Invasion of surrounding normal tissues is a defining characteristic of malignant tumors. We provide here a simple, semi-automated micro-plate assay of invasion into a natural 3D biomatrix that has been exemplified with a number of models of advanced human cancers.
周围正常组织的侵袭,一般被认为是恶性肿瘤的重要标志(相对于良性)肿瘤。特别是对于一些癌症( 如脑肿瘤,如胶质母细胞瘤和头部鳞状细胞癌颈部- SCCHN)是严重发病的原因,可危及生命在无远处转移均匀。此外,随后有复发的癌症治疗往往不幸出现带有更积极的表型。因此,有机会对目标的入侵的方法,以提供新的治疗方法可能是互补的标准抗增殖剂。到现在为止,这一战略已经阻碍了缺乏适合入侵的详细分析和药物筛选稳定,可重复检测。在这里,我们提供了一个简单的微平板方法(基于统一的,自组装3D肿瘤球体),其中有这样的STU潜力巨大死亡。我们举例说明使用人成胶质细胞瘤细胞系和也在有针对靶向表皮生长因子受体(EGFR)抑制剂抗性的发展与增强基质侵入潜在相关联的SCCHN模型试验平台。我们还提供半自动化定量的两种可供选择的方法:一种使用成像仪和一个第二,它简单地需要标准显微镜和图像捕捉数字图像的分析。
经典抗癌药物发展主要是着重于使用体外基于细胞的测定,以屏幕为细胞毒性剂是抑制肿瘤细胞增殖和/或促进程序性细胞死亡(凋亡)。更近来,努力走向靶向治疗与恶性细胞增殖的潜在的分子病因抑制剂的开发。尽管一些壮观结果,这些试剂通常与药物抗性的快速发展相关联。因为它是肿瘤细胞的侵袭性和转移潜力,负责大多数癌症死亡的,而且复发疾病往往呈现一个更积极的表型,这是合乎逻辑也考虑在体外实验模型1,2-鉴定新型互补代理商将抑制癌症这些附加键'标志'。
在恶性进展,肿瘤细胞获得侵入周围组织和/或扩散到远处器官(转移)的能力。癌细胞侵袭伪足由3,4形成穿透基底膜。这些结构是富含肌动蛋白丝,特定粘附蛋白和蛋白酶和共同负责肿瘤细胞运动和细胞外基质(ECM)5的劣化。侵袭伪足伸入ECM和被认为是对肿瘤细胞侵袭重要并且还外渗到血管通道,促进血行(或淋巴)传播和转移。
当前的标准方法来评估肿瘤细胞体外侵袭包括以下内容。 Transwell小的或基于Boyden小室测定法2,6,其中单细胞悬浮液接种在涂有一层厚厚的ECM来源的蛋白质的一个过滤器的顶部。细胞再侵入并移动到下腔室响应于化学引诱。常用的ECM蛋白质是I型胶原蛋白,或基底膜样基质(BMM, 例如 ,基质胶,从EHS肿瘤7派生),模仿基底膜的天然成分。
作为替代的基于滤波器的Boyden小室型测定8,细胞可以接种在一个ECM凝胶(向其中成纤维细胞可添加)在那里形成一个单层,然后单独或集体侵入到凝胶的顶部。入侵可以在从凝胶表面9行进侵入细胞和/或距离的数量来衡量。肿瘤细胞还可以完全嵌入到矩阵或者作为单细胞悬浮液,或作为球状体-通常的ECM凝胶-两层使细胞侵入出肿瘤块到周围的基质2,6,10,11之间放置。
三维(3D)肿瘤球体侵入这里描述测定提供了一种使用highl一种快速,自动化的入侵系统Ý再现的,标准化的方法12,在96孔板形式中,每孔1球体。 BMM直接加入到每个孔中,以提供半固体基质在其中肿瘤细胞从球体体侵入。 96小时 – 肿瘤细胞侵袭的程度每隔一段72监测。此方法提供了以下优点上述当前体外侵袭测定法:细胞被组织成一个三维结构模仿肿瘤微区或微转移的肿瘤;肿瘤球状体在尺寸上高度重复性;侵袭测定在原位进行在同一板作为肿瘤球体发展,而不需要将它们移动到次级板;的方法中,结合自动图像分析的最新技术,使兼具高含量和肿瘤细胞侵袭的高通量分析。
使用成像仪,其中扫描96孔进行的图像分析板在10分钟内。通过使用合流应用的程度和侵袭率或者通过单细胞或由细胞团从肿瘤球状体扩散出来并侵入到基质可以以动态的方式来测量实现。对于较低的吞吐量,用于图像分析的另一种方法,基于使用倒置显微镜和标准成像软件的呈现。
这里介绍两个肿瘤模型(胶质母细胞瘤和SCCHN)是专门选择体现我们的3D试验,因为他们是临床上尚未满足的需求进行有效的治疗方法12项相关局部侵袭性癌症。下列药物治疗, 体外药效学(PD)生物标记物的变化的评估可以通过以下具体的使用市售的试剂,以允许从BMM和/或通过整体侵入肿瘤球状体的免疫荧光分析细胞回收蛋白印迹分析或裂解物的免疫测定法容易地进行坐骑染色。
这入侵检测是一个有用的技术对肿瘤细胞侵袭快速,重现评估变成半固体介质,因此在体外药物筛选尤其适用于未来。癌细胞侵入基质在三维方式,因为它们散开从“微肿瘤”,由肿瘤球体表示,且延伸到一个extracellulAR矩阵式的环境。真正的立体感的测定是显而易见的,在细胞的形态,这是从平坦的,粘附形态细胞假定在固体基质上移动时不同。侵入的程度使用任一的成像仪,让一个自动读出容易量化,或通过使用标准显微镜结合图像处理软件。此外,这种方法适合于荧光成像13(例如用表达荧光蛋白或细胞系预先用荧光染料标记)。
该方法简单,通过添加BMM,所代表的只是关键步骤来执行时,有干扰,在球体的中心位置的危险U形好。这可能会导致不理想的图像分析,以在不同的焦平面的球体。因此,关键是要小心缓慢地加入BMM到每口井。 BMM加入后,建议查询的板在显微镜下,并且如果定位被认为是不能接受的,这可以通过温和离心补救。随着经验的积累,这是几乎没有必要。虽然这种方法是稳健和重复性非常,除实验性的变化可能会出现BMM的不同批次。为了避免这种情况,最好是购买足够的BMM从单一批,完成了一系列的研究。
该方法的限制(如任何这样的测定法)是在侵袭和扩散,其中的肿瘤细胞在测定时间帧期间可能经受区分的困难。虽然细胞的倍增时间可以考虑,或细胞周期抑制剂诸如松弛素D推出,这是不容易控制或明显肿瘤进展的这两个不同的方面区分,特别是对快速生长的肿瘤细胞,并为那些有更多的“膨胀”,而不是浸润,浸润的格局。为此原因有人建议,一个平行三维生长测定中进行评估的任何抑制或刺激剂的具体的效果。如果仔细的剂量应答研究中进行,有可能选择浓度最小化对细胞增殖的影响。例如,我们已经表明,HSP90抑制剂17-AAG抑制U-87 MG 3D肿瘤球体入侵已经在24小时,在以下的浓度的浓度由50%(GI 50)12抑制三维成长。
另一方面,该测定的意义相对于其他标准入侵检测( 例如 ,基于过滤测定或侵入单个细胞到三维矩阵1),是肿瘤细胞侵入到从球体周围基质,类似于一个“微肿瘤“或”微转移“,并因此考虑到重要肿瘤块的病理生理学的各个方面。我们目前的方法提供的信息肿瘤细胞,最初的时候离开球体,并且还单独,当单个细胞中的BMM达到更遥远的地区的集体行为。此外,肿瘤球状体内的细胞可以经历缺氧和营养缺乏,通过基因表达的变化,能促进迁移和侵袭;这些特征不存在于二维检测。此外,所有这一切都是在通过使用特定的96孔板的高通量格式和最新成像技术可用,允许更复杂的三维检测,以在靶验证和药物发现很容易地使用。
我们提出的方法,可容纳更多的应用程序,以解决肿瘤细胞侵袭的其它方面。特别地,额外的复杂性可通过加入宿主细胞,如成纤维细胞和/或内皮细胞的设想,进球体本身或周围基质。这还可以被修改,不仅在刚度方面(通过使用不同的共ncentrations BMM的),而且在组成方面(通过加入取决于所采用的肿瘤模型的特定的组织/器官其它组分: 例如,生腱蛋白为脑癌16和胶原为乳腺癌17)。
类似的建立(产生球状体和成像的)也可适于评估在3D,其中肿瘤球状体是共培养胚状体类似的复合组织12或与其它小区特定组织体( 例如 ,星形细胞用于组织入侵胶质瘤18或隐窝文化为胃肠道癌),但需要进一步努力,使自动图像分析。
The authors have nothing to disclose.
This work was funded by The National Centre for the Replacement, Refinement and Reduction of Animals in Research (G1000121 ID no.94513) and the Oracle Cancer Trust. SE is supported by The Institute of Cancer Research and Cancer Research UK (grant number C309/A8274). We acknowledge NHS funding to the NIHR Biomedical Research Centre.
Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Web address |
Corning Matrigel Basement Membrane Matrix | Corning | 354234 | http://www.corning.com Keep at 4 °C to prevent solidification and dispense using cooled pipette tips |
Cultrex Basement Membrane Extract, PathClear | Trevigen | 3432-005-01 | http://www.trevigen.com Keep at 4 °C to prevent solidification and dispense using cooled pipette tips |
Ultra-low attachment 96-well plate | Corning | 7007 | http://www.corning.com |
EGF | Miltenyi Biotec | 130-093-825 | http://www.miltenyibiotec.com Add 100 µl 1% BSA (w/v) in water to 100 µg EGF. To 25 µl of this, add 4,975 µl RHB-A medium to give a 10 µg/ml working stock. Aliquot and store at -20ºC |
RHB-A medium | Stem Cells Inc. | SCS-SF-NB-01 | http://www.stemcellsinc.com For diluting EGF |
DMEM | GIBCO | 31966-021 | http://www.lifetechnologies.com/ Warm in 37 °C waterbath before use |
Fetal Bovine Serum | Biosera | 1001/500 | http://www.biosera.com Heat at 56 °C to inactivate complement before use |
TrypLE | GIBCO | 12605 | http://www.lifetechnologies.com/ Cell dissociation solution |
Celigo cytometer | Nexcelom Bioscience | n/a | http://www.nexcelom.com Specialist equipment for image capture and analysis. Manual image capture by microscopy and independent image analysis software is an alternative |
IX70 inverted microscope | Olympus | n/a | http://www.olympus.co.uk/ Used with camera for manual image capture |
Retiga Exi Fast 1394 digital camera | Qimaging | n/a | http://www.qimaging.com/ Attached to microscope for manual image capture |
Image-Pro Plus 7.0 | Media Cybernetics | n/a | http://www.mediacy.com/ Software used to control camera and microscope for manual image capture |
Image-Pro Analyzer 7.0 | Media Cybernetics | n/a | http://www.mediacy.com/ Stand-alone image analysis software for manual measurment of spheroid size |
Excel 2010 | Microsoft | n/a | http://www.microsoft.com/ Scientific graphing and statistical software |
Prism 6.0 | GraphPad | n/a | http://www.graphpad.com/ Scientific graphing and statistical software |