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* Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen
Dieses Protokoll beschreibt das Verfahren zur schnellen Dissoziation von menschlichen und Maustumorproben für die Einzelzell-RNA-Sequenzierung.
Menschliche Tumorproben enthalten eine Fülle von Informationen über ihre Mikroumgebung und ihr Immunrepertoire. Die effektive Dissoziation von humanen Gewebeproben in lebensfähige Zellsuspensionen ist ein erforderlicher Input für die Einzelzell-RNA-Sequenzierungspipeline (scRNAseq). Im Gegensatz zu Bulk-RNA-Sequenzierungsansätzen ermöglicht uns scRNAseq, die transkriptionelle Heterogenität in Tumorproben auf Einzelzellebene abzuleiten. Die Einbeziehung dieses Ansatzes in den letzten Jahren hat zu vielen Entdeckungen geführt, wie z. B. der Identifizierung von Immun- und Tumorzellzuständen und -programmen, die mit dem klinischen Ansprechen auf Immuntherapien und andere Arten von Behandlungen verbunden sind. Darüber hinaus können Einzelzelltechnologien, die auf dissoziierte Gewebe angewendet werden, verwendet werden, um zugängliche Chromatinregionen, das T- und B-Zell-Rezeptorrepertoire und die Expression von Proteinen unter Verwendung von DNA-Barcoded-Antikörpern (CITEseq) zu identifizieren.
Die Lebensfähigkeit und Qualität der dissoziierten Probe sind kritische Variablen bei der Verwendung dieser Technologien, da diese die Kreuzkontamination einzelner Zellen mit Umgebungs-RNA, die Qualität der Daten und die Interpretation dramatisch beeinflussen können. Darüber hinaus können lange Dissoziationsprotokolle zur Eliminierung empfindlicher Zellpopulationen und zur Hochregulierung einer Stressreaktions-Gensignatur führen. Um diese Einschränkungen zu überwinden, haben wir ein schnelles universelles Dissoziationsprotokoll entwickelt, das an mehreren Arten von menschlichen und murinen Tumoren validiert wurde. Der Prozess beginnt mit der mechanischen und enzymatischen Dissoziation, gefolgt von der Filtration, der roten Blutlyse und der Anreicherung von lebenden Toten, die für Proben mit geringem Zelleinsatz (z. B. Nadelkernbiopsien) geeignet ist. Dieses Protokoll gewährleistet eine saubere und lebensfähige Einzelzellsuspension, die für die erfolgreiche Erzeugung von Gel-Bead-In-Emulsionen (GEMs), Barcoding und Sequenzierung von größter Bedeutung ist.
Obwohl viele Fortschritte in der Krebsforschung zur Entwicklung und Zulassung von Wirkstoffen geführt haben, die auf inhibitorische Rezeptoren abzielen, die auf Immun- und Tumorzellen exprimiert werden, sogenannte Checkpoint-Blockade-Inhibitoren, bleiben die Therapieresistenz und die Identifizierung von Mechanismen, die das Ansprechen der Patienten beeinflussen, eine Herausforderung1. Die komplexe Herausforderung, die Heterogenität von Tumoren anhand ihrer molekularen Diversität und des komplizierten Zusammenspiels zwischen Tumorzellen und der Immunmikroumgebung zu charakterisieren, erfordert neue Ansätze, um dieses komplexe Ökosystem mit Einzelzellauflösung zu entschlüsseln. Das Verständnis der molekularen Feinheiten in Tumoren und ihren Mikroumgebungen ist entscheidend für die Weiterentwicklung therapeutischer Strategien und die Entschlüsselung der komplexen Biologie, die dem Fortschreiten von Krebs zugrunde liegt2. Die Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq) erfreut sich zunehmender Beliebtheit, da sie eine hochauflösende Analyse einzelner Zellen in komplexen Tumorproben ermöglicht 3,4.
Die Tumorheterogenität, die genetische, epigenetische und phänotypische Unterschiede umfasst, stellt eine Herausforderung dar, um die Feinheiten der Krebsbiologie aufzudecken5. Die herkömmlichen Methoden der Bulk-RNA-Sequenzierung neigen dazu, die einzigartigen Expressionsprofile und Phänotypen heterogener Zellpopulationen in Tumoren zu verschleiern, da diese Methoden Signale über ganze Zellpopulationenhinweg mitteln4. Im Gegensatz dazu ermöglicht scRNA-seq die Dissektion einzelner Zelltypen und enthüllt so unterschiedliche Genexpressionen, Repressionsmuster und zelluläre Zustände, die sonst übersehen werden 4,6. Die Prämisse von scRNA-seq liegt in seiner Fähigkeit, die genetischen und molekularen Signaturen einzelner Zellen zu entschlüsseln, was bei der Entdeckung neuer Krebstherapeutika äußerst vielversprechend ist7.
Durch die Entschlüsselung der Genexpressionsprofile von Tumorzellen und den umgebenden Stroma- und Immunzellen können Forscher neue therapeutische Ziele identifizieren und auf den einzelnen Patienten zugeschnittene Strategien für die Präzisionsmedizin entwickeln6. Darüber hinaus liefert die Entschlüsselung des Immunrepertoires innerhalb der Tumormikroumgebung entscheidende Einblicke in das Zusammenspiel zwischen Tumorzellen und Immuneffektoren und ebnet den Weg für immuntherapeutische Interventionen3. Trotz der Fortschritte bei der Verwendung von scRNAseq bei klinischen Proben können mehrere Herausforderungen während der Verarbeitungsschritte die RNA-Integrität, Lebensfähigkeit und Qualität der generierten Daten der Zelle beeinträchtigen. Darüber hinaus kann die Verarbeitung von Gewebe mit geringer Zellviabilität den RNA-Gehalt in der Umgebung, die bei der Verkapselung einzelner Zellen erzeugt werden, erhöhen, was zu einer Kreuzkontamination und einer falschen Annotation von Zelltypen führt, während lange Dissoziationsprotokolle, die bei 37 °C durchgeführt werden, zu einer Hochregulierung einer Stressreaktions-Gensignatur in mehreren Zelltypen führen können 8,9, 10. Urheberrecht
Das in diesem Protokoll beschriebene schrittweise Verfahren (Abbildung 1A) beginnt mit einer schnellen mechanischen und enzymatischen Dissoziation von Tumoren, gefolgt von der Filtration und der Entfernung abgestorbener Zellen, abhängig von der Lebensfähigkeit jeder Tumorprobe. Gegenwärtig wurde dieses Verfahren an Melanom11, kolorektal12, Plattenepithelkarzinom13 im Kopf- und Halsbereich, Pankreas- und Lungentumorproben (unveröffentlichte Daten) verifiziert. Diese Techniken gewährleisten die Erzeugung hochwertiger lebensfähiger Zellsuspensionen, die für nachgelagerte Analysen von entscheidender Bedeutungsind 14. Insbesondere wird die Entfernung roter Blutkörperchen, die keine synthetisierte RNA enthalten, zwingend erforderlich, um die Probezu reinigen 15. Die anschließende Auswertung der Zellzahlen und die Eliminierung toter Zellen dienen als Voraussetzung für die erfolgreiche Generierung und das Barcoding der 10x Genomics Gel Bead-in Emulsion (GEM) und erhöhen die Rückgewinnung von Transkripten und sequenzierten Zellen, ohne den Ausschluss empfindlicher Populationen (z. B. Neutrophile und Epithelzellen) zu gefährden16. Diese Schritte sind von grundlegender Bedeutung, um das Potenzial der Einzelzellauflösungsanalyse in Tumorproben zu erschließen 9,10, neue Genexpressionsprofile und Immunsignaturen aufzudecken, die für innovative therapeutische Interventionen erforderlich sind, und neue Tumoranfälligkeiten zu identifizieren.
Diese Studie entsprach allen institutionellen Richtlinien bezüglich der Entnahme von humanem Gewebe. Die Einverständniserklärung der Patienten wurde eingeholt und identifizierbare Probendaten wurden anonymisiert. Die Proben werden im Operationssaal entnommen, in eine Lösung aus RPMI, Kochsalzlösung oder PBS gegeben und über die Pathologie als krebserregend bestätigt, bevor sie in der Forschung verwendet werden. Alle Schritte sollten, sofern nicht anders angegeben, bei 4 °C oder auf Eis durchgeführt werden. Arbeiten Sie bei der Verarbeitung von menschlichem Gewebe in einer Biosicherheitshaube. In der Materialtabelle finden Sie Einzelheiten zu allen Materialien, Reagenzien und Instrumenten, die in diesem Protokoll verwendet werden.
1. Entnahme der Probe
2. Mechanischer und enzymatischer Aufschluss
3. Filterung von Stichproben
4. Lyse der roten Blutkörperchen
5. Zellzählung
6. Entfernung toter Zellen - Kit 1
HINWEIS: Arbeiten Sie in einer Biosicherheitshaube, wenn Sie die Reagenzien zur Entfernung abgestorbener Zellen verwenden, da diese leicht kontaminiert werden können.
7. Entfernung toter Zellen - Kit 2
HINWEIS: Arbeiten Sie in einer Biosicherheitshaube, wenn Sie die Reagenzien des Kits verwenden.
Eine Melanombiopsie, die in RPMI suspendiert war, wurde entnommen und sofort auf Eis gelegt. Die Probe wurde in ein 1,5-ml-Mikrozentrifugenröhrchen mit 420 μl RPMI und Aufschlussenzymen überführt, mit einer Schere in kleine Stücke zerkleinert und anschließend 15 Minuten lang in einem vertikal positionierten thermischen Mischer bei 37 °C einem enzymatischen Aufschluss unterzogen (Abbildung 1). Nach dem Aufschluss wurde die Probe durch einen sterilen 50-μm-Einwegfilter filtriert und de...
Dieses Protokoll beschreibt die Dissoziation von menschlichen oder murinen Tumorproben in eine Einzelzellsuspension für die scRNA-Sequenzierung unter Verwendung des mikrofluidischen Systems 10x Genomics. Bei der Aufbereitung von Geweben, die häufig aus seltenen Krebsarten stammen oder Teil laufender klinischer Studien oder langer Experimente für murine Tumore sind, muss die Probe zwischen allen Schritten optimal und sorgfältig konserviert werden. Alle Schritte sollten schnell auf Eis oder bei 4 °C durchgeführt werd...
M.S-F. erhielt Fördermittel von Bristol Myers-Squibb, Istari Oncology und war Berater für Galvazine Therapeutics.
Diese Studie wurde von der Adelson Medical Research Foundation (AMRF), der Melanoma Research Alliance (MRA) und U54CA224068 unterstützt. Abbildung 1, Abbildung 4 und Abbildung 5 wurden mit BioRender.com erstellt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1x PBS | Corning | 21-040-CV | |
10 mL serological pipette | Corning | 357551 | |
1000 μL low-retention pipette tips | Rainin | 30389213 | |
1000 μL low-retention wide pipette tips | Rainin | 30389218 | |
1000 μL pipette tips | Rainin | 30389212 | |
10x Magnetic Separator | 10x Genomics | 120250 | |
15 mL conical tubes | Corning | 430052 | |
2 mL aspirating pipette | Corning | 357558 | |
20 μL low-retention pipette tips | Rainin | 30389226 | |
20 μL pipette tips | Rainin | 30389225 | |
200 μL low-retention pipette tips | Rainin | 30389240 | |
200 μL pipette tips | Rainin | 30389239 | |
50 mL Polypropylene Conical Tube | Falcon | 352098 | |
60 x 15 mm Tissue Culture Dish | Falcon | 353004 | |
ACK Lysing Buffer | Gibco | A10492-1 | |
BD 1 mL syringe | Becton, Dickinson and Company | 3090659 | |
Bright-Line Hemocytometer | Hausser Scientific | 551660 | |
Calcium Chloride Solution | Sigma Aldrich | 2115-100ML | |
Cell Ranger | 10x Genomics | N/A | https://www.10xgenomics.com/support/software/cell-ranger/latest |
Cell counting slides for TC20 cell counter | Bio-Rad | 1450015 | |
CellTrics 30μm sterile disposable filters | Sysmex | 04-004-2326 | |
CellTrics 50μm sterile disposable filters | Sysmex | 04-004-2327 | |
Dead Cell removal Kit | Miltenyi Biotec | 130-090-101 | Store at -20 °C; kit 2 |
Dissecting Forceps, Fine Tip | VWR | 82027-386 | |
DNA LoBind Microcentrifuge tubes, 1.5 mL | Eppendorf | 22431021 | |
EasySepTM Dead Cell Removal (Annexin V) Kit | STEMCELL Technologies | 17899 | Store at 4 °C; Kit 1 |
Eppendorf centrifuge 5425R | Eppendorf | 5406000640 | |
Eppendorf centrifuge 5910R | Eppendorf | 2231000657 | |
Eppendorf Easypet 3 Electronic Pipette controller | Eppendorf | EP4430000018 | |
Eppendorf Thermomixer F1.5 Model 5384 | Eppendorf | EP5384000012 | |
FBS | Gibco | 26140-079 | Store at 4 °C, use in a Biological hood |
German Stainless Scissors | Fine Science Tools | 14568-12 | |
Leica Dmi1 Microscope | Leica Microsystems | 454793 | |
LS Column | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
MACS Multistand | Miltenyi Biotec | 130-042-303 | |
Pipet-Lite LTS Pipette L-1000XLS+ | Rainin | 17014382 | |
Pipet-Lite LTS Pipette L-200XLS+ | Rainin | 17014391 | |
Pipet-Lite LTS Pipette L-20XLS+ | Rainin | 17014392 | |
Quadro MACS Magnet | Miltenyi Biotec | 130-091-051 | |
RPMI Medium 1640 (1x) | Gibco | 21870-076 | Store at 4 °C |
TempAssure 0.2 mL PCR 8-Tube strips | USA Scientific | 1402-4700 | |
Trypan blue stain 0.4% | Thermo Fisher Scientific | T10282 | |
Tumor Dissociation Kit, Human | Miltenyi Biotec | 130-095-929 | Store at -20 °C, prepare enzymes according to kit instructions: Reconstitute lyophilized Enzyme H vial in 3 mL of RPMI 1640 Reconstitute lyophilized Enzyme R vial in 2.7 mL of RPMI 1640 Reconstitute lyophilized Enzyme A vial in 1 mL of Buffer A supplied with the kit. |
Tumor Dissociation Kit, Mouse | Miltenyi Biotec | 130-096-730 | Store at -20 °C, prepare enzymes according to kit instructions: Reconstitute lyophilized Enzyme D vial in 3 mL of RPMI 1640 Reconstitute lyophilized Enzyme R vial in 2.7 mL of RPMI 1640 Reconstitute lyophilized Enzyme A vial in 1 mL of Buffer A supplied with the kit. |
UltraPure Distilled Water | Invitrogen | 10977-015 | Store at 4 °C |
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