriquecen y expanden las células tumorales. El uso del cultivo en 3D les brinda a los investigadores nuevos conocimientos sobre la biología del cáncer, y los tumoresferas proporcionan importantes recursos para los estudios de cáncer. En un mundo donde la terapia personalizada se está convirtiendo en una opción realista para muchos pacientes con cáncer, los tumoresferas podrían ser recursos valiosos para evaluar la eficacia de los tratamientos antes de su uso en pacientes. Al investigar las células cancerosas en un modelo in vitro, los investigadores omprenderán mejor el cáncer, lo que en última instancia podría conducir a nuevas terapias.
Referencias
- Bonnet D and Dick JE. (1997) Human acute myeloid leukemia is organized as a hierarchy that originates from a primitive hematopoietic cell. Nat Med 3:730-7. Entrez PubMed 9212098
- Lee CH (2016) Tumorsphere as an effective in vitro platform for screening anti-cancer stem cell drugs. Oncotarget 7:1215-1226
- Nath S (2016) Three-dimensional culture systems in cancer research: focus on tumor spheroid model. Pharmacol Ther 163:94-108
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