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Method Article
Die Identifizierung von Gehirntumor initiierende Zellen (BTICs), die seltenen Zellen innerhalb einer heterogenen Tumor besitzt Stammzell-Eigenschaften, liefert neue Einblicke in das menschliche Gehirn Tumor Pathogenese. Wir haben spezifische Kulturbedingungen verfeinert für BTICs bereichern, und wir routinemäßig Durchflusszytometrie weiter bereichern diese Populationen. Selbsterneuerung Assays und Transkript Analyse durch einzelne Zelle RT-PCR kann anschließend auf diesen isolierten Zellen durchgeführt werden.
Hirntumoren sind typischerweise aus morphologisch unterschiedlichen Zellen, die eine Vielzahl von neuronalen Marker exprimieren Linie besteht. Nur ein relativ kleiner Teil der Zellen im Tumor mit Stammzelleigenschaften, genannt Gehirntumor initiierende Zellen (BTICs), besitzen die Fähigkeit, entlang mehrerer Abstammungslinien unterscheiden, selbst zu erneuern, und initiieren Tumoren in vivo. Wir wendeten Kulturbedingungen ursprünglich für normalen neuralen Stammzellen (NSC) an einer Vielzahl von menschlichen Gehirntumoren verwendet und festgestellt, dass diese Kultur spezifisch Verfahren wählt für stielartigen Populationen. Serum-freiem Medium (NSC) ermöglicht die Aufrechterhaltung eines undifferenzierten Stammzellen Zustand, und die Zugabe von bFGF und EGF ermöglicht die Verbreitung von Multi-potent, sich selbst erneuernden und erweiterbaren tumorspheres.
Zur weiteren Charakterisierung der einzelnen Tumors BTIC Bevölkerung, werten wir Zelloberflächenmarker mittels Durchflusszytometrie. Wir können auch sortieren Bevölkerung von Interesse für die besonderen characterization. Selbsterneuerung Assays sind auf einzelnen BTICs in 96 Well-Platten sortiert durchgeführt, die Bildung von tumorspheres nach Inkubation bei 37 ° C zeigt das Vorhandensein von einem Stamm oder Vorläuferzelle. Mehrere Zellzahlen von einer bestimmten Population können auch in verschiedenen Brunnen für Grenzverdünnung Analyse sortiert werden, um sich selbst zu erneuern Fähigkeit zu analysieren. Wir können auch studieren differentiellen Genexpression innerhalb einer bestimmten Zellpopulation mit einzelnen Zelle RT-PCR.
Die folgenden Protokolle beschreiben unser Verfahren zur Dissoziation und Kultivieren von primären humanen Proben zum Nachweis BTIC Populationen sowie die Dissoziation von tumorspheres anzureichern. Ebenfalls eingeschlossen sind Protokolle für die Färbung für Durchflusszytometrie Analyse oder Sortierung, Selbsterneuerung Assays und einzelne Zelle RT-PCR.
Hirntumoren gehören zu den aggressiven und heterogene Krebsarten beim Menschen bekannt. Obwohl ihre frühere Erkennung und Diagnose von modernen bildgebenden Technik erleichtert worden, wir noch fehlt kurative Therapien für vielen Hirntumoren, insbesondere für diffuse, invasive Einsen oder diesen sich tief im Gehirn.
Hirntumoren stellen die Hauptursache der Krebssterblichkeit im Kindesalter aufgrund ihrer sehr aggressiven und oft unheilbaren Natur. Glioblastom (GBM), der häufigsten primären Hirntumoren bei Erwachsenen, ist einer der aggressivsten Krebserkrankungen des Menschen, für seine gleichmäßig tödlichen Prognose 1 gefürchtet. Diese hoch-malignen astrozytären Tumor (WHO Grad 4) tritt meist in den zerebralen Hemisphären von Erwachsenen, und kann auch bei kleinen Kindern und Säuglingen auftreten. Sein Wachstum ist schnell und infiltrative und diagnostische pathologischen Merkmale sind Kernpolymorphie, mikrovaskuläre Proliferation und Nekrosen 2,3. Für adults mit neu diagnostiziertem GBM, mediane Überlebenszeit nur selten erstreckt sich über 12 Monate 1, mit allgemein schlechte Antworten auf alle therapeutischen Modalitäten. Wir haben festgestellt, dass es viele funktionale und genetische Ähnlichkeiten durch somatische Stammzellen und Krebszellen geteilt, und dass die molekularen Signalwege, die normale Entwicklung des Gehirns reguliert werden häufig in der Krebstherapie fehlreguliert. Bei der Anwendung der Stammzellbiologie Paradigmen zur Untersuchung von Hirntumoren, wir waren die ersten Forscher, die prospektiv zu identifizieren und zu reinigen eine Subpopulation von Zellen aus menschlichen GBMs, die Stammzell-Eigenschaften der Proliferation, Selbsterneuerung ausgestellt, und die Differenzierung in vitro 4 und in vivo 5. Wir wendeten Kulturbedingungen und Assays ursprünglich zur normalen neuralen Stammzellen (NSC) in vitro 6,7 charakterisieren, um mehrere Kinder-und Erwachsenen Hirntumoren und angereichert für diesen Stamm-ähnlichen Zellen durch Zellsortierung für das neuronale Vorläuferzellen Zelloberflächenmarker CD133 8 ,9. Die CD133 + Gehirntumor Fraktion enthaltenen Zellen, die eine viel höhere Frequenz als das Tumorinitiation CD133-Fraktion in NOD-SCID Mäusehirnen 5,10 hatte. Dieses formal festgestellt, dass nur eine seltene Untergruppe von Hirntumoren Zellen mit Stammzell-Eigenschaften Tumor-Initiierung, verdienen sie den Namen "Gehirntumor initiierende Zellen" oder "BTICs" sind. Der Roman Identifizierung BTICs gibt neue Einblicke in das menschliche Gehirn Tumorgenese, geben starke Unterstützung für die Krebsstammzellen Hypothese 10-13 als Grundlage für die vielen soliden Tumoren und stellt eine neuartige zelluläre Ziel für eine effektivere Krebstherapien 14-20. Therapien, die sich auf das Töten der Großteil des Tumors die seltene stielartigen Bruchteil verpassen kann, so dass der Tumor weiter wachsen. Therapien, die sich auf das Töten der Krebsstammzellen eine bessere Behandlung und Prognose für Patienten mit Hirntumoren vorsehen.
Um BTIC Populationen zu untersuchen, haben wir unsere cultu verfeinertre Protokolle speziell für Zellpopulationen innerhalb der menschlichen Hirntumoren, die Stammzell-Eigenschaften besitzen wählen. Serumfreiem, neurale Stammzellen (NSC) Medium ermöglicht die Wartung von einer undifferenzierten Stammzellen Zustand, und die Zugabe von basischem Fibroblasten-Wachstumsfaktor (bFGF), epidermalen Wachstumsfaktor (EGF), und Leukämie inhibierenden Faktor (LIF) ermöglicht die Verbreitung von Multi-potent, sich selbst erneuernden und erweiterbaren menschlichen tumorspheres. Hier beschreiben wir die Methoden bei der Verarbeitung von primären Hirntumoren und Kultivierung sie in NSC Medium für BTIC Bevölkerung bereichern beteiligt. Wir nannten unsere experimentellen Modellsystem "BTIC Patienten Isolate", die Tatsache, dass diese Zellen nur minimal unter Stammzellen kultiviert betonen Zelle Bedingungen für Stammzellpopulationen auszuwählen. Nachfolgende Immunmarkierung von BTIC Populationen für Schlüssel Stammzellmarkern wie CD133 und CD15 und Durchflusszytometrie-Analyse wird ebenfalls beschrieben. Dann besprechen wir die Grenzverdünnung Analyseder Beihilfen bei der Untersuchung der Selbsterneuerung Potenzial BTICs. Schließlich untersuchen wir die Genexpressionsanalyse dieser seltenen Zellen durch Sortierung einzelnen Zellen auf AmpliGrid Dias und Durchführung einzelne Zelle RT-PCR. Diese Techniken sind auch anwendbar auf andere Hirntumore wie Medulloblastom, Ependymom und pädiatrische Gliomen.
Ein. Culture of Brain Tumor Tissue
Für die ersten Tage in der Kultur, nicht ändern, die Medien: top-up nur mit 1-2 ml Medium je nach Bedarf, dann weiter zu Kultur und Change-Medien zu beobachten, wenn die Farbe der Medien wird leicht gelblich.
2. Tumorsphere Dissoziation für die Durchflusszytometrie
3. Oberflächenfärbung
4. Durchflusszytometrie und-analyse
Die Einzelheiten der Erfassung und Analyse von Flow Daten Gerät abhängig. Vertreter negativen Proben laufen und Geräteeinstellungen für Forward (Größe) und Side (Granularität) streuen etabliert. Diese Streuung Muster ermöglicht dem Endbenutzer, um alle Zellen in der Probe zu sehen, darunter Schutt. Eine Region wird in der Regel um die Zellen von Interesse gezogen. (Abbildung 4a) Die Einstellungen werden dann für alle Fluoreszenz-Detektoren erforderlich, um die negativen Zellen innerhalb der ersten Dekade des AF-Position aufgebautluorescence Intensitätsverteilung. Wenn mehr als ein Farbstoff oder Fluorochrom verwendet wird, muss einzigen gefärbten Steuerelemente auszuführen, um Farbe Korrekturwerte (Subtraktion störende Fluoreszenz-Emissionen) zu etablieren. Beim Ausführen von lebenden Zellen eine Lebensfähigkeit Farbstoff wie 7-AAD (7-Amino-Actinomycin D - Anregung 488/emission 655) verwendet wird, und einem zweiten Bereich gezogen, um abgestorbene Zellen (Abb. 4b) auszuschließen. Beide Bereiche werden zu keiner weiteren Analyse der Proben aufgebracht.
5. Selbst-Erneuerung Assay
Der Schlüssel-Assay, die sich stark durch klonale Wachstum Kugel erleichtert ist die in-vitro-Test der Selbsterneuerung Kapazität, der Grenzverdünnung Assay. Tumorspheres dissoziiert und verteilt in Verdünnungen bis zu einer einzelnen Zelle pro Vertiefung, und die Geschwindigkeit der nachfolgenden Bereich Bildung über 7 Tagen in Kultur berechnet. Am Tag 7, wird der Prozentsatz der Vertiefungen ohne Gehalt Kugeln für jede Zelle Plattierungsdichte (F 0) berechnet und gegengegen die Anzahl der Zellen pro Vertiefung (x). Die Anzahl der Zellen erforderlich ist, um mindestens eine in jedem gut tumorsphere bilden wird aus dem Punkt, an dem die Leitung kreuzt die 0,37 Niveau (F 0 = e-x) bestimmt. In einer Poisson-Verteilung von Zellen, F 0 = 0,37 entspricht der Verdünnung von einer Zelle pro Napf, so dass diese Berechnung (der 37% schneiden) die Frequenz des klonogenen Stammzellen in der gesamten Zellpopulation (Abbildung 5) reflektiert.
6. Single Cell RT-PCR
Einzelne Zellen aus verschiedenen Populationen von Beckman Coulter MoFlo XDP auf Reaktionsstellen auf einem AmpliGrid Schieber (Beckman Coulter cat # AG480F) sortiert. Einzelne Zelle RT-PCR unter Verwendung AmpliGrid Single One Step RT-PCR-System (Beckman Coulter cat # OAX04515) nach den Angaben des Herstellers. Kurz gesagt, wird eine einzelne Zelle in jede Reaktionsstelle eines AmpliGrid Objektträger aufgebracht; die Anwesenheit einer einzelnen Zelle in jedemReaktionsstelle durch Mikroskopie bestätigt. Reverse Transkription (RT) wird unmittelbar nach dem Sortieren, um die Probe nicht beeinträchtigt wird durchgeführt. Die RT Master Mix wird frisch zubereitet, nach Testvorschrift (Tabelle 4). Wir verwendeten 0,03 ul 25 uM Zufallsprimern (Promega) pro Reaktion; 1 ul Mastermix ist an der Mitte jeder Reaktionsstelle zugegeben. Dies wird sofort mit 5 ul Versiegelungslösung (Beckman Coulter cat # OAX04503) beschichtet. Verwendung einer Folie AmpliSpeed Zykluseinrichtung (Beckman Coulter, cat # OAX04101), Objektträger werden bei 25 ° C für 10 min, 42 ° C für 10 min und 55 ° C für 45 min. Nach der reversen Transkription, 3 ul DNAse / RNAse-freiem Wasser ist jedem Reaktionsstelle zugegeben und die gesamte Mischung zu einem PCR-Röhrchen (1 Röhre / Stelle) übertragen. 8 ul qPCR Master Mix (5 ul Sybr Green (Quanta), 1 ul Wasser, 1 ul 10 uM vorwärts und rückwärts Primer mix) plus 2 &: In einer PCR-Platte wird eine Reaktion Volumen von 10 ul für die quantitative PCR verwendetmu; l des RT Mischung. Für Echtzeit-Quantifizierung, Proben auf einem BioRad Cycler ausgeführt mit folgendem Programm: 95 ° C für 10 min, 45 Zyklen von 95 ° C für 30 sec, 60 ° C für 60 sec, 72 ° C für 60 sec, gefolgt von 10 min bei 72 ° C und Schmelzkurvenanalyse. Ct-Werte wurden mit Opticon Monitor 3 (BioRad). Drei Gene pro Zelle beurteilt werden, einschließlich GAPDH als Housekeeping-Gen. Genexpression zu GAPDH normalisiert Expression, nach Anspruch 2-ACt. Mindestens ein Dutzend einzelne Zellen des gleichen Bevölkerung von der gleichen Art verwendet werden, wie biologische Replikate aus Mangel an technischen Replikate zu kompensieren.
7. Repräsentative Ergebnisse
Abbildung 1 zeigt eine Magnetic Resonance Imaging (MRI)-Scan eines repräsentativen Patienten mit GBM. Hirntumor Proben aus mündigen Patienten sofort nach der Operation erhalten, als genehmigt von der Hamilton Health Sciences / McMaster Health Sciences Research Ethics Board. Ein Teil jeder Probe wird der Neuropathologe für die klinische Routinediagnostik gegeben. Der verbleibende Probe wird verarbeitet, wie in Abbildung 2 dargestellt. Die Tumorzellen, einmal in völliger neuralen Stammzelle Medien mit Wachstumsfaktoren, Form tumorspheres ausplattiert wie in Abbildung 3 dargestellt.
Die Tumorzellen werden mit neuronalen Oberfläche Stammzellmarkern CD133 und CD15 etikettiert und durch Durchflusszytometrie analysiert, wie in Abbildung 4 dargestellt.
Einzelne Zellen aus verschiedenen Populationen für zB CD15 + / CD133 +, CD15 + / CD133-, CD15-/CD133 +, CD15-/CD133- werden dann in 96-Well-Platten (5a) oder in AmpliGrid Dias (6a) sortiert.
In der 96-Well-Platte können einzelne Zellen, die Selbst-Erneuerung Kapazität (zB CD133 + Zellen), (5b) besitzen, bilden tumorspheres (Abbildung 5c) nach incubation. Ein Selbsterneuerung Graph kann aufgetragen (Figur 5d) durch Zählen der Anzahl von Kugeln pro Vertiefung ausgebildet werden. Einzelzellen in die Reaktionsstelle der AmpliGrid Schlitten (6a) sortiert. Die RNA aus Zellen extrahiert einzigen revers transkribiert werden kann unter Verwendung des Advalytix AmpliSpeed (Abbildung 6b). Die erhaltene cDNA wird verwendet, um in Echtzeit RT-PCR (6c) durchzuführen.
Abbildung 1. Magnetresonanztomographie (MRI) eines Patienten GBM. MRT des Gehirns eines 16-jähriges Mädchen mit einer einmonatigen Geschichte der Kopfschmerzen und einer Woche Geschichte Erbrechen, Lethargie und visuelle Unschärfe. Axial FLAIR-Sequenz zeigt eine große bi-hemisphärische ("Schmetterling") GBM.
Abbildung 2. Hirntumor Verarbeitung. Hirntumor Proben sind obtaINED vom mündigen Patienten sofort nach der Operation. Sie sind mechanisch dissoziiert als (a) gezeigt und sind dann enzymatisch dissoziiert aCSF mit Liberase durch Inkubation in einem 30 min-Rocking-Inkubator bei 37 ° C für 15 min (b).
Abbildung 3. BTIC Populationen bilden tumorspheres in der Kultur. Dissoziierte Hirntumorzellen in völliger neuralen Stammzellen Medien mit Wachstumsfaktoren beschichtet bilden tumorspheres.
Abbildung 4. Die durchflusszytometrische Analyse der BTIC Populationen. (A) Forward gegenüber Seitwärtsstreuung Eigenschaften bereitzustellen ein Bild von allen Zellen, einschließlich Schmutz (b) Zellen, die mit der Lebensfähigkeit Farbstoff 7-AAD Flecken werden von der Analyse ausgeschlossen. (C) Die Position der statistischen Quadranten bestimmt wird unter Verwendung geeigneter Steuerungen Isotyp (d) Tumorzellen mit Oberflächen ma angefärbtrkers CD15-PE und CD133-APC. (D) MoFlo XDP Zellsortierer. Klicken Sie hier für eine größere Abbildung zu sehen .
Abbildung 5. Grenzverdünnung Analyse BTICs offenbart ihre Selbsterneuerung Kapazität. (A) Zellen der unterschiedlichen Verdünnungen in 96 Vertiefungen, enthaltend 200 ul NSC zu (b) einer einzelnen Zelle pro Well sortiert werden. (C) Nach einer 7-tägigen Inkubationszeit wird ein tumorsphere gebildet. Die Morphologie der sekundären tumorspheres ist identisch mit der primären tumorspheres. (D) Die mittleren x-Achsenabschnitt Werte können aus Grenzverdünnung Analyse für jeden Tumorsubtyp um die Anzahl der Zellen erforderlich ist, um mindestens einen tumorsphere pro Vertiefung bilden offenbaren berechnet.
Abbildung 6. Genexpressionsanalysen aus einer einzigen Zelle BTICwiederholen, indem einzelne Zelle RT-PCR-Technologie. (a) Einzel-Zellen aus einer Population kann auf BTIC AmpliGrid Folien sortiert werden. (B) cDNA-Synthese wird auf einzelne Zellen auf AmpliGrid Dias mit dem Advalytix AmpliSpeed durchgeführt. (C) Quantitative Realtime PCR basiert auf der cDNA von einzelnen BTIC Zellen synthetisiert durchgeführt.
2 M NaCl | 62 ml |
1M KCl | 5 ml |
1M MgCl 2 | 3,2 ml |
155 mM NaHCO 3 | 169 ml |
1M Glucose | 10 ml |
108 mM CaCl 2 | 0,9256 ml |
PURELAB Ultra-H 2 0 | 749,84 ml |
Tabelle 1 Artificial Liquor (aCSF) -. 1.000 ml.
Lager Basal Medien | 500 ml |
01.01 DMEM: F12 | 480 ml |
N2 Ergänzung | 5 ml |
1M HEPES | 5 ml |
Glucose | 3,0 g |
N-Acetylcystein (60 ug / ml) | 1 ml |
Neural Überleben factor-1 (NSF-1) | 10 ml |
Tabelle 2. Neuralen Stammzellen Medien.
NSC komplette Medien (frisch zubereitet vor der Verwendung):
NSC Grundmedien + 20 ng / ml EGF (epidermal growth factor) + 20 ng / ml bFGF (basic fibroblast growth factor) + 10 ng / ml LIF (Leukämie inhibierender Faktor) * + 10 ul / ml Antibiotikum-Antimykotikum
* Leukemia inhibitory factor (LIF): Dieses Reagenz von Millipore enthält ein Interleukin 6 Klasse Cytokin, ein protein die spontane Differenzierung von Stammzellen zu fördern längerfristige Wartung der Stammzell-Kulturen unterdrückt.
Antikörper | Lieferant / CAT # | ul / test (in 100 ul) |
CD133 / 2 APC (293C3) | Miltenyi Biotec/130-090-854 | 5 |
IgG2b APC (Isotyp-Kontrolle) | Miltenyi Biotec/130-092-217 | 5 |
CD15PE | Beckman Coulter/IM1954U | 5 |
IgG2a PE (Isotyp-Kontrolle) | Beckman Coulter/A09141 | 5 |
7AAD | Beckman Coulter/A07704 | 10 |
Tabelle 3. Durchfluss Antikörper.
Komponente | Volume (1 Reaktion) | Volume (48 Reaktion) |
2x Single Cell RT Reaktionspuffer | 0,50 ul | 30,0 ul |
RNase Inhibitor (10 U / ul) | 0,02 ul | 1,2 ul |
5X Single Cell RT-Enhancer | 0,15 ul | 9,00 ul |
Single Cell RT Enzyme Mix | 0,04 ul | 2,4 ul |
Advablue (OAX04227) | 0,1 ul | 6,00 ul |
Nuclease freies Wasser | bis zu 1 ul | machen bis zu 60 ul |
Tabelle 4. Zusammensetzung des RT Master Mix für Single Cell RTPCR (cat # OAX04515).
Die Krebsstammzelle Hypothese 10, auf der Arbeit bei Leukämie 21 basierend, Brustkrebs 11 und Hirnkrebs 4,5, legt nahe, dass nur ein relativ kleiner Teil der Zellen im Tumor, bezeichnet Krebsstammzellen, eine Fähigkeit, ausgiebig proliferieren und selbst besitzen erneuern. Die meisten der Tumorzellen die Fähigkeit verlieren, sich zu vermehren und selbst zu erneuern, als sie in Zellen, die die phänotypische Signatur des Tumors zu differenzieren. Den Schlüssel Zellen im Geh...
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Diese Arbeit wurde von der Ontario Institute of Cancer Research (OICR), die Terry Fox Stiftung und der American Association of Neurological Surgeons finanziert.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name des Reagenzes | Firma | Katalog-Nummer | |
01.01 DMEM: F12 | Invitrogen | 11320-082 | |
N2 Ergänzung | Invitrogen | 17502-048 | |
1M HEPES | Wisent | 330-050-EL | |
Glucose | Invitrogen | 15023-021 | |
N-Acetylcystein | Sigma Aldrich | A9165-25g | |
Neural Überlebensfaktor -1 (NSF-1) | Lonza Clonetics | CC-4323 | |
Epidermal Growth Factor (EGF) | Sigma Aldrich | E9644 | |
Basischen Fibroblastenwachstumsfaktor (bFGF) | Invitrogen | PHG0261 | |
Leukämie inhibierenden Faktor (LIF) | Millipore | LIF1010 | |
Antibiotikum / mykotischen | Wisent | 450-115-EL | |
Liberase TM | Roche | 05 401 119 001 | |
Ammoniumchloridlösung | Stem Cell Technologies | 07850 |
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