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Method Article
멀티웰 마이크로플레이트를 사용하는 자동화된 해석은 단일 실험에서 다양한 조건의 평가를 허용함으로써 경로 조절기관을 식별하는 데 유리한 접근 방식입니다. 여기에서는 잘 확립된 매크로피노솜 이미징 및 정량화 프로토콜을 96웰 마이크로플레이트 형식으로 조정했으며 멀티 모드 플레이트 판독기를 사용하여 자동화를 위한 포괄적인 개요를 제공합니다.
Macropinocytosis는 세포가 대량 내세포증을 통해 단백질, 병원균 및 세포 파편과 같은 큰 세포외 화물을 내면화할 수 있는 비특이적 유체 상 섭취 경로입니다. 이 통로는 면역 반응과 암 세포 대사의 조절을 포함하여 다양한 세포 프로세스에서 필수적인 역할을 합니다. 생물학적 기능에 있는 이 중요성을 감안할 때, 세포 배양 조건을 검토하는 것은 이 통로의 레귤레이터를 확인하고 새로운 치료 접근의 발견에 이용될 조건을 최적화해서 귀중한 정보를 제공할 수 있습니다. 이 연구는 부착 된 세포에서 매크로 피노키틱 인덱스의 신속한 정량화를 위한 표준 실험실 장비 및 세포 이미징 다중 모드 플레이트 리더를 사용하여 자동화 된 이미징 및 분석 기술을 설명합니다. 자동화된 방법은 고분자 형광 dextran의 섭취를 기반으로 하며 유리 커버립에 장착된 하나의 실험 또는 고정 샘플에서 여러 조건의 평가를 용이하게 하기 위해 96웰 마이크로플레이트에 적용할 수 있다. 이 방법은 재현성을 극대화하고 실험적 변화를 줄이는 동시에 시간 절약과 비용 효율적인 방식을 목표로 합니다.
macropinocytosis의 비 특이적 내세포 통로는 세포세포 액체와 그 성분의 대량 섭취를 통해 영양분, 단백질, 항원 및 병원균을 포함한 다양한 세포 외 구성 요소를 내면화 할 수 있습니다1. 수많은 세포 모형의 생물학을 위해 중요하더라도, 점점, macropinocytosis 통로는 종양 생물학에 있는 필수적인 역할을 하기 위하여 기술됩니다, 여기서, 대식세포 섭취를 통해, 종양 세포는 영양 고갈된 microenvironment2의 존재에서 생존하고 증식할 수 있습니다2,3. 알부민 및 세포 외 매트릭스및 괴사 세포 파편을 포함한 세포 외 거대 분자의 섭취는 거형 및 리소솜 및 리소성 융합 매개화물 이화 이화증4,5,6,7,8을 통해 아미노산, 설탕, 지질 및 뉴클레오티드를 생성하여 바이오매스 생산을위한 대체 영양소 소스를 제공합니다.
거시피노세포증의 유도 및 조절은 복잡하고 세포 상황에 따라 달라질 수 있습니다. 지금까지, 거형피노세포증의 몇몇 유도체가 확인되고 표피 성장인자(EGF), 혈소판 유래 성장인자(PDGF), galectin-3 및 Wnt3A9,10,11,12,13과 같은 리간드를 포함하고 있다. 또한, 종양 미세 환경을 모방하는 배양 조건은 통로의 활성화를 시작할 수 있다. 췌장 덕트 아데노암종 (PDAC) 종양은 특히 암세포와 암 관련 섬유아세포 (CAFs)를 모두 생존을 위한 매크로 피노세포증에 의존하는 아미노산 글루타민을 위해 영양 박탈입니다7,13,14,15. 더욱이, 저산소증 및 산화 스트레스와 같은 종양 응력은, 이 청소 통로를 활성화할 수 있습니다16. 거시화증을 유도할 수 있는 수많은 외외성 인플루언서 외에도, 다양한 세포내 통로가 거시성 형성을 제어한다. 종양 유발 Ras 매개 변환은 대식세포 기계를 시작하기에 충분하며, 다중 암 유형은 종양genic Ras 구동 구성 매크로 피노세포4,5,9,17를 나타낸다. 대안적으로, 야생형 Ras 활성화 및 Ras 독립적인 통로는 암세포및 CAFs10,11,15,18에서 macropinocytosis를 활성화하기 위하여 확인되었습니다. 억제제 처리와 결합하여 다양한 체외 모델을 사용하면 나트륨 수소 교환기, 소형 GTPase Rac1, 인포이티드 3키나제(PI3K), p21 활성화 키나아제(Pak), AMP 활성화 단백질 키나제(AMPK,15,15)를 포함하는 여러 매크로피노시토시스 변조기를 식별하게 되었습니다. . 그러나, 거시적인 세포토증을 조절하는 기술된 요인 및 조건의 무리를 감안할 때, 더 많은 변조기와 자극이 발견되지 않은 채로 남아 있다는 것을 생각할 수 있습니다. 새로운 변조기와 자극의 식별은 단일 실험에서 다양한 조건의 자동화된 평가에 의해 촉진될 수 있다. 이 방법론은 거형 형성에 관련되되거나 이 통로를 표적으로 하는 새로운 작은 분자 또는 생물학의 발견을 허용할 수 있습니다.
여기에서, 우리는 96 웰 마이크로 플레이트 형식 및 자동화된 화상 진찰 및 정량화19,20에 시험관 내암세포증의 정도를 결정하기 위한 우리의 이전에 확립된 프로토콜을 조정했습니다. 본 프로토콜은 형광 현미경 검사법을 기반으로 하며, 이는 시험관 내 및 생체 내에서 거피노세포증을 결정하는 분야에서 표준이 되었으며, 생체 내에서 4,5,6,7,9,9,10,12,12,15,15,17,18, 19,20,21,22. 매크로피노솜은 고분자 량 dextran(즉, 70 kDa)2,3,4,20,21,22,23과 같은 대형 거대 분자를 내면화하는 능력을 통해 다른 내세포 경로와 구별될 수 있다. 따라서, 거시피노솜은 세포외 투여형 형광소-표지70 kDa dextran의 섭취를 통해 정의될 수 있다. 그 결과, 매크로피노시성 소포는 0.2-5 μm에 이르는 크기의 형광 문크타의 세포내 클러스터로 나타납니다. 이러한 말장난은 세포내의 대식세포증의 정도를 결정하기 위해 현미경으로 이미지화되고 이후에 정량화될 수 있다- '대식세포 지수'.
이 프로토콜에서, 표준 실험실 장비를 사용하여 96웰 마이크로 플레이트 및 커버립에 체외에서 부착 된 세포에서 대식체를 시각화하는 필수적인 단계가 설명된다 (그림 1). 또한, 셀 이미징 다중 모드 플레이트 판독기를 이용하여 매크로피노사이클 지수의 이미지 수집 및 정량화를 자동화하는 방향이 제공된다. 이 자동화는 이전에 설명한 프로토콜19,20에 비해 시간, 비용 및 노력을 줄여줍니다. 또한 의도하지 않게 편향된 이미징 수집 및 분석을 방지하여 재현성과 신뢰성을 향상시킵니다. 이 방법은 다른 세포 유형 또는 플레이트 판독기에 쉽게 적응하거나 크기, 숫자 및 위치와 같은 대체 매크로 피노솜 특징을 결정하는 데 활용할 수 있습니다. 본 명세서에 기재된 방법은 거시피노세포증을 유도하는 세포 배양 조건의 선별, 새로운 변조기의 식별 또는 알려진 억제제의 약물 농도의 최적화에 특히 적합하다.
그림 1: 고동체 세포의 '대식세포 지수'를 결정하는 자동화된 분석의 회로도. BioRender를 사용하여 생성되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
1. 재료 의 준비
2. 세포 준비
3. 매크로 피노솜 라벨
그림 2: 실리콘 이졸기를 장착한 현미경 슬라이드에 커버립을 배치합니다. (B) 전체 현미경 슬라이드는 총 3개의 개소기로 채워질 수 있으며, 그 결과 커버립의 간격과 재현 가능한 국소화를 초래할 수 있습니다. (C) 각 커버슬립에 대해, 이솔레이터의 열린 공간 내에서 현미경 슬라이드에 형광 장착 매체한방울을 추가한다. (D) 집게를 사용하여 24웰 플레이트에서 커버슬립을 집어 들고 마운팅 미디어의 드롭에 거꾸로 놓습니다. (E) 커버슬립과 현미경 슬라이드 사이에 거품이 있을 때, 닫힌 포셉을 사용하여 커버슬립을 부드럽게 탭하여 거품을 제거합니다. BioRender를 사용하여 생성되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 고정을 준비하기 위해 96웰 마이크로 플레이트를 헹구세요. (A) 수동으로 깜박임으로써 용지의 마이크로 플레이트를 5 L 비커로 비웁니다. (B) 수직및 약간의 각도로, 얼음차가운 PBS로 채워진 2 L 비커에 마이크로 플레이트를 천천히 잠급니다. (C) 수동으로 깜박임으로써 PBS의 마이크로 플레이트를 5 L 비커로 비웁니다. B 에 설명된 대로 세척 단계를 두 번 반복합니다. (D) 마지막으로 마이크로 플레이트에서 PBS를 비우고 나서, 멀티채널 파이펫을 사용하여 우물에 100 μL 3.7%의 포름알데히드를 추가한다. BioRender를 사용하여 생성되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
4. 자동 매크로 피노솜 이미징
거형의 이미지는 이전에 설명된 바와 같이 표준 형광 현미경을 사용하여 캡처될 수 있다19,20. 그러나, 이러한 절차는 자동화를 통해 효율성의 관점에서 개선 될 수있다, 특히 수많은 다른 세포 배양 조건을 평가할 때. 이미지 수집의 자동화는 세포 이미징 멀티 모드 플레이트 판독기를 통해 달성될 수 있으며, 이는 처리 절차를 줄임으로써 노력을 줄이고, 중요한 것은 편견없는 방식으로 이미지를 획득하여 데이터 재현성과 신뢰성을 증가시킨다는 것입니다. 여러 이미징 시스템이 시판되고 방향은 계측기마다 다릅니다. 여기서, Cytation 5를 사용하여 이미지를 획득하는 것이 설명된다. 그러나 아래 프로토콜은 다음 지침을 준수하여 각 개별 계측기에 맞게 조정할 수 있습니다.
도 4: 이미지 수집을 위한 조건의 최적화. (A) 글리세롤 농도를 증가시켜 EGF로 처리된 AsPC-1 세포에서 결정된 바와 같이 TMR-dextran 형광이 증가한다. (B) 커버립 포맷이 있는 24웰 플레이트를 사용할 때 자동 이미지 수집을 위한 이미징 비콘의 예 좌표. 막대 그래프는 5개의 실험의 SEM을 가진 평균 상대형광을 보여줍니다. 통계적 유의성은 PBS에 비해 양방향 ANOVA에 의해 결정되었다. ** p < 0.01; p < 0.001. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 5: PDAC 세포에서 거시피노세포증을 평가하기 위한 제어 조건. (A) AsPC-1 세포는 24시간 동안 100 ng/mL EGF 자극에 반응하여 매크로피노시토시스를 표시한다. 이미지 수집의 경우 4 x 4, 3 x 3, 2 x 3 또는 2 x 2의 액자가 촬영되어 데이터 품질에 대한 사진 수의 영향을 결정했습니다. (B) MIA PaCa-2 세포는 75 μM EIPA 또는 10 μM EHop-016을 가진 2-h 처리로 30 분 처리에 의해 억제되는 구성적인 macropinocytosis를 보여줍니다. 사진 프레임은 A에서와 같이 촬영되었습니다. 스케일 바 = 25 μm. 막대 그래프는 4개의 복제를 가진 1개의 실험의 SD를 가진 평균 상대 적인 매크로피노사이클 인덱스를 보여줍니다. 통계적 유의성은 +Q 또는 차량 상태에 비해 양방향 ANOVA에 의해 결정되었다. p < 0.001 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
5. 매크로피노사이클 지수 결정
'매크로피노키틱 지수'는 현미경 이미징19를 사용하여 세포당 형광 dextran 섭취량을 정량화하여 결정되는 세포 매크로 피노키토시스의 정도이다. 이를 위해, 획득된 심상은 DAPI 염색에 의해 결정된 총 형광 강도 또는 형광 양성 영역 및 총 세포 수를 측정하여 내면화된 덱스의 양을 결정하는 데 사용된다. 이러한 분석은 이전에 설명된 바와 같이 셀 프로파일러 또는 FIJI/ImageJ와 같은 오픈 소스 이미지 처리 및 분석 소프트웨어로 수행될 수 있다19,20. 그러나 다중 모드 플레이트 판독기와 함께 작업할 때 계측기와 함께 제공된 소프트웨어에는 대식세포 인덱스를 계산하기 위해 사용될 수 있는 내장 분석 응용 프로그램이 포함될 수 있다. 경우에 따라 기본 제공 소프트웨어 분석 파이프라인이 사용자에게 완전히 명확하지 않을 수 있습니다. 따라서 셀 프로파일러 또는 FIJI/ImageJ와 같은 자동화되지 않은 절차와 비교하여 초기 단계에서 소프트웨어의 유효성을 검사하는 것이 좋습니다. 이 프로토콜은 다음과 같은 일반적인 지침을 준수하여 다른 이미지 처리 및 분석 소프트웨어 도구에 맞게 조정할 수 있습니다.
6. 트리트먼트 추가
세포 치료 (소분자, 생물학적 제제, 성장 인자, 대사 산물 등)는 프로토콜의 모든 단계에서 통합 될 수 있으며 정확한 타이밍은 연구의 목표와 목표에 따라 달라집니다.
그림 6: 거시화 억제제에 대한 용량 반응 곡선을 수행. 새로운 세포주에서 알려진 매크로피노세포증 억제제를 시험할 때 얻어진 예데이터. PATU8998T 세포는 96웰 마이크로플레이트 포맷을 위해 사용되었고( A) EHop-16 및 (B) EIPA의 표시 농도로 2h 및 30분 동안 처리되었다. Gen5 소프트웨어 또는 ImageJ에 의해 이미지 분석을 통해 얻은 결과를 비교하면 ns(A)로 표시된 두 접근 방식 간에 큰 차이가 없습니다. 스케일 바 = 25 μm. 막대 그래프는 복제 4개를 가진 단일 실험의 평균 및 SD를 보여 준다. 통계적 유의성은 치료되지 않은 조건에 비해 1-또는 양방향 ANOVA에 의해 결정되었다. * p < 0.05; p < 0.001. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
전술한 프로토콜의 단계 및 조정이 그에 따라 따를 때, 최종 실험 결과는 연구된 세포 배양 조건 또는 억제제가 관심 있는 세포주에서 거체피노세포증을 유도하거나 감소시키는지에 대한 정보를 제공해야 한다. 이러한 발견의 타당성을 강화하기 위해 제어 조건을 포함하면 실험이 성공적으로 완료되었는지 여부를 결정할 수 있습니다. 매크로피노세포증 유도 컨트롤은 상대적인 수준의 대시노세?...
실험 및 데이터 수집의 품질은 시약의 품질, 설정 최적화 및 커버립 및 마이크로 플레이트의 청결에 따라 크게 달라집니다. 최종 결과는 복제 간에 최소한의 변형을 제공해야 합니다. 그러나 생물학적 변이는 자연적으로 발생하거나 여러 가지 요인에 의해 발생할 수 있습니다. 세포 밀도는 세포가 거시세포증 유도제 또는 억제제에 다소 반응하도록 원인이 될 수 있다. 따라서 프로토콜에서 제안된...
C.C.'암 진단, 치료제 및 약물 발견'이라는 제목의 특허의 발명가입니다.' 특허 번호: 9,983,194.
이 작품은 NIH/NCI 보조금(R01CA207189, R21CA243701)이 C.C KMO.G.에 지원하여 TRDRP 박사 후 펠로우십 어워드(T30FT0952)의 수상자입니다. BioTek Cytation 5는 NCI 암 센터 지원 보조금 (P30 CA030199)으로부터 재정 지원을받는 샌포드 번햄 프리비스 세포 이미징 코어의 일부입니다. 그림 1-3은 BioRender를 사용하여 만들어졌습니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.25% Trypsin | Corning | 25053CI | 0.1% EDTA in HBSS w/o Calcium, Magnesium and Sodium Bicarbonate |
1.5 mL Microcentrifuge tube | Fisherbrand | 05-408-129 | |
10-cm Tissue culture dish | Greiner Bio-One | 664160 | CELLSTAR |
15 mL Centrifuge tube | Fisherbrand | 07-200-886 | |
2 L Beaker | Fisherbrand | 02-591-33 | |
24-well Tissue culture plate | Greiner Bio-One | 662160 | CELLSTAR |
25 mL Reagent reservoir | Genesee Scientific Corporation | 28-121 | |
500 mL Beaker | Fisherbrand | 02-591-30 | |
6-cm Tissue culture dish | Greiner Bio-One | 628160 | CELLSTAR |
8-Channel aspiration adapter | Integra Biosciences | 155503 | |
8-Channel aspiration adapter for standard tips | Integra Biosciences | 159024 | |
95% Ethanol | Decon Laboratories Inc | 4355226 | |
Ammonia-free glass cleaner | Sparkle | FUN20500CT | |
Black 96-well high-content screening microplate | PerkinElmer | 6055300 | CellCarrier-96 Ultra |
Cotton-tipped applicator | Fisherbrand | 23-400-101 | |
Coverslips | Fisherbrand | 12-545-80 | 12 mm diameter |
Cytation 5 Cell Imaging Multi-Mode Reader | Biotek | CYT5FW | |
DAPI | Millipore Sigma | 5.08741 | |
Dextran 70 kDa - FITC | Life Technologies | D1822 | Lysine-fixable |
Dextran 70 kDa - TMR | Life Technologies | D1819 | |
DMSO | Millipore Sigma | D1435 | |
DPBS | Corning | 21031CV | Without Calcium and Magnesium |
Forceps | Fine Science Tools | 11251-20 | Dumont #5 |
Formaldehyde, 37% | Ricca Chemical | RSOF0010-250A | ACS Reagent Grade |
Glycerol | Fisher BioReagents | BP229-1 | |
Hardening fluorescence mounting media | Agilent Tech | S302380-2 | DAKO |
Hoechst 33342 | Millipore Sigma | B2261 | |
Hydrochloric acid (HCl) | Fisher Chemical | A144-212 | Certified ACS Plus, 36.5%–38.0% |
Lint-free wipes | Kimberly-Clark | 34155 | Kimwipes |
Miscroscope slides | Fisherbrand | 12-544-1 | Premium plain glass |
Multichannel pipette | Gilson | FA10013 | 8 channels, 0.5–10 µL |
Multichannel pipette | Gilson | FA10012 | 12 channels, 20–200 µL |
Multichannel pipette | Gilson | FA10011 | 8 channels, 20–200 µL |
Parafilm M | Pechiney | PM996 | |
Plastic wrap | Kirkland Signature | 208733 | Stretch-Tite |
Silicone isolators | Grace Bio Labs Inc | 664107 | 13 mm Diameter X 0.8 mm Depth ID, 25 mm X 25 mm |
Slide adapter | Biotek | 1220548 | |
Wash bottle | Fisherbrand | FB0340922C |
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