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Method Article
Apresentado aqui é um protocolo para a fabricação de um dispositivo de imagem esferoide. Este dispositivo permite imagens de fluorescência dinâmica ou longitudinal de esferoides de células cancerosas. O protocolo também oferece um simples procedimento de processamento de imagem para a análise da invasão de células cancerosas.
A invasão de células cancerígenas do tumor primário para os tecidos saudáveis adjacentes é um passo inicial na metástase. As células cancerígenas invasivas representam um grande desafio clínico porque não existem métodos eficientes para sua eliminação uma vez que sua disseminação está em andamento. Uma melhor compreensão dos mecanismos que regulam a invasão de células cancerosas pode levar ao desenvolvimento de novas terapias potentes. Devido à sua semelhança fisiológica com tumores, os esferoides incorporados no colágeno tenho sido amplamente utilizado pelos pesquisadores para estudar os mecanismos que regem a invasão de células cancerígenas na matriz extracelular (ECM). No entanto, este ensaio é limitado por (1) falta de controle sobre a incorporação de esferoides no ECM; (2) alto custo de colágeno I e pratos de fundo de vidro, (3) rotulagem imunofluorescente não confiável, devido à penetração ineficiente de anticorpos e corantes fluorescentes e (4) processamento de imagem demorado e quantificação dos dados. Para enfrentar esses desafios, otimizamos o protocolo esferoide tridimensional (3D) para imagem fluorescente rotulada células cancerígenas embutidas no colágeno I, seja usando vídeos de lapso de tempo ou imagens longitudinais, e analisar a invasão de células cancerosas. Primeiro, descrevemos a fabricação de um dispositivo de imagem esferoide (SID) para incorporar esferoides de forma confiável e em um volume mínimo de colágeno I, reduzindo o custo do ensaio. Em seguida, delineamos os passos para rotulagem robusta de fluorescência de esferoides vivos e fixos. Finalmente, oferecemos uma macro Fiji fácil de usar para processamento de imagens e quantificação de dados. Ao todo, essa metodologia simples fornece uma plataforma confiável e acessível para monitorar a invasão de células cancerígenas no colágeno I. Além disso, este protocolo pode ser facilmente modificado para atender às necessidades dos usuários.
Durante a progressão do câncer, as células cancerígenas podem adquirir um fenótipo motile e invasivo, permitindo-lhes escapar da massa tumoral e invadir os tecidos circundantes1. Eventualmente, essas células cancerígenas invasivas podem alcançar e crescer dentro de órgãos secundários, um processo chamado metástase do câncer1. A metástase causa mais de 90% das mortes relacionadas ao câncer2. Uma das razões para isso é que, embora os tumores localizados sejam clinicamente gerenciáveis, não existem métodos eficientes para a eliminação de células cancerígenas invasivas uma vez que a propagação metastática tenha ocorrido. Portanto, o surgimento de células cancerígenas invasivas e a transição de uma doença localizada para uma doença invasiva está representando um grande desafio clínico. Determinar como as células cancerígenas iniciam e sustentam um comportamento invasivo pode levar ao desenvolvimento de novas terapias potentes.
O modelo esferoide 3D é uma plataforma ideal para investigar o comportamento motil das células cancerosas sob condições controladas, mas fisiologicamente relevantes3. De fato, neste ensaio, esferoides de células cancerosas são incorporados dentro da matriz extracelular (ECM), por exemplo, colágeno I, que imita um tumor simplificado. Em seguida, a imagem é usada para visualizar a invasão de células cancerígenas do esferoide para a matriz de colágeno. No entanto, vários desafios limitam esse procedimento.
O primeiro desafio ocorre na etapa de incorporação, onde a matriz de colágeno líquido pode se espalhar pela superfície do prato, fazendo com que o esferoide toque na parte inferior do prato. Consequentemente, as células do esferoide se espalham na superfície bidimensional (2D), quebrando a morfologia esferoide tridimensional (3D). Aumentar o volume de colágeno é uma solução eficiente, mas cara. Para evitar que as células se espalhassem na superfície 2D, mantendo um volume mínimo de colágeno, desenvolvemos um dispositivo de imagem esferoide (SID) delimitando uma inserção de polidimtilsiloxano de 3 furos de espessura (PDMS) em uma placa de fundo de vidro.
O segundo desafio do ensaio esferoide é a rotulagem de células cancerígenas em esferoides, que é limitada pela má penetração de anticorpos e corantes fluorescentes, um efeito que aumenta com o tamanho esferoide. Embora a solução ideal para rotular células seja o estabelecimento de linhas celulares expressando de forma estável proteínas fluorescentes, essa opção é restrita principalmente a linhas celulares imortalizadas e é limitada pela disponibilidade de quimeras de proteína fluorescente. Aqui, descrevemos um protocolo otimizado para a coloração de imunofluorescência de esferoides fixos, bem como o uso eficiente de um corante citoplasmado para rotular células imediatamente antes de incorporar o esferoide.
O terceiro desafio do ensaio esferoide é a falta de macros fiji simples para quantificação semi-automatizada da invasão celular ao longo do tempo. Para enfrentar esse desafio, descrevemos uma metodologia simples para analisar a área esferoide ao longo do tempo. Ilustramos as vantagens deste protocolo usando as linhas celulares 4T1 e 67NR como exemplos.
1. Fabricação de um Dispositivo de Imagem Esferoide (SID) para otimizar a incorporação de esferoides (Duração de 1 dia)
2. Formação esferoide e incorporação em colágeno (Duração de 4 dias)
NOTA: Para imagens ao vivo de esferoides, longitudinalmente ou em vídeos de lapso de tempo, use uma linha celular expressando uma proteína citoplasmática e/ou fluorescente nuclear. Se essa linha de célula estiver disponível, siga as etapas descritas nesta seção. Alternativamente, na seção 3, propõe-se um protocolo para rotular células cancerígenas em esferoides usando um corante citoplasmado.
3. Rotulagem de fluorescência de esferoides
4. Processamento de imagem para analisar a invasão do câncer ao longo do tempo
NOTA: O formato necessário para esta macro é uma imagem de um único canal x,y,t salva como um arquivo .tiff.
Devido à sua biocompatibilidade, o PDMS é amplamente utilizado para microfabificação de poços, selos e moldes de confinamento, o que revolucionou os dispositivos micropatterning e microfluidos. No método descrito aqui, é usado para criar SIDs, poços personalizáveis que otimizam o procedimento de incorporação e imagem de spheroid. A Figura 1 ilustra os principais componentes utilizados na fabricação dos SIDs. Para lançar o molde PDMS, um espaçador de 1 mm de espessura é impres...
O espaçador impresso 3D foi projetado para criar folhas de 1 mm de espessura de PDMS que podem então ser usadas para criar facilmente várias formas de PDMS, conforme exigido pelas aplicações experimentais. Devido à simplicidade de sua fabricação e à liberdade de alterar o design, este método de fundição PDMS foi escolhido para o design inicial do SID. Se for necessário um alto volume de SIDs, a produção pode ser mais eficiente criando um molde impresso em 3D, que já contém discos PDMS com três orifício...
Os autores não têm nada a revelar.
Gostaríamos de agradecer aos membros da Temple Bioengineering por discussões valiosas. Agradecemos a David Ambrose no núcleo de citometria de fluxo (Lewis Katz School of Medicine) por sua ajuda com a triagem celular e Tony Boehm do IDEAS Hub (College of Engineering, Temple University) por ajuda com a impressão 3D. Agradecemos também aos nossos recursos de financiamento: American Cancer Society Research Scholar Grant 134415-RSG-20-034-01-CSM, Conquer Cancer Now / Young Investigator Award, National Institutes of Health, R00 CA172360 e R01 CA230777, todos para a BG.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 N NaOH | Honeywell Fluka | 60-014-44 | |
10X Dulbecco’s phosphate-buffered saline (PBS) | Gibco | SH30028.LS | |
16% paraformaldehyde (PFA) | Alfa Aesar | 43368-9M | |
1X Dulbecco’s phosphate-buffered saline (PBS) | Gibco | 20012027 | |
4’,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) | Invitrogen | D1306 | |
48-well plate | Falcon | T1048 | |
Alexa Fluor 647 phalloidin | Life Technologies | A20006 | |
Anti cortactin antibody | Abcam | ab33333 | 1 to 200 dilution |
Anti E-cadherin antibody | Invitrogen | 13-1900 | 1 to 100 dilution |
Bovine atelocollagen I solution (Nutragen) | Advanced Biomatrix | 501050ML | |
Bovine serum albumin (BSA) | Sigma Aldrich | A4503-50G | |
CellTracker Red CMTPX Dye | Invitrogen | C34552 | |
Conical tubes | Falcon | 352095 | |
Coverslips | FisherBrand | 12-548-5E | |
Disposable container | Staples | Plastic cups | |
Disposable transfer pipette | Thermo Scientific | 202 | |
DMEM | Fisher Scientific | 11965118 | |
Double-faced tape | Scotch | ||
Ethanol | Sigma Aldrich | E7023-500ML | |
Fetal bovine serum (FBS) | Bio-Techne | S11550 | |
Fluoromount-G | eBioscience | 00-4958-02 | |
Glutaraldehyde | Sigma Aldrich | G5882-100mL | |
Hoescht nuclear stain | Thermo Fischer | 62249 | |
Isopropanol | Thermo Fischer | S25371A | |
MatTek dish (glass bottom dish) | MatTek Corporation | P35G-1.5-14-C | |
Methyl cellulose | Sigma Aldrich | M6385-100G | |
MilliQ water | |||
Penicilin/streptomycin solution | Thermo Fischer | 15140122 | |
Petri dish | Corning | 353003 | |
Pipet tips | Fisherbrand | 02-707 | |
Pipets | Gilson | F167300 | |
Poly-L-Lysine | Sigma | P8920 | |
Primary antibodies, user specific | |||
Rat Tail Collagen I | Corning | 47747-218 | |
Razor Blade | Personna | 74-0001 | |
Secondary antibodies, user specific | |||
Slides | Globe Scientific | 1354W-72 | |
Sylgard 184 Silicone | Dow Corning | 4019862 | |
Tape | Scotch | ||
Triton X100 | Sigma Aldrich | 10789704001 | |
Tween 20 | Sigma Aldrich | 655204-100ML |
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