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Method Article
이 프로토콜은 U87 또는 A172 GBM 세포 및 1차 성상세포를 패턴화하기 위해 고분자 전해질 다층(PEM)에 마이크로 접촉 인쇄를 사용하여 패턴화된 직접 접촉 신경교종-성상세포 공동 배양을 설명합니다.
다형성 교모세포종(GBM)은 가장 풍부하고 치명적인 악성 뇌암입니다. 2020년과 2021년에 미국에서는 13,000건 이상의 사례가 발생할 것으로 예상됩니다. 교모세포종은 대부분 성상세포에서 발생하며, 건강한 조직을 종양 조직으로 동원하는 침습적 특성이 특징입니다. 성상세포와 교모세포종 세포 간의 통신을 이해하는 것은 종양 진행에 대한 분자적 이해에 필수적입니다. 이 프로토콜은 층별 조립 및 미세 모세관 힘 기반 패터닝을 사용하여 교모세포종에 대한 성상세포의 접촉 매개 효과를 조사하기 위한 새로운 패턴화된 공동 배양 방법을 보여줍니다. 장점으로는 단백질이 없는 세포 배양 환경과 패턴 치수에 따라 결정되는 세포 상호 작용의 정밀한 제어가 있습니다. 이 기술은 신경교종 종양에서 신경교종과 성상세포 사이의 세포 상호작용을 모방하기 위한 다재다능하고 경제적이며 재현 가능한 프로토콜을 제공합니다. 이 모델은 성상세포와의 물리적 접촉 또는 비접촉 매개 용해성 보조인자 전달로 인한 교모세포종 분자생물학의 변화를 구별하는 데 추가로 사용할 수 있습니다.
다형성 교모세포종(GBM)은 미국에서 가장 많이 발생하고 치명적인 뇌종양으로, 평균 생존 기간은 약 15개월이다1. 다형성 교모세포종 환자의 7% 미만이 진단 후 5년 이상 생존한다 1,2. 10년이 지나면 이 수치는 1% 미만으로 떨어집니다1,2. 최근 수십 년 동안 다른 유형의 암들이 생존율이 현저히 향상되었지만, 교모세포종 환자의 성공률은 미흡하다. 성공적인 치료 중재를 개발하기 위해서는 교모세포종 종양 생물학에 대한 보다 철저한 이해를 개발하기 위해 적절한 현장 모델을 활용해야 합니다. 이러한 이해는 교모세포종 환자의 임상 결과를 개선하는 데 중요합니다.
뇌에는 매우 다양한 세포 유형이 포함되어 있으며, 각 세포는 유기체의 기능과 생존을 촉진하기 위해 특정 틈새를 채웁니다. 뉴런 외에도 성상세포(astrocyte), 희소돌기아교세포(oligodendrocyte), 미세아교세포(microglia)를 포함한 다양한 신경교세포(glial cell)가 있습니다. 특히 성상세포(astrocyte)는 이동성 용해성 인자(pro-migrationatory soluble factor)의 분비를 통해 교모세포종의 성장과 침입에 관여한다3. 또한, 신체 접촉이 성상세포 매개 신경교종 세포 이동 및 침입의 원동력이라는 일부 보고가 있습니다 4,5. 그러나 이러한 변화를 주도하는 분자적 기반은 아직 크게 알려지지 않았습니다.
종양 성장에 대한 성상세포의 접촉 매개 효과를 연구하기 위해 이 프로토콜은 체외 세포 패터닝을 위한 재현 가능한 단백질이 없는 방법의 개발에 대해 보고합니다. 이 방법에서는 고분자 전해질 다층(PEM)을 체계적으로 조립하여 균일한 단백질이 없는 표면을 형성합니다. PEM은 각각 폴리(디알릴메틸암모늄 클로라이드)(PDAC) 및 설폰화 폴리(스테렌)(SPS)로 구성된 폴리양이온-폴리음이온 시스템을 사용하여 구축됩니다. 이러한 중합체는 PDAC 6,7,8,9,10보다 SPS에 세포가 우선적으로 부착된다고 보고한 이전 연구를 기반으로 선택되었습니다. 이러한 PEM 표면에서 이 프로토콜은 미세모세혈관 리소그래피를 활용하여 1차 성상세포 및 교모세포종 세포의 패턴화된 공동 배양 모델을 엔지니어링합니다.
여기에 제시된 기술은 표면 패터닝의 제어를 통해 특정 세포-세포 상호 작용의 정밀한 엔지니어링을 가능하게 하여 세포 통신에 대한 재현성이 높은 조사를 지원합니다. 또한, 이 플랫폼에 내재된 생체 모방 표면은 서로 다른 세포 유형 간의 통신에 대한 기계론적 이해를 심화하는 데 중요한 직접 세포 간 통신에 대한 연구를 용이하게 합니다. 이 외에도 이 방법은 비용이 저렴하여 세포 통신을 탐구하기 위해 체외 연구를 수행하는 데 상당한 이점을 제공합니다. 특히, 이 프로토콜은 PDAC(+)를 통해 SPS(-)에 교모세포종의 차등 부착을 활용하여 교모세포종 세포주와 1차 성상세포의 패턴화된 공동 배양을 생성합니다.
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이 연구는 미국 국립보건원(National Institutes of Health)의 실험실 동물 관리 및 사용 가이드(Guide for the Care and Use of Laboratory Animals)의 권장 사항에 따라 엄격하게 수행되었습니다. 이 프로토콜은 네브래스카-링컨 대학교(University of Nebraska-Lincoln)의 동물 실험 윤리 위원회(Committee on the Ethics of Animal Experiments)에 의해 승인되었습니다(프로젝트 ID: 1046). 1차 성상세포는 UNL의 IACUC 프로토콜 1046에 따라 그리고 프로토콜에 따라 7,111, 약간의 수정을 가하여 생후 1-3일 된 Sprague-Dawley 새끼 쥐에서 준비되었습니다.
1. 준비 사항
2. 폴리디메틸실록산(PDMS) 스탬프 성형
3. 고분자 전해질 다층(PEM) 구축
알림: 이 프로토콜은 부착된 가압 산소 탱크와 가스 혼합 액세서리가 있는 플라즈마 코팅을 설명합니다( 재료 표 참조). 조직 배양 폴리스티렌(TCPS) 표면을 균일하게 플라즈마 세척하는 모든 방법이 적합합니다. 다른 플라즈마 세척 방법을 사용할 때 사용자가 시간과 강도를 최적화해야 할 수 있습니다.
4. 모세관의 미세 성형 을 통한 PEM 패터닝
5. 카르복시플루오레세인(CFSE)을 사용한 스탬프 패턴 시각화
참고: 이 절차를 수행하여 스탬프 패턴을 시각화하거나 이 단계를 건너뛰고 대신 세포 배양을 위한 패턴을 준비합니다. 패턴이 염색되면 세포 배양에 사용할 수 없습니다. 스탬핑에 대한 충분한 확신이 생기면 패턴을 세포 배양에 사용할 수 있습니다. 카르복시플루오레세인은 빛에 민감합니다. 어둠 속에서 얼룩과 운송.
6. carboxyfluorescein를 가진 교모세포종 세포를 염색하고 씨를 뿌리기
참고: 모든 세포 배양 작업은 적절한 Class II 생물 안전성 캐비닛에서 수행해야 합니다.
7. PKH26을 가진 1차 성상세포를 염색하고 파종하기
참고: 모든 세포 배양 작업은 적절한 Class II 생물 안전 캐비닛에서 수행해야 합니다.
8. 패턴화된 단일 배양 및 공동 배양의 형광 이미징
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여기의 프로토콜은 신경교종 세포와 성상세포의 직접 접촉 패턴 공동 배양의 엔지니어링을 설명합니다. 이 플랫폼은 다형성 교모세포종(GBM)의 진행에서 성상세포와 신경교종 세포 사이의 통신에서 직접 접촉의 역할을 연구하기 위한 생체 모방 다세포 모델을 제공합니다. 그림 1은 위에서 설명한 단계별 표면 변형 및 세포 도입 계획을 제공합니다. ?...
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재현 가능한 패턴화된 공동 배양의 성공적인 조립을 보장하기 위한 중요한 단계에는 1) 모세혈관에서 미세 성형을 통한 표면의 성공적인 패터닝, 2) 염색된 세포의 성공적인 세척, 3) "성숙 배양" 창에서의 공동 배양 분석이 포함됩니다. 첫째, 모세혈관에서 마이크로 몰딩을 사용하여 패턴을 성공적으로 재현하는 것은 패턴화된 공동 배양을 무작위 공동 배양과 구별하는 요...
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저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
이 작업은 NIH 보조금 1R01AA027189-01A1(S.K.), P20 GM104320(네브래스카 비만 질환 예방 센터 파일럿 보조금), P20 GM113126(네브래스카 통합 생체 분자 통신 센터-프로젝트 리더 S.K.); UNL Office of Research and Development Biomedical Seed Grant 및 Nebraska Research Initiative-Systems Grant(S.K.까지). K.M.S.는 교육 보조금인 T32GM107001를 통해 자금을 지원받았습니다.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.25% Trypsin-EDTA | Fisher Scientific | 25200056 | |
15 ml Nunc Conical Sterile Polypropylene Centrifuge Tubes | Fisher Scientific | 12-565-268 | |
5(6)-Carboxyfluorescein diacetate N-succinimidyl ester | Millipore Sigma | Cat#21888 | |
50 ml Nunc Conical Sterile Polypropylene Centrifuge Tubes | Fisher Scientific | 12-565-270 | |
A172-MG GBM cell line | ATCC | CRL-1620 | |
Bright-Line Hemacytometer | Sigma | Z359629 | Or other suitable cell counting device |
Cell Incubator | N/A | N/A | |
Cooled tabletop centrifuge for 15 mL tubes | N/A | N/A | |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | MP Biomedicals | ICN 1033120 | |
Expanded Plasma Cleaner | Plasma Harrick | PDC-001-HP | With attached pressurized oxygen tank and PlasmaFlo Gas Mixer (PDC-FMG) accessory |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Atlanta Biologicals | S11550H | |
Fluorosilane | Sigma Aldrich | 667420 | Full chemical name: 1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltriethoxysilane |
Inverted Tabletop Microscope | N/A | N/A | Microscope capable of fluorescent imaging with λex = 551 nm; λem 567 nm [e.g. Rhodamine filter] (PKH26 dye) and λex 492 nm; λem 517 nm [e.g. interference blue filter (IB)] (CFSE dye) |
NaCl | Sigma Aldrich | S7653 | |
NaOH | Sigma Aldrich | 567530 | |
Penicillin-Streptomicen | Fisher Scientific | 15140122 | |
PKH26 Red Fluorescent Cell Linker Mini Kit | Millipore Sigma | Cat#MINI26-1KT | |
Poly(diallyldimethylammonium chloride) solution (PDAC) | Sigma Aldrich | 409014 | 20 wt. % in H2O |
Poly(sodium 4-styrenesulfonate) (SPS) | Sigma Aldrich | 243051 | average MW ~70,000 |
Primary Astrocytes, isolated from Srague Dawley rats | Charles River | Crl:SD | Rats from Charles River; Lab isolated Cells |
Scalpel | N/A | N/A | |
Sodium bicarbonate | Sigma Aldrich | S5761 | |
Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit | Dow Chemical | Cat#2646340 | |
Trypan Blue Stain | Fisher Scientific | 15-250-061 | |
TryplE | Fisher Scientific | Gibco TrypLE | |
U87-MG GBM cell line | ATCC | HTB-14 | |
Vacuum Desiccator | N/A | N/A |
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