Desarrollo de una herramienta para el seguimiento de metástasis temprana in vivo en ratones C57BL/6 usando células B16F10 marcadas con QDs-GSH biomimético de CdTe

Abstract

Actualmente, la metástasis es la principal causa de muerte de pacientes con cáncer. Su estudio sigue siendo en gran medida una "caja negra" debido a la incapacidad para rastrear células malignas a medida que colonizan los órganos diana. Por lo tanto, el conocimiento sobre los primeros pasos durante la metástasis in vivo sigue siendo limitado Muchos estudios han propuesto el uso de nanopartículas semiconductoras fluorescentes o puntos cuánticos (QDs) como un nuevo medio para marcar células y tumores. Sin embargo, las aplicaciones de los QDs están limitadas por su toxicidad en sistemas biológicos y lo poco que se sabe sobre su capacidad de afectar la metástasis de las células cancerosas. Previamente, describimos la síntesis "biomimética" de QDs de Cadmio-Teluro hidrófilos (QDs-GSH) con una mayor biocompatibilidad en comparación a otros QDs de cadmio producidos por distintos medios. Además, esta metodología nos permitió obtener células de cáncer gástrico MKN45 marcadas con estos QDs-GSH. Sin embargo, aún se desconoce como la presencia de los QDs-GSH en el interior de las células podrían afectar la capacidad metastásicas de células tumorales. Por estos motivos, este estudio planteó generar una metodología que permita obtener células de melanoma murino B16F10 marcadas con QDs-GSH en su interior, con el propósito de ser utilizadas en estudios de metástasis temprana. Se evaluó diferentes metodologías para incorporar QDs-GSH en células de melanoma murino B16F10 y que además permitieran disminuir los efectos tóxicos después de dicha incorporación en las células. Luego, se caracterizó el efecto sobre la capacidad metastásica in vitro e in vivo de la incorporación de QDs-GSH en células B16F10. Más tarde, se desarrolló una metodología para obtener células B16F10 marcadas con QDs-GSH (células marcadas casi 100% viables), las cuales migran de forma similar a las células control y permanecen viables por al menos cinco días. Sin embargo, la proliferación, la invasión y la capacidad de formar nódulos metastásicos en los pulmones se atenuaron severamente por la incorporación de QDs. Los resultados mostraron que las células B16F10 marcadas con QDs-GSH pueden usarse para rastrear la distribución/acumulación temprana de estas células en diferentes órganos de ratones C57BL/6 usando el sistema de imágenes in vivo (IVIS). Además, revelaron que estas células se distribuyen en, corazón, pulmones, riñones e hígado de ratones C57BL/6 a los cinco minutos de la inyección intravenosa, para posteriormente acumularse en los pulmones. Adicionalmente, en este estudio se realizó una prueba de concepto (utilizando células B16F10 marcadas con QDs que sobreexpresan Cavelolina-1), que permitió evaluar el potencial de utilizar esta metodología de marcaje celular como una herramienta útil para caracterizar la acumulación/distribución temprana de células B16F10 en ratones C57BL/6. Esto, permitiría evaluar los efectos de fármacos y/o diferentes factores biológicos sobre el proceso de acumulación/distribución temprana de células metastásicas. En conjunto, esto permitiría mejorar la comprensión de estos eventos tempranos en la metástasis y posiblemente actuar sobre ellos

Currently, metastasis is the leading cause of death in cancer patients. Our understanding of this process remains limited largely due to the inability to track malignant cells as they colonize the target organs. Therefore, an improved understanding of the first steps during in vivo metastasis is highly desirable. Many studies have proposed the use of fluorescent semiconductor nanoparticles or quantum dots (QDs) as a new tool for labeling cells and tumors. However, the applications of QDs in this field are limited by their toxicity in biological systems along with the lack of knowledge of the effects that QDs might have on the metastatic capacity of cancer cells. Previously, we described the "biomimetic" synthesis of hydrophilic CdTe-QDs (QDs-GSH) with increased biocompatibility compared to the cadmium QDs that had been evaluated until then, together with a methodology that allowed us to obtain MKN45 gastric cancer cells labeled with QDs-GSH. However, it remained unclear how the presence of the QDs-GSH inside the cells could affect the metastatic capacity of tumor cells. For these reasons, we sought to develop here a methodology that permitted obtaining B16F10 murine melanoma cells labeled in their interior with QDs-GSH, which have the potential to be used in studies of early metastasis. To that end, this study evaluated different methodologies to incorporate QDs-GSH in murine melanoma B16F10 cells and to diminish the toxic effects following such incorporation into cells. Then, the effect on metastatic capacity in vitro and in vivo of the incorporation of QDs-GSH in B16F10 cells was characterized. Subsequently, a methodology was developed that allowed us to obtain QDs-GSH-labeled B16F10 cells (nearly 100% viable labeled cells), which remained viable for at least five days and migrated similarly to control cells. The results showed that QDs-GSH-labeled B16F10 cells can be used to track the early distribution / accumulation of these cells in different organs of C57BL / 6 mice using in vivo imaging system (IVIS) and revealed that these cells were detected as soon as five minutes after intravenous injection in the heart, lungs, kidneys and liver, and subsequently accumulated in the lungs of C57BL / 6 mice. However, proliferation, invasion and the capacity to form metastatic nodules in the lungs of such QDs-GSH-labeled B16F10 cells were severely attenuated. Also, in this study a proof of concept experiment was included using B16F10 cells labeled with QDs that overexpress Cavelolin-1. These experiments showed that Caveolin-1 expression favors very early accumulation of B16F10 cells in the lung and in doing so revelaed the potential of this cell labeling approach as a useful tool to characterize the early accumulation / distribution of B16F10 cells in C57BL/6 mice. Also, similar experiments should allow us in the future to evaluate the effects of drugs and / or different biological factors on the process of early accumulation / distribution of metastatic cells. These experiments will allow us to improve our understanding of the early events leading to metastasis and possibly modulate the outcome