Isolamento, cultivo e caracterização de células-tronco CD133+ de glioblastoma humano

Resumos

OBJECTIVE: To establish the method of isolation and culture of human glioblastoma neurospheres, and the purification of their stem cells, followed by the process of obtaining tumor subspheres, immunophenotypically characterizing this clonogenic set. METHODS: Through the processing of glioblastoma samples (n=3), the following strategy of action was adopted: (i) establish primary culture of glioblastoma; (ii) isolation and culture of tumor neurospheres; (iii) purify cells that initiate tumors (CD133+) by magnetic separation system (MACS); (iv) obtain tumor subspheres; (v) study the expression of the markers nestin, CD133, and GFAP. RESULTS: The study successfully described the process of isolation and culture of glioblastoma subspheres, which consist of a number of clonogenic cells immunophenotypically characterized as neural, which are able to initiate tumor formation. CONCLUSION: These findings may contribute to a better understanding of the process of gliomagenesis.

Glioblastoma; Cell culture; Neoplastic stem cells; Antigens

ARTIGO ORIGINAL

Isolamento, cultivo e caracterização de células-tronco CD133⁺ de glioblastoma humano

Lorena Favaro Pavon^I; Luciana Cavalheiro Marti^II; Tatiana Tais Sibov^I; Liza Aya Mabuchi Miyaki^III; Suzana Maria Fleury Malheiros^IV; Javier Bustamante Mamani^I; Reynaldo Andre Brandt^V; Guilherme Carvalhal Ribas^V; Jorge Roberto Pagura^V; Marcos Augusto Stavale Joaquim^V; Hallin Feres Junior^V; Lionel Fernel Gamarra^I

^IInstituto do Cérebro – InCe, Hospital Israelita Albert Einstein – HIAE, São Paulo (SP), Brasil

^IICentro de Pesquisa Experimental, Hospital Israelita Albert Einstein – HIAE, São Paulo (SP), Brasil

^IIIInstituto do Cérebro – InCe, Hospital Israelita Albert Einstein – HIAE, São Paulo (SP), Brasil; Faculdade de Enfermagem, Hospital Israelita Albert Einstein – HIAE, São Paulo (SP), Brasil

^IVDepartamento de Neurologia e Neurocirurgia, Universidade Federal de São Paulo – UNIFESP, São Paulo (SP), Brasil; Centro de Neuro-Oncologia, Hospital Israelita Albert Einstein – HIAE, São Paulo (SP), Brasil

^VNeurocirurgia, Hospital Israelita Albert Einstein – HIAE, São Paulo (SP), Brasil

Autor correspondente

RESUMO

OBJETIVO: Estabelecer o método de isolamento e cultivo das neuroesferas de glioblastoma humano, bem como purificação de suas células-tronco, seguido do processo de obtenção de subesferas tumorais, caracterizando imunofenotipicamente esse conjunto clonogênico.

MÉTODOS: Por meio do processamento de amostras de glioblastomas (n=3), cumpriu-se a seguinte estratégia de ação: (i) estabelecimento da cultura primária de glioblastoma; (ii) isolamento e cultura de neuroesferas tumorais; (iii) purificação das células que iniciam os tumores (CD133⁺) por sistema de separação magnética (MACS); (iv) obtenção subesferas tumorais; (v) estudo da expressão de marcadores GFAP, CD133 e nestina.

RESULTADOS: Este estudo descreveu com sucesso o processo de isolamento e cultivo de subesferas de glioblastoma, as quais são constituídas por um conjunto clonogênico de células caracterizadas imunofenotipicamente como neurais, capazes de iniciar a formação tumoral.

CONCLUSÃO: Estes achados poderão contribuir para a compreensão do processo de gliomagênese.

Descritores: Glioblastoma; Cultura celular; Células-tronco neoplásicas; Antígenos

INTRODUÇÃO

De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS)⁽¹⁾, os tumores do Sistema Nervoso Central (SNC) são classificados em sete grandes grupos que incluem os tumores primários (neuroepiteliais, meninges, nervos cranianos e paraespinhais, germinativos, região selar e hematopoiéticos) e os tumores secundários ou metastáticos.

Gliomas são tumores que se originam das células da glia e incluem os astrocitomas, oligodendrogliomas, oligoastrocitomas (também chamados de gliomas mistos) e ependimomas. Os gliomas fazem parte do grupo dos tumores neuroepiteliais e correspondem a 31% dos tumores primários e a 80% dos tumores malignos do SNC. O grupo dos astrocitomas corresponde a 76% de todos os gliomas, e o glioblastoma representa 53,7% dos casos⁽²⁾. O glioblastoma é o mais frequente e maligno dos astrocitomas e, apesar de inúmeros avanços no diagnóstico e tratamento desses tumores, seu prognóstico permanece ainda bastante limitado^(3,4).

Descreve-se ainda que o glioma é a neoplasia mais comum do SNC humano⁽²⁾, sendo de difícil abordagem terapêutica, devido a alguns fatores: (i) apresentar caráter infiltrativo; (ii) possuir massa tumoral composta por células com características morfofuncionais diversas que expressam uma variedade de marcadores neurais; (iii) ser altamente resistente a processos radio e quimioterápicos⁽⁵⁾. Essas características podem provavelmente se justificar pela competência das células tumorais aos moldes de células-tronco, sendo responsáveis pela alta taxa de recorrência da doença ou pela resistência primária ao tratamento. Dessa forma, é de extrema relevância a procura por novas abordagens pertinentes à gênese, à progressão e ao comportamento clínico dos tumores cerebrais.

Entre as teorias que procuram determinar a gênese molecular dos tumores do SNC, uma das que vem ganhando adeptos nos últimos anos é a hipótese das células-tronco tumorais^(6,7). Estudos recentes têm demonstrado que o surgimento e a progressão de alguns tumores malignos podem ser determinados por uma subpopulação de células tumorigênicas com grande capacidade de autorrenovação, denominadas células-tronco tumorais^(5,8).

A primeira perspectiva de identificação e caracterização das células-tronco tumorais de diferentes fenótipos foi relatada em neoplasias cerebrais humanas com expressão aumentada do antígeno CD133⁽⁵⁾.

Anticorpos monoclonais anti-CD133 foram utilizados previamente para identificar célula-tronco neural humana normal⁽⁹⁾. A célula-tronco tumoral cerebral foi isolada exclusivamente por meio da expressão desse antígeno (CD133). Três indícios sugeriram que essas células CD133⁺ fossem as células-tronco tumorais cerebrais: (1) geraram conjuntos clonogênicos de células (neuroesferas); (2) submeteram-se ao processo de autorrenovação e proliferação; e (3) diferenciaram-se e voltando a expressar o fenótipo do tumor que lhe deu origem quando implantadas em animais imunodeficientes.

Estudo conduzido por Uchida et al.⁽¹⁰⁾ descreve que células CD133⁺ purificadas geraram neuroesferas em cultura, bem como se diferenciaram em células gliais e neurônios em condições de diferenciação celular. Outros grupos também confirmaram que, em contraste com as células CD133^-, as células CD133⁺ foram capazes de induzir tumores cerebrais em modelos in vivo^(11,12). Assim, esses estudos sugerem fortemente que a subpopulaçao de células que iniciam os tumores cerebrais estariam contidas em uma pequena fração de células CD133⁺.

OBJETIVO

O presente estudo visou estabelecer o método de isolamento e cultivo das neuroesferas de glioblastoma humano, bem como purificação de suas células-tronco, seguido do processo de obtenção de subesferas tumorais, caracterizando imunofenotipicamente esse conjunto clonogênico.

Estes objetivos cumpriram a seguinte estratégia de ação: (i) estabelecimento da cultura primária de glioblastoma; (ii) isolamento e cultura de neuroesferas tumorais; (iii) purificação das células que iniciam os tumores por seleção com microbeads magnéticas CD133; (iv) citometria de fluxo das células tumorais CD133⁺; (v) obtenção de subesferas tumorais; (vi) estudo da expressão de marcadores GFAP (proteína glial fibrilar ácida e filamento intermediário específico para astrócitos no SN), CD133 (glicoproteína de membrana celular altamente expresso em células-tronco glias e neuronais) e nestina (classe proteica de filamento intermediário encontrada na fase desenvolvimento embrionário em cérebro humano).

MÉTODOS

Este estudo contou com o processamento de amostras de glioblastoma (n=3) obtidas em processos cirúrgicos do Centro de Neuro-Oncologia do Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE). As amostras foram doadas mediante assinatura do Termo de Consentimento Livre e Esclarecido pelos pacientes (CEP 687).

O diagnóstico desse tumor é realizado considerando-se os achados em imagens de ressonância magnética previamente discutidos pelo Programa Integrado de Neuro-Oncologia e pelo Laboratório de Anatomia Patológica do HIAE.

Para controle do estudo, foram realizadas reações de imunohistoquímica para GFAP, biomarcador utilizado no diagnóstico de glioblastoma⁽¹³⁾.

Dessa forma, o presente estudo cumpriu a estratégia de ação descrita a seguir.

Estabelecimento da cultura primária das amostras de glioblastoma

As amostras tumorais de glioblastoma frescas foram lavadas, fracionadas em PBS (1X) e submetidas à dissociação enzimática utilizando colagenase 0,3%. As células foram ressuspendidas em meio de cultura DMEM-LG: Dulbecco's Modified Eagle's Medium - low glucose a 10% Fetal Bovine Serum e 1% Antibiotic-Antimycotic (100X) e L-Glutamine 200mm (100x) e plaqueadas em uma densidade de 5x10⁶ células vivas por 25cm², que foram mantidas em estufa (Thermo Fisher Scientific Inc. 3110, Waltham, MA) provida de 5% de CO₂ a 37ºC por, no mínimo, 24 horas. Após aquisição de confluência de 80%, as células de glioblastoma foram analisadas por ensaios de imunocitoquímica utilizando o anticorpo CD133 (1:100 Abcam, Cambridge, MA), conforme a indicação do fabricante (DAKO, Biogen).

Cultura de neuroesferas tumorais

As células obtidas da cultura primária dos tumores foram ressuspendidas em meio de cultura, definido como meio para cultivo de célula-tronco tumoral cerebral (CTTC), composto por Dulbecco's Modified Eagle's Medium/F12 (Gibco^®), suplemento com N2 (Gibco^®), EGF (20ng/mL; Invitrogen), bFGF (20ng/mL; Gibco^®), fator inibidor de leucemia (LIF; Chemicon) e B27 (1:50; Life Technologies Corporation) e plaqueados numa densidade de 2x10⁴ células viáveis em placas de 24 wells. As células foram mantidas em estufa (Thermo Fisher Scientific Inc. 3110, Waltham, MA) provida de 5% de CO₂ a 37ºC, sendo o meio de cultivo trocado a cada 3 dias⁽¹⁴⁾.

Purificação das células que iniciam os tumores por meio do processo de separação magnética pelo marcador antigênico CD133

As colônias de neuroesferas tumorais foram dissociadas utilizando o reagente StemPro^® Accutase^® (Invitrogen). Para a marcação magnética foi utilizado microbeads magéticas CD133 (MACS^®, Miltenyi Biotech). As células foram marcadas com CD133/2-PE (Miltenyi Biotech clone AC133), sendo que a eficiência da separação das frações celulares positivas foi avaliada pelo citômetro de fluxo FACSARIA (BD Biosciences, San Jose, CA) e analisadas utilizando FACSDIVA software (BD Biosciences, San Jose, CA). Este ensaio permitiu a separação das frações celulares CD133⁺ e CD133^-(13), sendo que da fração CD133⁺ foi analisada por microscopia eletrônica de transmissão, cumprindo protocolo de rotina⁽¹⁵⁾.

Formação de subesferas tumorais

As células CD133⁺ e CD133^- isoladas pelo processo de separação magnética foram suspensas em meio de cultura denominado "meio de células-tronco tumoral cerebral" e plaqueadas numa densidade de 2x10⁴ células vivas em placas de 96 wells. Esse método permitiu a formação de subesferas tumorais que constituem subpopulações purificadas somente de células CD133⁺.

Caracterização imunofenotípica das subesferas tumorais

Para a caracterização imunofenotípica das subesferas tumorais, foi utilizado citometria digital multiparâmetro (FACSARIA; Becton Dickinso, San Jose, CA) e os experimentos foram realizados utilizando anticorpos monoclonais disponíveis comercialmente: GFAP (clone:51-10C9; BD Pharmingen, San Diego, CA), nestina (clone:AD2; BD Pharmingen, San Diego, CA) e CD133 APC (clone:/2 293-C3; Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Alemanha), anticorpo secundário de ovelha anticamundongo PE (Chemicon; Temecula, CA) e isotipos específicos para cada monoclonal. As técnicas de coloração, aquisição e análise foram realizadas de acordo com as indicações do fabricante.

RESULTADOS

As análises morfo-histológicas apontaram a presença de tecido cerebral tumoral altamente infiltrativo, observando-se aumento gradual da celularidade (Figura 1A). As células neoplásicas apresentaram-se predominantemente fusiformes e derivadas de astrócitos maduros (Figura 1A). As células endoteliais dos capilares mostraram-se numerosas e tumefeitas (Figura 1A), efeito relacionado à alta proliferação vascular. A presença da GFAP define o tumor como de linhagem glial (Figura 1B). As análises de imunohistoquímica (Figura 1B) apresentaram forte positividade para GFAP, sendo que as células mostraram-se neoplásicas, de aspecto imaturo, alongadas e fusiformes.

Amostras de tecido de glioblastoma foram utilizadas para o estabelecimento da cultura primária desses tumores, na qual a mesma se mostrou homogênea com células fusiformes e dispostas em feixes multidirecionados (Figura 1D). Ensaios imunocitoquímicos revelaram a expressão do marcador antigênico CD133 nas neuroesferas tumorais da cultura primária de glioblastoma (Figuras 1E e F).

As células obtidas a partir da cultura primária desses tumores foram ressuspendidas em meio de cultivo CTTC, no qual se constituiu os processos de isolamento e cultura de neuroesferas derivadas de glioblastoma (Figuras 1G e H).

Na sequência do estudo, realizou-se a caracterização imunofenotípica por ensaios de citometria de fluxo, avaliando a eficiência da separação magnética das frações celulares positivas para o marcador antigênico CD133 em amostras de neuroesferas tumorais (89% de células CD133⁺), padronizando o processo de sorting para células CD133⁺ (Figura 2A). Somente essas células CD133⁺ foram capazes de gerar, em cultura, as subesferas tumorais de glioblastoma (Figura 2B, Figuras 3A a 3E), o que não ocorreu em comparação às frações de células CD133^- (Figura 3F).

As subesferas derivadas de glioblastoma foram descritas como agregados celulares ou conjunto clonogênico de células (Figura 3), as quais foram caracterizadas imunofenotipicamente evidenciando o padrão de expressão dos marcadores GFAP (87%) e nestina (39%) (Figura 4).

A figura 3E, evidenciada por análises ultraestruturais de microscopia eletrônica de transmissão, descreveu a presença de grumos eletrondensos sobre as subesfera tumorais de glioblastoma, apontando as beads magnéticas conjugadas a anticorpos anti-CD133.

DISCUSSÃO

Apesar dos recentes avanços no tratamento do câncer cerebral humano, os mecanismos celulares e moleculares pelos quais os gliomas se iniciam e se estabelecem ainda não foram elucidados. Estudos recentes têm demonstrado que o surgimento e a progressão dos tumores cerebrais malignos podem ser determinados por uma subpopulação de células tumorigênicas com grande capacidade de autorrenovação denominadas células-tronco^(16,17).

A hipótese da célula-tronco tumoral descreve que os tumores cerebrais, apesar de uma massa heterogênea de células, são compostos por uma população celular rara (CD133⁺), a qual é capaz de iniciar a formação de um novo tumor ou de metástase, sendo sua natureza definida pela formação de neuroesferas⁽⁶⁾.

O processo de investigação das células-tronco tumorais cerebrais permanece inconclusivo, sendo que sua função ainda não pode ser objetivamente estabelecida. Para compreender plenamente a biologia das células-tronco tumorais cerebrais, é altamente desejável estabelecer linhas de pesquisa permanentes no processo de isolamento, cultivo e purificação das suas células-tronco.

Dessa forma, o presente estudo objetivou estabelecer o método de isolamento e cultivo de células-tronco de tumores, devidamente classificados como glioblastoma. O processo de cultura primária desses tumores, descrito de forma homogênea com células fusiformes dispostas em feixes multidirecionados, fundamentou inicialmente o estudo. Ensaios imunocitoquímicos, realizados nessas culturas primárias de glioblastoma, revelaram a expressão do marcador antigênico CD133 em agregados celulares iniciais à constituição de possíveis neuroesferas, ressaltando que o processo de isolamento e cultura de neuroesferas tumorais de glioblastoma ocorreu somente após a utilização de meio de cultivo devidamente suplementado (meio CTTC).

O processo de purificação das células que iniciam os tumores, realizado pelo método de seleção magnética por MACS, atribuiu às células CD133⁺ a capacidade de gerar, em cultura, as subesferas tumorais de glioblastoma.

Essas subesferas tumorais de glioblastoma foram descritas como agregados celulares ou conjunto clonogênico de células caracterizadas imunofenotipicamente pela expressão de marcadores como GFAP, evidenciando a origem glial das células tumorais, bem como nestina, filamento intermediário próprio de células imaturas, estando presente em níveis elevados em células-tronco comprometidas com linhagens de células do SNC⁽⁸⁾.

Essas subesferas tumorais também expressaram, obviamente, o marcador antigênico CD133, presente em célula-tronco tumoral neural, na qual foi revelada, pela descrição ultraestrutural, a presença de beads magnéticas conjugadas as anticorpos anti-CD133 sobre as subesfera tumorais de glioblastoma.

Este estudo pôde evidenciar, com seus resultados iniciais, que realmente o processo de isolamento e cultivo das subesferas de glioblastoma conferiu características imunofenotípicas de células-tronco tumorais neurais às células que as constituem.

Os resultados descritos neste trabalho estão fundamentados em achados recentes da literatura, os quais caracterizaram o perfil imunofenotípico das células-tronco de glioblastoma, descrevendo um conjunto de marcadores celulares (CD133, nestina e GFAP) com propriedades tumorigênicas^(18,19).

Estudos paralelos definem outro conjunto de marcadores antigênicos nesse processo de caracterização das células-tronco tumorais cerebrais, tais como CXCR4, Sox2, Musachi-1 e Nanog⁽²⁰⁾.

O presente trabalho utilizou o marcador CD133 como preditor molecular na fundamentação do processo de seleção de células-tronco. Essa conduta segue padrões prévios da literatura, na qual se identificou uma assinatura molecular, para as células CD133⁺ de glioblastoma, semelhante às celulas-tronco embrionárias humanas⁽²¹⁾. Esses autores, além de determinarem que essas células CD133⁺ seriam as células-tronco de glioblastoma, identificaram um subtipo mais agressivo da doença⁽²¹⁾, visto que essas células são altamente resistentes a processos radio e quimioterápicos⁽¹⁶⁾.

Outros estudos também sugeriram que a expressão do marcador CD133⁺ poderia ser indicador molecular de disseminação de glioblastoma^(16,22), justificando seu valor prognóstico⁽²³⁾ e a recente procura por drogas que atuem contra essa subpopulação de células (CD133⁺), afim de inibir ou retardar a proliferação de gliomas altamente invasivos⁽²⁴⁾.

CONCLUSÃO

O presente trabalho propôs um processo de isolamento, cultivo e caracterização das células-tronco de glioblastoma, que pode contribuir para o estudo da gênese dos tumores cerebrais, identificando a célula responsável pela origem e disseminação tumoral e, consequentemente, elucidando novos paradigmas terapêuticos da neuro-oncologia.

AGRADECIMENTOS

Este trabalho foi apoiado pelo Instituto Israelita de Ensino e Pesquisa Albert Einstein (IIEPAE), pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pela Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP), pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP).

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  20 Set 2012
• Data do Fascículo
  Jun 2012

Histórico

• Recebido
  30 Mar 2012
• Aceito
  14 Jun 2012