Name: non-destructive evaluation of regional cell density within tumor aggregates following drug treatment
Uploaded: 2022-06-21T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Non-Destructive Evaluation of Regional Cell Density Within Tumor Aggregates Following Drug Treatment at JoVE.com

본 연구는 NIH R01 BRG CA207725 (MB/DTC) 및 NIH R01 CA233188 (MB)에 의해 지원되었다. 우리는 이러한 실험에 제공된 Trastuzumab에 대해 AMC 약국에 감사드립니다.

AU565 (HER2+) 및 MDA-MB-231 유방암 세포주를 본 연구에 사용하였다 ( 물질의 표 참조).
1. 종양 응집체 준비
<ol><li>로스웰 파크 메모리얼 인스티튜트(RPMI) 1640 기본 배지(+)를 사용하여 10%(v/v) 태아 소 혈청과 1% 페니실린/스트렙토마이신이 보충된 L-글루타민을 사용하여 AU565(HER2+) 유방암 세포 성장 배지를 준비 합니다(자료 표 참조).</li>
	<li>10% (v/...

<ol>
	<li>Sutherland, R., JA, M., Inch, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+multicell+spheroids+in+tissue+culture+as+a+model+of+nodular+carcinomas.">Growth of multicell spheroids in tissue culture as a model of nodular carcinomas.</a> Journal of the National Cancer Institute. 46 (1), 113-120 (1971).</li><li>Sachs, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+living+biobank+of+breast+cancer+organoids+captures+disease+heterogeneity.">A living biobank of breast cancer organoids captures disease heterogeneity.</a> Cell. 172 (1-2), 373-386 (2018).</li><li>Nagelkerke, A., Bussink, J., Sweep, F. C. G. J., Span, P. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+multicellular+tumor+spheroids+of+breast+cancer+cells:+How+to+go+three-dimensional.">Generation of multicellular tumor spheroids of breast cancer cells: How to go three-dimensional.</a> Analytical Biochemistry. 437 (1), 17-19 (2013).</li><li>Kunz-Schughart, L. A., Freyer, J. P., Hofstaedter, F., Ebner, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+3-D+cultures+for+high-throughput+screening:+The+multicellular+spheroid+model.">The use of 3-D cultures for high-throughput screening: The multicellular spheroid model.</a> Journal of Biomolecular Screening. 9 (4), 273-285 (2004).</li><li>Hirschhaeuser, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multicellular+tumor+spheroids:+An+underestimated+tool+is+catching+up+again.">Multicellular tumor spheroids: An underestimated tool is catching up again.</a> Journal of Biotechnology. 148 (1), 3-15 (2010).</li><li>Jiang, Y., Pjesivac-Grbovic, J., Cantrell, C., Freyer, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+multiscale+model+for+avascular+tumor+growth.">A multiscale model for avascular tumor growth.</a> Biophysical Journal. 89 (6), 3884-3894 (2005).</li><li>Freyei, J. P., Sutherland, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+growth+saturation+and+development+of+necrosisin+EMT6/R0+multicellular+spheroids+by+the+glucose+and+oxygen+supply.">Regulation of growth saturation and development of necrosisin EMT6/R0 multicellular spheroids by the glucose and oxygen supply.</a> Cancer Research. 46 (7), 3504-3512 (1986).</li><li>Desoize, B., Jardillier, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multicellular+resistance:+a+paradigm+for+clinical+resistance.">Multicellular resistance: a paradigm for clinical resistance.</a> Critical Reviews in Oncology Hematology. 36 (2-3), 193-207 (2000).</li><li>Mellor, H. R., Ferguson, D. J. P., Callaghan, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model+of+quiescent+tumour+microregions+for+evaluating+multicellular+resistance+to+chemotherapeutic+drugs.">A model of quiescent tumour microregions for evaluating multicellular resistance to chemotherapeutic drugs.</a> British Journal of Cancer. 93 (3), 302-309 (2005).</li><li>Roberge, C. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-destructive+tumor+aggregate+morphology+and+viability+quantification+at+cellular+resolution,+during+development+and+in+response+to+drug.">Non-destructive tumor aggregate morphology and viability quantification at cellular resolution, during development and in response to drug.</a> Acta Biomaterialia. 117, 322-334 (2020).</li><li>Piccinini, F., Tesei, A., Bevilacqua, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-image+based+methods+used+for+non-invasive+volume+estimation+of+cancer+spheroids+a+practical+assessing+approach+based+on+entry-level+equipment.">Single-image based methods used for non-invasive volume estimation of cancer spheroids a practical assessing approach based on entry-level equipment.</a> Computer Methods and Programs in Biomedicine. 135, 51-60 (2016).</li><li>Imamura, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+2D-+and+3D-culture+models+as+drug-testing+platforms+in+breast+cancer.">Comparison of 2D- and 3D-culture models as drug-testing platforms in breast cancer.</a> Oncology Reports. 33 (4), 1837-1843 (2015).</li><li>Song, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patient-derived+multicellular+tumor+spheroids+towards+optimized+treatment+for+patients+with+hepatocellular+carcinoma.">Patient-derived multicellular tumor spheroids towards optimized treatment for patients with hepatocellular carcinoma.</a> Journal of Experimental &amp; Clinical Cancer Research. 37 (1), 1-13 (2018).</li><li>LaBarbera, D. V., Reid, B. G., Yoo, B. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+multicellular+tumor+spheroid+model+for+high-throughput+cancer+drug+discovery.">The multicellular tumor spheroid model for high-throughput cancer drug discovery.</a> Expert Opinion on Drug Discovery. 7 (9), 819-830 (2012).</li><li>Hakanson, M., Textor, M., Charnley, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineered+3D+environments+to+elucidate+the+effect+of+environmental+parameters+on+drug+response+in+cancer.">Engineered 3D environments to elucidate the effect of environmental parameters on drug response in cancer.</a> Integrative Biology. 3 (1), 31-38 (2011).</li><li>Pickl, M., Ries, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+3D+and+2D+tumor+models+reveals+enhanced+HER2+activation+in+3D+associated+with+an+increased+response+to+trastuzumab.">Comparison of 3D and 2D tumor models reveals enhanced HER2 activation in 3D associated with an increased response to trastuzumab.</a> Oncogene. 28 (3), 461-468 (2009).</li><li>Huang, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+coherence+tomography+HHS+public+access.">Optical coherence tomography HHS public access.</a> Science. 254 (5035), 1178-1181 (1991).</li><li>Zhong, H. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancement+of+permeability+of+glycerol+with+ultrasound+in+human+normal+and+cancer+breast+tissues+in+vitro+using+optical+coherence+tomography.">Enhancement of permeability of glycerol with ultrasound in human normal and cancer breast tissues in vitro using optical coherence tomography.</a> Laser Physics Letters. 7 (5), 388-395 (2010).</li><li>Fujimoto, J., Swanson, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development,+commercialization,+and+impact+of+optical+coherence+tomography.">The development, commercialization, and impact of optical coherence tomography.</a> Investigative Ophthalmology &amp; Visual Science. 57 (9), (2016).</li><li>Huang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+coherence+tomography+detects+necrotic+regions+and+volumetrically+quantifies+multicellular+tumor+spheroids.">Optical coherence tomography detects necrotic regions and volumetrically quantifies multicellular tumor spheroids.</a> Cancer Research. 77 (21), 6011-6020 (2017).</li><li>Hari, N., Patel, P., Ross, J., Hicks, K., Vanholsbeeck, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+coherence+tomography+complements+confocal+microscopy+for+investigation+of+multicellular+tumour+spheroids.">Optical coherence tomography complements confocal microscopy for investigation of multicellular tumour spheroids.</a> Scientific Reports. 9 (1), 1-11 (2019).</li><li>El-Sadek, I. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+dynamics+optical+coherence+tomography+for+tumor+spheroid+evaluation.">Three-dimensional dynamics optical coherence tomography for tumor spheroid evaluation.</a> Biomedical Optics Express. 12 (11), 6844 (2021).</li><li>Kingsley, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser-based+3D+bioprinting+for+spatial+and+size+control+of+tumor+spheroids+and+embryoid+bodies.">Laser-based 3D bioprinting for spatial and size control of tumor spheroids and embryoid bodies.</a> Acta Biomateralia. 95, 357-370 (2019).</li><li>Absher, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemocytometer+counting.">Hemocytometer counting.</a> Tissue Culture. , 395-397 (1973).</li><li>Roberge, C. L., Rudkouskaya, A., Barroso, M., Corr, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Longitudinal,+label-free+assessment+of+cell+density+and+viability+in+multicellular+tumor+spheroids+via+optical+coherence+tomography.">Longitudinal, label-free assessment of cell density and viability in multicellular tumor spheroids via optical coherence tomography.</a> Summer Biomechanics, Bioengineering, and Biotransport Conference. , (2020).</li><li>Bellotti, C., Duchi, S., Bevilacqua, A., Lucarelli, E., Piccinini, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long+term+morphological+characterization+of+mesenchymal+stromal+cells+3D+spheroids+built+with+a+rapid+method+based+on+entry-level+equipment.">Long term morphological characterization of mesenchymal stromal cells 3D spheroids built with a rapid method based on entry-level equipment.</a> Cytotechnology. 68 (6), 2479-2490 (2016).</li><li>Noto, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stearoyl-CoA+desaturase-1+is+a+key+factor+for+lung+cancer-initiating+cells.">Stearoyl-CoA desaturase-1 is a key factor for lung cancer-initiating cells.</a> Cell Death &amp; Disease. 4 (12), 947 (2013).</li><li>Riffle, S., Hegde, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+tumor+cell+adaptations+to+hypoxia+in+multicellular+tumor+spheroids.">Modeling tumor cell adaptations to hypoxia in multicellular tumor spheroids.</a> Journal of Experimental &amp; Clinical Cancer Research. 36, 102 (2017).</li><li>Wilson, W. R., Hay, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeting+hypoxia+in+cancer+therapy.">Targeting hypoxia in cancer therapy.</a> Nature Reviews Cancer. 11, 393-410 (2011).</li><li>Grimes, D. R., Kelly, C., Bloch, K., Partridge, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+method+for+estimating+the+oxygen+consumption+rate+in+multicellular+tumour+spheroids.">A method for estimating the oxygen consumption rate in multicellular tumour spheroids.</a> Journal of the Royal Society Interface. 11 (92), 20131124 (2014).</li><li>Nath, S., Devi, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+culture+systems+in+cancer+research:+Focus+on+tumor+spheroid+model.">Three-dimensional culture systems in cancer research: Focus on tumor spheroid model.</a> Pharmacology &amp; Therapeutics. 163, 94-108 (2016).</li><li>Pozzi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Meet+me+halfway:+Are+in+vitro+3D+cancer+models+on+the+way+to+replace+in+vivo+models+for+nanomedicine+development.">Meet me halfway: Are in vitro 3D cancer models on the way to replace in vivo models for nanomedicine development.</a> Advanced Drug Delivery Reviews. 175, 113760 (2021).</li><li>. High throughput screening format identifies synthetic mimics of matrigel for tubulogenesis screening Available from: <a target="_blank" href="https://abstracts.biomaterials.org/data/papers/2015/abstracts/547.pdf">https://abstracts.biomaterials.org/data/papers/2015/abstracts/547.pdf</a> (2015)</li><li>Duchnowska, R., Szczylik, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Central+nervous+system+metastases+in+breast+cancer+patients+administered+trastuzumab.">Central nervous system metastases in breast cancer patients administered trastuzumab.</a> Cancer Treatment Reviews. 31 (4), 312-318 (2005).</li><li>Zazo, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation,+characterization,+and+maintenance+of+trastuzumab-resistant+HER2++breast+cancer+cell+lines.">Generation, characterization, and maintenance of trastuzumab-resistant HER2+ breast cancer cell lines.</a> American Journal of Cancer Research. 6 (11), 2661-2678 (2016).</li></ol>

중요성 다세포 종양 구상체 (MCTS)는 종양 진행 및 약물 스크리닝 1,2,3을 연구하기위한 강력한 3D 시험관 내 모델입니다. 이러한 비교적 간단한 응집체 모델의 유용성을 향상시키는 것은 종양 모델 진행 및 치료 반응 모두에 영향을 미치는 것으로 알려진 형태학 및 세포 밀도와 같은 주요 특징의 특성화에 크...

연구자들은 종양 진행의 주요 특징 중 일부를 연구하기 위해 벤치 탑 3D 배양 시험관 내 시스템으로 크게 전환했습니다. 이 연구의 대부분은 다세포 종양 구상체 (MCTS)와 더 복잡한 오가노이드 1,2의 재 출현에 의해 주도되었습니다. 이러한 모델은 avascular이지만, 생체 내 3,4,5에서 발생하는 생리 학적 및 병리학 적 과정을 되풀이하기위한 강력한 도구를 제공합니다. 특히, 중간 크기 모델 (직경 300-500 μm)은 코어 내 저산소증으로 인한 3D 구조, 병리 생리학적 구배 및 전이성 신호전달과 같은 주요 종양 특징을 모방 할 수 있습니다. 이 모델들은 혈관화된 생체 내 종양에서 볼 수 있는 특징적인 동심원층, 즉 증식성 세포의 외층, 노화/정지 세포의 과도기적 층, 그리고 코어에서 저산소증을 경험하는 세포를 나타낸다는 것은 잘 문서화되어 있다 3,6,7,8,9 . 독특한 통찰력은 이러한 층 내에서, 개발 중 및 약물에 대한 반응으로 세포 행동을 특성화함으로써 이러한 모델로부터 얻을 수 있습니다. 그러나 강력한 시험관 내 모델을 만드는 그라디언트를 개발하는 데 필요한 필수 MCTS 크기는 비파괴 평가에 사용되는 도구를 크게 제한합니다. 실제로 MTCS의 비파괴 분석에서 가장 큰 과제 중 하나는 세포 규모 세부 사항을 정량화하는 것입니다. 밝은 필드 및 위상차 현미경은 3D MCTS의 성장과 발달을 비파괴적으로 평가하기 위해 일상적으로 활용됩니다. 그러나 이러한 양식은 2D 프로젝션 으로 제한되며 이러한 모델10,11,12,13의 중요한 3D 구조를 시각화 할 수있는 능력이 부족합니다. 세포독성 및 세포 증식에 대한 정보는 전형적으로 형광 이미징 (즉, 광-시트 현미경, 공초점 현미경) 또는 생체외 면역조직학적 염색14,15,16을 통해 수집된다. 이러한 접근법은 조직 구조, 세포 밀도 및 세포 기능에 대한 귀중한 고해상도 정보를 제공하지만 종방향 분석을 방지하는 광학 클리어링, 고정 / 염색 또는 임베딩과 같은 샘플 준비가 필요한 경우가 많습니다.
OCT(Optical Coherence Tomography)는 위에서 언급한 도전 과제 중 일부를 극복할 수 있는 잠재력을 가진 비파괴 구조 이미징 양식입니다. 이 제품은 세포 분해능과 전체 다세포 응집체 17,18,19를 시각화 할 수있는 충분히 넓은 시야각 (최대 10mm x10mm)을 자랑합니다. 중요하게도, 사용된 빛의 가시적 특성으로 인해, 이 기술은 완전히 비파괴적이고 라벨이 없다17. 또한 샘플을 시료 준비 없이도 현장에서 이미징할 수 있으므로 인큐베이터에서 샘플을 직접 채취하여 OCT(스캔 지속 시간 ~ 5-10분)로 신속하게 스캔한 다음 인큐베이터로 반환하여 종방향 특성화가 가능합니다. OCT를 사용하여 종양 스페로이드 행동을 분석하려는 많은 연구가 최근에 나타났습니다. 가장 흥미로운 시연 중 하나에서, Huang et al.은 OCT를 사용하여 대형 종양 스페로이드 모델 내에서 괴사 성 코어를 비파괴적으로 검출했으며, 살아있는 세포 영역과 죽은 세포 영역이 광학 감쇠의 눈에 띄는 차이를 가지고 있으며, 이는 라벨이없는 생존력 모니터링(20)에 활용 될 수 있음을 지적했다. 유사하게, Hari 등은 샘플21 내의 저산소증의 존재를 연구하기 위해 OCT로 영상화된 인간 결장암 (HCT116) 구상체의 굴절률 (RI) 측정을 수행하였다. 그들의 측정은 직접적인 추론에 충분하지 않았지만, 괴사 성 코어의 크기는 아니지만 부위와 상관 관계가있는 위치에서 더 낮은 RI를 관찰했으며 나중에 공초점 현미경을 통해 확인되었습니다. Abd El-Sadek et al.은 OCT를 사용하여 유방암 종양 모델22의 지역 조직 생존력을 시각화하고 정량화했습니다. 그들은 조직 역학을 시각화하기위한 두 가지 OCT 기반 방법을보고했으며 이러한 메트릭의 차이와 살아있는 / 죽은 세포의 현미경 검사로 확인 된 영역 사이의 중간 상관 관계를 보여주었습니다.
OCT를 사용하여10,23 개발 중에 MCTSs 유방암 모델 내에서 3D 형태 및 세포 수를 측정하기위한 정량적이고 비파괴적인 접근법을 수립하기 위해이 이전 문헌을 기반으로 한 우리의 출판 된 연구. Imaris 3D 렌더링 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여 OCT 볼륨 스캔 내에서 이미지화된 세포 크기 개체(즉, 반점)의 수를 계수하기 위해, 세포 카운트는 응집 해리 시 혈구세포계를 통해 결정된 것과 통계적으로 유사한 MCTS에서 비파괴적으로 측정되었다. 그러나, OCT의 구조적 특성으로 인해, 괴사에 의한 세포 사멸 후에도 여전히 존재하는 세포막은 살아있는 세포로 잘못 계산될 수 있다. 더욱이, 이러한 특성화는 유망한 성공을 갖는 약물 처방을 실시한 개별 응집체 내의 세포 생존력을 비파괴적으로 추적하도록 확장되었다(10). 중요하게도, 유사한 세포 생존율이 우리의 OCT-Imaris 접근법으로부터 해리시 이들 샘플 내에서 벤치마킹된 것과 함께 보고되었다는 것이 주목되었다. 이 비파괴적이고 라벨이 없는 셀 접근법은 세포가 구성물/응집체 구조를 희생하지 않고 종방향으로 3D 구조물 및 조밀한 응집체 내에서 계수될 수 있게 한다.
본 연구는 OCT-Imaris가 3D 응집체 형태학과 세포 수를 측정하는 능력을 활용하여 조밀 응집체 내의 지역 세포 밀도를 직접 정량화하는 개선 된 접근법을보고합니다. 이러한 방법론적 발전은 MCTS 모델의 특징적인 동심원 층 내에서 세포의 공간적 분포와 증식에 대한 보다 상세한 그림을 제공한다. 단순히 전체 평균 응집체 세포 밀도를 계산하는 대신, 이러한 국소 밀도 측정은 다짐과 관련된 것과 같은 세포 밀도 구배를 나타낼 수 있다. 이 지역 평가는 또한 국소 세포 밀도의 변화에 의해 측정되는 국소 약물 반응을 평가하기 위해 화학요법으로 처리된 응집체에도 적용된다. OCT와 고급 이미징 분석 방법의 이러한 조합은 지역 세포 생존력의 정량화를 제공하며, 이는 세포 밀도의 감소를 경험하는 영역을 기반으로 약물 침투를 탐구하는 데 사용될 수 있습니다. 이것은 조밀 한 세포 조직 내의 약물에 반응하여 지역 세포 밀도와 생존력을 비파괴적으로 정량화하고 종으로 측정하는 첫 번째 보고서입니다. 전체 MCTS에 걸친 입체 세포 밀도 및 공간 분포의 이러한 특성화는 암 치료에서 약물 전달을 최적화하고 암 모델 진행에 대한 이해를 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>96 well plates</td>
			<td>Greiner Bio-One&#160;</td>
			<td>650970</td>
			<td>CellStar Cell-Repellent Surface, https://shop.gbo.com/en/usa/products/bioscience/cell-culture-products/cellstar-cell-repellent-surface/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25% trypsin, 2.21 mM EDTA</td>
			<td>Corning</td>
			<td>25-053-CI</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AU565 breast cancer cells</td>
			<td>ATCC</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s Modified Eagle&#39;s Medium</td>
			<td>Corning</td>
			<td>10-013-CV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>30-2020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FIJI software</td>
			<td>open-source</td>
			<td>(Fiji Is Just) ImageJ v2.1/1.5.3j</td>
			<td>Downloaded from https://imagej.net/software/fiji/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemocytometer</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>0267151B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imaris image analysis software</td>
			<td>Bitplane</td>
			<td></td>
			<td>Current version 9.8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-glutamine</td>
			<td>Lonza</td>
			<td>17-605E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matrigel</td>
			<td>Corning</td>
			<td>354263</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MDA-MB-231 breast cancer cells</td>
			<td>ATCC</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Z1 AxioVision</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicilin streptomycin</td>
			<td>Corning</td>
			<td>30-0002CI</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plate centrifuge</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RPMI medium 1640</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>11875-085</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectral Domain Optical Coherence Tomography</td>
			<td>ThorLabs</td>
			<td>TEL220C1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T75 cell culture flasks</td>
			<td>Greiner Bio-One&#160;</td>
			<td>658175</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trastuzumab</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Remnant clinical samples of Trastuzumab were used in this study, generously gifted by the Albany Medical College Pharmacy.&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

non-destructive evaluation of regional cell density within tumor aggregates following drug treatment

다세포 종양 스페로이드 (MCTSs) 모델은 암 진행 및 약물 발견 의 시험관내 연구에 대한 증가하는 유용성을 입증했다. 이러한 비교적 간단한 무혈관 구축물은 3D 구조 및 병리생리학적 구배와 같은 생체내 종양의 주요 측면을 모방한다. MCTSs 모델은 스페로이드 발달 중 및 약물에 대한 반응으로 암 세포 행동에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다. 그러나 필요한 크기는 비파괴 평가에 사용되는 도구를 크게 제한합니다. 광학 일관성 단층 촬영 구조 이미징 및 Imaris 3D 분석 소프트웨어는 MCTS 내의 지역 세포 밀도를 신속하고 비파괴적이며 라벨 없이 측정하기 위해 탐구됩니다. 이 접근법은 4 일간의 성숙 기간 동안 그리고 임상 적으로 관련된 항 HER2 약물 인 Trastuzumab을 사용한 연장 된 5 일 치료를 통해 MCTS를 평가하는 데 사용됩니다. 간략하게, AU565 HER2+ 유방암 MCTS는 마트리겔(기저막 매트릭스)의 첨가 유무에 관계없이 액체 오버레이를 통해 생성되어 다양한 형태학(각각 두껍고 디스크형 2.5D 응집체 또는 평평한 2D 응집체)의 응집체를 탐색했습니다. 외부 영역, 전이 영역 및 내부 코어 내의 세포 밀도는 성숙된 MCTS를 특징으로 하여, 외부 층에 비해 코어 영역에서 더 높은 세포 밀도를 갖는 세포 밀도 구배를 드러냈다. 매트릭스 추가는 셀 밀도를 재분배하고 이러한 구배를 향상시켜 외부 영역 밀도를 감소시키고 코어에서 셀 압축을 증가시켰다. 세포 밀도는 약물 반응의 잠재적인 지역적 차이를 평가하기 위해 점진적으로 더 깊은 100 μm 구역 내에서 약물 처리 (0 h, 24 h, 5일) 후에 정량화하였다. 최종 시점까지, 거의 모든 세포 사멸은 각 응집체의 외부 200 μm에 제약을 받는 것으로 나타났고, 응집체 내의 더 깊은 세포는 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났으며, 이는 약물 침투의 한계로 인한 약물 반응의 지역적 차이를 예시하였다. 현재의 프로토콜은 조밀 한 세포 조직 내의 지역 세포 밀도를 비파괴적으로 정량화하고 종으로 측정하는 독특한 기술을 제공합니다.

이전 간행물에서, OCT10을 사용하여 세포 응집체 내의 글로벌 세포 밀도의 비파괴적 측정을 위한 방법이 확립되었다. 본원에서, 이러한 기술은 발달하는 세포 응집체의 국소 세포 밀도를 평가하기 위해 확장된다. 도 1은 이러한 확장의 개략도를 보여주며, 여기서 셀 밀도는 도 1B,C의 노란색 원으로 표시된 작은 (직경 100 μm) ...

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Non-Destructive Evaluation of Regional Cell Density Within Tumor Aggregates Following Drug Treatment

본 프로토콜은 3D 종양 응집체 내에서 신속하고, 비파괴적이며, 라벨이 없는 지역 세포 밀도 및 생존력 측정을 위한 이미지 기반 기술을 개발한다. 연구 결과는 세포 밀도 구배를 밝혀 냈으며, 트라스투주맙으로 처리된 HER2+ 응집체에서 응집체를 개발하고 주로 말초 세포 사멸을 발달시키는 데 있어서 외층보다 코어 영역에서 더 높은 세포 밀도를 보였다.

약물 처리 후 종양 응집체 내의 국소 세포 밀도의 비파괴적 평가

Multicellular tumor spheroid (MCTSs) models have demonstrated increasing utility for in vitro study of cancer progression and drug discovery. These ...

이 프로토콜은 비파괴적인 방식으로 종양 모델 진행에 대한 정보를 제공한다. 또한 연령 일치 샘플에 의존하기보다는 단일 집계 내에서 전체 약물 요법을 통해 치료 반응의 징후를 제공합니다. 응집체 내에서 세포 밀도와 생존력을 얻는 기존의 방법은 샘플 고정 및 절편이 필요하지만 비파괴적으로 데이터를 제공합니다.따라서 변경 사항은 시간이 지남에 따라 단일 집계 내에서 추적 할 수 있습니다. 이 기술은 집계 모델의 신중한 영역 내에서 약물 반응에 대한 우리의 이해를 향상시킬 것으로 예상되며, 이러한 모델이 생체 내 반응 및 약물 스크리닝 응용 프로그램을 얼마나 잘 반영하는지에 대한 함의를 가지고 있습니다. 시작하기 위해, 표준 조건에서 원하는 세포주의 70 내지 90% 합류 세포 배양물을 준비한다.표준 트립신화 방법에 따라 배양 플라스크에서 세포 단층을 분리하고 세포 현탁액을 원심분리 튜브에 첨가한다. 혈구계에 10 마이크로 리터의 세포 현탁액을 추가하고 현미경을 통해 카운트하여 현탁액의 세포 수를 결정하십시오. 펠릿 세포는 원심분리를 통해 배지에서 원하는 농도로 세포를 2.5배 10 밀리리터당 5번째 세포로 재현탁시켰다.기저막 매트릭스로 제조된 현탁액의 경우, 매트릭스 바이알을 영하 20°C 저장소에서 제거하고 냉장고에 넣어 밤새 해동시킨다. 성장 매체가있는 용기를 준비하고 10 분 동안 냉장 보관하여 차갑게하십시오. 냉동 피펫 팁을 사용하여 매트릭스를 냉각 배지에 추가하여 이 용액의 최종 농도가 5%이 되도록 이 배지를 둥근 바닥의 각 웰에 50마이크로리터 추가하고, 부착되지 않은 96-웰 플레이트를 사용하여 이들 웰 내의 매트릭스의 최종 농도가 2.5%가 되도록 세포 현탁액을 첨가한 후 2.5%가 되도록 한다.매트릭스없이 준비된 현탁액의 경우, 각 웰에 50 마이크로 리터의 일반 성장 배지를 첨가하십시오. 50 마이크로리터의 세포 현탁액을 각 웰에 분배하십시오. 플레이트를 시딩 직후 실온에서 10분 동안 123 G에서 원심분리하여 각 웰의 바닥에서 세포 펠릿의 수집을 보장한다.구조 이미징을 위해 OCT 시스템을 활용하십시오. 고해상도 이미지 수집을 위해 A 스캔 속도를 5.5킬로헤르츠로 설정합니다. 액체 매질의 샘플에 대해 굴절률을 1.33으로 설정합니다.화면 오른쪽에 있는 이미지 매개 변수 창에서 X, Y 및 Z 값을 입력하여 샘플이 이 관심 영역 내에 포함되도록 시야를 설정합니다. 3D 획득 모드를 클릭 한 다음 기록을 클릭하여 샘플의 3D 볼륨 스캔을 수집합니다. 볼륨 재구성을 생성하려면 Imaris를 열고 해당 경기장 내에서 변환된 TIF 파일로 이동합니다.편집으로 이동 한 다음 이미지 속성을 클릭하고 OCT 이미지의 복셀 크기를 해당 XYZ 상자에 입력하십시오. 그런 다음 확인을 클릭하십시오. 객체 트리 위에 있는 새 서피스 추가를 클릭합니다. 트리 아래의 메뉴에서 자동 생성 건너 뛰기를 클릭하고 수동으로 편집하십시오.디스플레이 조정 창 내에서 빨간색과 검은색 화살표를 수동으로 밀어 샘플과 배경 간의 대비를 향상시키고 샘플 시각화를 개선합니다. 샘플의 한쪽 가장자리에 있는 슬라이스에 대한 슬라이스 위치를 조정합니다. 이스케이프 키를 사용하여 마우스를 탐색 모드에서 선택 모드로 변경한 다음 그리기를 클릭합니다.신호를 표시하는 영역의 윤곽선을 수동으로 추적합니다. 입력 상자에 다음 위치를 입력하여 슬라이스 위치를 진행합니다. 이 다음 위치는 이전 위치보다 샘플에 더 깊이 들어가는 100개 슬라이스보다 작거나 같아야 합니다.신호를 표시하는 영역을 수동으로 추적합니다. 샘플의 반대쪽 가장자리에 도달할 때까지 샘플의 두께를 통해 이 단계를 반복합니다. 그런 다음 서피스 만들기 및 왼쪽 메뉴를 클릭하여 이러한 슬라이스를 함께 스티치하십시오.마지막으로 편집을 클릭 한 다음 마스크 선택을 클릭 한 다음 확인을 클릭하여 볼륨 재구성을 완료하십시오. 샘플의 총 셀 밀도를 얻으려면 새 스팟 추가를 선택합니다. 알고리즘 설정 메뉴에서 모든 상자의 선택을 취소합니다.파란색 화살표를 클릭하여 소스 채널 화면으로 이동합니다. 나타나는 드롭다운 메뉴에서 마스크된 채널을 선택합니다. XY 직경 상자에 샘플의 평균 셀 직경을 입력합니다.배경 뺄셈이 선택되어 있는지 확인합니다. 파란색 화살표를 클릭하여 분류 지점의 화면으로 이동합니다. 메뉴 아래쪽에 있는 그래프에서 노란색 임계값의 왼쪽 가장자리를 클릭하고 그래프의 왼쪽 가장자리로 드래그하여 모든 개체가 노란색 음영처리된 임계값에 포함되도록 합니다.그런 다음 녹색 화살표를 클릭하여 스팟 생성을 완료합니다. 통계를 클릭하여 식별된 개체 수를 가져옵니다. 그런 다음 전체를 클릭하고 마지막으로 총 스팟 수를 클릭합니다.생성된 서피스를 클릭하고 서피스 스타일 품질 탭으로 이동합니다. 선택 영역을 중심점으로 변경하고 픽셀 너비를 20 미만으로 변경하여 최상의 가시성을 제공합니다. 통계로 이동합니다.그런 다음 자세히(Detailed)를 클릭한 다음 위치(Position)를 클릭하고 중앙 지점의 위치를 기록합니다. 객체 트리 위의 메뉴에서 새 참조 프레임 추가를 선택합니다. 메뉴에서 X, Y 옆에 있는 표시 및 고정 상자를 선택합니다.참조 프레임 아이콘의 중심을 클릭하고 드래그하여 중심 점과 일치하도록 합니다. XY 표시 및 수정 상자를 선택 해제하고 XZ에 대해 선택합니다. 다시 한 번 참조 프레임 아이콘의 중심을 클릭하고 드래그하여 중심 지점과 일치하도록 합니다. 마지막으로, YZ 평면에 대해 이 작업을 반복하고, 참조 프레임이 중심 지점과 완벽하게 정렬될 때까지 이 세 개의 고정 평면을 번갈아 가며 반복합니다.개체 트리에서 참조 프레임을 두 번 클릭하고 가운데 또는 이와 유사한 이름을 바꿉니다. 생성 된 지점을 클릭하고 통계로 이동하십시오. 그런 다음 자세히를 클릭하고 위치 참조 프레임을 클릭합니다.가장 높은 값에서 가장 낮은 값으로 정렬될 때까지 위치 X 참조 프레임을 클릭합니다. 집계의 반지름을 얻기 위해 가장 높은 값을 기록하십시오. 수동 계산을 수행하여 추가 관심 위치를 결정합니다.이렇게 하려면 X 중심 값에 100마이크로미터를 추가한 다음 중심점의 Y 및 Z 값을 사용하여 중심축을 따라 첫 번째 위치를 정의합니다. 새 스폿 추가를 선택합니다. 그런 다음 자동 생성 편집 건너뛰기를 수동으로 선택합니다.키보드의 Shift 버튼을 누른 상태에서 화면의 아무 곳이나 클릭하여 새 지점을 배치하십시오. 첫 번째 관심 위치에 대한 XYZ 위치 값을 입력합니다. 그런 다음 새 참조 프레임 추가를 선택하고 그 지점 위에 정렬합니다.각 순차적 X 위치에 100마이크로미터를 추가합니다. 마지막 기준 프레임을 샘플의 외부 반지름에서 50마이크로미터 미만으로 배치합니다. 생성 된 지점을 클릭하고 통계로 이동하십시오.메뉴의 오른쪽 하단에서 모든 통계를 파일로 내보내기를 클릭하고 데이터를 스프레드 시트에 저장하십시오. 스프레드시트를 엽니다. 원점 참조 프레임 탭으로부터의 거리로 이동합니다.mod 함수를 사용하여 각 거리를 해당 참조 프레임에 숫자로 할당합니다. 이 열의 값을 필터링하여 각 참조 프레임의 거리에 대해 작업합니다. 각 참조 프레임에 대해 COUNTIF 함수를 사용하여 프레임의 50마이크로미터 이내의 개체 수를 계산합니다.결과 값은 해당 지역 플러그의 셀 수에 해당합니다. 이 값을 100 마이크로미터 플러그의 부피로 나누어 셀 밀도를 구한다. 스튜던트 T 테스트는 MDA-MB-231 스페로이드 모델의 전이 및 외부 층보다 스페로이드 코어에서 훨씬 높은 세포 밀도를 나타냈다.결과는 나흘 후이 스페로이드 코어의 압축을 나타냅니다. AU565 및 MDA-MB-231 응집체 모델 둘 다에서, 매트릭스의 첨가는 부피 또는 세포 수에 영향을 미치는 것으로 보이지 않으며, 따라서 세포 증식에 무시할 수 있는 영향을 미치는 것으로 보인다. 오히려, 매트릭스 첨가는 셀 밀도를 재분배하여 상당한 코어 압축을 촉진하고 외부 층에서 셀 밀도를 감소시키는 것으로 보인다.이러한 발견은 매트릭스가 다른 유방암 세포주에서 세포 응집을 가능하게하는 물리적 메커니즘에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다. 다음으로 매트릭스로 제조된 AU565 종양 스페로이드를 살펴보면, 성숙된 응집체를 트라스투주맙으로 처리하고, 5일 약물 요법을 통해 지역 세포 밀도를 평가하였다. 플러그는 응집체의 두께에 걸쳐 100 마이크로미터마다 설정되었다.세포 밀도의 사소한 변동은 최소한의 세포 사멸을 나타내는 각 응집체의 내부 500 마이크로미터 내에서 시간에 따라 관찰되었다. 종양 구상체의 외층에서 주로 약물 반응을 나타내는 세포 사멸의 시각화는 트라스투주맙의 약물 침투 문제와 일치한다. 우리는 이제 구조를 희생하지 않고 응집체에서 세포 생존력을 비파괴적으로 측정 할 수 있습니다.이를 통해 단수 종양 응집체에서 종단 약물 반응을 평가하여 후보 항암제의 시간적 및 침투 특성을 확인할 수 있습니다.

Research

JoVE Journal

Cancer Research

Sample Extraction and Simultaneous Chromatographic Quantitation of Doxorubicin and Mitomycin C Following Drug Combination Delivery in Nanoparticles to Tumor-bearing Mice

샘플 추출 및 독 소 루비와 미토마이신 C 다음 약물 조합을 전달 나노 입자에 종양 방위 쥐의 동시 크로마 정량

Combination chemotherapy is frequently used in the clinic for cancer treatment; however, associated adverse effects to normal tissue may limit its ...

연구

암 연구학

Generation of High-Throughput Three-Dimensional Tumor Spheroids for Drug Screening

마약 검사에 대 한 높은 처리량 3 차원 종양 Spheroids의 생성

Cancer cells have routinely been cultured in two dimensions (2D) on a plastic surface. This technique, however, lacks the true environment a tumor mass is ...

Evaluation of the Feasibility, Safety, and Accuracy of an Intraoperative High-intensity Focused Ultrasound Device for Treating Liver Metastases

간 전이 치료를 위한 초음파 장치 타당성, 안전, 그리고 자가 고 강도의 정확도의 평가 초점을 맞춘

Today, the only potentially curative option in patients with colorectal liver metastases is surgery. However, liver resection is feasible in less than 20% ...

Neutrophil Extracellular Traps Generated by Low Density Neutrophils Obtained from Peritoneal Lavage Fluid Mediate Tumor Cell Growth and Attachment

호 중구 Extracellular 함정 밀도가 낮은 호 중구에 의해 생성 된 종양 세포 성장 및 첨부 파일 중재 하십시오 복 막 게 액체에서 얻은

Activated neutrophils release neutrophil extracellular traps (NETs), which can capture and destroy microbes. Recent studies suggest that NETs are involved ...

Paramyxoviruses for Tumor-targeted Immunomodulation: Design and Evaluation Ex Vivo

종양 대상 Immunomodulation에 대 한 paramyxoviruses: 설계 및 평가 전 비보

Successful cancer immunotherapy has the potential to achieve long-term tumor control. Despite recent clinical successes, there remains an urgent need for ...

Intramucosal Inoculation of Squamous Cell Carcinoma Cells in Mice for Tumor Immune Profiling and Treatment Response Assessment

종양 면역 프로 파일링에 대 한 쥐 및 치료 반응 평가에 편평 세포 암 종 세포의 intramucosal 접종

Head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) is a debilitating and deadly disease with a high prevalence of recurrence and treatment failure. To develop ...

In Vitro Tumor Cell Rechallenge For Predictive Evaluation of Chimeric Antigen Receptor T Cell Antitumor Function

체 외 종양 세포 Rechallenge 공상 항 원 수용 체 T 세포 Antitumor 기능 예측 평가

The field of chimeric antigen receptor (CAR) T cell therapy is rapidly advancing with improvements in CAR design, gene-engineering approaches and ...

Drug Screening of Primary Patient Derived Tumor Xenografts in Zebrafish

제브라피시의 1차 환자 유래 종양 이종이식의 약물 스크리닝

Patient derived xenograft models are critical in defining how different cancers respond to drug treatment in an in vivo system. Mouse models are the ...

Pathological Analysis of Lung Metastasis Following Lateral Tail-Vein Injection of Tumor Cells

종양 세포의 측면 꼬리 정맥 주입 다음 폐 전이의 병리학 적 분석

Metastasis, the primary cause of morbidity and mortality for most cancer patients, can be challenging to model preclinically in mice. Few spontaneous ...

Isolation and Functional Assessment of Human Breast Cancer Stem Cells from Cell and Tissue Samples

세포 및 조직 샘플에서 인간 유방암 줄기 세포의 분리 및 기능 평가

Breast cancer stem cells (BCSCs) are cancer cells with inherited or acquired stem cell-like characteristics. Despite their low frequency, they are major ...