A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
* These authors contributed equally
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.
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.
spheroids תאיים 3D כבר ידוע כמודל גידול במשך עשרות שנים, אולם זה רק לאחרונה כי הם באים בשימוש נפוץ יותר כמודל במבחנה עבור רבים סרטן מוצק. הם משמשים יותר ויותר במסכי גילוי תרופות תפוקה גבוהה כביניים בין מורכב, יקר ובמודלי vivo זמן רב ופשוט, מודל monolayer 2D העלות הנמוך 1-6. מחקרים בתרבות 2D לעתים קרובות אינם יכולים להיות משוכפל in vivo. מודלים אליפטית של סוגים רבים של הסרטן יכולים לחקות את מאפייני הצמיחה, רגישות לסמים, חדירת תרופה, אינטראקציות תא-תא, זמינות מוגבלת של חמצן וחומרים מזינים ופיתוח של נמק שראה in vivo בגידולים מוצקים 6-11. Spheroids לפתח ליבת נמקים, אזור שקט או G1 נעצר מקיף את הליבה, ותאים מתרבים בפריפריה של אליפטית 7. הפיתוח של אזורים אלהעשוי להשתנות בהתאם לצפיפות התא, שיעור ריבוי והגודל של 12 אליפטית. זה כבר שיערו כי ההטרוגניות הסלולרית ראתה בתת-אזורים השונים אלה עשויה לתרום לטיפול בסרטן ההתנגדות 13,14. לכן היכולת לנתח תאים באזורים אלה בנפרד היא קריטית לתגובות סמים גידול הבנה.
מחוון מחזור תא ubiquitination הקרינה המערכת (FUCCI) מבוססת על אדום (Kusabira אורנג '- KO) וירוק (Azami הירוקה - AG) תיוג ניאון של Cdt1 וgeminin, אשר מפורקים בשלבים שונים של מחזור התא 15. כך גרעין תא מופיע אדום בG1, צהוב בתחילת S וירוק ב/ G2 / M שלב S. אנו מתארים כאן שתי שיטות משלימות הן באמצעות FUCCI לזהות מחזור התא, יחד עם השימוש בתוכנות הדמיה או זרימת דיפוזיה צבע cytometry assay כדי לקבוע אם תאים מתגוררים במרכז G1 נעצר או proliferatin החיצוניטבעת G, והמרחק של תאים בודדים מקצה אליפטית. שיטות אלו פותחו בפרסום הקודם שלנו, שבו הראו כי תאים מלנומה באזורי חוסר חמצן במרכז אליפטית או / ובנוכחות של טיפולים ממוקדים יכול להישאר במעצר G1 לפרקי זמן ארוכים, ויכול מחדש הזן את מחזור התא כאשר תנאים נוחים יותר להתעורר 7.
1. FUCCI התמרה ותרבית תאים
2. גיבוש 3D ספרואיד (כפי שתואר קודם לכן 3,9)
3. ספרואיד חתך vibratome
תמונת Confocal 4. רכישה
Assay דיפוזיה Hoechst צבע 5. לזרימת מיון
6. ניתוח תזרים Cytometry של Hoechst Spheroids FUCCI יטראז
ניתוח 7. תמונה של סעיפים FUCCI ספרואיד
ישנן מספר שיטות של ייצור spheroids גידול, פרוטוקול זה משתמש בשיטת הגידול שאינו חסיד, שבו תאים בתרבית על אגר או 3,7,9 agarose. איור 1 מציג דוגמא של מלנומה אליפטית C8161 לאחר 3 ימים על אגר. spheroids C8161 יוצר spheroids בגודל רגיל בקוטר של 500-600 מיקרומטר (ממוצע = 565, SD = 19, n = 3) לאחר 3 ימי...
ניתוח תמונה חצי-אוטומטי זיהה את אזור G1 נעצר הפנימי אליפטית, ומתרבה שכבות חיצוניות. שיטה זו עשויה לשמש בspheroids החי באמצעות סעיף אופטי, או בסעיפים אליפטית קבועים, לזהות שינויים בלא רק מחזור התא אבל ביטוי סמן (באמצעות immunofluorescence), מוות של תאים, או מורפולוגיה של תאים באזורים ...
PerkinElmer contributed to the costs of publication.
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).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Hoechst 33342 | Life Technologies | H3570 | |
agarose low melting point | Life Technologies | 16520-050 | For sectioning |
noble agar | Sigma | A5431 | For making spheroids |
agarose for spheroids | Fisher Scientific | BP1356-100 | For making spheroids |
0.05% trypsin/EDTA | Life Technologies | 25300-054 | |
HBSS | Life Technologies | 14175-103 | |
10% formalin | Sigma | HT5014-1CS | CAUTION: Harmful, corrosive. Use Personal Protective Equipment, do not breath fumes (open in a fume cupboard). |
live/dead near IR | Life Technologies | L10119 | |
vibratome | Technical Products International, Inc | ||
coulture cup | Thermo-Fisher Scientific | SIE936 | Mold for sectioning spheroids |
hemocytometer | Sigma | Z359629 | |
96-well tissue culture plate | Invitro | FAL353072 | |
collagenase | Sigma | C5138 | |
confocal microscope | Leica | TCS SP5 | |
Flow cytometer analyser | Becton Dickinson | LSRFortessa | |
volocity | PerkinElmer | Imaging software | |
flowjo | Tree Star | Flow cytometry software | |
Vaccuum grease | Sigma | Z273554 | |
Mounting media | Vector Laboratories | H1000 | |
FUCCI (commercial constructs) | Life Technologies | P36238 | Transient transfection only |
Cell strainer 70 um | In Vitro | FAL352350 | |
Round bottom 5 mL tubes (sterile) | In Vitro | FAL352003 | |
Round bottom 5 mL tubes (non-sterile) | In Vitro | FAL352008 |
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