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This manuscript describes a tube formation assay to quantify the effects of a given compound or condition on angiogenesis by using endothelial cell tube formation in a controlled environment.
Malignant tumors require a blood supply in order to survive and spread. These tumors obtain their needed blood from the patient's blood stream by hijacking the process of angiogenesis, in which new blood vessels are formed from existing blood vessels. The CXCR2 (chemokine (C-X-C motif) receptor 2) receptor is a transmembrane G-protein-linked molecule found in many cells that is closely associated with angiogenesis1. Specific blockade of the CXCR2 receptor inhibits angiogenesis, as measured by several assays such as the endothelial tube formation assay. The tube formation assay is useful for studying angiogenesis because it is an excellent method of studying the effects that any given compound or environmental condition may have on angiogenesis. It is a simple and quick in vitro assay that generates quantifiable data and requires relatively few components. Unlike in vivo assays, it does not require animals and can be carried out in less than two days. This protocol describes a variation of the extracellular matrix supporting endothelial tube formation assay, which tests the CXCR2 receptor.
Um die notwendigen Nährstoffe für das Überleben, bösartige Tumore benötigen Zugriff auf das Blut des Patienten Strom zu erhalten. Um diesen Zugang zu erhalten, lassen Sie Tumorzellen chemische Signale, die das Wachstum neuer Blutgefäße in den Tumor stimulieren, so dass die normalen physiologischen Prozess Hijacking bekannt als Angiogenese 2. Es ist auch durch die Blutgefäße durch Angiogenese erzeugt , daß Metastase (dh die Ausbreitung von Krebs auf andere Organe) auftreten. Da der Prozess der Angiogenese mit dem Fortschreiten von einer solchen Vielzahl von Krebsarten so wichtig ist, ist es ein attraktives Ziel in der Krebstherapie Forschung 3.
Ein Verfahren verwendet die Angiogenese zu quantifizieren ist die endothelialen Vorläuferzellen die Fähigkeit zur Messung der Röhren zu bilden, wenn sie auf einer extrazellulären Matrix platziert. Da die Bildung dieser Rohre ist ein kritischer Schritt in der frühen Angiogenese, Testen Umgebungsbedingungen (beispielsweise Vorhandensein oder Fehlen eines gegebenen compound), die stimulieren oder hemmen, Schlauchbildung bietet einen Einblick in spezifische Schritte, die zur Hemmung der Angiogenese ausgerichtet werden können. Die Endothelzellen-Rohr-Assay ist eine der am häufigsten verwendeten 4 in - vitro - Methoden , die die Fähigkeit der Zellen misst Rohre zu bilden. Es ist ein einfacher Test, erfordert relativ wenige Komponenten und eine kurze Kulturdauer 5. Vielleicht am wichtigsten ist jedoch, dass die aus dieser Art von Test gewonnenen Daten quantifizierbar ist.
Ein Beispiel für die Verwendung des Rohrbildungstest beinhaltet die Entwicklung von Rohren aus vaskulären Endothelzellen Vergleich auf der extrazellulären Matrix gegen Wachstumsfaktor reduziert gewachsen (GFR) extrazellulären Matrix. Die extrazelluläre Matrix ist eine Basalmembran-ähnlichen Material isoliert aus Sarkom Zellen und ihre Hauptkomponenten sind Laminin, Typ-IV-Kollagen, Wachstumsfaktoren und Proteoglykane. Einige Verbindungen haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Fähigkeit der Zelle Röhren zu bilden, wenn ineine Umgebung mit reduzierter Wachstumsfaktoren und reduziert Heparansulfatproteoglykane (HSPGs). HSPGs sind ein Bestandteil der extrazellulären Matrix, die in der extrazellulären Matrix GFR signifikant reduziert wird. wenn die Hypothese ist, als ein Beispiel, dass die Angiogenese-Inhibitoren, wie SB225002, die blockiert den CXCR2-Rezeptor, eine wesentlich schwächere Fähigkeit der Schlauchbildung zu unterbrechen, wenn HSPGs reichlich vorhanden sind, dann wird ein Vergleich zwischen Rohrbildungsaktivität in der extrazellulären Matrix und GFR extrazelluläre Matrix wichtig, um die Möglichkeit der Angiogenese-Hemmung über die Steuerung von HSPGs zu erkunden.
Andere Assays , die häufig verwendet werden , um die Wirkungen von Verbindungen auf die Angiogenese zu bestimmen , sind in vivo - Methoden. Bemerkenswerte Beispiele hierfür sind die Hühner - Chorioallantoismembran (CAM) -Assay 6 Hühnereiern verwendet und die in vivo Matrigel Plug Angiogenese - Assay unter Verwendung von 7 Mäusen. Während in vivo - Verfahren messen die Angiogenese in three Abmessungen und sind repräsentativ für den menschlichen Körper im Vergleich zu der in vitro - Assay tube formation, leiden sie den Fehler deutlich mehr Zeit erfordert und wesentlich schwieriger durchzuführen. Sowohl der CAM - Assay und die extrazelluläre Plug - Test dauert mindestens eine Woche 8 zu tun, während im Vergleich dazu kann das Rohr Bildungstest in einem einzigen Tag durchgeführt werden und es nicht Tierversuchen erfordern.
Es ist wichtig, dass die Endothelzellen in diesem Bericht sind menschliche Nabelschnurvenen-Endothelzellen (HUVEC) verwendet zu beachten. Diese Zellen spielen eine Schlüsselrolle in der vaskulären sprießen und das Wachstum von Blutgefäßen, und sind ausreichend analogen Zellen in Tumoren an Endothelzellen verwendet werden , um zu bewerten anti-angiogene Aktivität in in vitro und in vivo Experimenten 9. Andere Zellen, wie primäre mikrovaskuläre Endothelzellen können auch verwendet werden.
Es ist auch wichtig zu beachten, dass neben niedriger mitEbenen HSPGs hat die GFR extrazelluläre Matrix auch Ebenen vieler Komponenten reduziert, wenn in den normalen extrazellulären Matrix verglichen. Dies umfasst, ist aber nicht beschränkt auf: EGF, IGF-1, PDGF und TGF-beta. Diese Durchführung von Experimenten, die Bedeutung dieser Verbindungen in Bezug auf die Angiogenese zu studieren kann sich mit der extrazellulären Matrix GFR interessiert.
1. Zellkultur
2. Tubulibildung Assay
3. Tubulus Disruption Assay
4. quantifizierende Angaben
5. Wiederherstellen von Zellen aus der extrazellulären Matrix Kultur
Erhebliche, gesunde Bildung endothelialer Gefäße leicht zu gehemmten Schlauchbildung in den Mikroskopiebildern gegenübergestellt werden. Gesunde tube formation erscheint als organisierte Bahn der Kapillar-ähnlichen Strukturen (Abbildung 1). Im Vergleich dazu zeigt sich gehemmt tube formation als Streu Zellen (Abbildung 2). Rohrbildungstest Daten werden durch die Messung der Gesamtrohrlänge von Kapillarröhrchen (Tabelle 1) quantifiziert. Neben Gesamtrohrlänge die durchschnittliche Rohrlänge, Gesamtzahl der Röhren oder Gesamtzahl der Verzweigungspunkte gemessen werden. Strukturierte Röhrenbildung wird eine größere Netto-Rohrlänge als Streu gehemmt Schlauchwachstum. In 3 ermöglicht eine Dosiswirkungskurve Berechnung der IC 50 unter den Versuchsbedingungen von HUVECs auf GFR extrazellulären Matrix und einem CXCR2 Inhibitor SB225002.
Abbildung 1. Endothelial t ube Bildung auf der extrazellulären Matrix und Wachstumsfaktor-reduziert (GFR) extrazellulären Matrix. Zwei Bilder zeigen erfolgreiche tube formation auf der extrazellulären Matrix (A) und GFR extrazellulären Matrix (B). Die miteinander verbundenen Netzwerk von Rohren zeigt deutlich, daß das Wachstum von Rohren in dieser HUVECs gesund ist. Maßstabsbalken = 10 & mgr; m. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 2. Die Hemmung der Schlauchbildung auf extra- und Wachstumsfaktor reduziert (GFR) extrazellulären Matrix durch einen CXCR2 - Inhibitor SB225002 (5,6 uM). Zwei Bilder zeigen RöhreFormation, die von einem CXCR2 Inhibitor SB225002 (5,6 uM) auf der extrazellulären Matrix (A) und GFR extrazellulären Matrix (B) gehemmt wurde. Die isolierten Klumpen von HUVEC-Zellen in diesem Bild zeigen, ersichtlich, dass die Zellen waren nicht in der Lage, die Rohre zu bilden, notwendig, miteinander zu verbinden. Maßstabsbalken = 10 & mgr; m. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 3. Dosis - Wirkungskurve auf Wachstumsfaktor-reduziert (GFR) extrazellulären Matrix. Die X-Achse zeigt die Rohrlänge und die Y-Achse zeigt die Konzentration eines Inhibitors CXCR2. Die Dosis-Wirkungs-Kurve zeigt, dass die HUVEC Reaktion auf den CXCR2-Inhibitors auf GFR extrazellulären Matrix ist dosisabhängig. Der IC 50 ( die Hälfte der maximalen Inhibitory Konzentration) wurde unter Verwendung von Software - 13 berechnet und kann mit einer Dosis - Wirkungs - Kurve für die extrazelluläre Matrix, beispielsweise verglichen werden. IC 50 ist die Konzentration des Inhibitors, die die Antwort auf 50% abnimmt. Die Fehlerbalken stellen die Standardabweichung.
Growth Factor Ermäßigt (GFR) der extrazellulären Matrix und Inhibitor (4 Replikaten) | Gesamtrohrlänge Durchschnitt (Pixel) (1 Pixel = 0,34 & mgr; m) | Standardabweichung | P - Wert |
GFR extrazelluläre Matrix Kontrolle | 2447 | 168,174 | |
GFR extrazelluläre Matrix + 0,56 uM SB225002 | 1.422,5 | 185.4218 | 0.000395 |
GFR extrazelluläre Matrix + 1,1 uM SB225002 | 1004 | 126.1784 | 2,14 x 10 -5 |
GFR extrazelluläre Matrix + 5,6 uM SB225002 | 519,25 | 129.6368 | 4,19 x 10 -6 |
GFR extrazelluläre Matrix + 11 & mgr; M SB225002 | 393,75 | 212.6857 | 1,21 x 10 -5 |
Aufgewachsen auf GFR extrazellulären Matrix mit variierenden Konzentrationen an CXCR2 - Inhibitor Tabelle 1 Quantifizieren Gesamtrohrlängen auf Wachstumsfaktor reduziert (GFR) extrazelluläre Matrix unter variierenden Bedingungen. Ein Teil einer Tabelle unter Verwendung von Gesamtlängen Rohr in Proben aufgezeichnet. Die Daten zeigen, daß der Inhibitor CXCR2 tut Röhrenbildung hemmen. Eingeschlossen sind damit verbundenen Werte wie Durchschnitt von vier Wiederholungen, Standardabweichung, und P - Wert. gemessen in Pixel zu zeigendie Daten, die exportiert werden. IC 50 kann mit Hilfe statistischer Software 13 berechnet werden. (1 Pixel = 0,34 & mgr; m)
Bei dieser Assay-Durchführung ist es wesentlich, die extrazelluläre Matrix auf Eis zu halten oder bei 4 ° C zu jeder Zeit, wenn nicht anders angegeben. Wenn der extrazellulären Matrix erlaubt über 4 ° C zu erwärmen, wird es zu polymerisieren, und der Test wird ruiniert. Es ist auch wichtig , dass irgendetwas zu gewährleisten , die in Kontakt kommt (beispielsweise Pipettenspitzen, die Platte) mit der extrazellulären Matrix ist für die oben erwähnte Grund vorgekühlten. Die Anzahl der in jeder Vertiefung ausgesäten Zellen ist kritisch, zu wenige Zellen die erwartete Bahn in der Kontrollprobe nicht geben, zu viele Zellen werden große Zellcluster oder eine Monoschicht bilden, und der Test nicht gültig. Ein weiterer wichtiger Faktor für den Erfolg dieses Assays ist die Zellpassage Nummer der HUVECs. Die Passage-Nummer sollte immer niedriger sein als zehn, sonst robuste Schlauchbildung kann nicht auftreten. Darüber hinaus sollte man sicherstellen, dass das Zellkulturmedium verwendet wird, nicht abgelaufen ist, oder die Zellen nicht lebensfähig sein. Alternathungsweise kann man das Medium und seine Komponenten Aliquotierung und sie bei -20 ° C lagern für einen bestimmten Zeitraum nach dem Ablaufdatum zu erhalten. Natürlich ist es noch bevorzugt, das Medium zu dem Ablaufdatum vor dem Gebrauch
Wie alle Verfahren, gibt es einige Nachteile, die endothelial Küvettenrohr Bildungstest durch. Ein großes Problem ist, dass, da es verschiedene Arten von Endothelzellen und Trägermatrizen, die Ergebnisse des Assays variieren stark in Abhängigkeit von der Art der Zelle und Matrix verwendet wird. Die Endothelzellen verwendet (HUVECs, HAECs oder HMVECs) sind primäre Zellen, sie sind teuer in der Variabilität erhalten und haben im Vergleich zu immortalisierten Zellen. Die primären Zellen haben begrenzte Passagen für den Einsatz, und eignen sich daher nicht für langfristige Angiogenese Experimente 14. Für die zuverlässige Daten, sollte man immer die gleichen Typen für den Test verwenden. Wie auch bei anderen in - vitro - Assays sollten die Ergebnisse eines Rohrbildungstest sein conbestätigt in vivo, da die Ergebnisse von den gesteuerten und künstlichen Bedingungen von zweidimensionalen Gewebekultur nicht immer in der komplexen Biosystem eines lebenden Organismus reflektiert werden kann. Es ist auch wichtig, im Auge zu behalten, dass diese Art von Test kann nur verwendet werden, Endothelzellen Röhrenbildung zu demonstrieren, und sollte nicht verwendet werden andere, nicht-endothelialen, Rohr bildenden Zellen zu testen.
Dieser Test ist eine ziemlich einfache und schnelle Methode angiogenen Potenzial einer Verbindung zu quantifizieren. Es bildet auch eine Plattform für weitere Experimente, wie allein, spielt es keine Informationen über die spezifischen Mechanismus ergeben, durch die die Verbindung tatsächlich das Gefäß Umformprozess beeinflusst. Allerdings ist die Verwendung von verschiedenen extrazelluläre Matrix ein Beispiel dafür, wie man weiter einen Rahmen für die Forschungsfragen schaffen, die nicht häufig verwendet wird. Es gibt Ansätze, um die spezifischen biochemischen Mechanismen der Verbindung mit spezifischen Inhibitoren zu untersuchen, die Komponenten Zieldie Angiogenese Weg. Ein weiterer Ansatz kann sein , um RNA aus den Endothelzellen extrahieren und RT-PCR (Real Time PCR) 12 Änderungen der Genexpression zu analysieren , die das Wachstumsverhalten in dem Test beobachtet verursachen. Zukünftige Anwendungen dieses Verfahrens umfassen HUVECs transfiziert zu schaffen knock-down-Assays für bestimmte Schritte des Angiogenese-Weg. Es gibt Potenzial, diesen Ansatz anzuwenden, um die Lymphangiogenese Weg zu studieren. Durch Veränderung der extrazellulären Matrixkomponenten, die Wechselwirkung der Matrix und zellulären Prozess der Angiogenese bei Krebs unterstützen kann weiter erläutert. Die Extraktion von RNA und Proteine aus Endothelzellen unter diesen besonderen Bedingungen stellen zusätzliche quantifizierbare Daten entsprechenden Daten an die Abbildung.
The authors declare that they have no competing financial interests.
The work was funded by the Fund for Medical Research and Education, Wayne State University, Detroit, MI.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
EGM-2 complete growth medium (EGM-2 bullet kit CC-3162 ) | Fisher | NC9525043 | HUVEC complete growth medium: EGM-2 base medium mixed with BBE (Bovine Brain Extract), hEGF (Human Epidermal Growth Factor), Hydrocortisone, GA-1000 (Gentamicin, Amphotericin-B), 2% FBS (Fetal Bovine Serum), VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor), hFGF-β (Human Fibroblast Growth Factor Beta), R3-IGF-1 (Long R Insulin-like Growth Factor One), Ascorbic Acid, and Heparin. Aliquot the medium and its components and store them at -20 °C, warm in 37 °C before use. |
MATRIGEL MATRIX 10ML Growth Factor Reduced (GFR); 10 ml; LDEV-Free | Fisher | CB-40230 | Growth Factor Reduced (GFR) extracellular matrix, keep in -20 °C, warm in 4 °C before use. |
MATRIGEL MATRIX 10ML; 10 ml; LDEV-Free | Fisher | CB-40234 | extracellular matrix, keep in -20 °C, warm in 4 °C before use. |
SB225002 | Fisher | 559405 | CXCR2 inhibitor, keep in -20 °C, warm in room temperature before use. |
Primary human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) | ScienCell Research Laboratories | 8000 | culture it according reference 10. |
Trypsin 0.05%-EDTA phenol red | Invitrogen | 25300-054 | keep in 4 °C, warm in 37 °C before use. |
Nikon ECLIPSE Ti | Nikon | Inverted Research Microscope. | |
NIS-Elements AR 4.20.02 64 bit | Nikon | Inverted Research Microscope software | |
Graph-pad Prism 5 | GraphPad Software, Inc. | scientific 2D graphing and statistics software, to calculate IC50. |
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