כאן, אנו מתארים טכניקות הדמיה לחיות תאים למדוד באופן כמותי את ההעברה ואת הפלישה בתאי גזע המוח גידול גליובלסטומה לאורך זמן, תחת תנאים מרובים של הטיפול.
גליובלסטומה (GBM) הוא גידול אגרסיבי המוח שמופעל לקוי עם אפשרויות טיפול הזמינות כיום. תכונות עיקריות של GBMs כוללים התפשטות מהירה הפלישה מתפשט לתוך המוח נורמלי. מופע חוזר נחשב לנבוע בנוכחות של רדיו, כימותרפיה-עמידים המוח גידול תאי גזע (BTSCs) כי לפלוש מן המסה סרטני ראשוני, לפיכך, להתחמק כריתה כירורגית. לפיכך, טיפולים שכוונו BTSCs ויכולות פולשנית שלהם עשוי לשפר את פרוגנוזה אחרת של המחלה. הקבוצה שלנו ואחרים יש בהצלחה הוקמה, מאופיין BTSC תרבויות מדגימות החולה GBM. תרבויות אלה BTSC להפגין היסוד סרטן תאי גזע מאפיינים כגון בידול התחדשות עצמית, שושלת היוחסין מרובה clonogenic, או הגידול חניכה בעכברים חיסונית לקויה. על מנת לשפר הגישות הטיפוליות הנוכחי עבור GBM, הבנה טובה יותר של המנגנונים BTSC הגירה ו הפלישה הכרחי. ב- GBM, המחקר של הגירה, הפלישה הוא מוגבל, בין השאר, בגלל מגבלות קיימות טכניקות אשר לא במלואו בחשבון מאפייני צמיחה במבחנה של BTSCs גדל כמו neurospheres. כאן, אנו מתארים מהיר ולא כמותית לחיות תאים מבחני הדמיה ללמוד מאפייני ההעברה והן פלישה של BTSCs. השיטה הראשונה המתוארת היא וזמינותו ההעברה BTSC אשר מודד את ההעברה לכיוון מעבר צבע chemoattractant. השיטה השנייה המתוארת וזמינותו הפלישה BTSC אילו תמונות, מכמת פלישה הסלולר של neurospheres לתוך מטריצה. מבחני המתוארים כאן משמשים עבור כימות של הגירה BTSC ופלישה לאורך זמן ובתנאים טיפול שונה.
גליובלסטומה (GBM) היא צורה אגרסיבית ביותר של סרטן המוח, למרות הטיפול הנוכחי מעורבים כריתה כירורגית ולאחריו הקרנות, כימותרפיה, חציון ההישרדות של חולים הוא רק 15 חודשים1. GBM הוא פולשני, סמים עמידים מאוד, והמשיך בסופו של דבר, ממחלה חשוכת מרפא הדורשת מחקר לביולוגיה הגלום שלה כדי לזהות השדרות טיפוליים חדשניים. אחוזי התמותה הגבוהים של חולי GBM נגרמת בעיקר על ידי הפלישה הסלולר נרחב לתוך רקמת מוח נורמלי סמוכים, ההעברה לאורך כלי הדם, מה שמוביל הישנות של המחלה לאחר טיפול2,3 . יש כבר שיערו תת-קבוצה של תאים, כינה את המוח גידול תאי גזע (BTSCs), כי הם איטיים רפואית עמיד, וההליכה להוביל הישנות המחלה. GBM BTSCs להציג מאפיינים של התחדשות עצמית clonogenic, multipotency וייזום הגידול הפוטנציאלי4,5,6. BTSCs גם לשמור את הטרוגניות גנטית מולקולרית, פנוטיפי של הוריהם GBM גידולים7,8,9,10. תכונות אלו עושות את BTSCs מערכת מודל מאוד שימושי עבור חקר GBM, לחקור אסטרטגיות טיפוליות מקוריות. In vivo, אלה בתאי גזע דמוי מסוגלים של היווצרות הגידול, צמיחה, הפלישה כאשר השתילו לתוך מוחותיהם של חולדות neonatal11 , סוכרת שאינו שמנים/חמור בשילוב עכברים כשל חיסוני (הנהון/SCID)4. היכולת של BTSCs כדי ליצור שוב ושוב גידולים פולשניים ויוו אשר מסכם את הדברים המאפיינים הסלולר ואת היסטולוגית של גידולים המקורי שלהם חריפה תומך את תפקידם כמו תאי הגידול. מתחילה12.
רומן גישות טיפוליות שפותחו למטרה BTSCs ולעזור לשפר את התוצאה ארוכת הטווח של חולי GBM. כיום, שם הוא מוגבל להבין ההעברה ופלישה תהליכים תאיים הקשורים הישנות והתנגדות טיפולית. ההעברה ופלישה תופעות נפרדות; ההעברה היא התהליך המשמש כבסיס התנועה מכוונת של תאים והיא כוללת לארגונו מחדש של שלד התא, מולקולות אדהזיה, הרכבה/פירוק של מוקד נקודות מגע, בעוד הפלישה דורש גם ההרס הפיזי של מחסומים כגון מטריצה חוץ-תאית13. מתודולוגיה מוסכמת של הלומדים נדידת תאים, הפלישה היא ה14,assay בוידן קאמרית15. טכניקה זו, חדר זוגי מלא מדיה, עם התקשורת בתא התחתון בתוספת של chemoattractant. כימוטקסיס מופעלת באמצעות גורמי גדילה ספציפי או ציטוקינים או סרום שור בעובר כמו chemoattractant שאינם ספציפיים. בעקבות ה גרדיאנט chemoattractant, תאים נודדים דרך קרום נקבובי. על הקצה, התאים שהועברו יכול להיות דמיינו, לכמת על החלק התחתון של הקרום על ידי צביעת עם צבעי cytological או פלורסנט. בוידן assay ההעברה יכול להיות שונה כדי וזמינותו הפלישה על ידי ציפוי של נקבובי לסנן עם מטריצה חוץ-תאית רכיבים כגון סוג אני קולגן או מטריצה כמו קרום המרתף. תאים פולשנית לבזות את המטריקס, לעבור לחלק התחתון של המסנן נקבובי, ניתן לכמת באופן דומה כדי וזמינותו ההעברה. מבחני ההעברה נפוצים אחרים כוללים השריטה פצע, מבחני תא הדרה13. וזמינותו פצע שריטה מתבצע על ידי גירוד פער טפט הסלולר והתבוננות ההעברה של תאים מהקצה של הפצע על ידי הדמיה במרווחי זמן קבועים עד השריטה סגורה. ב תא הדרה וזמינותו, מכשול פיסי משמש ליצירת אזור ללא תא לפני זריעה של תאים. המכשול הוסר ברגע שהתאים confluent והוא ההעברה של התאים לאיזור נטול תאים עם תמונה באופן קבוע16.
אלה בעבר הקים מבחני משמשים לעתים קרובות ללמוד את ההעברה או פלישה של אוכלוסיות תאים חסיד ולא הומוגנית אך החסרונות ניכר פוזה כשלמדתי GBM BTSCs או אחרים אוכלוסיות תאים סרטן הטרוגנית. וזמינותו בוידן קאמרית ניתן להפיק רק הקצה של מדידות לעומת הערכה קינטי של תנועת התא. תצפית לאורך זמן היא של רלוונטיות גבוהה לשקילת BTSC ההעברה, בהתחשב בכך תאים מתרבויות שונות לעיתים קרובות להעביר בקצב שונה. ככזה, התנאים ואת העיתוי של וזמינותו חייב להיות מותאם עבור כל סוג תרבות ואינו דורש עבודה אינטנסיבית על הדגימה נאותה ועל כימות. הדרה שריטה ותא מבחני אינן ולסדרם לתרבויות BTSC כפי, גם כאשר BTSCs מתורבתים בתנאים חד שכבתי על צלחות מצופה laminin, הבחנו כי BTSCs להופיע להתנגד התנועה אל החלל הפתוח ומעדיף להישאר קרוב הקרבה לתאים אחרים. יתר על כן, אלה הקימה העברת מבחני אל תאפשר את הפריט החזותי וניטור של תאים בודדים במהלך ניסוי. ניטור של תאים בודדים לאורך זמן יקר, להערכה של הגירה באוכלוסיות הטרוגניות התא כגון BTSCs. חסרונות נוספים של בוידן קאמרית, שריטה, להדרה תא אזור מבחני עבור תרבויות BTSC הם כאלה הם דורשים יחסית מספרי הטלפון הנייד גבוהה, יכול להיות זמן רב כדי להגדיר, גם במהירות equilibrate או שאין מעבר צבע chemoattractant. ככזה, מבחני אלה אינן אידיאלי לשימוש עבור אוכלוסיות תאים נדיר או הגדלים לאט או והתרופות הקרנה. יתר על כן, מבחני אלה אינם מתאימים למדידת כוח-פלישה עיצוב תלת מימדי (3D), אשר חשוב במיוחד עבור BTSCs גדל בתנאים neurosphere.
כאן, אנו מתארים את מבחני שונה במיוחד כדי להפוך את התצפית כימות של ההעברה BTSCs נפרדים, ולכל הפלישה BTSCs GBM תרבותי כמו neurospheres. וזמינותו הראשון מתאר עיבוד של וזמינותו קאמרית בוידן באמצעות הדמיה בצילום מואץ לחיות תאים צלחת ההעברה כימוטקסיס כדי למדוד את ההעברה תא chemotactic13. הדמיה לחיות תאים בתבנית רב טוב מאפשר ויזואליזציה של כימות של נדידת תאים בתנאים טיפול מרובים. הבדיקה השנייה המתוארת כאן היא ספרואיד הפלישה assay13,17, אשר מודד מאפייני BTSCs פולשנית תרבותי בתנאים neurosphere ומוטבעים לתוך מטריצה חוץ-תאית 3D תחת טיפול שונים תנאים. באופן כללי, מבחני אלה תואמים הרבה יותר ממה שתואר לעיל מתודולוגיות לימוד המאפיינים נודדות ו פולשני של תרבויות BTSC הטרוגנית. הם גם מציעים הזדמנויות טובות יותר עבור החקירה של אסטרטגיות טיפוליות הרומן למטרה ההעברה והן פלישה, אשר תורמים באופן משמעותי הישנות המחלה, הקטלניות.
נתון כי התאים הסרטניים הם מתרבים באופן פעיל, זה מציב אתגר טכני פוטנציאליים לחקר נדידת תאים. עבור ההעברה וזמינותו המתוארים כאן, BTSCs הם מצופים ללא גורמי גדילה, אשר מגביל את ההתפשטות, מעבר הצבע chemoattractant של צלחת כימוטקסיס לא מלא equilibrate מעל 72 שעות. בנוסף, כמו התאים להיות מנוטרים באמצעות הדמיה לחיות תאים לאורך זמן, התאים ניתן באופן חזותי לנטר כדי להבטיח נרחבת תאית אינה מתרחשת. על ההצלחה של ההעברה וזמינותו, חשוב לבטל את neurospheres לחלוטין כדי תאים בודדים ולספור במדויק את מספרי הטלפון הנייד לפני ציפוי. ציפוי הספירות או ציפוי תאים רבים מדי, אשר תוצאות clumping, באפשרותך למנוע תאים נודדים דרך הנקבוביות קטן (איור 4A , 4B). זה חשוב גם להימנע מיצירת בועות בעת ציפוי התאים בצלחת ההעברה כימוטקסיס או בעת הצבת את תותב קרום על גבי המאגר התחתון. בועות ניתן לשנות למישור המוקד ולמנוע כימות מדויק (איור 4C). הלוח כולו צריך להיות מצופה בשכבה דקה של קולגן כי זה נותן התאים משטח כדי לנווט על הנקבוביות בצלוחית, כמו assay הזה דורש תאים לדבוק ולאחר מכן לנדוד בין משטח ביולוגית רלוונטית לקראת chemoattractant.
פרוטוקול העברה BTSC המתוארים כאן מאפשר ההערכה קינטי של נדידת תאים בודדים, הדורשים פחות תאים עבור בדיקות תנאי טיפול שונה בהשוואה הפרוטוקולים הקיימים. זה חשוב אשר גדלים באיטיות, כפי שהוא יכול להיות קשה לאסוף מספר רב של תאים לניסויים. צפיפות נמוכה נקבובית של צלחת ההעברה כימוטקסיס מאפשר equilibration איטי יותר של המילוי ההדרגתי chemoattractant, גדול מ- 72 h, ביעילות רבה יותר מחקה את התהליך הביולוגי של הגירה chemotactic לאורך תקופה ארוכה יותר של זמן. הפרוטוקול היה מותאם שיש שכבה דקה מאוד של קולגן ציפוי בצלחת ההעברה כימוטקסיס כדי להבטיח את assay אמצעי ההעברה ואת לא הפלישה. זה מאפשר גם הדמיה, כימות של תאים בודדים כפי הם דבקים קולגן המטריצה ציפוי את תותב ממברנה. עם זאת, מגבלה אחת של הטכניקה היא כי כימות של ההעברה על-פני מספר בארות לאורך זמן היא מאוד פשוטה and מזורז באמצעות תוכנה מסחרית (ראו טבלה של חומרים). יתרון בולט של וזמינותו ההעברה כפי שמתואר כאן הוא הסתגלות רחב של הפרוטוקול סוגי תאים אחרים. זה יהיה שימושי במיוחד עבור לכימות, ההגירה chemotactic של שורות תאים שנמצאים גם איטי הגוברת, שקשה לדבוק, או להעביר לאט.
כדי להבטיח את ההצלחה של וזמינותו הפלישה BTSC, זה הכרחי לאסוף את neurospheres לפני שהם הופכים גדולים יותר 200 מיקרומטר. גדול יותר כדורים. יש מטוס ריכוז גדול מדי כדי התמונה ולכמת באופן עקבי (איור 5C). יתר על כן, neurospheres יכול להתחיל נדבקות וצבירת עם neurospheres אחרים. הדבר משפיע על רכישת נתונים מדויקים ועקביים. בנוסף, זה חיוני כי neurospheres מותר להתיישב בתחתית הבאר, בעוד הקולגן נמצא עדיין על קרח, כדי לאפשר את neurospheres לדימות במטוס יחיד של המוקד (איור 5D). בדומה לכך, חשוב לאפשר הקולגן להגדיר באופן מלא מבלי להזיז את הצלחת כמו זה יכול לשבש את היווצרות מטריקס אפילו, אשר עלול להשפיע לרעה על איכות התמונה (איור 5D). הפלישה BTSC assay המתוארים כאן, אחד היתרונות העיקריים היא כי BTSCs תרבותי כמו neurospheres יכול להיות מוערך לפלישה ישירות, ללא צורך גדל adherently. יתר על כן, ניתן להטביע BTSC neurospheres כל מטריצה חוץ-תאית, או באמצעות רכיבים בודדים של מטריצות של רקמה ספציפית או בעזרת תערובת קרום המרתף זמינים מסחרית. ציון של מטריצה חוץ-תאית יכול לעזור לזהות או בדיקה למנגנונים הספציפיים של פלישה. לדוגמה, עם פרוטוקול זה, אפשרי להעריך את ההשפעה של פילוח בודדים מבני משפחת metallopeptidase מטריצה של גנים, אשר ידועים לבזות רכיבים ספציפיים מטריקס. לחלופין, פרוטוקול זה אמנם ספיציפית BTSC neurospheres, כל תא גדל כמו כדורים יכול לשמש באופן דומה. דוגמאות כוללות תאים סרטניים בשד תרבותי כמו mammospheres או סרטן המעי הגס ראשוני התאים בתרבית כמו tumorspheres; עם זאת, זה מגביל את הטכניקה על סוגי תאים גדלים ככל התחומים בתרבות. יתרונות נוספים של מבחני ההעברה והן הפלישה הם כי הם קל להגדיר, הם עובדים בתבנית 96-ובכן, שהנתונים לכימות לאורך זמן.
בסך הכל, על מנת למנוע הישנות GBM שלאחר הטיפול, זה חיוני לפתח מתודולוגיות המאפשרים את החקירה BTSC הגירה ו הפלישה. פרוטוקול העברה המתוארים כאן יתרונות רבים על מבחני ההעברה שנקבעו קודם, במיוחד לצורך המחקר של GBM BTSCs. פרוטוקול העברה משופרים זה כרוך בריא BTSCs תרבותי בתנאים neurosphere, ציפוי תאים בודדים בצלחת ההעברה 96-ובכן מצופים קולגן כימוטקסיס. באמצעות מערכת הדמיה לחיות תאים, ההעברה של BTSCs יכול להיות במעקב, לכמת לאורך זמן. וזמינותו הפלישה המתוארים כאן מאפשר פיקוח על פלישות BTSC מן neurospheres לתוך מטריצה. Assay הזה כרוך הטבעה neurospheres לתוך מטריצה קולגן או עשירים בחלבון אחר מטריצה חוץ-תאית, בצלחת 96-ובכן. הדמיה של הצלחת עם מערכת הדמיה בצילום מואץ לחיות תאים מאפשרת הניתוח של פלישות BTSC בתנאים שונים הטיפול לאורך זמן. מבחני האלה, ומכאן, לספק כלי רב ערך מדענים מקווים להבין טוב יותר את המנגנונים BTSC ההעברה ואת הפלישה.
The authors have nothing to disclose.
המחברים תודה [שחקן מפורסם משחק] Orsolya Cseh לתמיכה טכנית שלהם. פרויקט זה נתמך בחלקה על ידי מענקים מקרן קנדה עבור חדשנות (כדי Luchman ד ר שלום פליסר הרברט סמואל וייס), רשתות תאי גזע של קנדה (גם ל ה ד ר שלום פליסר Luchman ו סמואל וייס).
Rat Collagen I | Trevigen | 3440-100-01 | |
Matrigel matrix | Corning | 356230 | |
NaOH | VWR | BDH3247-1 | |
Acetic Acid | Millipore Sigma | AX0073-6 | |
96-well plates | Eppendorf | 30730119 | |
T25 Nunc EasYFlask | ThermoFisher | 156367 | |
Falcon 15ml conical tube | ThermoFisher | 352096 | |
Incucyte ClearView 96-Well Chemotaxis plate | Essen Bioscience | 4582 | |
IncuCyte Zoom Live-Cell Analysis System | Essen Bioscience | 4545 | |
IncuCyte Zoom Live-Cell Analysis Software | Essen Bioscience | 2016A Rev1 | |
Accumax cell detachment solution | Innovative Cell Technologies | AM105 | |
Penicillin, streptomycin | Sigma | P4333 | |
Phosphate buffered saline (PBS) | Sigma | D8537 | |
Culture grade water | Lonza BioWhittaker | 17-724Q | |
Fetal bovine serum (FBS) | Invitrogen | 12483-020 |