A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
* These authors contributed equally
وصف هنا هو وسيلة لاستخدام أجنة حمار وحشي لدراسة قدرة الجسيمات النانوية وظيفية لاستهداف الخلايا السرطانية البشرية في الجسم الحي. هذه الطريقة تسمح لتقييم واختيار الجسيمات النانوية المثلى للاختبار في المستقبل في الحيوانات الكبيرة وفي التجارب السريرية.
إن تطوير جسيمات نانوية قادرة على اكتشاف الخلايا السرطانية واستهدافها وتدميرها أمر له أهمية كبيرة في مجال التطبيب النانوي. في نماذج الحيوانات الحية مطلوبة لسد تكنولوجيا النانو لتطبيقها الطب الحيوي. الماوس يمثل نموذج الحيوان التقليدي للاختبار قبل الفحص؛ ومع ذلك، الفئران مكلفة نسبيا للحفاظ على ولها دورات تجريبية طويلة بسبب ذرية محدودة من كل أم. وقد برز الحمار الوحشي كنظام نموذجي قوي للبحوث التنموية والطبية الحيوية، بما في ذلك أبحاث السرطان. على وجه الخصوص، نظراً لشفافية بصرية وتطور سريع، أجنة حمار وحشي مناسبة تماما في الوقت الحقيقي في رصد الجسم الحي لسلوك الخلايا السرطانية وتفاعلاتها مع البيئة الدقيقة. وقد تم تطوير هذه الطريقة لإدخال الخلايا السرطانية البشرية والجسيمات النانوية الوظيفية بشكل تسلسلي في أجنة حمار وحشي شفافة من كاسبر ورصدها في التعرف على الخلايا السرطانية واستهدافها بواسطة الجسيمات النانوية في الوقت الحقيقي. ويبين هذا البروتوكول الأمثل أن الجسيمات النانوية المسماة بالفلورسنت، والتي يتم وظيفياً مع مجموعات الفولات، يمكنها أن تتعرف على وجه التحديد على الخلايا السرطانية الظهارية البشرية النقيلية البشرية المستهدفة بفلوروكروم مختلفة. يمكن أن تحدث عملية التعرف على المواد المستهدفة في وقت مبكر من 30 دقيقة بعد الحقن من الجسيمات النانوية التي تم اختبارها. التجربة كلها تتطلب فقط تربية بضعة أزواج من الأسماك الكبار ويستغرق أقل من 4 أيام لإكمال. وعلاوة على ذلك، تفتقر أجنة أسماك الحمار الوحشي إلى نظام مناعي متكيف وظيفي، مما يسمح بgraftmenting من مجموعة واسعة من الخلايا السرطانية البشرية. ومن ثم، فإن فائدة البروتوكول الموصوف هنا تمكن من اختبار الجسيمات النانوية على أنواع مختلفة من الخلايا السرطانية البشرية، مما يسهل اختيار الجسيمات النانوية المثلى في كل سياق سرطان محدد للاختبار في المستقبل في الثدييات والعيادة.
إن تطوير الجسيمات النانوية القادرة على اكتشاف الخلايا السرطانية واستهدافها وتدميرها أمر له أهمية كبيرة لكل من علماء الفيزياء والباحثين في الطب الحيوي. أدى ظهور التطبيب النانوي إلى تطوير العديد من الجسيمات النانوية ، مثل تلك التي ترافقت مع يغاندس الاستهداف و / أو الأدوية العلاجية الكيميائية1،2،3. الخصائص المضافة للجسيمات النانوية تمكن من تفاعلها مع النظام البيولوجي، واستشعار ورصد الأحداث البيولوجية بكفاءة عالية ودقة جنبا إلى جنب مع التطبيقات العلاجية. وتستخدم الجسيمات النانوية أكسيد الذهب والحديد في المقام الأول في التصوير المقطعي المستخدم وتطبيقات التصوير بالرنين المغناطيسي، على التوالي. في حين أن الأنشطة الأنزيمية من الذهب والحديد جسيمات نانوية أكسيد يسمح الكشف عن الخلايا السرطانية من خلال المقايسات colorimetric، جسيمات نانوية الفلورسنت هي مناسبة تماما لفي تطبيقات التصوير vivo4. من بينها، الجسيمات النانوية الفلورية فائقة الوضوح مفيدة بشكل خاص، وذلك بسبب قدرتها على الكشف عن السرطانات في وقت مبكر مع جزيئات أقل والحد من السمية5.
على الرغم من هذه المزايا، تتطلب الجسيمات النانوية التجريب باستخدام نماذج الحيوانات الحية لاختيار المواد النانوية المناسبة والاستفادة المثلى من عملية التوليف. بالإضافة إلى ذلك، تماما مثل الأدوية، تعتمد الجسيمات النانوية على نماذج حيوانية للاختبار قبل الفحص لتحديد فعاليتها وسمياتها. النموذج الأكثر استخداما قبل الظهر هو الفأر، وهو الثدييات التي صيانة يأتي بتكلفة عالية نسبيا. لدراسات السرطان، أما الفئران المهندسة وراثيا أو الفئران xenografted تستخدم عادة6،7. وغالباً ما يمتد طول هذه التجارب من أسابيع إلى أشهر. على وجه الخصوص، لدراسات الانبثاث السرطانية، يتم حقن الخلايا السرطانية مباشرة في نظام الدورة الدموية للفئران في مواقع مثل الأوردة التيل والطحال8،9،10. هذه النماذج تمثل فقط المراحل النهائية من الانبثاث عندما الخلايا السرطانية البذخ واستعمار الأعضاء البعيدة. وعلاوة على ذلك، نظراً لقضايا الرؤية، فإنه من الصعب بشكل خاص رصد هجرة الخلايا السرطانية واستهداف الجسيمات النانوية للخلايا السرطانية في الفئران.
الحمار الوحشي (Danio rerio) أصبح نظام الفقاريات القوية لأبحاث السرطان بسبب برازها عالية ، منخفضة التكلفة ، التنمية السريعة ، والشفافية البصرية ، والحفاظ على الجينات11،12. ميزة أخرى للحمار الوحشي على نموذج الماوس هو تخصيب بيض السمك السابق الرحم ، والذي يسمح بمراقبة الأجنة طوال نموها. التطور الجنيني سريع في حمار وحشي، وخلال 24 ساعة postfertilization (hpf)، وقد شكلت بالفعل طائرة الجسم الفقاريات13. بواسطة 72 حصانا، يتم فقس البيض من الكورشي، والانتقال من مرحلة الجنين إلى مرحلة جمهورية يوغوسلافيا الاتحادية. الشفافية من الحمار الوحشي، وسلالة كاسبر في14على وجه الخصوص ، ويوفر فرصة فريدة لتصور هجرة الخلايا السرطانية والتعرف عليها واستهدافها من قبل الجسيمات النانوية في حي. وأخيرا، حمار وحشي تطوير جهاز المناعة الفطرية بنسبة 48 حصانا، مع نظام المناعة التكيفية متخلفة وتصبح وظيفية فقط في 28 يوما postfertilization15. هذه الفجوة الزمنية مثالية لزرع أنواع مختلفة من الخلايا السرطانية البشرية في أجنة حمار وحشي دون أن تعاني من الرفض المناعي.
ويرد وصفها هنا هي الطريقة التي تستفيد من الشفافية والتطور السريع للحمار الوحشي لإثبات الاعتراف واستهداف الخلايا السرطانية البشرية من قبل الجسيمات النانوية الفلورية في الجسم الحي. في هذا الفحص، تم حقن خلايا سرطان عنق الرحم البشرية (خلايا هيلا) المهندسة وراثيا للتعبير عن بروتين الفلورسنت الأحمر في منطقة الأوعية الدموية في تجويف ما حول حتمية من 48 جنينا حصانا. بعد 20-24 ساعة، خلايا هيلا قد انتشرت بالفعل في جميع أنحاء الأجنة من خلال نظام الدورة الدموية الأسماك. تم مضغ الأجنة ذات الانبثاث الظاهرة مع ~ 0.5 نانول من محلول الجسيمات النانوية خلف العين مباشرة ، حيث يقع السرير الشعري الغني. باستخدام هذه التقنية، يمكن للجسيمات النانوية السيليكا الفلورية فائقة الوضوح استهداف خلايا HeLa بسرعة 20-30 دقيقة بعد الحقن. نظرًا لبساطته وفعاليته، يمثل سمك الحمار الوحشي نموذجًا قويًا في الجسم الحي لاختبار مجموعة متنوعة من الجسيمات النانوية لقدرتها على استهداف خلايا سرطانية محددة.
تمت الموافقة على جميع الإجراءات الحيوانية من قبل لجنة العناية واستخدام الحيوانات المؤسسية (IACUC) في كلية الطب بجامعة بوسطن بموجب البروتوكول #: PROTO201800543.
1- توليد أجنة كاسبر للحمار الوحشي
2. إعداد الخلايا السرطانية البشرية للزرع
3. زرع الخلايا السرطانية البشرية
4. حقن الجسيمات النانوية أو السيارة
5. التصوير وتتبع الجسيمات النانوية والخلايا السرطانية
يوضح المخطط البروتوكولي في الشكل 1 الإجراءات الإجمالية لهذه الدراسة. وُلدت أسماك كاسبر الشفافة من الذكور والإناث لتوليد الأجنة (القسم 1). تم حقن خلايا RFP+ HeLa في المنطقة الوعائية تحت تجويف ما حولين أجنة سمك الحمار الوحشي عند 48 حصاناً، مع الأجنة غير المض?...
البروتوكول الموصوف هنا يستخدم حمار وحشي كنظام في الجسم الحي لاختبار قدرة الجسيمات النانوية على التعرف على الخلايا السرطانية البشرية النقيلي واستهدافها. يمكن أن تؤثر عدة عوامل على التنفيذ الناجح للتجارب. أولاً، تحتاج الأجنة إلى أن تكون متطورة بالكامل عند 48 حصاناً. المرحلة التنموية الصحي?...
I.S. تعلن عن اهتمامها ب حلول NanoScience، LLC (متلقي المنحة من STTR NIH R41AI142890). ويعلن جميع المؤلفين الآخرين عدم وجود تضارب في المصالح.
يشكر المؤلفون السيدة كيلي سميث، والسيدة لورين كوك، والسيد ألكسندر فلو على تدقيقها في قراءة المخطوطة. H.F. يعترف بدعم منحة من المعاهد القومية للصحة (CA134743 وCA215059)، وجمعية السرطان الأمريكية (RSG-17-204 01-TBG)، ومؤسسة سانت بالدريك. F.J.F.L. يعترف زمالة من جامعة بوسطن مركز الابتكار BUnano التدريب عبر التخصصات في تكنولوجيا النانو للسرطان (XTNC). I.S يعترف بدعم NSF (منحة CBET 1605405) وNIH R41AI142890.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Agarose | KSE scientific | BMK-A1705 | |
Borosilicate glass capillaries | World Precision Instruments | 1.0 mm O.D. x 0,78 mm | |
Computer and monitor | ThinkCentre | X000335 | |
DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium) | Corning | 10-013-CV | sold by Fisher |
Fetal Bovine Serum | Sigma-Aldrich | F0926 | |
Fish incubator | VWR | 35960-056 | |
Hemocytometer | Fishersci brand | 02-671-51B | |
Magnetic stand | World Precision Instruments | M10 | |
Microloader tip | Eppendorf | E5242956003 | sold by Fisher |
Micromanipulator | Applied Scientific Instrumentation | MMPI-3 | |
Needle Puller | Sutter instruments | P-97 | |
Olympus MVX-10 fluorescent microscope | Olympus | MVX-10 | |
P200 tip | Fishersci brand | 07-200-293 | |
PBS (Dulbecco's Phosphate-Buffered Salt Solution 1X) | Corning | 21-030-CV | sold by Fisher |
Petri dish | Corning | SB93102 | sold by Fisher |
Plastic pipette | Fishersci brand | 50-998-100 | |
pLenti6.2_miRFP670 | Addgene | 13726 | |
Pneumatic pico pump | World Precision Instruments | SYSPV820 | |
Pronase | Roche-Sigma-Fisher | 50-100-3275 | Roche product made by Sigma- sold by Fisher |
Razor blade | Fishersci brand | 12-640 | |
SZ51 dissection microscope | Olympus | SZ51 | |
Tricaine methanesulfonate | Western Chemicals | NC0872873 | sold by Fisher |
Trypsin-EDTA | Corning | MT25053CI | sold by Fisher |
Tweezer | Fishersci brand | 12-000-122 |
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