We thank Ms. Danae Sharp and Ms. Sheena Daignault for technical assistance. We thank Dr. Atsushi Miyawaki, RIKEN, Wako-city, Japan, for providing the FUCCI constructs, Dr. Meenhard Herlyn and Ms. Patricia Brafford, The Wistar Institute, Philadelphia, for providing cell lines, the Imaging and Flow Cytometry Facility at the Centenary Institute for outstanding technical support. We thank Mr. Chris Johnson and Dr. Andrew Barlow for Volocity software technical support. N.K.H. is a Cameron fellow of the Melanoma and Skin Cancer Research Institute, Australia. K.A.B. is a fellow of the Cancer Institute New South Wales (13/ECF/1-39). W.W. is a fellow of the Cancer Institute New South Wales (11/CDF/3-39). This work was supported by project grants RG 09-08 and RG 13-06 (Cancer Council New South Wales), 570778 and 1051996 (Priority-driven collaborative cancer research scheme/Cancer Australia/Cure Cancer Australia Foundation), 08/RFG/1-27 (Cancer Institute New South Wales), and APP1003637 and APP1084893 (National Health and Medical Research Council).

1. FUCCI Transducción y Cultivo Celular <ol><li> FUCCI transducción <ol><li> Crear líneas celulares que expresan establemente el FUCCI construye mKO2-hCdt1 (30-120) y MAG-hGem (1-100) 15 utilizando lentivirus co-transducción de lo descrito previamente 7. Nota: El sistema FUCCI ya está disponible comercialmente. </li><li> Generar sub-clones con fluorescencia brillante por la clasificación de una sola célula. Ordenar células individuales positivas tanto para AG y KO (amarillo) por fluorescencia de células activadas por la clasificación en una placa de 96 pocillos como se describió previamente 7,16. </li></ol></li><li> Cultivo de células de melanoma <ol><li> Células de melanoma humano Cultura C8161 previamente descritos 7,17. </li></ol></li></ol> 2. Esferoide Formación 3D (como se describió previamente 3,9) <ol><li> Preparación de la placa de agarosa <ol><li> Disolver 1,5% de agarosa (o agar noble) en 100 ml de solución de Hank salina equilibrada (HBSS) o Buffere fosfatod salino (PBS) por ebullición en el microondas durante 3-5 min con agitación. Asegúrese de que la agarosa se haya disuelto completamente. </li><li> Inmediatamente prescindir de 100 l de la solución de agarosa por pocillo a una placa de 96 pocillos de cultivo de tejidos de fondo plano usando una pipeta multicanal. Nota: La agarosa puede solidificarse en la punta después de un corto período de tiempo, para superar este problema consejos deben ser cambiados entre las placas si toma más de una placa de agarosa. </li><li> Deja placa de 96 pocillos sobre una superficie plana para endurecer agarosa durante al menos 1 hr. </li></ol></li><li> Preparación de células y superposición en agarosa <ol><li> Cultivan las células a aproximadamente el 80% de confluencia en un matraz T75. Lavar con 10 ml de HBSS. </li><li> Separar las células usando 1,5 ml de 0,05% de tripsina / ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) y resuspender en 10 ml de medio normal. </li><li> Contar las células utilizando un hemocitómetro 18 u otro método de conteo automatizado. </li><li> Resuspender las células a una concentración final de 25.000 células / ml en normaal medio. </li><li> Superposición de pozos de agarosa con 200 l de la suspensión de células para un número final de 5.000 células por pocillo. </li><li> Placas de retorno a la incubadora de cultivo celular (5% de CO 2 y 37 C) para formar esferoides más de aproximadamente 3 días. Nota: El tiempo necesario para formar un esferoide varía entre las diferentes líneas celulares. Algunas líneas de células no forman esferoides utilizando este método en absoluto. </li><li> Image morfología esferoidal con un microscopio invertido usando un objetivo 4X y un filtro de contraste de fase. Una línea celular que se forma con éxito esferoides se producen compactos, agregados de células más o menos esféricas, y no debe haber sólo un esferoide por pocillo. Nota: Opcional: Una vez esferoides se han formado, se pueden trasplantar en colágeno u otra matriz para su posterior análisis del crecimiento y la invasión 3,7,17. Para eliminar esferoides a partir de colágeno, se trata con 500 l de 2 mg / ml de colagenasa a 37 ° C hasta que el colágeno se disuelve suficiente para que el spheroids que vienen gratis en los medios de comunicación (aproximadamente 30 minutos). Retire con cuidado esferoides utilizando una pipeta de 1 ml. </li><li> Para seccionar / formación de imágenes esferoides FIX (ya sea aisladas a partir de colágeno o cultivados durante 3-5 días en agarosa) en 10% de formalina tamponada neutra (PRECAUCIÓN: La formalina se debe utilizar en una campana de humos) durante al menos 2 horas a temperatura ambiente (RT) , o durante la noche (O / N) a 4 ° C. Esferoides pueden ser almacenados en HBSS a 4 ° C durante varios días. </li></ol></li></ol> 3. esferoide Vibratome Seccionamiento <ol><li> Disolver 5 g de agarosa de bajo punto de fusión en 100 ml de HBSS en una botella de vidrio de 500 ml en un microondas. Utilice un ajuste fuego medio con turbulencia. PRECAUCIÓN: Mantenga la tapa suelta al hervir la solución para que la presión se puede liberar. Utilice guantes protectores resistentes al calor para protegerse las manos de quemaduras al manipular la botella de vidrio caliente. </li><li> Espere hasta que la agarosa se enfría un poco - por lo que la botella se puede tocar sin quemarse las manos. </li><li> Vierta approximamadamente 2 ml de agarosa en el fondo de una taza contador Coulter o molde plástico similar. Aspirar inmediatamente a un esferoide fijo (véase la sección 2.2.8) utilizando una pipeta de 1 ml en el menor volumen de líquido posible. Añadir esferoide a la agarosa. A pocos esferoides (hasta 10) se pueden añadir por taza. </li><li> Cubrir los esferoides con 2 ml más de agarosa. Haga esto rápidamente para evitar el endurecimiento de agarosa antes de añadir la segunda capa. </li><li> Permitir que la agarosa se endurezca a temperatura ambiente en la oscuridad durante al menos 3 h. En este punto copas pueden ser almacenados durante un corto tiempo a 4 ° C con 2-3 ml de HBSS cubrió para evitar la deshidratación. </li><li> Retire agarosa de la copa. Recorte la agarosa que contiene los esferoides de forma que encaje en el bloque de metal vibratome, y esferoides están cerca de la parte superior de la agarosa. Los esferoides pueden ser vistos como pequeños objetos blancos dentro de la agarosa. Super Glue la agarosa al bloque. </li><li> Llene el vibratome con agua destilada y montar el bloque en el vibratome. Ajuste elvibratome para cortar 100 micras secciones usando baja velocidad (ajuste 2) y alta vibración (ajuste 8). Ajuste el ángulo de la hoja de corte a 16 °. Gire vibratome encendido, encender la luz vibratome y cortar secciones de la parte superior de la agarosa hasta 100 micras secciones esferoide se cortan. Coloque secciones esferoide cortadas en HBSS en una placa de 24 pocillos. </li><li> Elija secciones centrales para el análisis de imágenes. Mount secciones en las diapositivas mediante la transferencia de la sección plana sobre el portaobjetos con unas pinzas. Llene un cilindro de la jeringa de 10 ml con grasa de vacío; añadir una línea fina de grasa de vacío alrededor de los bordes de la sección con el fin de impedir que los medios de montaje se escurra de los bordes de la diapositiva y ayudar a sellar la sección bajo el cubreobjetos. Cubra la sección con medio de montaje y un cubreobjetos. Selle los bordes del cubreobjetos con esmalte de uñas. Tienda desliza a 4 ° C antes de la imagen. </li></ol> 4. confocal de adquisición de imágenes <ol><li> Tome una imagen z-rebanada de una sección esferoide FUCCI medio usando un 10Xu objetivo 20X a lo descrito previamente 7. Asegúrese de que no se solapan o diafonía se produce entre el Kusabira Orange2 y Azami Verde. Si la comparación de análisis de imagen entre varias secciones esferoide, mantenga la potencia del láser y otros ajustes de la misma entre las muestras. </li></ol> 5. Hoechst tinte ensayo de difusión para el flujo de Clasificación <ol><li> Transferencia esferoides vivos (3-5 días después de la siembra de agarosa) a un tubo de 15 ml. Deje esferoides gravedad depositan en el fondo del tubo. Varios esferoides pueden teñirse por tubo. Se necesitan aproximadamente 20 esferoides para obtener el número de células suficientes para citometría de flujo. </li><li> Retire el exceso de medio y agregar 1 ml de 10 mM Hoechst diluidas en medio normal. Incubar esferoides a 37 ° C durante aproximadamente 1 hr. Utilice parpadeo suave para resuspender las esferoides una o dos veces durante la incubación. Nota: El tiempo de incubación puede variarse para alterar hasta qué punto el colorante Hoechst penetra en los esferoides. Esto puede variar en funciónel tamaño esferoide, la densidad y la línea celular. Para algunas grandes esferoides / densos puede haber una máxima penetración de tinte que es menor que 100%. </li><li> Lavar los esferoides suavemente con 5 ml de HBSS utilizando sedimentación por gravedad. <ol><li> Opcional: Para imágenes de penetración del colorante: Fix esferoides con 10% de formalina tamponada neutra por lo menos durante 2 horas a temperatura ambiente o O / N a 4 ° C. Preparar vibratome secciones, montar en portaobjetos y la imagen en la confocal como se describe en los pasos 3 y 4 anteriores. </li></ol></li><li> Para preparar células para la citometría de flujo, trypsinize esferoides con 1 ml de 0,05% de tripsina / EDTA a 37 ° C durante aproximadamente 30 min con parpadeo cada 10 min para romper los esferoides aparte. Nota: esferoides son difíciles de conseguir en suspensión de células individuales, pueden necesitar ser optimizado condiciones. Viabilidad de C8161 4 días de edad esferoides después de este proceso es de aproximadamente 95%. </li><li> Células mancha con un vivo en el infrarrojo cercano / mancha muertos según el protocolo de los fabricantes. Lavar con HBSS luego fijar con 1ml de 10% de formalina tamponada neutra durante aproximadamente 30 min. Las células pueden ser almacenados en HBSS a 4 ° C durante varios días antes del análisis de flujo. </li></ol> 6. Citometría de Flujo Análisis de Hoechst manchadas Fucci esferoides <ol><li> Asegurar que las células no están agrupadas haciéndolas pasar a través de un colador celular. Resuspender el Hoechst manchada esferoides Fucci en hielo frío de lavado FACS (PBS con 5% suero de ternero fetal) a una concentración de 1-5 x 10 6 células / ml. Transferir 200 l de muestra de 5 ml a tubos de fondo redondo. </li><li> Preparar las siguientes muestras individuales de control de color según se describe en 6.1: las células del melanoma un-manchado; las células del melanoma adherentes se tiñeron con 10 M Hoechst durante 1 hora; Azami verde solamente expresan las células de melanoma; y Kusabira Naranja solamente expresan las células de melanoma. Nota: Los controles individuales de color pueden ser fijados en formalina y se almacenan en FACS lavar con 0,1% azida sódica a 4 ° C durante semanas o incluso meses. </li><li> Suspensiones de células individuales Ejecutar oflujo na citometría analizador con láseres adecuados y de un solo color / controles no teñidas como anteriormente descrito 7,16. </li><li> Utilice software de citometría comercial como FlowJo para analizar el interior frente a las células esferoides exteriores de la siguiente manera: <ol><li> Retire los residuos por gating en la población de células principal de luz dispersada hacia adelante (FSC) vs. Light Side Dispersos (SSC). </li><li> Retire dobletes por gating en células individuales utilizando FSC (Zona) vs. FSC (Altura) </li><li> Puerta de células vivas por gating en la población de bajos vivo / muerto. </li><li> Definir Hoechst pilas de gran, Recinto base a la señal positiva por parte de las células adherentes se tiñeron con Hoechst, como células &quot;exteriores&quot;. </li><li> Definir las células bajas o negativas Hoechst, cerradas en base a la señal del mando a un-manchado, como células &quot;internos&quot;. </li><li> Después de compuerta para las poblaciones interiores y exteriores, las células pueden urbanización cerrada más para el rojo FUCCI (G1), amarillo (a principios de S), verde (S / G2 / M) o negativo (a principios de G1). Nota: COMPENSACIÓN utilizando los controles de un solo color puede ser necesario para definir adecuadamente las poblaciones de color rojo, amarillo, verde y negativos Fucci. </li></ol></li><li> Una vez que el ensayo ha sido optimizado y validado a través de la penetración de Hoechst microscopía confocal, las células funcionar sin la colocación sobre un clasificador de células de flujo como se describió previamente 7,16 para su posterior análisis de las sub-poblaciones de células en vivo. </li></ol> Análisis 7. Imagen de FUCCI Esferoide Secciones <ol><li> Software por ejemplo, en Abrir. Volocity, elija la configuración SÓLO cuantificación. </li><li> Crear una nueva biblioteca. Importe el archivo de imagen confocal FUCCI esferoide en el software arrastrando el archivo de datos brutos de la confocal en la biblioteca. También puede utilizar el comando Archivo&gt; Importar. </li><li> Ve a la pestaña mediciones para construir un protocolo de análisis de imágenes. El Protocolo se construye arrastrando y soltando los comandos apropiados en el orden correcto de la siguiente en la ventana de protocolo. </li><li> Encuentra objeja en el canal verde: Arrastre el hallazgo de comandos (que se encuentra en &#39;Buscando&#39;) en la ventana del protocolo de objetos, seleccione el canal correcto en los objetos hallazgo protocol.Add un comando abierto (que se encuentra en el «tratamiento»), entonces A tocar objetos separados comando (que se encuentra en &#39;Procesamiento&#39; - esto separar las células). Excluir objetos por tamaño &lt;50 micras (que se encuentra en el &#39;filtrado&#39; - esto va a excluir a los pequeños objetos no celulares). Nota: Variables como el umbral de encontrar objetos, el número de iteraciones abiertos, el tamaño de los objetos a separar y el tamaño de los objetos para excluir debe ser optimizado manualmente hasta que las máscaras de objeto coincide con la imagen. </li><li> Encuentra objetos en el canal rojo: Repetir encontrar los objetos que el anterior para el canal rojo. Protocolos verdes y rojas pueden necesitar ser ajustados por separado. Nota: Debido a los núcleos estar en G2, núcleos verdes son a menudo ligeramente más grande. </li><li> Confirme objetos encontrados son exactos Confirmar rojo y objetos verdes coinciden con elnúcleos rojos y verdes en la imagen apagando y en los canales verde y rojo (con la piel o mostrar comandos canal) mientras muestra las máscaras rojas y verdes que se encuentran por el protocolo. Opciones de comentarios (Medidas&gt; Opciones de comentarios) se pueden utilizar para modificar el aspecto de las máscaras de objetos. </li><li> Encuentra objetos amarillos (células en fase S temprana): Para encontrar celdas amarillas, añadir una intersección rojo con células verdes de comandos (que se encuentra en &quot;Combinar&quot;). Excluir objetos por tamaño (&lt;50 micras, que se encuentran en &#39;filtrado&#39;) para excluir a los pequeños objetos no celulares. </li><li> Encuentra objetos exclusivamente rojos (células en fase G1): Para encontrar núcleos exclusivamente rojos, restar las celdas amarillas de los glóbulos rojos (que se encuentran en el &#39;Combinando&#39;). Excluir objetos por tamaño &lt;50 m, (que se encuentra en el &#39;filtrado&#39;) para eliminar cualquier objeto pequeño no celulares creadas. </li><li> Encuentra objetos exclusivamente verdes (células en fase S / G2 / M): Repita el procedimiento para el canal verde para encontrar exclusivamente verde. Note: Si todavía hay objetos no celulares restantes, un comando población filtro puede ser añadido a los protocolos de rojo, verde o exclusivos exclusivos (que se encuentran en &#39;Filtrado&#39;) para retener sólo los objetos con un factor de forma mayor que 0,25. Esto eliminará los objetos no circulares. </li><li> Encuentra el contorno esferoide: Encuentra el contorno esferoide utilizando un hallazgo de comandos (que se encuentra en &#39;Buscando&#39;) con el canal verde o rojo (el que tiene más células alrededor del borde del esferoide) objetos. Un umbral mucho más bajo (que se encuentra en el hallazgo de objetos de variables) tendrá que ser utilizado para determinar el contorno esferoide comparación con las células individuales. <ol><li> Utilice un comando cerca de unirse a objetos (que se encuentran en «tratamiento»), luego rellenar agujeros en objetos (que se encuentran en «tratamiento»), a continuación, utilizar un filtro fino (que se encuentra en el &#39;filtrado&#39;) para eliminar el ruido de los objetos. Finalmente, excluir objetos por tamaño para eliminar los objetos más pequeños &lt;30,000 m (dependiendo del tamaño esferoide). Nota: Tendrá que ser optimizado manualmente hasta que el contorno esferoide es exacta Este protocolo. Una imagen de campo claro también se puede utilizar - sin embargo esto es generalmente menos preciso con una sección esferoide, y un comando invertido (que se encuentra en &#39;combinación&#39;) tendrá que ser utilizado. </li></ol></li><li> Mida las distancias de los núcleos de contorno esferoide: Medir distancias (que se encuentra en &#39;relativa&#39;) de las poblaciones de color amarillo, verde y exclusivamente exclusivamente rojos desde el centroide celular hasta el borde del esferoide outline.To visualizar las distancias mínimas, que debe ser de la celular al borde esferoide más cercano, encender muestran distancias en la pestaña de relaciones en las opciones de retroalimentación (Medidas&gt; Opciones&gt; Relaciones de votos). </li><li> Guarde el protocolo. Este protocolo se puede volver a aplicar a otras imágenes mediante las mediciones&gt; Restaurar comando de protocolo. </li><li> Crear un elemento de medición (Medidas&gt; Crear Medición de artículos). Los datos pueden ser analizados mediante el análisisfunciones. <ol><li> Ir a la ficha de análisis en el tema mediciones. Ir al menú Analysis (Análisis&gt; Analizar) y analizar la distancia mínima desde el centroide celular (rojo, verde o amarillo) al borde esferoide, resumida por el conde y organizada por la población. </li><li> Para contar el número de células que se encuentran a una cierta distancia desde el borde crear un filtro (Análisis&gt; Filter). El filtro para la distancia mínima en la Figura 2 se basa en la penetración de Hoechst (por ejemplo, la distancia mínima es de menos de 80 da la población &quot;externa&quot;). Por otra parte, la exportación de datos en bruto a una hoja de cálculo para su posterior análisis. </li></ol></li></ol>

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<li>LaRue, K. E., Khalil, M., Freyer, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microenvironmental+regulation+of+proliferation+in+multicellular+spheroids+is+mediated+through+differential+expression+of+cyclin-dependent+kinase+inhibitors%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer+research%22%5BJournal%5D)">Microenvironmental regulation of proliferation in multicellular spheroids is mediated through differential expression of cyclin-dependent kinase inhibitors.</a> Cancer research. 64, 1621-1631 (2004).</li>
<li>Kyle, A. H., Huxham, L. A., Baker, J. H., Burston, H. E., Minchinton, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tumor+distribution+of+bromodeoxyuridine-labeled+cells+is+strongly+dose+dependent%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer+research%22%5BJournal%5D)">Tumor distribution of bromodeoxyuridine-labeled cells is strongly dose dependent.</a> Cancer research. 63, 5707-5711 (2003).</li>
<li>Minchinton, A. I., Tannock, I. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drug+penetration+in+solid+tumours%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+reviews.+Cancer%22%5BJournal%5D)">Drug penetration in solid tumours.</a> Nature reviews. Cancer. 6, 583-592 (2006).</li>
<li>Giesbrecht, J. L., Wilson, W. R., Hill, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Radiobiological+studies+of+cells+in+multicellular+spheroids+using+a+sequential+trypsinization+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Radiation+research%22%5BJournal%5D)">Radiobiological studies of cells in multicellular spheroids using a sequential trypsinization technique.</a> Radiation research. 86, 368-386 (1981).</li>
</ol>

PerkinElmer contributed to the costs of publication.

Análisis de imágenes semi-automatizado identifica la región G1 arrestado interior esferoide, y la proliferación de las capas exteriores. Este método puede ser utilizado en esferoides en vivo usando una sección óptica, o en secciones esferoide fijos, para identificar los cambios en no sólo el ciclo celular, pero la expresión del marcador (a través de inmunofluorescencia), la muerte celular, o la morfología celular en estas diferentes regiones. Motilidad celular dentro de las diferentes regiones esferoide tambi...

Esferoides multicelulares 3D se han conocido como un modelo de tumor durante décadas, sin embargo, es sólo recientemente que han llegado a ser de uso más común a medida un modelo in vitro para muchos cánceres sólidos. Ellos se utilizan cada vez en las pantallas de descubrimiento de fármacos de alto rendimiento como un intermediario entre el complejo, costoso y lento en modelos in vivo y el simple, el modelo de monocapa 2D bajo coste 6.1. Los estudios realizados en la cultura 2D a menudo no pueden ser replicados en vivo. Modelos Esferoide de muchos tipos de cáncer son capaces de imitar las características de crecimiento, sensibilidad a los fármacos, la penetración del fármaco, las interacciones célula-célula, la disponibilidad restringida de oxígeno y nutrientes y el desarrollo de la necrosis que se observa in vivo en tumores sólidos 6-11. Esferoides desarrollan un núcleo necrótico, una región de reposo detenido o G1 que rodea el núcleo, y las células que proliferan en la periferia del esferoide 7. El desarrollo de estas regionespuede variar dependiendo de la densidad celular, la tasa de proliferación y el tamaño del esferoide 12. Se ha planteado la hipótesis de que la heterogeneidad celular visto en estos diferentes sub-regiones puede contribuir a la resistencia a la terapia del cáncer 13,14. Por lo tanto la capacidad de analizar las células en estas regiones por separado es crucial para las respuestas de drogas comprensión tumorales. El sistema indicador de ciclo celular ubiquitinación de fluorescencia (FUCCI) se basa en el rojo (Kusabira Orange - KO) y verde (verde Azami - AG) marcación fluorescente de Cdt1 y geminin, que se degrada en diferentes fases del ciclo celular 15. Así núcleos celulares aparecen rojos en G1, amarillo a principios de S y verde en S / G2 / M fase. Se describe aquí dos métodos complementarios tanto usando FUCCI para identificar el ciclo celular, junto con el uso de software de formación de imágenes o un flujo de difusión de colorante ensayo de citometría para determinar si las células residen en el centro G1 detenida o el exterior proliferating anillo, y la distancia de las células individuales desde el borde del esferoide. Estos métodos se desarrollaron en nuestra publicación anterior, en el que demostraron que las células de melanoma en regiones hipóxicas en el centro del esferoide o / y en presencia de terapias dirigidas son capaces de permanecer en arresto G1 durante largos períodos de tiempo, y pueden re- entrar en el ciclo celular cuando se presentan condiciones más favorables 7.

<table><tbody><tr><td>Hoechst 33342</td><td>Life Technologies</td><td>H3570</td><td></td></tr><tr><td>agarose low melting point</td><td>Life Technologies</td><td>16520-050</td><td>For sectioning</td></tr><tr><td>noble agar&amp;nbsp;</td><td>Sigma</td><td>A5431</td><td>For making spheroids</td></tr><tr><td>agarose for spheroids</td><td>Fisher Scientific</td><td>BP1356-100</td><td>For making spheroids</td></tr><tr><td>0.05% trypsin/EDTA</td><td>Life Technologies</td><td>25300-054</td><td></td></tr><tr><td>HBSS</td><td>Life Technologies</td><td>14175-103</td><td></td></tr><tr><td>10% formalin</td><td>Sigma</td><td>HT5014-1CS</td><td>CAUTION: Harmful, corrosive. Use Personal Protective Equipment, do &amp;nbsp;not breath fumes (open in a fume cupboard).</td></tr><tr><td>live/dead near IR</td><td>Life Technologies</td><td>L10119</td><td></td></tr><tr><td>vibratome</td><td>Technical Products International, Inc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>coulture cup</td><td>Thermo-Fisher Scientific</td><td>SIE936</td><td>Mold for sectioning spheroids</td></tr><tr><td>hemocytometer</td><td>Sigma</td><td>Z359629</td><td></td></tr><tr><td>96-well tissue culture plate</td><td>Invitro</td><td>FAL353072</td><td></td></tr><tr><td>collagenase</td><td>Sigma</td><td>C5138&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>confocal microscope</td><td>Leica</td><td>TCS SP5</td><td></td></tr><tr><td>Flow cytometer analyser</td><td>Becton Dickinson</td><td>LSRFortessa</td><td></td></tr><tr><td>volocity</td><td>PerkinElmer</td><td></td><td>Imaging software</td></tr><tr><td>flowjo</td><td>Tree Star</td><td></td><td>Flow cytometry software</td></tr><tr><td>Vaccuum grease</td><td>Sigma</td><td>Z273554</td><td></td></tr><tr><td>Mounting media</td><td>Vector Laboratories</td><td>H1000</td><td></td></tr><tr><td>FUCCI (commercial constructs)</td><td>Life Technologies</td><td>P36238</td><td>Transient transfection only</td></tr><tr><td>Cell strainer 70 &amp;#956;m</td><td>In Vitro</td><td>FAL352350</td><td></td></tr><tr><td>Round bottom 5 ml tubes (sterile)</td><td>In Vitro</td><td>FAL352003</td><td></td></tr><tr><td>Round bottom 5 ml tubes (non-sterile)</td><td>In Vitro</td><td>FAL352008</td><td></td></tr></tbody></table>

imaging- and flow cytometry-based analysis of cell position and the cell cycle in 3d melanoma spheroids

Three-dimensional (3D) tumor spheroids are utilized in cancer research as a more accurate model of the in vivo tumor microenvironment, compared to traditional two-dimensional (2D) cell culture. The spheroid model is able to mimic the effects of cell-cell interaction, hypoxia and nutrient deprivation, and drug penetration. One characteristic of this model is the development of a necrotic core, surrounded by a ring of G1 arrested cells, with proliferating cells on the outer layers of the spheroid. Of interest in the cancer field is how different regions of the spheroid respond to drug therapies as well as genetic or environmental manipulation. We describe here the use of the fluorescence ubiquitination cell cycle indicator (FUCCI) system along with cytometry and image analysis using commercial software to characterize the cell cycle status of cells with respect to their position inside melanoma spheroids. These methods may be used to track changes in cell cycle status, gene/protein expression or cell viability in different sub-regions of tumor spheroids over time and under different conditions.

Hay varios métodos de producción de esferoides tumorales, este protocolo utiliza el método de crecimiento no adherente, donde las células se cultivan en agar o agarosa 3,7,9. La figura 1 muestra un ejemplo de un esferoide melanoma C8161 después de 3 días en agar. Esferoides C8161 forman esferoides de tamaño regular con un diámetro de 500 a 600 m (media = 565, SD = 19, n = 3) después de 3 días. Otras líneas celulares de melanoma que formarán esferoides incluyen: WM793, WM983C, WM98...

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Imaging- and Flow Cytometry-based Analysis of Cell Position and the Cell Cycle in 3D Melanoma Spheroids

We describe two complementary methods using the fluorescence ubiquitination cell cycle indicator (FUCCI) and image analysis or flow cytometry to identify and isolate cells in the inner G1 arrested and outer proliferating regions of 3D spheroids.

Análisis basado en Citometría Imaging- y flujo de Cell posición y el ciclo celular en 3D melanoma esferoides

Three-dimensional (3D) tumor spheroids are utilized in cancer research as a more accurate model of the in vivo tumor microenvironment, compared to ...

imaging-flow-cytometry-based-analysis-cell-position-cell-cycle-3d

Research

JoVE Journal

Medicine

13.0K vistas.  The Centenary Institute. We describe two complementary methods using the fluorescence ubiquitination cell cycle indicator (FUCCI) and image analysis or flow cytometry to identify and isolate cells in the inner G1 arrested and outer proliferating regions of 3D spheroids. 

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A 3D Organotypic Melanoma Spheroid Skin Model

Malignant transformation of melanocytes, the pigment cells of human skin, causes formation of melanoma, a highly aggressive cancer with increased metastatic potential. Recently, mono-chemotherapies continue to improve by melanoma specific combination therapies with targeted kinase inhibitors. Still, metastatic melanoma remains a life-threatening disease because tumors exhibit primary resistance or develop resistance to novel therapies, thereby regaining tumorigenic capacity. In order to improve the therapeutic success of malignant melanoma, the determination of molecular mechanisms conferring resistance against conventional treatment approaches is necessary; however, it requires innovative cellular in vitro models. Here, we introduce an in vitro three-dimensional (3D) organotypic melanoma spheroid model that can portray the in vivo architecture of malignant melanoma and may warrant new insights into intra-tumoral as well as tumor-host interactions. The model incorporates defined numbers of mature and differentiated melanoma spheroids in a 3D human full skin reconstruction model consisting of primary skin cells. The cellular composition and differentiation status of the embedded melanoma spheroids is similar to the one of cutaneous melanoma metastasis in vivo. Using this organotypic melanoma spheroid model as a drug screening platform may support the identification of responders to selected combination therapies, while sparing the unnecessary treatment burden for non-responders, thereby increasing the benefit of therapeutic interventions.

Here, we present a protocol to generate a 3D organotypic melanoma spheroid skin model that recapitulates both the architecture and multicellular complexity of an organ/tumor in vivo but at the same time accommodates systematic experimental intervention.

Un modelo de piel Organotypic Melanoma 3D esferoide

Malignant transformation of melanocytes, the pigment cells of human skin, causes formation of melanoma, a highly aggressive cancer with increased ...

Investigación

Investigación sobre el cáncer

Longitudinal Morphological and Physiological Monitoring of Three-dimensional Tumor Spheroids Using Optical Coherence Tomography

Tumor spheroids have been developed as a three-dimensional (3D) cell culture model in cancer research and anti-cancer drug discovery. However, currently, high-throughput imaging modalities utilizing bright field or fluorescence detection, are unable to resolve the overall 3D structure of the tumor spheroid due to limited light penetration, diffusion of fluorescent dyes and depth-resolvability. Recently, our lab demonstrated the use of optical coherence tomography (OCT), a label-free and non-destructive 3D imaging modality, to perform longitudinal characterization of multicellular tumor spheroids in a 96-well plate. OCT was capable of obtaining 3D morphological and physiological information of tumor spheroids growing up to about 600 &#181;m in height. In this article, we demonstrate a high-throughput OCT (HT-OCT) imaging system that scans the whole multi-well plate and obtains 3D OCT data of tumor spheroids automatically. We describe the details of the HT-OCT system and construction guidelines in the protocol. From the 3D OCT data, one can visualize the overall structure of the spheroid with 3D rendered and orthogonal slices, characterize the longitudinal growth curve of the tumor spheroid based on the morphological information of size and volume, and monitor the growth of the dead-cell regions in the tumor spheroid based on optical intrinsic attenuation contrast. We show that HT-OCT can be used as a high-throughput imaging modality for drug screening as well as characterizing biofabricated samples.

Optical coherence tomography (OCT), a three-dimensional imaging technology, was used to monitor and characterize the growth kinetics of multicellular tumor spheroids. Precise volumetric quantification of tumor spheroids using a voxel counting approach, and label-free dead tissue detection in the spheroids based on intrinsic optical attenuation contrast, were demonstrated.

Longitudinal control morfológico y fisiológico de esferoides tumorales tridimensional mediante tomografía de coherencia óptica

Tumor spheroids have been developed as a three-dimensional (3D) cell culture model in cancer research and anti-cancer drug discovery. However, currently, ...

Physiologic Patient Derived 3D Spheroids for Anti-neoplastic Drug Screening to Target Cancer Stem Cells

In this protocol, we outline the procedure for generation of tumor spheroids within 384-well hanging droplets to allow for high-throughput screening of anti-cancer therapeutics in a physiologically representative microenvironment. We outline the formation of patient derived cancer stem cell spheroids, as well as, the manipulation of these spheroids for thorough analysis following drug treatment. Specifically, we describe collection of spheroid morphology, proliferation, viability, drug toxicity, cell phenotype and cell localization data. This protocol focuses heavily on analysis techniques that are easily implemented using the 384-well hanging drop platform, making it ideal for high throughput drug screening. While we emphasize the importance of this model in ovarian cancer studies and cancer stem cell research, the 384-well platform is amenable to research of other cancer types and disease models, extending the utility of the platform to many fields. By improving the speed of personalized drug screening and the quality of screening results through easily implemented physiologically representative 3D cultures, this platform is predicted to aid in the development of new therapeutics and patient-specific treatment strategies, and thus have wide-reaching clinical impact.

This protocol describes generation of patient-derived spheroids, and downstream analysis including quantification of proliferation, cytotoxicity testing, flow cytometry, immunofluorescence staining and confocal imaging, in order to assess drug candidates&#8217; potential as anti-neoplastic therapeutics. This protocol supports precision medicine with identification of specific drugs for each patient and stage of disease.

Paisidio Paciente Derivado Esferoides 3D para la detección de drogas antineoplásicas para apuntar a las células madre del cáncer

In this protocol, we outline the procedure for generation of tumor spheroids within 384-well hanging droplets to allow for high-throughput screening of ...

Assessing Cell Viability and Death in 3D Spheroid Cultures of Cancer Cells

Three-dimensional spheroids of cancer cells are important tools for both cancer drug screens and for gaining mechanistic insight into cancer cell biology. The power of this preparation lies in its ability to mimic many aspects of the in vivo conditions of tumors while being fast, cheap, and versatile enough to allow relatively high-throughput screening. The spheroid culture conditions can recapitulate the physico-chemical gradients in a tumor, including the increasing extracellular acidity, increased lactate, and decreasing glucose and oxygen availability, from the spheroid periphery to its core. Also, the mechanical properties and cell-cell interactions of in vivo tumors are in part mimicked by this model. The specific properties and consequently the optimal growth conditions, of 3D spheroids, differ widely between different types of cancer cells. Furthermore, the assessment of cell viability and death in 3D spheroids requires methods that differ in part from those employed for 2D cultures. Here we describe several protocols for preparing 3D spheroids of cancer cells, and for using such cultures to assess cell viability and death in the context of evaluating the efficacy of anticancer drugs.

Here, we present several simple methods for evaluating viability and death in 3D cancer cell spheroids, which mimic the physico-chemical gradients of in vivo tumors much better than the 2D culture. The spheroid model, therefore, allows evaluation of the cancer drug efficacy with improved translation to in vivo conditions.

Evaluación de la viabilidad celular y la muerte en cultivos esferoides 3D de células cancerosas

Three-dimensional spheroids of cancer cells are important tools for both cancer drug screens and for gaining mechanistic insight into cancer cell biology. ...

A 3D Spheroid Model as a More Physiological System for Cancer-Associated Fibroblasts Differentiation and Invasion In Vitro Studies

Defining the ideal model for an in vitro study is essential, mainly if studying physiological processes such as differentiation of cells. In the tumor stroma, host fibroblasts are stimulated by cancer cells to differentiate. Thus, they acquire a phenotype that contributes to the tumor microenvironment and supports tumor progression. By using the spheroid model, we have set up such a 3D in vitro model system, in which we analyzed the role of laminin-332 and its receptor integrin &#945;3&#946;1 in this differentiation process. This spheroid model system not only reproduces the tumor microenvironment conditions in a more accurate way, but also is a very versatile model since it allows different downstream studies, such as immunofluorescent staining of both intra- and extracellular markers, as well as deposited extracellular matrix proteins. Moreover, transcriptional analyses by qPCR, flow cytometry and cellular invasion can be studied with this model. Here, we describe a protocol of a spheroid model to assess the role of CAFs&#39; integrin &#945;3&#946;1 and its ectopically deposited ligand, laminin-332, in differentiation and in supporting the invasion of pancreatic cancer cells.

The goal of this protocol is to establish a 3D in vitro model to study the differentiation of cancer-associated fibroblasts (CAFs) in a tumor bulk-like environment, which can be addressed in different analysis systems, such as immunofluorescence, transcriptional analysis and life cell imaging.

Un modelo de esferoides 3D como un sistema más fisiológico para la diferenciación de fibroblastos asociados al cáncer y estudios de invasión in Vitro

Defining the ideal model for an in vitro study is essential, mainly if studying physiological processes such as differentiation of cells. In the tumor ...

A Novel Stromal Fibroblast-Modulated 3D Tumor Spheroid Model for Studying Tumor-Stroma Interaction and Drug Discovery

Tumor-stroma interactions play an important role in cancer progression. Three-dimensional (3D) tumor spheroid models are the most widely used in vitro model in the study of cancer stem/initiating cells, preclinical cancer research, and drug screening. The 3D spheroid models are superior to conventional tumor cell culture and reproduce some important characters of real solid tumors. However, conventional 3D tumor spheroids are made up exclusively of tumor cells. They lack the participation of tumor stromal cells and have insufficient extracellular matrix (ECM) deposition, thus only partially mimicking the in vivo conditions of tumor tissues. We established a new multicellular 3D spheroid model composed of tumor cells and stromal fibroblasts that better mimics the in vivo heterogeneous tumor microenvironment and its native desmoplasia. The formation of spheroids is strictly regulated by the tumor stromal fibroblasts and is determined by the activity of certain crucial intracellular signaling pathways (e.g., Notch signaling) in stromal fibroblasts. In this article, we present the techniques for coculture of tumor cells-stromal fibroblasts, time-lapse imaging to visualize cell-cell interactions, and confocal microscopy to display the 3D architectural features of the spheroids. We also show two examples of the practical application of this 3D spheroid model. This novel multicellular 3D spheroid model offers a useful platform for studying tumor-stroma interaction, elucidating how stromal fibroblasts regulate cancer stem/initiating cells, which determine tumor progression and aggressiveness, and exploring involvement of stromal reaction in cancer drug sensitivity and resistance. This platform can also be a pertinent in vitro model for drug discovery.

A novel three-dimensional spheroid model based on the heterotypic interaction of tumor cells and stromal fibroblasts is established. Here, we present coculture of tumor cells and stromal fibroblasts, time-lapse imaging, and confocal microscopy to visualize the formation of spheroids. This three-dimensional model offers a pertinent platform to study tumor-stroma interactions and test cancer therapeutics.

Un novedoso modelo de esferoides de tumor 3D modulado por fibroblastos para el estudio de la interacción tumor-Stroma y el descubrimiento de fármacos

Tumor-stroma interactions play an important role in cancer progression. Three-dimensional (3D) tumor spheroid models are the most widely used in vitro ...

Rapid Optical Clearing for Semi-High-Throughput Analysis of Tumor Spheroids

Tumor spheroids are fast becoming commonplace in basic cancer research and drug development. Obtaining data regarding protein expression within the spheroid at the cellular level is important for analysis, yet existing techniques are often expensive, laborious, use non-standard equipment, cause significant size distortion, or are limited to relatively small spheroids. This protocol presents a new method of mounting and clearing spheroids that address these issues while allowing for confocal analysis of the inner structure of spheroids. In contrast to existing approaches, this protocol provides for rapid mounting and clearing of a large number of spheroids using standard equipment and laboratory supplies. Mounting spheroids in a pH-neutral agarose-PBS gel solution before introducing a refractive-index-matched clearing solution minimizes size distortion common to other similar techniques. This allows for detailed quantitative and statistical analysis where the accuracy of size measurements is paramount. Furthermore, compared to liquid clearing solutions, the agarose gel technique keeps spheroids fixed in place, allowing for the collection of three-dimensional (3D) confocal images. The present article elaborates how the method yields high-quality two- and 3D images that provide information about inter-cell variability and inner spheroid structure.

Tumor spheroids are becoming increasingly utilized to assess tumor cell-microenvironment interactions and therapy response. The present protocol describes a robust but simple method for semi-high-throughput imaging of 3D tumor spheroids using rapid optical clearing.

Limpieza óptica rápida para el análisis de semi-alto rendimiento de esferoides tumorales

Tumor spheroids are fast becoming commonplace in basic cancer research and drug development. Obtaining data regarding protein expression within the ...

Three-Dimensional (3D) Tumor Spheroid Invasion Assay

Invasion of surrounding normal tissues is generally considered to be a key hallmark of malignant (as opposed to benign) tumors. For some cancers in particular (e.g., brain tumors such as glioblastoma multiforme and squamous cell carcinoma of the head and neck &#8211; SCCHN) it is a cause of severe morbidity and can be life-threatening even in the absence of distant metastases. In addition, cancers which have relapsed following treatment unfortunately often present with a more aggressive phenotype. Therefore, there is an opportunity to target the process of invasion to provide novel therapies that could be complementary to standard anti-proliferative agents. Until now, this strategy has been hampered by the lack of robust, reproducible assays suitable for a detailed analysis of invasion and for drug screening. Here we provide a simple micro-plate method (based on uniform, self-assembling 3D tumor spheroids) which has great potential for such studies. We exemplify the assay platform using a human glioblastoma cell line and also an SCCHN model where the development of resistance against targeted epidermal growth factor receptor (EGFR) inhibitors is associated with enhanced matrix-invasive potential. We also provide two alternative methods of semi-automated quantification: one using an imaging cytometer and a second which simply requires standard microscopy and image capture with digital image analysis.

Three-Dimensional 3D Tumor Spheroid Invasion Assay

Invasion of surrounding normal tissues is a defining characteristic of malignant tumors. We provide here a simple, semi-automated micro-plate assay of invasion into a natural 3D biomatrix that has been exemplified with a number of models of advanced human cancers.

Tumor Ensayo tridimensional (3D) esferoide Invasion

Invasion of surrounding normal tissues is generally considered to be a key hallmark of malignant (as opposed to benign) tumors. For some cancers in ...

Medicina

<meta charset="utf8"></head><body>Examen de las interacciones entre macrófagos y esferoides tumorales en una matriz de colágeno en 3D

A Macrophage-Tumor Spheroid Co-Invasion Assay

The interaction of immune and cancer cells and their respective impact on metastasis represents an important aspect of cancer research. So far, only a few protocols are available that allow an in vitro approximation of the in vivo situation. Here, we present a novel approach to observing the impact of human macrophages on the invasiveness of cancer cells, using tumor spheroids of H1299 non-small cell lung carcinoma cells embedded in a three-dimensional (3D) collagen I matrix. With this co-cultivation setup, we tested the impact of small interfering RNA (siRNA)-based depletion of regulatory factors in macrophages on the 3D invasion of cancer cells from the tumor spheroid compared to controls. This method allows the determination of different parameters, such as spheroid area or the number of invading cancer cells, and thus, to detect differences in cancer cell invasion. In this article, we present the respective setup, discuss the subsequent analysis, as well as the advantages and potential pitfalls of this method.

<meta charset="utf8"></head><body>Ensayo de coinvasión de esferoides macrófagos y tumores

Here, we present a protocol to investigate the interaction of primary human monocyte-derived macrophages with a tumor spheroid in a three-dimensional (3D) collagen I matrix, with the possibility to compare the impact of soluble and physical properties of the microenvironment on cell invasion.

Ensayo de coinvasión de esferoides macrófagos y tumores

The interaction of immune and cancer cells and their respective impact on metastasis represents an important aspect of cancer research. So far, only a few ...

Análisis basado en Citometría Imaging- y flujo de Cell posición y el ciclo celular en 3D melanoma esferoides

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