Objectives: Pancreatic cancer has a very poor prognosis, largely due to its propensity for early local and distant spread. Histopathologically, most pancreatic cancers are characterized by a prominent stromal/fibrous reaction in and around tumor tissue. The aims of this study were to determine whether (1) the cells responsible for the formation of the stromal reaction in human pancreatic cancers are activated pancreatic stellate cells (PSCs) and (2) an interaction exists between pancreatic cancer cells and PSCs that may facilitate local and distant invasion of tumor. Methods: Serial sections of human pancreatic cancer tissue were stained for desmin and glial fibrillary acidic protein (stellate cell selective markers) and α-smooth muscle actin (αSMA), a marker of activated PSC activation, by immunohistochemistry, and for collagen using Sirius Red. Correlation between the extent of positive staining for collagen and αSMA was assessed by morphometry. The cellular source of collagen in stromal areas was identified using dual staining methodology, ie, immunostaining for αSMA and in situ hybridization for procollagen α1I mRNA. The possible interaction between pancreatic cancer cells and PSCs was assessed in vitro by exposing cultured rat PSCs to control medium or conditioned medium from 2 pancreatic cancer cell lines (PANC-1 and MiaPaCa-2) for 24 hours. PSC activation was assessed by cell proliferation and αSMA expression. Results: Stromal areas of human pancreatic cancer stained strongly positive for the stellate cell selective markers desmin and GFAP (indicating the presence of PSCs), for αSMA (suggesting that the PSCs were in their activated state) and for collagen. Morphometric analysis demonstrated a close correlation (r = 0.77; P < 0.04; 8 paired sections) between the extent of PSC activation and collagen deposition. Procollagen mRNA expression was localized to αSMA-positive cells in stromal areas indicating that activated PSCs were the predominant source of collagen in stromal areas. Exposure of PSCs to pancreatic cancer cell secretions in vitro resulted in PSC activation as indicated by significantly increased cell proliferation and αSMA expression. Conclusions: Activated PSCs are present in the stromal reaction in pancreatic cancers and are responsible for the production of stromal collagen. PSC function is influenced by pancreatic cancer cells. Interactions between tumor cells and stromal cells (PSCs) may play an important role in the pathobiology of pancreatic cancer.

Abstract Pancreatic stellate cells (PSC) produce the stromal reaction in pancreatic cancer, but their role in cancer progression is not fully elucidated. We examined the influence of PSCs on pancreatic cancer growth using (a) an orthotopic model of pancreatic cancer and (b) cultured human PSCs (hPSC) and human pancreatic cancer cell lines MiaPaCa-2 and Panc-1. Athymic mice received an intrapancreatic injection of saline, hPSCs, MiaPaCa-2 cells, or hPSCs + MiaPaCa-2. After 7 weeks, tumor size, metastases, and tumor histology were assessed. In vitro studies assessed the effect of cancer cell secretions on PSC migration and the effect of hPSC secretions on cancer cell proliferation, apoptosis, and migration. Possible mediators of the effects of hPSC secretions on cancer cell proliferation were examined using neutralizing antibodies. Compared with mice receiving MiaPaCa-2 cells alone, mice injected with hPSCs + MiaPaCa-2 exhibited (a) increased tumor size and regional and distant metastasis, (b) fibrotic bands (desmoplasia) containing activated PSCs within tumors, and (c) increased tumor cell numbers. In vitro studies showed that, in the presence of pancreatic cancer cells, PSC migration was significantly increased. Furthermore, hPSC secretions induced the proliferation and migration, but inhibited the apoptosis, of MiaPaCa-2 and Panc-1 cells. The proliferative effect of hPSC secretions on pancreatic cancer cells was inhibited in the presence of neutralizing antibody to platelet-derived growth factor. Our studies indicate a significant interaction between pancreatic cancer cells and stromal cells (PSCs) and imply that pancreatic cancer cells recruit stromal cells to establish an environment that promotes cancer progression. [Cancer Res 2008;68(7):2085–93]

The field of pancreatic stellate cell (PSC) biology is very young, as the essential in-vitro tools to study these cells (ie, methods to isolate and culture PSC) were only developed as recently as in 1998. Nonetheless, there has been an exponential increase in research output in this field over the past decade, with numerous research groups around the world focusing their energies into elucidating the biology and function of these cells. It is now well established that PSC are responsible for producing the stromal reaction (fibrosis) of two major diseases of the pancreas—chronic pancreatitis and pancreatic cancer. Despite exponentially increasing data, the methods for studying PSC remain variable. Although within individual laboratories methods are consistent, different methodologies used by various research groups make it difficult to compare results and conclusions. This article is not a review article on the functions of PSC. Instead, members of the Pancreatic Star Alliance (http://www.pancreaticstaralliance.com) discuss here and consolidate current knowledge, to outline and delineate areas of consensus or otherwise (eg, with regard to methodological approaches) and, more importantly, to identify essential directions for future research. Hepatic stellate cells (HSC) were first described by Karl von Kupffer in 1876; however, similar cells in the pancreas were first observed in the 1980s.1–3 In 1998, Apte et al 4 and Bachem et al 5 isolated and cultured PSC.4 5 In the normal pancreas, PSC are located in close proximity to the basal aspect of pancreatic acinar cells. In sections immunostained for the marker desmin (a cytoskeletal protein), quiescent PSC can be seen as cells with a central cell body and long cytoplasmic projections extending along the base of adjacent acinar cells similar to that of pericytes in the mammary gland. …

Pancreatic stellate cells (PSCs) produce the stromal reaction in pancreatic cancer (PC), and their interaction with cancer cells facilitates cancer progression. This study investigated the role of human PSCs (hPSCs) in the metastatic process and tumor angiogenesis using both in vivo (orthotopic model) and in vitro (cultured PSC and PC cells) approaches. A sex mismatch study (injection of male hPSCs plus female PC cells into the pancreas of female mice) was conducted to determine whether hPSCs accompany cancer cells to metastatic sites. Metastatic nodules were examined by fluorescent in situ hybridization for the presence of the Y chromosome. Angiogenesis was assessed by i) immunostaining tumors for CD31, an endothelial cell marker; and ii) quantifying human microvascular endothelial cell (HMEC-1) tube formation in vitro on exposure to conditioned media from hPSCs. Transendothelial migration was assessed in vitro by examining the movement of fluorescently labeled hPSCs through an endothelial cell monolayer. Human PSCs i) were found in multiple metastatic sites in each mouse injected with male hPSCs plus female PC cells; ii) increased CD31 expression in primary tumors from mice injected with MiaPaCa-2 and hPSCs and stimulated tube formation by HMEC-1 in vitro; and iii) exhibited transendothelial migration that was stimulated by cancer cells. Human PSCs accompany cancer cells to metastatic sites, stimulate angiogenesis, and are able to intravasate/extravasate to and from blood vessels.

Abstract Pancreatic cancer is highly resistant to current chemotherapy agents. We therefore examined the effects of triptolide (a diterpenoid triepoxide) on pancreatic cancer growth and local-regional tumor spread using an orthotopic model of pancreatic cancer. We have recently shown that an increased level of HSP70 in pancreatic cancer cells confers resistance to apoptosis and that inhibiting HSP70 induces apoptosis in these cells. In addition, triptolide was recently identified as part of a small molecule screen, as a regulator of the human heat shock response. Therefore, our aims were to examine the effects of triptolide on (a) pancreatic cancer cells by assessing viability and apoptosis, (b) pancreatic cancer growth and local invasion in vivo, and (c) HSP70 levels in pancreatic cancer cells. Incubation of PANC-1 and MiaPaCa-2 cells with triptolide (50–200 nmol/L) significantly reduced cell viability, but had no effect on the viability of normal pancreatic ductal cells. Triptolide induced apoptosis (assessed by Annexin V, caspase-3, and terminal nucleotidyl transferase–mediated nick end labeling) and decreased HSP70 mRNA and protein levels in both cell lines. Triptolide (0.2 mg/kg/d for 60 days) administered in vivo decreased pancreatic cancer growth and significantly decreased local-regional tumor spread. The control group of mice had extensive local invasion into adjacent organs, including the spleen, liver, kidney, and small intestine. Triptolide causes pancreatic cancer cell death in vitro and in vivo by induction of apoptosis and its mechanism of action is mediated via the inhibition of HSP70. Triptolide is a potential therapeutic agent that can be used to prevent the progression and metastases of pancreatic cancer. [Cancer Res 2007;67(19):9407–16]

ABSTRACT Cancer-Associated Fibroblasts (CAFs) are major contributors to pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) progression, through pro-tumour cross-talk and the generation of fibrosis (physical barrier to drugs). CAF inhibition is thus an ideal component of any therapeutic approach for PDAC. SLC7A11 is a cystine transporter that has been identified as a potential therapeutic target in PDAC cells. However, no prior study has evaluated the role of SLC7A11 in PDAC tumour stroma and its prognostic significance. Herein we show that high expression of SLC7A11 in PDAC tumour stroma (but not tumour cells) is independently prognostic of poorer overall survival. We demonstrate using orthogonal approaches that PDAC-derived CAFs are highly dependent on SLC7A11 for cystine uptake and glutathione synthesis, and that SLC7A11 inhibition significantly decreases their proliferation, reduces their resistance to oxidative stress and inhibits their ability to remodel collagen and support PDAC cell growth. Importantly, our paradigm-shifting work demonstrates the need to inhibit SLC7A11 in the PDAC stroma, as genetic ablation of SLC7A11 in PDAC cells alone is not enough to reduce tumour growth. Finally, our work validates that a nano-based gene-silencing drug against SLC7A11, developed by our group, reduces PDAC tumour growth, CAF activation and fibrosis in a mouse model of PDAC.

Abstract The microtubule protein, βIII-tubulin, has been implicated as a prognostic, pro-survival, and chemoresistance factor in some of the most lethal malignancies including pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). However, precise survival mechanisms controlled by βIII-tubulin in cancer cells are unknown. Here, we report an unexpected role of βIII-tubulin as a brake on extrinsic caspase 8-dependent apoptosis in PDAC. We show that βIII-tubulin knockdown frees death-receptor DR5 to increase its membrane diffusion, clustering, and activation of cell-death. We demonstrate that βIII-ubulin silencing increases sensitivity of PDAC cells to chemotherapeutic and microenvironment-derived extrinsic cell-death signals including TRAIL, TNFα, and FasL. Finally, nanoparticle delivery of βIII-tubulin siRNA to mouse orthotopic PDAC tumours in vivo and human patient-derived PDAC tumour explants ex vivo increases extrinsic apoptosis and reduces tumour progression. Thus, silencing of βIII-tubulin represents an innovative strategy to unleash a suicide signal in PDAC cells and render them sensitive to microenvironment and chemotherapy-derived death signals.

Abstract The poor prognosis of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is attributed to the highly fibrotic stroma and complex multi-cellular microenvironment that is difficult to fully recapitulate in pre-clinical human models. To fast-track translation of therapies and to inform personalised medicine, we aimed to develop a whole-tissue ex vivo explant model that maintains viability, 3D multicellular architecture, and microenvironmental cues present in human pancreatic tumours. Patient-derived surgically-resected PDAC tissue was cut into 2 mm explants, cultured on gelatin sponges, and grown for 12 days. Immunohistochemistry revealed that human PDAC tissue explants were viable for 12 days and maintained their original tumour, stromal and extracellular matrix architecture. As proof-of-principle, human PDAC tissue explants responded to Abraxane ® treatment with a 3.7-fold increase in cell-death (p=0.0007). PDAC explants were also transfected with polymeric nanoparticles+Cy5-siRNA and we observed abundant cytoplasmic distribution of nanoparticle+Cy5-siRNA throughout the PDAC explant tissue. Our novel model retains the 3D architecture of human pancreatic tumours and has several advantages over standard organoids: presence of functional multi-cellular stroma and fibrosis and no tissue manipulation, digestion, or artificial propagation of organoids. This provides an unprecedented opportunity to study PDAC biology, tumour-stromal interactions and rapidly assess therapeutic response that could drive personalised treatment for PDAC.