This manuscript describes a tube formation assay to quantify the effects of a given compound or condition on angiogenesis by using endothelial cell tube formation in a controlled environment.
Malignant tumors require a blood supply in order to survive and spread. These tumors obtain their needed blood from the patient’s blood stream by hijacking the process of angiogenesis, in which new blood vessels are formed from existing blood vessels. The CXCR2 (chemokine (C-X-C motif) receptor 2) receptor is a transmembrane G-protein-linked molecule found in many cells that is closely associated with angiogenesis1. Specific blockade of the CXCR2 receptor inhibits angiogenesis, as measured by several assays such as the endothelial tube formation assay. The tube formation assay is useful for studying angiogenesis because it is an excellent method of studying the effects that any given compound or environmental condition may have on angiogenesis. It is a simple and quick in vitro assay that generates quantifiable data and requires relatively few components. Unlike in vivo assays, it does not require animals and can be carried out in less than two days. This protocol describes a variation of the extracellular matrix supporting endothelial tube formation assay, which tests the CXCR2 receptor.
על מנת לקבל את החומרים המזינים הדרושים להישרדות, גידולים ממאירים דורשים גישה לזרם הדם של החולה. כדי לקבל גישה זו, תאים סרטניים משחררים אותות כימיים המעודדים צמיחה של כלי דם חדשים לגידול, ובכך חטיפת תהליך פיזיולוגי נורמלי המכונה אנגיוגנזה 2. זוהי גם דרך כלי הדם שנוצרו באמצעות אנגיוגנזה כי גרורות (כלומר, התפשטות הסרטן לאיברים אחרים) יכול להתרחש. בגלל התהליך של אנגיוגנזה הוא כל כך חיוני להתקדמות של רחב מגוון של סרטן מסוג זה, היא יעד אטרקטיבי במחקר טיפול נגד סרטן 3.
שיטה אחת בשימוש לכמת אנגיוגנזה היא למדוד את היכולת של תאים ובתאים אנדותל להקים צינורות כאשר הניח על תאי מטריקס. בגלל היווצרות של צינורות אלה היא צעד מוקדם קריטי אנגיוגנזה, בדיקת תנאי הסביבה (למשל, נוכחות או העדר שיתוף נתוןmpound) שיכולים לעורר או לעכב היווצרות צינור מספק תובנה צעדים ספציפיים שניתן להתמקד בהם כדי לעכב אנגיוגנזה. את assay היווצרות צינור תא האנדותל הוא אחת השיטות 4 הנפוץ ביותר במבחנה אשר מודד את היכולת של התאים כדי ליצור צינורות. זהו assay פשוט, הדורש רכיבים מעטים יחסית ותקופת תרבות קצרה 5. ואולי הכי חשוב, עם זאת, הוא כי הנתונים שנצברו סוג זה של assay הוא לכימות.
דוגמא לשימוש של assay היווצרות צינור כרוך להשוות את ההתפתחות של צינורות מתאי אנדותל כלי דם גדלו על תאי מטריקס לעומת גורם גדילה המופחת (GFR) מטריקס. המטריצה התאית היא חומר קרום דמוי במרתף מבודד מתאי סרקומה המרכיבים העיקריים שלה הם laminin, קולגן מהסוג IV, גורמי גדילת proteoglycans. יש תרכובות מסוימות השפעות שונות על היכולת של התא כדי ליצור צינורות כאשר בסביבה עם גורמי גדילה מופחתים proteoglycans סולפט heparan המופחת (HSPGs). HSPGs הם מרכיב של מטריקס אשר מצטמצם משמעותית מטריקס GFR. כדוגמה, אם ההשערה כי מעכבי אנגיוגנזה, כגון SB225002, החוסם את קולטן CXCR2, חלשים היכולת ניכרת לקטוע היווצרות צינור כאשר HSPGs נמצאים בשפע, אז השוואה בין פעילות היווצרות צינור ב תאי מטריקס ו מטריקס GFR הוא חשוב לבחון את האפשרות של עיכוב אנגיוגנזה באמצעות השלט של HSPGs.
מבחני אחרים המשמשים בדרך כלל כדי לקבוע את ההשפעות של תרכובות על אנגיוגנזה נמצאים שיטות vivo. דוגמאות בולטות לכך הן קרום חומוס chorioallantoic (רמ"א) assay 6 באמצעות ביצי תרנגולת, ואת Matrigel vivo ב תקע assay אנגיוגנזה 7 באמצעות עכברים. בעוד שיטות in vivo למדוד אנגיוגנזה tממדים hree והם יותר נציג של גוף האדם לעומת assay היווצרות צינור חוץ גופית, הם סובלים את הפגם של הדורש באופן משמעותי יותר זמן הם הרבה יותר קשה לבצע. הן assay CAM ואת assay תקע תאיים לקחת לפחות שבוע 8 לעשות, ואילו השוואה, assay היווצרות צינור יכול להיעשות ביום אחד והוא אינו דורש שימוש בבעלי חיים.
חשוב לציין כי תאי אנדותל נעשה שימוש בדוח זה הם תאי אנדותל וריד אדם הטבור (HUVEC). תאים אלה ממלאים תפקיד מרכזי ניבט כלי דם ואת צמיחת כלי דם, והם מקבילים במידה מספקת לתאי אנדותל בסרטנים לשמש לשם הערכת פעילות אנטי-אנגיוגנזה היא במבחנה בניסויי vivo 9. תאים אחרים כגון לתאי אנדותל כלי דם עיקריים עשויים לשמש גם.
כמו כן, חשוב לציין כי חוץ מזה שיש תחתוןרמות של HSPGs, מטריקס GFR גם הפחיתה רמות של רכיבים רבים בהשוואה מטריקס רגיל. זה כולל, אך אינו מוגבל: EGF, IGF-1, PDGF, ו TGF-beta. אלה ניסויי ביצוע לומדים את המשמעות של תרכובות אלה ביחס אנגיוגנזה עשויים להיות מעוניינים להשתמש מטריקס GFR.
מתי לבצע assay זה, זה הכרחי כדי לשמור על תאי מטריקס על הקרח או על 4 מעלות צלזיוס בכל עת, אלא אם כן צוין אחרת. אם תאי מטריקס מותר לחמם מעל 4 מעלות צלזיוס, זה יהיה לפלמר, ואת assay ייהרס. כמו כן, חשוב להבטיח שכל דבר בא במגע (למשל, טיפים pipet, צלחת) עם תאי מטריקס היא מראש מקורר מהסיבה הנ"ל. מספר תאי זרע בכל טוב הוא קריטי, מעט מדי תאים לא ינתנו באינטרנט הצפוי במדגם השליטה, יותר מדי תאים יהוו צבירי תאים גדולים או בשכבה ואת assay לא יהיה תוקף. גורם חשוב נוסף בהצלחת assay זהו המספר מעבר התא של HUVECs. המספר מעבר תמיד צריך להיות נמוך מעשרה, אחרת היווצרות צינור חזקה עשויה שלא להתרחש. בנוסף, יש לוודא, כי מדיום תרבית תאים בשימוש לא פג, או התאים לא יהיו בת קיימא. Alternatively, אפשר aliquot המדיום ומרכיביו ולאחסן אותם ב -20 ° C לשמר לתקופה של זמן לאחר תאריך התפוגה. כמובן, זה עדיין עדיף להשתמש במדיום לפני מועד התפוגה
כמו כל הנהלים, יש כמה חסרונות ביצוע assay היווצרות צינור תא האנדותל. אחת הבעיות הגדולות היא, כי ישנם סוגים שונים של תאי אנדותל ומטריצות תמיכה, התוצאות של assay יכול להשתנות במידה רבה בהתאם לסוג של התא מטריצה משמש. לתאי אנדותל בשימוש (HUVECs, HAECs או HMVECs) הם תאים ראשוניים, הם יקרים כדי לקבל ויש השתנות לעומת תאים הונצח. התאים הראשוניים יש קטעים מוגבלים לשימוש, ולכן אינם מתאימים לניסויים אנגיוגנזה לטווח ארוך 14. לקבלת נתונים אמינים, אחד תמיד צריך להשתמש את אותם סוגים עבור assay. כמו עם אחרים מבחני חוץ גופית, התוצאות של assay היווצרות צינור צריך להיות conוייצב vivo, כי תוצאות של בתנאים המבוקרים ומלאכותיים של תרביות רקמה דו ממדים לא תמיד להשתקף biosystem המורכב של אורגניזם חי. כמו כן, חשוב לזכור כי זה סוג של assay ניתן להשתמש רק כדי להדגים היווצרות צינור תא האנדותל, ולא צריך לשמש כדי לבדוק אחרים, שאינם אנדותל, תאי להרכיב צינור.
assay זוהי שיטה פשוטה ומהירה למדי לכמת פוטנציאל angiogenic של תרכובת. היא גם יוצרת פלטפורמה עבור ניסויים נוספים, כמו לבד, זה לא להניב מידע לגבי המנגנון הספציפי שבו למתחם למעשה משפיע על תהליך גיבוש הכלי. עם זאת, השימוש של מטריצות תאיות מגוונות היא דוגמא כיצד להמשיך ליצור מסגרת שאלות מחקר אשר אינו נפוצה. ישנן גישות כדי לחקור את המנגנונים ביו-כימיות הספציפיות של המתחם כולל מעכבים ספציפיים למקד מרכיביםמסלול אנגיוגנזה. גישה אחרת עשויה להיות לחלץ RNA מתאי אנדותל ולהשתמש RT-PCR (Real Time PCR) 12 לנתח שינויים של ביטוי גנים אשר עלול לגרום להתנהגות צמיחה שנצפתה assay. יישומים עתידיים של שיטה זו כוללים טרנספקציה HUVECs ליצור מבחנים לדפוק למטה לצעדים ספציפיים של מסלול אנגיוגנזה. קיים פוטנציאל ליישם את הגישה הזאת כדי ללמוד את מסלול lymphangiogenesis. על ידי שינוי הרכיבים התאים מטריקס, האינטראקציה של מטריקס תהליך הסלולר התומכים אנגיוגנזה בסרטן ניתן הובהר נוספת. הפקת רנ"א וחלבונים מתא אנדותל בתנאים מסוימים אלה מספקות נתונים מדידים נוספים מתאימים הדמית נתונים.
The authors have nothing to disclose.
The work was funded by the Fund for Medical Research and Education, Wayne State University, Detroit, MI.
EGM-2 complete growth medium (EGM-2 bullet kit CC-3162 ) | Fisher | NC9525043 | HUVEC complete growth medium: EGM-2 base medium mixed with BBE (Bovine Brain Extract), hEGF (Human Epidermal Growth Factor), Hydrocortisone, GA-1000 (Gentamicin, Amphotericin-B), 2% FBS (Fetal Bovine Serum), VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor), hFGF-β (Human Fibroblast Growth Factor Beta), R3-IGF-1 (Long R Insulin-like Growth Factor One), Ascorbic Acid, and Heparin. Aliquot the medium and its components and store them at -20 oC, warm in 37 oC before use. |
MATRIGEL MATRIX 10ML Growth Factor Reduced (GFR); 10mL; LDEV-Free | Fisher | CB-40230 | Growth Factor Reduced (GFR) extracellular matrix, keep in -20 oC , warm in 4 °C before use. |
MATRIGEL MATRIX 10ML ; 10mL; LDEV-Free | Fisher | CB-40234 | extracellular matrix, keep in -20 oC, warm in 4 °C before use. |
SB225002 | Fisher | 559405 | CXCR2 inhibitor, keep in -20 oC, warm in room temperature before use. |
Primary human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) | ScienCell Research Laboratories | 8000 | culture it according reference 10. |
Trypsin 0.05%-EDTA phenol red | Invitrogen | 25300-054 | keep in 4 oC, warm in 37 oC before use. |
Nikon ECLIPSE Ti | Nikon | Inverted Research Microscope. | |
NIS-Elements AR 4.20.02 64 bit | Nikon | Inverted Research Microscope software | |
Graph-pad Prism 5 | GraphPad Software, Inc. | scientific 2D graphing and statistics software, to calculate IC50. |