Method Article
* These authors contributed equally
البيئة المجهرية للورم جزء أساسي من نمو السرطان والغزو. لمحاكاة تقدم السرطان ، هناك حاجه إلى مصفوفة بشريه ذات صله بيولوجيا. يقدم هذا البروتوكول تحسينا لاختبار الغزو كروي ثلاثي الابعاد في المختبر من خلال تطبيق مصفوفة قائمه علي الورم العضلي البشري. ويقدم البروتوكول أيضا تحليلا للغزو الخلوي القائم علي الحاسوب.
ويشيع استخدام الاختبارات القائمة علي ثقافة الخلية ثنائيه الابعاد في أبحاث السرطان في المختبر. ومع ذلك ، فانها تفتقر إلى العديد من العناصر الاساسيه التي تشكل البيئة المجهرية الورم. للحصول علي نتائج أكثر موثوقيه في المختبر ، تم إدخال عده اختبارات لثقافة الخلايا ثلاثية الابعاد (3D). تسمح هذه الاختبارات للخلايا السرطانية بالتفاعل مع المصفوفة خارج الخلية. يؤثر هذا التفاعل علي سلوك الخلية ، مثل الانتشار والغزو ، بالاضافه إلى شكل الخلية. بالاضافه إلى ذلك ، يمكن لهذا التفاعل ان يحفز أو يقمع التعبير عن العديد من الجزيئات الموالية والمضادة للورم. تم تطوير كروي الغزو لتوفير طريقه مناسبه 3D في المختبر لدراسة غزو الخلايا السرطانية. وفي الوقت الراهن ، تستخدم المصفوفات المشتقة من الحيوانية ، مثل المصفوفة المشتقة من ساركوما الفئران (MSDM) والنوع الأول من الكولاجين من ذيل الجرذان ، في اختبارات الغزو الكروي. مع الأخذ بعين الاعتبار الاختلافات بين البيئة المجهرية للورم البشري والمصفوفات المشتقة من الحيوانية ، تم تطوير مصفوفة مشتقه من الورم العضلي البشري (HMDM) من نسيج الورم العضلي الحميد للرحم. وقد تبين ان HMDM يدفع الهجرة وغزو خلايا سرطان أفضل من MSDM. وقد وفر هذا البروتوكول فحصا بسيطا وقابلا للتكرار وموثوقا به لكروي القائم علي الورم البشري ثلاثي الابعاد باستخدام مصفوفة HMDM/الفايبين. كما يتضمن تعليمات مفصله حول التصوير والتحليل. ينمو الخزان في لوحه المرفقات المنخفضة الشكل U داخل مصفوفة HMDM/الفايبين وتغزو من خلالها. الغزو يتم بشكل يومي ، يقاس ، وتحليلها باستخدام ilastik وفيجي ImageJ البرمجيات. وقد تم إثبات منصة الفحص باستخدام خطوط خلايا سرطان الخلايا الحرشفية الاساسيه والمنتشرة في الحنجرة البشرية. ومع ذلك ، فان البروتوكول مناسب أيضا لخطوط الخلايا السرطانية الصلبة الأخرى.
وقد ساهمت الدراسات التقليدية ثنائيه الابعاد (2D) ثقافة الخلية إلى حد كبير في أبحاث السرطان. حاليا, الباحثون يتحولون أكثر نحو ثلاثي الابعاد (3D) اختبارات ثقافة الخلية لتقليد أفضل في ظروف الجسم الحيوي1. تعكس ثقافة الخلايا السرطانية ثلاثية الابعاد بشكل أدق البيئة المجهرية السرطانية المعقدة من حيث تفاعلات خلايا الخلية ومصفوفات الخلايا ، وملفات تعريف التعبير الجيني ، وحساسية الدواء ، وإشارات نشاط المسار2،3.
وتستخدم عده نماذج الثقافة خليه 3d في أبحاث السرطان مثل الورم الانسجه الشرح ، والورم علي رقاقه ، والورم متعدد الخلايا خزان3،4. وتستخدم الآن علي نطاق واسع خزان الورم متعدد الخلايا, كما انها تحاكي العديد من الميزات في الظروف الفيفو في الأورام البشرية1,5. عندما القطر كروي أكبر من 500 μm, هو يتلقى حتى [هيبوكسيك] مناطق ومركز نخريه, يمثل لذلك ال في [فيفو] ورم حاله2.
كثير اصطناعية ([ا. غ.]., [بوليديميثيلسلاكسين]) وحيوانيه-يستنتج ([ا. غ.], جرذ ذيل نوع [اي] كولاجين و فاره [ساركوما]-يستنتج مصفوفة, [متريجل], يشار إلى بما ان [مسدم]) طورت مصفوفات ل 3d خليه ثقافة اختبارات3,6 7,8. حتى الآن ، اي من المصفوفات المتاحة تجاريا قد نشات من انسجه الورم البشري. ولذلك ، فانها تفتقر إلى ميزات البيئة المجهرية الورم البشري ، والتي لها تاثيرات كبيره علي عمليات غزو الخلايا السرطانية8.
يتم استخراج myogel (مصفوفة البشرية المشتقة ، المشار اليها باسم HMDM) من الرحم البشري الورم العضلي الانسجه9. وقد تبين ان محتوي البروتين من HMDM يختلف كثيرا عن ذلك من MSDM. في الواقع ، 66 ٪ من بروتينات HMDM تختلف عن البروتينات MSDM. من ناحية أخرى, بعض البروتينات, مثل laminin, نوع IV الكولاجين, هيباران كبريتات بروتينيه, nidogen, وعامل نمو البشرة, موجودة في كل من المصفوفات10. فضلا عن ذلك, يختلف الفاره من الإنسان في انزيم [كنتنتس], مع أناس يتلقى 78 اقل [بروتياسات] من فيران11.
وقد استخدمت فيبين علي نطاق واسع وحدها أو في تركيبه مع غيرها من المواد كماده سقالة12. في اختبارات ثقافة الخلية ثلاثية الابعاد ، يتم الجمع بين الفيبرينوجين البشرية المتوفرة تجاريا والخلايا الليفية لتشكيل هيدروجيل الليبرين12.
يصف هذا بروتوكول تحسين من ال سابقا يقدم [ثري د] ورم كروي غزوه فحص7. يطبق هذا البروتوكول الجديد مصفوفة مشتقه من الورم البشري بدلا من مصفوفة الورم المشتقة من الفاره. كما انه ينطوي علي تقنيات التصوير والتحليل باستخدام ilastik وفيجي ImageJ البرمجيات. ويمكن استخدام هذا البروتوكول لكروي مقايسة عده خطوط الخلايا السرطانية الصلبة المختلفة. ويقدم أداه ذات الصلة بيولوجيا لتطوير العلاجات المضادة للسرطان الرواية ودراسة اثار جزيئات محدده علي غزو الخلايا السرطانية.
1. توليد خزان الورم متعدد الخلايا
ملاحظه: يتم إظهار البروتوكول هنا مع خطوط الخلايا UT-SCC-42A و-42A ولكن يمكن أيضا تطبيقها باستخدام خطوط الخلايا الأخرى.
2. كروي ثلاثي الابعاد الاجتياح الفحص
ملاحظه: اعداد حل 2x لأنه سيتم تخفيف الهلام 1:1 عندما تضاف إلى الآبار.
3-التصوير
4. صوره التجزئة مع Ilastik
5. تحليل المنطقة مع فيجي ImageJ
أربعه أيام بعد UT-SCC-42B (المنتشرة الحنجرة SCC خط الخلية) زرع الخلايا ، والمصفوفة (HMDM/فيبين ، MSDM ، أو الكولاجين) أضيفت علي الخزان المشكلة (اليوم 0) وتم رصد الغزو لمده ثلاثه أيام. تم الحصول علي الصور هنا يوميا باستخدام المجهر المقلوب (الشكل 4).
وبمجرد تضمينها ، بدات الخلايا في مصفوفة HMDM/الفايبين في الغزو بسرعة بعد يوم واحد وامتدت إلى المصفوفة (الشكل 4ا). الخلايا في MSDM لم تغزو في المصفوفة المحيطة بها ، بدلا من ذلك تشكيل هيكل غير متناظرة (الشكل 4ب). من ناحية أخرى ، غزت الخلايا في الكولاجين قليلا ، ولكن نظرا لانكماش مصفوفة كان التحليل صعبا (الشكل 4ج). وفي بعض ابار الكولاجين ، اختفي الخزان حتى بعد ثلاثه أيام (الشكل 4ج).
ويبين الشكل 5 التقدير الكمي للغزو الخلوي في هmdm/فيبين من خط الخلية الاوليه scc الحنجرة UT-Scc-42a وخط الخلية المنتشرة المقابلة UT-Scc-42a. يظهر الفيديو (الفيلم 1) الماخوذ باستخدام نظام تحليل الخلايا الحية لكروي hmdm/الفايبين حركه الخلايا SCC داخل المصفوفة حيث تشكل خيوط متبوعه بالخلايا الأخرى.
الشكل 1 : تجزئه الصورة. الخطوات المحددة لتقسيم الصورة باستخدام ilastik. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2 : اعداد المقياس. الخطوات المحددة لاعداد المقياس باستخدام فيجي ImageJ. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3 تحليل الغزو باستخدام ImageJ.: الخطوات المحددة لتحليل الصور باستخدام فيجي ImageJ. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4 : UT-SCC-42B غزو الخلية في ثلاثه مصفوفات مختلفه. الصور التمثيلية للغزو الخلية SCC في خزان 3D. وأعقب الغزو لمده ثلاثه أيام ، وأخذت الصور يوميا باستخدام المجهر المقلوب. (ا) hmdm/الفايبين ، (ب) msdm ، (ج) الكولاجين. العمود الأخير يمثل توضيحا للغزو اليوم 3. شريط مقياس = 200 μm. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5 : القياس الكمي للغزو الخلية SCC في HMDM/الفيبين. تم تحليل الحنجرة الابتدائية UT-42A والمقابلة المنتشرة الحنجرة UT-SCC-42A الاجتياح خط الخلية باستخدام ilastik وفيجي ImageJ البرمجيات. وتمثل النتائج متوسط الانحراف المعياري لثلاث تجارب مستقله ، كل في ثلاثي النسخ. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الفيديو 1: SCC خليه الحركة داخل HMDM/الفيبين لمده ثلاثه أيام. يرجى النقر هنا لمشاهده هذا الفيديو. (انقر بزر الماوس الأيمن للتحميل.)
توفر الطريقة المعروضة الفحص القائم علي الورم البشري ثلاثي الابعاد لتقييم غزو الخلايا السرطانية داخل مصفوفة الورم المجهري البشري. يمكن قياس غزو الخلايا السرطانية بسهوله عن طريق التصوير اليومي مع المجهر القياسي وباستخدام برنامج تحليل الصور. ويوضح الأسلوب غزو الخلايا بدلا من مجرد الانتشار.
وعلي عكس MSDM ، لا تتطلب مصفوفة HMDM/الفيبين اي تحكم في درجه الحرارة. هذا الأسلوب هو سهله لأداء ، ولا سيما دون الحاجة إلى نقل خزان من لوحه واحده إلى أخرى. هو يتلقى فقط واحده حساسة تقنيا خطوه, الاضافه من [فيبرينوجن] إلى المصفوفة. وبما ان الفيبرينوجين يبدا بالجل بعد بضع دقائق ، فان أضافه الفيبرينوجين يتطلب القيام بالتغليف القوي وعلاج عدد قليل من الآبار في وقت واحد. هناك أيضا خطر من إزعاج الكروي ونقله من موقعه مركزيه في ال [أو-شبد] بئر ان يتم [بيستينغ] في [هيغ-برسور] طريقه. ويمكن ان يؤدي خلع الكروي إلى تعقيد التصوير وفي نهاية المطاف إلى التحليل.
يمكن تعديل الفحص عن طريق تغيير تركيز HMDM أو الفيبرينوجين. الخلايا يمكن أيضا ان تكون ثابته وملطخه للدراسات الجزيئية اللاحقة. علي الرغم من ان هذه الطريقة يمكن تعديلها إلى نموذج مؤتمتة بالبالكامل ، فانه يمكن أيضا ان تنفذ مع المجهر العادي واثنين من البرمجيات المفتوحة المصدر ، مع عدم الحاجة إلى معدات مكلفه.
بالمقارنة مع اختبارات 3D المستندة إلى MSDM التقليدية ، يمكن عرض هذا الفحص أفضل خصائص غزو الخلية. خزان نمت في الطابق السفلي غشاء التي تحتوي علي مصفوفة الغنية بالlaminin ، مثل MSDM ، قد يكون أكثر انتشارا من الخلايا السرطانية من الغزو الفعلي ، مما يجعلها غير صالحه لاختبارات الغزو في عده خطوط الخلايا السرطانية نظرا لقدرتها الغازية المنخفضة. آخر المصفوفة المستخدمة بشكل متكرر ، نوع I الكولاجين ، يميل إلى تقليص من حواف خلال زراعه 3D ، والذي يؤثر علي توطين كروي والتصوير من الآبار. بالاضافه إلى ذلك ، فان الاختلافات بين الخصائص الغازية المتاصله لأكثر (HSC) واقل (SCC-25) خطوط الخلايا سرطان اللسان العدوانية قد ثبت باستخدام الإنسان الأورام المجهرية نماذج محاكاة (أقراص myoma وشكله القابل للذوبان مصفوفة)10،13.
الفحص هو أيضا أكثر اخلاقيه من استخدام MSDM منذ يتم استخراج HMDM من بقايا المواد من الورم العضلي البشري. حاليا ، hmdm هو المنتج الوحيد المتاح البشرية المستمدة من الورم الذي يبدو ان تكون مناسبه لكثير من السرطان المرتبطة في اختبارات المختبر8،10. وفي المستقبل ، يمكن استبدال المصفوفات المشتقة من الانسجه الحيوانية بمصفوفات بشريه قائمه علي الأورام للحد من الحاجة إلى التضحية بالماشية لإنتاج المصفوفات.
استبدال الاختبارات الثقافة الخلية 2D مع أساليب 3D يوفر معلومات أكثر دقه عن سلوك الخلايا السرطانية. حاليا ، هناك العديد من النماذج ثلاثية الابعاد والمصفوفات التجارية ، ولكن ، للأسف ، لا شيء مناسب لجميع خطوط الخلايا السرطانية. يجب علي الباحثين اختيار مصفوفة الأكثر ملاءمة لمقايسة خاصه بهم. المطابقة المثلي لمقايسة والمصفوفة يمكن ان تكون صعبه ، ولكن يمكن ان تزيد بشكل كبير من موثوقيه النتائج.
وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.
ويشكر المؤلفون الممولون لهذه الدراسة: مؤسسه سايغريد جوسيويوس ، وجمعيه السرطان في فنلندا ، وصناديق بحوث المستشفى المركزي بجامعه هلسنكي. ويعترف المؤلفون بوحدة التصوير بالطب الحيوي في جامعه هلسنكي للحصول علي المساعدة التقنية.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Amphotericin B solution | Merck | A2942 | |
Aprotinin from bovine lung | Merck | A6279 | Measure the protein concentration before use. |
Ascorbic acid | Applichem | A1052 | |
BioLite Cell Culture Treated Flasks | Thermo Scientific | 130190 | |
DMEM/F-12 | Gibco by Life Technologies | 31330-038 | |
DS-Fi2 Digital Camera | Nikon Instruments | ||
DS-U3 Digital Camera Controller | Nikon Instruments | ||
Eclipse TS100 Inverted Microscope | Nikon Instruments | ||
Fetal bovine serum (FBS) | Gibco by Life Technologies | 10270106 | Heat inactivate for 30 min at 56 °C in waterbath before use. |
Fibrinogen, Plasminogen-Depleted, Human Plasma | Merck | 341578 | Solubility: 25 mg/ml in H2O. Warm the H2O and the fibrinogen to 37 °C prior to dissolution. Do not disturb until the fibrinogen is completely solubilized. Stock solutions stored at -70 °C should be thawed in a water bath maintained at 37 °C. |
Fiji ImageJ 1.51 image processing program | Freeware, NIH | ||
Hydrocortisone | Merck | H0888 | |
Ilastik software for image classification and segmentation | Freeware | ||
IncuCyte Zoom Live-Cell Analysis System | Essen BioScience | ||
Myogel | Lab made | ||
Penicillin-Streptomycin | Gibco by Life Technologies | 15140-122 | |
Phosphate buffered saline (PBS) | Lab made | ||
Scepter 2.0 Cell Counter | Merck | PHCC20040 | |
Scepter Cell Counter Sensors, 60 µm | Merck | PHCC60050 | |
Thrombin from human plasma | Merck | T6884-100UN | |
Trypsin-EDTA (0.5%) 10x, no phenol red | Gibco by Life Technologies | 15400054 | |
Ultra-Low Attachment 96-Well Plate | Corning | 7007 | |
UT-SCC-42A and UT-SCC-42-B cell lines | The cell lines were established at the Department of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery, Turku University Hospital (Turku, Finland). |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved