3 차원 (3D) 모델을 사용하여 유방암 세포 침윤의 정량화

요약

이 문서는 유방암 세포의 침입을 정량화하는 3 차원 (3D) 분석의 사용에 대한 자세한 방법을 제공합니다. 특히, 우리는 세포가 침입 할 때 발생하는 멤브레인 무결성의 손실을 검사하는 등의 분석을 설정하는 데 필요한 절차, 정량화 및 데이터 분석뿐만 아니라 방법에 대해 설명합니다.

초록

그것은 지금 잘 세포 및 조직 미세 종양의 개시 및 진행에 영향을 미치는 중요한 규제 것으로 알려져있다. 또한, 세포 외 기질 (ECM)는 생체 내에서의 문화와 항상성에있는 세포 행동의 중요한 조절기로 입증되었습니다. 이차원 (2D)에서 세포를 배양의 현재의 접근 방식, 그리고 그들의 세포 미세 환경 간의 복잡한 상호 작용의 교란 및 손실 플라스틱 표면 결과. 3 차원 (3D) 배양 분석의 사용을 통해, 세포 미세 환경 상호 작용을위한 조건은 생체 내 미세 환경을 닮은 확립된다. 이 문서는 주변 환경에 세포 침략의 평가에 3D 문화의 가능성을 예시, 3D 지하 막 단백질 매트릭스에서 유방암 세포를 성장하기위한 세부 방법론을 제공합니다. 또, 이러한 3D 분석법은 molec 신호의 손실을 검사 할 가능성이있는 방법을 논의절차를 면역 염색에서 상피 형태를 조절 ules. 이러한 연구는 유방암의 확산에 필요한 침입을 조절 공정에 중요한 기계적 세부 사항을 확인하는 데 도움.

서문

마이그레이션 및 개인 또는 집단 세포의 침윤 암의 두 가지 특징입니다, 암세포 ^1-4의 전이성 확산에 필요합니다. 전이를 개시하는 암 세포의 능력은 이주 및 세포의 기저막을 저하 invadopodia를 사용하여 인접 조직으로 침입하는 그들의 능력에 달려있다. Invadopodia 행렬 분해하는 프로 테아 제 ^5의 출시를 통해 세포 외 기질의 분해를 가능하게 동적 말라 풍부한 매트릭스 분해 돌출부이다. 암 세포 침윤은 암 세포의 이주 다음 행렬의 저하를 수반하고이를 3 차원 (3D) ^행렬이 환경의 재구성을 수반한다. 따라서, 매트릭스를 통해 침투, 세포는 그 모양을 변형하고, 세포 외 기질 (ECM) ^2와 상호 작용해야합니다.

유방 조직의 무결성을 유지 단단히 관제사,에 따라 달라집니다세포-ECM과 세포 - 세포 접착 접합 유전자 발현 및 상피 극성의 중단에 영향을 미치는 때문에 D 조직 구조는 암 ^6-10의 발병으로 이어질 수 있습니다. 그러나, 트랜스 웰 챔버 분석이나 상처 스크래치 분석 등 대부분의 생체 외 마이그레이션 및 침입 분석은 2 차원 (2D)이며, 따라서 이러한 세포와 그 인접 환경 ^3,6,8,11-14 사이의 복잡한 상호 작용을 무시. 세포 형태의 변화, 세포 분화, 세포 매트릭스 유착과 유전자 발현 패턴을 포함하여 상당한 형태 학적 및 기능적 다양성은 일반적으로 ^2,6,8,11을 분석 차원에서 부족한 3D 배양 세포를 배양하여 검출되었다. 따라서, 진료소 ^6-10에 기초 연구에서 획기적인 연구 결과의 더 나은 번역을 선도, 3D 분석의 생체 내 조건에서 더 많은 생리를 recapitulating에 크게 도움이됩니다 사용합니다. 그러나, 주목해야, 3 차원 배양을 이용하여 얻은 많은 장점에도 불구하고,이 모델은 다양한 세포 유형을 포함 생체 내 종양 미세 환경의 복잡성 모두를 캡처 할 수있다. 그러나, 3D 모델로 간질 세포를 포함 할 수있다 (예를 들어, 섬유 아세포, 백혈구 및 대 식세포) 암 세포 부착 및 침윤 ^15-17에서 종양 - 기질 상호 작용의 효과를 연구한다.

이러한 라미닌 및 콜라겐 ECM 단백질이있을 때 문화의 유방 상피 세포가 가장 효율적으로 성장한다. 이 알려진으로, 상업적으로 이용 가능한 매트릭스 혼합물 Engelbreth-홀름 - 스웜 (EHS) 쥐의 종양에서 파생되어 리겔 기저막 매트릭스 ^2,8로 알려져있다. 기술의 수는 기저막 매트릭스 ^2,8 차원의 식민지로 상피 세포 성장하기 위해 설립되었다. 3D 기저막 행렬 모델은 악성 및 비 악성 둘 유방암 세포를 확립하기위한 효과적인성장, 생체 내 환경 ^{(18, 19)에서} 발생되는 것을 닮은. MCF10A 세포는 비 악성 유방 상피 세포이다. 기저막 매트릭스에서 성장하는 경우, 이들 세포는 정상적인 유방 세포의 생체 내 특성의 전시 및 세포 증식, 세포 편광 및 루멘 공간 ^8,12,20을 확립 아폽토시스를 조절 겪는다. 또한, 3 차원 배양을 형성 MCF10A 꽈리 세포의 세포 핵의 외관은 더 가깝게 조직 유선 상피 세포들 ^(21)에서 단층 배양에 비해 유사. 비셀 및 동료에 의해 연구는 악성 세포가 매우 무질서 표현형을 표시하기 때문에, 라미닌이 풍부한 환경에서 성장 확산을 증가, 감소하면 악성 유방 세포가 아닌 악성 유방 세포에서 분화 될 수 있다는 것을 나타 내기 위해 최초로 세포 - 투 - 세포 부착, 증가 간충직 마커의 발현 및 침입 구조 수의 증가는 ^{3,6,2 형성된}2.

셀 환경의 이상이 종양 형성 ^{(20)에 영향을} 미칠 수있다. 3D 배양법 효과적으로 종양 세포와 그 주변 환경 사이에서 발생하는 통신을 연구하는 방법과이 단백질의 발현에 영향 같은 통신 ^{14,20,21,23를} 결정하는데 사용될 수있다. 이 ^{문서에서는,} 침입을 분석하는 3 차원의 문화에서 MDA-MB-231 유방암 세포 성장을, 그리고 상피 마커 라미닌, 세포 기저막 ^18,19,24의 구성 요소를 사용하여 상피 형태의 손실을 연구하는 자세한 방법을 제공합니다 ^25. 자세한 절차는 정확하고 재현성있는 침습성 암 세포에 의해 방사상 (침습) 구조의 형성을 정량화하고 MDA-MB-231, Hs578T, MCF-7 또는 T47D 같은 일반적인 유방암 세포주 (에 제한되지 않는 기능을 제공한다 ). 따라서,이 분석은 방법으로 단백질의 세포에서 발현 또는 치료를 평가하기위한 플랫폼 역할을 할 수 있습니다 프로 또는 안티 -침략 화합물은 하나 또는 여러 개의 세포, 세포 외 기질의 분해를 조절한다.

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프로토콜

지하 막 매트릭스에있는 유방암 세포의 1. 입체 문화 (매립 기술)

1. 취급 리겔 기저막 매트릭스 : 4 ℃에서 하룻밤 얼음 해동 기저막 매트릭스는 저온에서 액체이지만, 실온에서 고체화. 얼음 (그림 1A-B)에 지하 막 매트릭스를 유지합니다.
2. 나선형 패턴 (그림 1C)에서 P-200 Pipetman의 끝 부분을 사용하여 확산 매트릭스에 의한 기저막 행렬의 50 μL와 공 초점 1 번 유리 바닥 접시를 커버. 기포의 형성을 피하기 위하여 기저막 매트릭스 확산 때는주의. 마찬가지로, 메 니스 커스의 형성을 방지하기 위해 유리 바닥 접시의 테두리에 닫 행렬을 확산하지 마십시오. 미숙 한 처리 기저막 행렬은, 다음 얼음에있을 수 있습니다 요리, P-200 Pipetman과 피펫을 예비 냉각하는 경우 (또는 4 ° C에서 냉장고에 하룻밤 왼쪽). 이 단계 제공응고하기 전에 지하 막 매트릭스를 확산하기위한 추가 시간. (그림 1D)를 응고 기저막 행렬을 사용하려면 적어도 30 분 (5 % CO _2와 37 ° C에서) 세포 배양 인큐베이터에서 접시 (들)를 놓습니다.
3. 행렬이 응고가 진행되는 동안, 세포의 70 ~ 80 % 년 합류 100 mm 플레이트를 Trypsinize. 세포는 플레이트의 리프트 오프 시작한 후에 트립신 (도 1E)를 불 활성화, 10 % (v / v) 소 태아 혈청 (FBS)을 함유하는 RPMI 1640 배지 10 ㎖에서 그들을 재현 탁. 그런 다음 15 ML 원뿔 관 (그림 1 층)에 재현 탁 세포를 전송합니다.
4. 전용 세포 배양 원심 분리기 (그림 1G-H)의 3 분 100 XG에서 (원뿔 튜브에 존재) 세포를 스핀.
5. 세포가 아래로 회전하는 동안, 1 ML의 microcentrifuge 관 (참고로 나누어지는 행렬의 50 μl를 각 유리 바닥 요리는 하나의 microcentrifuge 관을 할당, 따라서, 경우실험은 3 접시를 필요로 다음)는 3 마이크로 원심 튜브뿐만 아니라 필요한 것을 다음, 다음 얼음 (그림 1B)에 튜브를 배치합니다.
6. (그림 1I) 방해받지 펠렛을 떠나는 동안, 단계 1.4에서 원뿔 튜브에서 매체를 대기음. 를 Resuspend 세포는 FBS 첨가 된 RPMI 배지 (그림 1J) 1 ㎖에 (아래로 회전되어 있는지).
7. 세포를 마이크로 원심 튜브에 혈구 (도 1K), 또는 세포 입자 계수기 분취 액 2.5 × ¹⁰⁴ 세포를 사용하여 계산하고 50 μL (도 1L)의 총 부피를 얻도록 적절한 매체를 사용하여 그 위에되면.
8. 1:1 비율의 단계 1.5 매트릭스 함유 microcentrifuge 관으로 단계 1.7 (50 μL에서 25,000 세포)에서 세포를 혼합; 최종 부피는 100 μL (그림 1M)입니다.
9. 의에 단계 1.8에서 세포 혼합물을 부드럽게 매트릭스의 100 μl를 접시단계 1.2 (그림 1N)에서 olidified 기저막 매트릭스 코팅 접시. 세포 기저막 매트릭스에 내장 될 수 있도록이를 허용한다.
10. (5 % CO _2와 37 ° C에서) 세포 배양 인큐베이터에 접시 (들)를 전송하고 매트릭스 수 : 세포의 혼합물은 적어도 30 분 동안 응고.
11. 매트릭스는 일단 : 세포 혼합물을 응고, 접시 (그림 -10)에 FBS 첨가 된 RPMI 매체의 2 ㎖를 추가하고 실험 (그림 1 P)의 나머지 저장 될 인큐베이터를 접시를 철회.
12. (분석 필요에 따라 또는, MDA-MB-231 세포에 대한 분석의 기간은 길이 5 일) 오일의 기간 동안 매일 미디어를 변경합니다.
13. 광학 현미경을 사용하여, 미분 간섭 대비 지하 막 매트릭스 (그림 3A)에 현탁 MDA-MB-231 식민지의 (DIC) 이미지를 가지고. 이미지 20 대표 지역 10X 목적에서 하루에 한 번오일은 식민지 형태 형성 (그림 3C)을 결정하는 데 필요한 권한입니다.
14. 세포 식민지 별 모양의 형성 (그림 3B)를 결정하기 위해 맹목적으로 이미지를 분석합니다. 콜로니 셀 타원체에서 하나 이상의 돌출부가 인식되는 경우에 방사상으로 간주된다. 침략 별 모양의 식민지의 비율을 결정하는 인수 이미지 당 세포 식민지의 총 개수로 별 모양의 식민지의 수를 분할 한 다음 매일 20 개의 이미지의 별 모양의 식민지 비율을 평균.

도 1. 기저막 매트릭스 (매립 기술)에서 MDA-MB-231 유방암 세포의 3 차원 배양을. AB) 흄 후드에서 수행 된 실험 장치 () 코팅 유리 바닥 요리. C) 우물의 개략도기저막 행렬의 50 μl를 적어도 30 분 동안 응고 행렬을 허용하기 위해 5 % CO _2)와 37 ° C에서 (세포 배양 인큐베이터에 배치. D) 접시 (들)와 함께. E) 세포를 트립신. F에게 ) 세포는 원뿔 튜브에 존재. GH) 세포 ()가 조직 문화 원심 분리기에서 3 분 100 XG에 스핀 다운 된 15 ML 원뿔 관에 재현 탁 하였다. I) 세포 펠렛 스핀 다운되었습니다. J) 세포 () FBS 보충 된 RPMI 배지 1 ㎖ 중에 재현 탁 하였다. K) 세포는 혈구. L을 이용하여 계산 하였다) 마이크로 원심 관에 분주하고 50 ㎕의 총 부피를 얻도록 적절한 매체를 사용하여 얹어 2.5 × ¹⁰⁴ 세포. M ) 1:1 비율의 단계 1.5 매트릭스 함유 microcentrifuge 관과 단계 1.7 (50 μL에서 25,000 세포)에서 세포를 혼합; 최종 부피는 100 μ 될 것입니다.. 세포 혼합물을 응고에 FBS 첨가 된 RPMI 매체의 2 ㎖를 추가 행렬이되면) 단계 1.2에서 응고 매트릭스 코팅 접시 O에 8 단계에서 세포 혼합물 :; L N)을 조심스럽게 매트릭스의 100 μl를 접시 요리. P)은 실험의 나머지 저장 될 인큐베이터에서 접시를 놓습니다.

면역 형광와 3D 문화의 형태 형성의 특징 2. 시험

1. 접시 (들)를 복용하기 전에 (그림 2A), 80 % 메탄올 (정착액 솔루션), 3 % 소 혈청 알부민 (차단 솔루션 BSA) : 얼음 트레이, 차가운 인산 완충 용액 (PBS), 20 % 아세톤을 설정 인큐베이터에서.
2. 얼음 트레이와 대기음 미디어의 요리 (들)를 배치하고 차가운 PBS 2 ㎖ (그림 2B)와 3 배를 세척한다.
3. 마지막 PBS 세척이 흡입되면, 20 % 아세톤 2 ㎖를 추가 요리 (들) (그림 2C에 80 % 메탄올 용액 룽 4 ° C (얼음이나 냉장고에 하나) (그림 2D)에서 20 분 동안 세포를 고정합니다.
4. 고정의 20 분이 종료되면, 상온에서 음식을 다시 가져 정착액을 대기음, 이후 PBS로 3 회 세척한다. 최종 PBS 세척을 흡입하면, 실내 온도 (그림 2E)에 적어도 30 분 동안 차단 요리 (들)에 3 % BSA 2 ㎖를 추가합니다.
5. 블로킹주기 동안 차단 완충액 3 % 소 혈청 알부민 (BSA)에 용해 된 (적절한 희석) 차 (라미닌의 V 1:100) 및 이차 항체의 희석액을 제조. 세포 혼합물 : 'BSA + 차 항체'솔루션 μL 400 ~ 500 행렬에 직접 추가해야합니다 유의하십시오.
6. 차단의 30 분이 만료되면, 기본 항체를 추가하고 실내 온도 (그림 2 층)에서 적어도 1 시간 동안 배양한다. 더 PBS 세척은 30 분 렸네 다음 수행되지 않도록주의하시기 바랍니다G 기간.
7. 2.6 단계가 완료되면, 'BSA + 차 항체'솔루션을 제거하고, PBS로 3 회 세척한다.
8. 직접 행렬에 (적절한 희석) 3 % ​​BSA에 용해 차 항체를 추가 세포 혼합물, 요리를 커버하고 실내 온도 (그림 2G)에서 1 시간 동안 배양한다.
9. 'BSA + 이차 항체'솔루션을 제거하고 PBS로 3 회 세척한다.
10. 핵 염색을 위해 PBS에 용해 훽스트 33258 (1:10,000) 2 ㎖를 추가하고, 알루미늄 호일에서 5 분 동안 품어 (또는 광표백을 제한하는 불투명 한 용기 커버) (그림 2H).
11. 헥스의 3만3천2백58톤와 배양의 5 분이 만료 한 후, PBS로 (들) 배를 접시를 씻으십시오.
12. 직접 행렬에 설치 매체를 추가 공 초점 접시에 세포 혼합물 기저막 마트에서 식민지의 무결성에 어떤 혼란을 유도 방지하기 위해주의 깊게 유리 커버 슬립 커버X : 세포 혼합물 (그림 2I).
13. 요리 (들)은 실내 온도 (그림 2I)에서 하룻밤 (또는 24 시간)을 건조 할 수 있습니다. 일단 건조, 요리 (들)은 -20 ° C에 저장 될 수 있지만, 그것은 매우 그들은 가능​​한 한 빨리 군데 것이 좋습니다.
14. (그림 3D-E) 사용하는 항체의 적절한 레이저 파장 형광 현미경을 사용하여 이미지를 획득.

면역에 의해 3D 문화의 그림 2. 시험. .) 실험 장치의 개략도 B) 접시 (들) 얼음 지대에 놓인 미디어는 흡입; .이어서 세포를 냉 PBS 2 ㎖ C) 2 ㎖의 20 % 아세톤으로 3 회 세척 하였다 :. 80 % 메탄올 용액 D)을 위해 세포를 수정 접시 (ES)에 첨가4 ° C에서 (어느 얼음에, 또는 냉장고에서) 20 분. E)은 3 % BSA의 2 ㎖를 실온에서 적어도 30 분 동안 차단 요리 (들)에 추가됩니다. F) 30 분의 일단 차단이 만료, 기본 항체를 추가하고 실온에서 1 시간 이상 동안 품어 G)는 () 적절한 희석에 3 % BSA에 용해 차 항체는 기저막 행렬에 직접 추가되었습니다. 세포 혼합물; .이어서 요리 덮고 실온에서 1 시간 동안 인큐베이션 H) 훽스트 2 ㎖ (1:10,000; PBS에 용해) 알루미늄 호일하에 5 분 동안 인큐베이션 dishe (ES) 세포에 첨가 I) 실장 배지에 직접 첨가. 매트릭스에 : 공 초점 접시와 접시에 세포 혼합물을 유리 커버 슬립으로 덮여있다. 접시 (들)은 실온에서 하룻밤 (또는 24 시간)을 건조 왼쪽.

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결과

3D 행렬에 침입하는 MDA-MB-231 세포의 예는도 3C에 도시되어있다. 세포는 매트릭스 (1 일)에 포함하고, 3 일에 의해 침략 (별 모양) 구조를 형성하기 시작하고, 완전 5 일 (그림 3C)에 의해 매트릭스에 침투하고 있습니다. 형성 성상 식민지의 수는 계산하고, (침습적 및 비 침습적) 접시 당 콜로니의 총 수의 백분율로 표시됩니다. 측정이 5 일 동안 매일 수행하고 있기 때문에 또한...

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토론

3D 세포 배양 기술의 개발은 연구자주세요 극적인 형태 학적 변화를 시각화 할 수 있도록, 유방 상피 세포의 변화를 연구 할 수있다. 세포 침윤을 분석 외에, 단일 또는 다세포 유방 상피 세포 접착 상체는, 증식, 크기 및 기저 혀끝 극성의 변화를 평가하기 위해 사용될 수있다. 세포가 ECM ^(8)과 겹쳐있다 이전에보고 된 방법과는 대조적으로, 우리의 방법은 정량 할 다 방향 침입을 허용 ECM

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자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
1.5 ml tubes	VWR	CA10011-700	Sterile, disposable
100-mm culture dish BD353003	VWR	CABD353003	Sterile, disposable
15 ml Falcon tube	VWR	CA21008-918	Sterile, disposable
1 ml filtered tips	VWR	10011-350	Sterile, disposable
200 μl filtered tips	VWR	22234-016	Sterile, disposable
20 μl filtered tips	VWR	22234-008	Sterile, disposable
35-mm glass-bottomed Confocal No.1 culture dishes	MatTek Corporation	P35G-1.0-14-C	Precooled before use
Bovine serum albumin (BSA)	BioShop	ALB003.100	Used at 3% for IF
Alexa Fluor 488 Goat Anti-Mouse IgG (H+L) Antibody, highly cross-adsorbed	Life Technologies	A11029	1:250 for IF
Alexa Fluor 568 Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) Antibody	Life Technologies	A11011	1:1,200 for IF
Anti-Beta-Catenin	BD Transduction Laboratories	610153	Mouse-monoclonal; Used at 1:100 for IF
Fetal bovine serum (FBS)	Sigma	F1051	Used at 10% (v/v)
Hoechst 33258, Pentahydrate (bis-Benzimide) - 10 mg⁄ml Solution in Water	Life Technologies	H3569	Used at 0.1% (1:10,000 dilution)
InVivo Analyzer Suite	Media Cybernetics		Used for 3D culture imaging (DIC images at 10X and 40X)
Kisspeptin-10 (KP-10)	EZ Biolabs	PT0512100601	Used at 100 nM
Anti-Laminin	Cedarlane	AB19012(CH)	Rabbit-polyclonal full length human; Used at 1:100 for IF
LSM-510 META laser scanning microscope	Zeiss		Used at 63X objective; oil immersion lens
Matrigel phenol red free (BD356237)	VWR	CACB356237	Lot No.2180819; 10.4 mg/ml
Olympus IX-81 microscope	Olympus		Used for 3D culture imaging (DIC images at 10X and 40X)
Penicillin-streptomycin (10,000 U/ml)	Life Technologies	15140-122	Antibiotic (added to media; used at 0.01%)
10 ml pipette	VWR	CA53300-523	Sterile, disposeable
RPMI 1640 Medium with Glutamine	Life Technologies	11875-119	Used for culturing of MDA-MB-231 cells
0.25% Trypsin-EDTA (1x), Phenol Red	Life Technologies	25200-072	Used to trypsinize MDA-MB-231 cells
MEGM (bullet kit): MEBM (CC3151)+Single quots (CC4136)	Lonza	CC-3150	Used for culturing of MCF10A cells