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ここでは、生体内腫瘍の物理化学勾配を2D培養よりもはるかに優れた3D癌細胞スフェロイドで生存率と死亡を評価するためのいくつかの簡単な方法を紹介する。したがって、スフェロイドモデルは、生体内条件への翻訳を改善した癌薬効の評価を可能にする。
がん細胞の三次元スフェロイドは、がんの薬物スクリーンとがん細胞生物学に対する機械的な洞察を得るための重要なツールです。この調製の力は、比較的高スループットスクリーニングを可能にするのに十分な速く、安価で汎用性がある一方で、腫瘍の生体内状態の多くの側面を模倣する能力にあります。スフェロイド培養条件は、細胞外の酸性度の増加、乳酸の増加、グルコースおよび酸素の利用可能性の低下を含む腫瘍内の物理化学勾配を、スフェロイド周辺からその中心まで要約することができる。また、生体内腫瘍の機械的特性および細胞間相互作用は、このモデルによって部分的に模倣される。3Dスフェロイドの特定の特性と結果的に最適な増殖条件は、異なるタイプの癌細胞間で大きく異なります。さらに、3Dスフェロイドにおける細胞の生存率と死亡の評価には、2D培養に用いられるものとは部分的に異なる方法が必要です。ここでは、がん細胞の3Dスフェロイドを準備するためのいくつかのプロトコルを説明し、そのような培養物を使用して、抗癌剤の有効性を評価する文脈で細胞の生存率と死亡を評価する。
がん生物学における多細胞スフェロイドモデルの使用は数十年前の1、2であるが、近年かなりの勢いを得た。大部分は、がん細胞の表現型が微小環境と特定の成長条件にどれだけ強く依存しているかの認識の増加を反映しています。固形腫瘍の微小環境は、対応する正常組織の微小環境とは根本的に異なる。これには、pH、酸素張力、間質圧、栄養素、廃棄物、分泌シグナル伝達化合物(成長因子、サイトカイン)などの可溶性因子の濃度勾配が含まれます。さらに、細胞外マトリックス(ECM)の組織、細胞間相互作用および細胞間シグナル伝達、および腫瘍3、4の特定の3次元(3D)アーキテクチャの他の態様を含む。 5,6.がん細胞が存在する特定の微小環境条件は、遺伝子発現プロファイルと機能性に大きく影響し、2Dで増殖した細胞の表現型と比較して、3Dスフェロイドの表現型がはるかに密接に模倣していることは明らかである。生体内腫瘍7、8、9、10、11のそれ。2Dモデルは、低酸素症、酸性pH、高乳酸濃度を用いて腫瘍微小環境の既知の側面を模倣しても、腫瘍内で生じる物理化学的パラメータの勾配や3D腫瘍を捕捉できない。アーキテクチャ。一方、動物モデルは高価で、遅く、倫理的に問題があり、一般的に、ヒト腫瘍の状態を要約する能力にも欠点があります。その結果、3Dスフェロイドは、ほとんどの固形癌9、11、12、13、および幅広い特性の研究において中間複雑性モデルとして適用されている。14,15,16,17.
3Dスフェロイドの広く採用されている使用は、抗癌治療の有効性9、18、19、20のスクリーニングアッセイにあります。治療応答は、薬物送達に対する拷問、制限拡散、高い間質圧、酸性環境pHの薬物送達への影響、低酸素症および他の影響の両方を反映して、腫瘍微小環境に特に敏感である。細胞死応答9,17に関する微小環境の態様。3Dスフェロイド内の環境は、これらの特性のすべてが本質的に発達するので、3D細胞培養物を採用し、結果を生体内条件に大幅に改善し、同時に、正味成長の効率的で手頃な価格のハイスループットスクリーニングを可能にします。しかし、癌細胞の薬物応答に関する研究の大半は、依然として2D条件下で行われている。これは、一部のアッセイが3D細胞培養に比較的容易に実装できる一方で、生存率アッセイ、ウェスタンブロッティング、免疫蛍光分析などの多くが、3Dよりも2Dではるかに便利に行われていることを反映している可能性があります。
本研究の目的は、抗癌剤による治療が癌細胞の生存率および生存に及ぼす効果を3D腫瘍模倣設定で容易に分析するための容易なアッセイと正確なプロトコルを提供することである。具体的には、スフェロイド形成に関する3つの異なる方法を提供し、比較し、続いて成長、生存率、薬物応答の定性的および定量的分析の方法を提供し、比較する。
1. スフェロイドの生成
2. スフェロイドの薬物治療
注:長期薬物治療は、目的の薬物の効果をスクリーニングするためにスフェロイドに適用することができる。薬物治療を開始する前に、実験治療のための適切な用量を見つけるために、薬物の用量応答実験を行うことをお勧めします。用量は、薬物の決定されたIC50/Kiに基づいており、この値の約0.2x-10倍の範囲である必要があります。
3. スフェロイドの細胞生存率アッセイ
4. 3Dスフェロイド培養物からの西洋ブロッティング用タンパク質リサテスの準備
注:スフェロイドを収集するときは、P200ピペットを使用し、より大きな開口部を可能にするために先端の端をカットし、したがって、その構造を妨げることなく、スフェロイドの簡単なキャプチャを行うことをお勧めします。
5. ヨウ化プロピジウム(PI)スフェロイド染色
6. 3Dスフェロイドの埋め込み
図1A及び図1Bに概略的に示したスフェロイド形成プロトコルに基づくスフェロイド成長アッセイは、3D腫瘍における抗癌剤治療の効果を分析するための出発点として用いた。模倣設定。スフェロイドが形成される容易さは細胞株特異的であり、一部の細胞株は一貫性のあるスフェロイド22を形成するためにr...
3D癌細胞スフェロイドの使用は、抗癌剤スクリーニングのためだけでなく、腫瘍内のものを模倣する条件下で癌細胞死と生存率の調節に機械的な洞察を得るための貴重で汎用性の高いツールを証明しています。マイクロ環境。これは、化学療法薬のアクセシビリティ、細胞取り込み、および細胞内効果が、pH、酸素張力、拷問性、および物理的および物理的および腫瘍内の物理化学的状態によ...
著者は利益相反を宣言しない。
私たちは、優れた技術支援を受けたカトリーヌ・フランクリン・マークとアネット・バルテルスと、図1Dで実験を行ったアスビョーン・ノハル・ニールセンに感謝しています。この作品は、アイナー・ウィラムセン財団、ノボ・ノルディスク財団、フォンダシオン・ジュチュム(すべてSFP)によって資金提供されました。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2-(4-amidinophenyl)-1H-indole-6-carboxamidine (DAPI) | Invitrogen | # C10595 | For staining nuclei |
5-Fluorouracil (5-FU) | Sigma-Aldrich | #F6627 | Component in chemotherapeutic treatment |
5-(N-ethyl-isopropyl) amiloride (EIPA) | Life Technologies | #E3111 | Inhibitor of NHE1 |
Antibody against PARP and cPARP | Cell signaling | #9542 | Used in western blotting |
Antibody against Ki-67 | Cell signaling | #9449 | Used for IHC |
Antibody against p53 | Cell Signaling | #2524 | Used for IHC |
Antibody against β-actin | Sigma | A5441 | Used in western blotting |
Bactoagar | BD Bioscience | #214010 | Used for agarose gel preparation |
Benchmark protein ladder | Invitrogen | #10747-012 | Used for SDS-PAGE |
Bio-Rad DC Protein Assay kit | Bio-Rad Laboratories | #500-0113, #500-0114, #500-0115 | Used for protein determination from lysates |
Bürker chamber | Marienfeld | 610311 | For cell counting |
BX63 epifluoresence microscope | Olympus | Used for fluorescent imaging | |
CellTiter-Glo 3D Cell Viability Assay | Promega | #G9681 | Used for the cell viability assay |
Cisplatin | Sigma-Aldrich | #P4394 | Component in chemotherapeutic treatment |
Corning Spheroid Microplate, 96 well, Black with clear round bottom, Ultra-low attachment, With lid, Sterile | Corning | #4520 | Used for growing spheroids with luminescence measurements as end point |
Corning 96 well, clear round bottom, Ultra-low attachment microplate, With lid, Sterile | Corning | #7007 | Sufficient for spheroid growth without luminescence measurements as end point |
Criterion TGX Precast Gels | Bio-Rad | 5671025 | Used for SDS-PAGE |
Doxorubicin | Abcam | #120629 | Component in chemotherapeutic treatment |
FLUOStar Optima Microplate reader | BMG Labtech | Used for recording luminescence | |
Formaldehyde | VWR Chemicals | #9713.1000 | Used for cell fixation |
Geltrex LDEV-Free Reduced Growth Factor Basement Membrane Matrix | Gibco | #A1413202 | Keep at 4 °C to prevent solidification. Referred to as rBM in the protocol. |
Heat-inactivated FBS | Sigma | #F9665 | Serum for growth media |
ImageJ | NIH | Scientific Image analysis | |
Medim Uni-safe casette | Medim Histotechnologie | 10-0114 | Used for storage of embedded spheroids |
Mini protease inhibitor cocktail tablets | Roche Diagnostics GmBH | # 11836153001 | Used for lysis buffer preparation |
MZ16 microscope | Leica | Used for light microscopic images | |
NuPAGE LDS 4x Sample Buffer | Invitrogen | #NP0007 | Used for western blotting |
Pierce ECL Western blotting substrate | Thermo scientific | #32106 | Used for western blotting |
Ponceau S | Sigma-Aldrich | #P7170-1L | Used for protein band staining |
Prism 6.0 | Graphpad | Scientific graphing and statistical software | |
Propidium iodide (1mg/ml solution in water) | Invitrogen | P3566 | Light sensitive |
Sterile reservoirs, multichannel | SPL lifesciences | 21002 | Used for seeding cells for spheroid formation |
Superfrost Ultra-Plus Adhesion slide | Menzel-Gläser | #J3800AMNZ | Microscope glass slide used for embedding |
Tamoxifen | Sigma-Aldrich | #T5648 | Used as chemotherapeutic treatment |
Trans-blot Turbo 0.2 µm nitrocellulose membranes | Bio-Rad | #170-4159 | Used for western blotting |
Tris/Glycine/SDS running buffer | Bio-Rad | #161 0732 | Used for SDS-PAGE |
Trypsin-EDTA solution | Sigma | #T4174 | Cell dissociation enzyme |
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