Method Article
* These authors contributed equally
מיקרוסביבה הגידול הוא חלק חיוני של גידול בסרטן ופלישה. כדי לחקות התקדמות קרצינומה, צריך מטריצה אנושית רלוונטית ביולוגית. פרוטוקול זה מציג שיפור לגבי שיטת החדירה החיצונית התלת-ממדית של שלושה מימדים על-ידי החלת מטריצה אנושית המבוססת על מייומה. הפרוטוקול גם מציג ניתוח הפלישה לתא מבוסס-מחשב.
מבוסס על תרבית דו-מימדי המבוסס על שימוש נפוץ בחקר הסרטן מחוץ לתחום. עם זאת, חסרים להם מספר אלמנטים בסיסיים היוצרים את מיקרוסביבה הגידול. כדי לקבל יותר אמין בתוצאות מחוץ לגופית, כמה תלת מימדי (3D) תרבית התרבות התאים הוכנסו. האלה מאפשרים לתאי סרטן לקיים אינטראקציה עם המטריצה המעלת. אינטראקציה זו משפיעה על התנהגות התא, כגון התפשטות ופלישה, כמו גם מורפולוגיה של תאים. בנוסף, אינטראקציה זו יכולה לגרום או לדכא את הביטוי של כמה מולקולות פרו-מוריגניים. שיטת הפלישה ספרואיד פותחה כדי לספק 3D מתאים בשיטת החוץ הגופית כדי ללמוד הפלישה לתא הסרטן. כיום, בעלי חיים נגזר מטריצות, כגון סרקומה של העכבר הנגזר מטריצה (MSDM) ו הזנב עכברוש סוג אני קולגן, משמשים בעיקר הפלישה ספרואיד הפריצה. לוקח בחשבון את ההבדלים בין סביבת מיקרו הגידול האנושי מטריצות בעלי חיים נגזר, מטריצה אנושית myoma-נגזר (HMDM) פותחה מרקמת הרחם שפיר ליפויומה. זה הוכח כי HMDM גורם הגירה ופלישה של תאים קרצינומה טוב יותר MSDM. פרוטוקול זה סיפק פשוט, הניתן לשימוש, ואמין האדם 3D המבוסס על גידול ספרואיד הפלישה באמצעות מטריצה HMDM/פיבין. הוא כולל גם הנחיות מפורטות לגבי דימות וניתוח. הספרואידים גדלים בצלחת מצורף בצורת פרסה נמוכה בתוך מטריצה של הmdm/פיבראן ופולשים דרכו. הפלישה היא התמונה היומית, נמדד, ונותחו באמצעות התוכנה ilastik ו-פיג'י ImageJ. פלטפורמת השיקול הוכחו באמצעות הגוף האנושי הראשוני גרורות קרצינומה של תאים תאים. עם זאת, הפרוטוקול מתאים גם עבור שורות אחרות תאים סרטניים מוצק.
קונבנציונלי דו מימדי (2D) מחקרים בתרבות התא תרמו במידה ניכרת לחקר הסרטן. כיום, החוקרים הם הסטה יותר לכיוון תלת מימדי (3d) התרבות התא בחני לחקות טוב יותר את התנאים vivo1. תרבות התא 3d סרטן מדויק יותר משקף מיקרוסביבה מורכבת הגידול במונחים של תא תא ואינטראקציות תא מטריקס, פרופילי ביטוי גנטי, רגישות לסמים, ו איתות הפעילות מסלול2,3.
מספר מודלים של תאים תלת-ממדיים משמשים בחקר הסרטן כגון רקמת הגידול לחקור, גידול על שבב, ו מספרדות גידול רב-תאיים3,4. Spheroids גידול רב-תאיים הם עכשיו בשימוש נרחב, כפי שהם לחקות מספר תכונות של בתנאים vivo בגידולים אנושיים1,5. כאשר קוטר ספרואיד גדול יותר מ-500 μm, יש לו אפילו אזורים ארוי ומרכז נקרוטיק, המייצג כך במצב הגידול vivo2.
סינתטי רבים (למשל, polydiמתיל siloxane) ובעלי חיים נגזר (למשל, זנב חולדה סוג אני קולגן ועכבר סרקומה מטריצה נגזר, מטריקס, המכונה msdm) מטריצות פותחו עבור 3d התרבות התאית בחני3,6, 7,8. עד כה, אף אחד מטריצות מסחרית זמין מתוך רקמת הגידול האנושי. לכן, הם חסרים את התכונות של סביבת מיקרו הגידול האנושי, אשר יש השפעות משמעותיות על תהליכים הפלישה תאים לסרטן8.
מיוג'ל (האדם הנגזר myoma מטריצה, המכונה HMDM) מופק מרקמת הסרטן האנושי ליימיקו הגידול9. הוכח כי תוכן החלבון של HMDM שונה באופן משמעותי מזה של MSDM. למעשה, 66% של חלבונים של HMDM שונים מחלבונים MSDM. מצד שני, כמה חלבונים, כגון למינציה, סוג IV קולגן, הפאראן גופרתי פרוטאוגליקנים, nidogen, וגורם גדילה באפידרמיס, נמצאים שני מטריצות10. בנוסף, העכבר שונה מן האדם בתוכן האנזים, עם בני אדם שיש 78 פחות פרוטסים מאשר עכברים11.
פיבית נעשה בשימוש נרחב לבד או בשילוב עם חומרים אחרים כחומר הגרדום12. ב 3D התרבות התאית, מסחרית האדם זמין והתרומבין משולבים ליצירת פיג'ל הידרוגל12.
פרוטוקול זה מתאר שיפור של שהוצג בעבר 3D גידול ספרואיד הפלישה החדירה7. הפרוטוקול החדש הזה מיישם את הגידול האנושי מטריצה נגזרת במקום העכבר מטריצה הגידול הנגזר. זה כולל גם טכניקות הדמיה וניתוח באמצעות התוכנה ilastik ו-פיג'י ImageJ. פרוטוקול זה יכול לשמש לצורך שיטת שכבה של מספר קווי תאים שונים של סרטן אחיד. הוא מציע כלי רלוונטי ביולוגית כדי לפתח את הרומן נגד סרטן טיפולים כדי ללמוד את ההשפעות של מולקולות ספציפיות על הפלישה תאים סרטניים.
1. הדור של הגידולים בגידול רב-תאי
הערה: הפרוטוקול מוצג כאן עם קווי התאים UT-SCC-42A ו-42A אבל זה גם יכול להיות מוחל באמצעות קווי תאים אחרים.
2. שיטת הפלישה תלת ממדית
הערה: להכין פתרון 2x כי ג'ל יהיה מדולל 1:1 כאשר הוסיף לתוך הבארות.
3. הדמיה
4. מקטעי תמונה עם Ilastik
5. ניתוח שטח עם הצילום של פיג'י
ארבעה ימים לאחר UT-SCC-42B (הקו הנייד SCC הלוע הגרורות) תא זריעה, את המטריצה (HMDM/פיברוב, MSDM, או קולגן) נוספה על spheroids הוקמה (יום 0) והפלישה היה מפוקח במשך שלושה ימים. התמונות כאן התקבלו מדי יום באמצעות מיקרוסקופ הפוך (איור 4).
לאחר שהוטבע, התאים במטריצה של הmdm/פיברוין החלו לפלוש במהירות לאחר יום אחד והאריכו את המטריצה (איור 4א). תאים ב-MSDM לא פלשו לתוך המטריצה שמסביב, במקום זאת יצרו מבנה סימטרי (איור 4ב). מצד שני, תאים בקולגן פלשו מעט, אבל בגלל הצטמקות המטריצה הניתוח היה קשה (איור 4ג). בכמה בארות קולגן, הספרואידים אפילו נעלמו לאחר שלושה ימים (איור 4ג).
איור 5 ממחיש את הקוונפיקציה של הפלישה התא ב hmdm/פיברומין של קו הגרון הראשי SCC תא UT-Scc-42a ואת קו התאים גרורתי המקביל UT-scc-42a. הווידאו (סרט 1) נלקח באמצעות מערכת ניתוח תאים בשידור חי של הmdm/פיברומין ספרואיד מראה את התנועה של תאי scc בתוך המטריצה שבה הם יוצרים קווצות ואחריו התאים האחרים.
איור 1 : מקטעי תמונה. שלבים נבחרים של מקטעי תמונה באמצעות ilastik. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2 : הגדרת קנה מידה. השלבים הנבחרים של הגדרת קנה המידה באמצעות האפשרות ImageJ של פיג'י. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3 : ניתוח פלישה באמצעות ImageJ. שלבים נבחרים בניתוח תמונה באמצעות תמונות פיג'י. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4 : UT-SCC-42B תא הפלישה בשלושה מטריצות שונות. תמונות מייצגות של הפלישה תא SCC ב spheroids 3D. הפלישה הייתה בעקבותיו שלושה ימים ותמונות נלקחו מדי יום באמצעות מיקרוסקופ הפוך. (א) חmdm/פיבין, (ב) msdm, (ג) קולגן. הטור האחרון מייצג הבהרה. של הפלישה ליום השלישי סרגל קנה מידה = 200 μm. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5 : קוונפיקציה של פלישת התאים SCC ב-HMDM/ פימין. בדיקה ראשונית והלוע הראשי-scc-42A ו-scc המקביל הפריצה לבית המשפט הדו-שורה של הפלישה באמצעות ilastik ו-פיג'י ImageJ. תוצאות מייצגות ממוצע של ± סטיית תקן של שלושה ניסויים עצמאיים, כל אחד בטרילקאט. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
וידאו 1: תנועת התאים Scc בתוך ההMDM/פיבין במשך שלושה ימים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון וידאו זה. (לחץ לחיצה ימנית להורדה).
השיטה המוצגת מספקת בסיס הגידול האנושי 3D של האדם כדי להעריך את הפלישה של תאים סרטניים בתוך מיקרוסביבה האדם הגידול המיקרו מטריצה. הפלישה התא סרטן ניתן למדוד בקלות על ידי הדמיה יומית עם מיקרוסקופ רגיל באמצעות תוכנת ניתוח תמונה. השיטה ממחישה את הפלישה לתא ולא רק התפשטות.
בניגוד ל-MSDM, המטריצה של HMDM/פיברוין אינה דורשת בקרת טמפרטורה. שיטה זו קלה לביצוע, במיוחד ללא צורך להעביר את הספרואידים מלוח אחד למשנהו. יש לו רק צעד אחד רגיש מבחינה טכנית, תוספת של פיבריעוגן למטריקס. מאז פיברינוגן מתחיל ג'ל לאחר כמה דקות, הוספת פיברינוגן דורש ליטוף חזק וטיפול של רק כמה בארות בכל פעם. יש גם סיכון להטריד את הספרואיד ולהניע אותו ממיקומו המרכזי בבאר בצורת U אם ליטוף נעשה באופן בלחץ גבוה. נקע של הספרואיד יכול לסבך. את ההדמיה ובסופו של דבר הניתוח
ניתן לשנות את השינוי על-ידי שינוי הריכוז של HMDM או פיברינוגן. התאים יכולים גם להיות קבועים ומוכתמים עבור מחקרים מולקולריים עוקבות. למרות ששיטה זו ניתנת לשינוי בצורה אוטומטית לחלוטין, היא יכולה גם להתבצע עם מיקרוסקופ רגיל ושתי תוכנות קוד פתוח, ללא צורך בציוד יקר.
לעומת המסורתי MSDM מבוססי 3D assays, היכולת הזאת יכולה להציג טוב יותר את המאפיינים הפלישה התא. Spheroids גדל בתוך קרום המרתף-המכיל מטריצה עשירה למינציה, כגון msdm, יכול להיות יותר התפשטות של תאים סרטניים מאשר הפלישה בפועל, עיבוד זה לא מתאים עבור בחני הפלישה מספר קווי התאים של סרטן בשל קיבולת הפולש נמוך שלהם. עוד מטריצה בשימוש תכוף, סוג אני קולגן, נוטה להתכווץ מן הקצוות במהלך טיפוח 3D, אשר משפיע על לוקליזציה ספרואיד והדמיה של הבארות. בנוסף, ההבדלים בין המאפיינים פולשני הפנימי של יותר (HSC-3) ופחות (SCC-25) הלשון אגרסיבי קרצינומה של תאים הוכחו באמצעות האדם מיקרוסביבה הגידול האנושי מחקה מודלים (myoma דיסקים ואת צורתו מסיס מטריקס)10,13.
השיטה היא גם יותר אתית משימוש ב-MSDM מאז ה-HMDM מופק מן החומר השאריות של הגידול האנושי מיומה. כיום, hmdm הוא היחיד זמין הגידול האנושי מוצר ecm שנראה להיות מתאים רבים הקשורים לסרטן בתחום החוץ מבחנהשמונה,10. בעתיד, מטריצות בעלי חיים שנגזרו על רקמות יכול להיות מוחלף על ידי מטריצות מבוססות גידול אדם כדי להפחית את הצורך להקריב בעלי חיים עבור ייצור מטריקס.
החלפת מספר התרבות של תא דו-ממדי עם שיטות תלת-ממד מספקת מידע מדויק יותר על התנהגות תא הסרטן. כיום, ישנם מספר דגמי תלת-ממד ומטריצות מסחריות, אבל, למרבה הצער, אף אחד לא מתאים לקווי התאים הסרטניים. חוקרים צריכים לבחור את המטריצה המתאימה ביותר לצורך שלהם במיוחד. התאמה אופטימלית של שיטת ומטריצה יכולה להיות מאתגרת, אך היא עשויה להגביר באופן משמעותי את האמינות של התוצאות.
. למחברים אין מה לגלות
המחברים מודים לתורמים של מחקר זה: הקרן הסיגליאס ג'ושי, האגודה הסרטנית של פינלנד וקרנות המחקר המרכזי של אוניברסיטת הלסינקי. המחברים מכירים את יחידת דימות ביונומרוcum באוניברסיטת הלסינקי לקבלת עזרה טכנית.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Amphotericin B solution | Merck | A2942 | |
Aprotinin from bovine lung | Merck | A6279 | Measure the protein concentration before use. |
Ascorbic acid | Applichem | A1052 | |
BioLite Cell Culture Treated Flasks | Thermo Scientific | 130190 | |
DMEM/F-12 | Gibco by Life Technologies | 31330-038 | |
DS-Fi2 Digital Camera | Nikon Instruments | ||
DS-U3 Digital Camera Controller | Nikon Instruments | ||
Eclipse TS100 Inverted Microscope | Nikon Instruments | ||
Fetal bovine serum (FBS) | Gibco by Life Technologies | 10270106 | Heat inactivate for 30 min at 56 °C in waterbath before use. |
Fibrinogen, Plasminogen-Depleted, Human Plasma | Merck | 341578 | Solubility: 25 mg/ml in H2O. Warm the H2O and the fibrinogen to 37 °C prior to dissolution. Do not disturb until the fibrinogen is completely solubilized. Stock solutions stored at -70 °C should be thawed in a water bath maintained at 37 °C. |
Fiji ImageJ 1.51 image processing program | Freeware, NIH | ||
Hydrocortisone | Merck | H0888 | |
Ilastik software for image classification and segmentation | Freeware | ||
IncuCyte Zoom Live-Cell Analysis System | Essen BioScience | ||
Myogel | Lab made | ||
Penicillin-Streptomycin | Gibco by Life Technologies | 15140-122 | |
Phosphate buffered saline (PBS) | Lab made | ||
Scepter 2.0 Cell Counter | Merck | PHCC20040 | |
Scepter Cell Counter Sensors, 60 µm | Merck | PHCC60050 | |
Thrombin from human plasma | Merck | T6884-100UN | |
Trypsin-EDTA (0.5%) 10x, no phenol red | Gibco by Life Technologies | 15400054 | |
Ultra-Low Attachment 96-Well Plate | Corning | 7007 | |
UT-SCC-42A and UT-SCC-42-B cell lines | The cell lines were established at the Department of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery, Turku University Hospital (Turku, Finland). |
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