このコンテンツを視聴するには、JoVE 購読が必要です。 サインイン又は無料トライアルを申し込む。
Method Article
* これらの著者は同等に貢献しました
この研究では、2次元(2D)スクラッチ創傷移動アッセイと3次元(3D)スフェロイドスプラウティングアッセイ、およびRNA抽出や免疫細胞化学などのそれぞれのダウンストリーム分析方法が、 in vitroで血管新生を研究するための適切なアッセイとして提示されます。
血管新生は、腫瘍の増殖や血管新生性眼疾患など、体内の生理学的および病理学的プロセスの両方で重要な役割を果たします。根底にある分子メカニズムの詳細な理解と信頼性の高いスクリーニングモデルは、疾患を効果的に標的とし、新しい治療オプションを開発するために不可欠です。血管新生をモデル化するために、制御された環境が提供する機会を利用して、血管新生ドライバーを分子レベルで解明し、治療標的をスクリーニングするために、いくつかの in vitro アッセイが開発されています。
この研究では、ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)を使用して in vitro で血管新生を調査するためのワークフローを示します。2D設定で内皮細胞移動を測定するライブセルイメージングシステムを利用したスクラッチ創傷移動アッセイと、コラーゲンマトリックスによって提供される3D設定で内皮細胞の発芽を評価するスフェロイド発芽アッセイについて詳しく説明します。さらに、トランスクリプトミクス、特に3DセッティングでのRNA抽出や免疫細胞化学などのさらなる分子解析を可能にするためのサンプル調製戦略について概説します。全体として、このフレームワークは、科学者が in vitro 血管新生アッセイにおける科学的調査を追求するための信頼性と汎用性の高いツールセットを提供します。
血管新生は、既存の血管から新しい血管を形成することを指します1、生理学的発達および病理学的状態における重要なプロセスです。これは、網膜2や発生中の中枢神経系3などの代謝活性の高い組織にエネルギーを供給するため、および損傷した組織4の治癒中に不可欠です。一方、異常な血管新生は、多くの病気の基礎となっています。結腸直腸癌や非小細胞肺癌などの固形腫瘍は、血管新生を促進することにより、その成長と必要なエネルギー供給を促進します5。がん以外にも、糖尿病性網膜症や加齢性黄斑変性症などの眼の血管新生疾患は、先進国における失明の主な原因であり、血管の異常な成長に起因します6,7。根底にある病態メカニズムを詳細に理解することは、例えば、血管増殖性眼疾患などの病的状態をより良く制御しながら、創傷治癒において生理学的血管新生をどのように強化できるかを理解するために重要です。
細胞レベルでは、血管内皮細胞は血管新生においてさまざまなシグナル伝達分子によって活性化され、細胞の増殖と移動を開始します8。その後、細胞は階層に組織化され、非増殖性の先端細胞は、発生中の血管分岐8の前縁で糸状仮足を形成する。それに加えて、急速に増殖する茎細胞が先端細胞をたどり、出現する血管の形成に寄与します。続いて、周皮細胞または平滑筋細胞などの他の細胞型が動員され、新生分岐9をさらに安定化させる。
血管内皮細胞レベルでの分子プロセスを探求するために、数多くの in vitro プロトコルが開発され、最近レビューされています10。これらのアッセイは通常、より単純でスケーラブルな2Dアプローチと、より精巧な3Dプロトコルの2つのカテゴリに分類されます。最近のプロジェクトでは、2Dスクラッチ創傷移動アッセイと3Dスフェロイドスプラウティングアッセイ11 との間の包括的な比較分析を実施して、それらの違いの程度と血管新生のさまざまな側面をモデル化する能力を評価しました12。
どちらも信頼性が高く、簡単に実装できるという利点がありますが、分子レベルでは、3Dスフェロイドスプラウティングアッセイは、代謝スイッチや細胞とマトリックスの相互作用など、in vivoデータと比較して血管新生の主要な側面に対処するのに有利でした。in vitro血管新生アッセイは、シグナル伝達経路13の血管調節能の評価や治療薬のスクリーニングに使用されるため、in vitroの結果のin vivo設定への転写性が不可欠です。さらに、制御された条件下での血管新生プロセスの標的調節に対する分子変化を特徴付けるために、RNAおよびタンパク質レベルに関するオミクスベースの分析の機会は、in vivo設定14,15と比較して依然として重要な利点である。
本書では、生細胞イメージング遊走アッセイやスフェロイドスプラウティングアッセイの利用を通じて、トランスクリプトーム解析のためのRNAシーケンシングやタンパク質レベルでの免疫組織化学などの分子解析を含む、血管新生関連の問題を探求するための主要なアッセイを紹介します。
1. HUVEC細胞培養
注:滅菌作業条件(滅菌作業ベンチ)で以下のすべての手順を実行します。
2. スクラッチ創傷移動アッセイ
注:スクラッチ創傷移動アッセイは、完了するまでに3日間の期間が必要です(図1)。無菌作業条件(無菌作業台)で以下のすべての手順を実行します。
3. 2D培養細胞によるRNA抽出
注:滅菌作業条件(滅菌作業ベンチ)でステップ3.3までの次の手順をすべて実行します。
4. 2D培養細胞を用いた免疫細胞化学
注:無菌作業条件(滅菌作業ベンチ)でステップ4.4までの以下のすべての手順を実行します。
5. スフェロイドスプラウティングアッセイ
注:スフェロイド発芽アッセイは、完了までに3日を要します(図2)。無菌作業条件(無菌作業ベンチ)でステップ5.7までの以下のすべての手順を実行します。
6. 3D培養細胞によるRNA抽出
7. 3次元コラーゲンマトリックス中のスフェロイドの免疫細胞化学
8. ヒト網膜微小血管内皮細胞(HRMVECs)
注:記載されているすべてのステップは、微小血管内皮細胞、例えば、ヒト網膜微小血管内皮細胞(HRMVEC)を用いても実施することができる。その場合、培地を10%ウシ胎児血清(FBS)を含む特定の微小血管内皮細胞培地に切り替える必要があり、培養および各アッセイの特定のステップを行う必要があります。HRMVEC特有のアッセイプロトコルの違いを以下に概説します。
移行アッセイでは、t = 0 hの時点で取得された画像を徹底的に調べて、完全に形成された細胞単分子膜の存在がシステムによって正確に検出されることを確認することが重要です(図1B)。さらに、スクラッチボーダーの明瞭さと真直度を確認する必要があります(図1B)。無細胞領域には、破片がほとんどないはずです。アッセイの最後に、例えば25 ng/m...
このレポートでは、 in vitroで血管新生を研究するための機能的および分子的な読み出しを備えたさまざまな手法を紹介しました。
マイグレーションアッセイは、ウェットラボ作業のあらゆる分野で使用される確立された技術です。スクリーニングおよび用量反応実験に適した96ウェルフォーマット、WoundMakerツールによって作成された標準化された再現性のある創...
著者は、このプロジェクトに利益相反がないことを宣言します。
著者は、Sophie Krüger と Gabriele Prinz の優れた技術サポートに感謝します。スフェロイドの芽を定量化するためのImageJプラグインを開発したSebastian Maier氏と、フライブルク大学病院医学部IのLighthouse Core FacilityであるLighthouse Core FacilityのIncuCyteシステムの使用に感謝します。グラフィックは biorender.com で作成されました。この研究は、Deutsche Forschungsgemeinschaft [Bu3135/3-1 + Bu3135/3-2 to F.B]、フライブルク大学アルベルト・ルートヴィヒス大学[Berta-Ottenstein-Program for Clinician Scientists and Advanced Clinician Scientists to F.B.]、Else Kröner-Fresenius-Stiftung [2021_EKEA.80 to F.B.]、German Cancer Consortium [CORTEX fellowship for Clinician Scientists to J.R.]、Volker Homann Stiftung [to J.N.+F.B.]、Freunde der Universitäts-Augenklinik Freiburge.V.」[P.L.へ]
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10x Medium 199 | Sigma-Aldrich | M0650 | |
Alexa Fluor 647-conjugated AffiniPure F(ab)‘2-Fragment | Jackson IR | 115-606-072 | |
Axio Vert. A1 | Zeiss | ||
CapturePro 2.10.0.1 | JENOTIK Optical Systems | ||
Collagen Type 1 rat tail | Corning | 354236 | |
Collagenase D | Roche | 11088858001 | |
Endothelial Cell Basal Medium | Lonza | CC-3156 | EBM |
Endothelial Cell Growth Medium | Lonza | CC-3162 | EGM |
Ethylenediaminetetraacetic acid | Serva | 11290.02 | EDTA |
Fetal bovine serum | Bio&SELL | S 0615 | FBS |
Human Umbilical Vein Endothelial Cells, pooled | Lonza | C2519A | HUVEC |
IncuCyte ImageLock 96-well plates | Sartorius | 4379 | |
Incucyte S3 Live-Cell Analysis System | Sartorius | ||
Methocel | Sigma | m-0512 | |
Microvascular Endothelial Cell Medium with 10% FBS | PB-MH-100-4090-GFP | PELOBiotech | |
NaOH | Carl Roth | P031.2 | |
Phalloidin-Fluorescein Isothiocyanate Labeled (0.5 mg/mL Methanol) | Sigma-Aldrich | P5282-.1MG | Phalloidin-FITC |
Phosphate-buffered saline | Thermo Fisher Scientfic | 14190-094 | PBS |
Primary Human Retinal Microvascular Endothelial Cells | Cell Systems | ACBRI 181 | |
ProLong Glass Antifade Mountant with NucBlue | Invitrogen by ThermoFisher Scientific | 2260939 | |
QIAzol Lysis Reagent | QIAGEN | 79306 | |
recombinant human Vascular Endothelial Growth Factor | PeproTech | 100-20 | VEGF |
Squared petri dish | Greiner | 688102 | |
Trizol | Qiagen | 79306 | |
Trypsin | PAN-Biotec | P10-024100 | |
VEGF-R2 (monoclonal) | ThermoFisher Scientific Inc. | B.309.4 | |
WoundMaker | Sartorius | 4493 |
このJoVE論文のテキスト又は図を再利用するための許可を申請します
許可を申請This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2023 MyJoVE Corporation. All rights reserved