JoVE   
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Biology

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Neuroscience

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Immunology and Infection

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Clinical and Translational Medicine

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Bioengineering

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Applied Physics

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Chemistry

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Behavior

  
You do not have subscription access to articles in this section. Learn more about access.

  JoVE Environment

|   

JoVE Science Education

General Laboratory Techniques

You do not have subscription access to videos in this collection. Learn more about access.

Basic Methods in Cellular and Molecular Biology

You do not have subscription access to videos in this collection. Learn more about access.

Model Organisms I

You do not have subscription access to videos in this collection. Learn more about access.

Model Organisms II

You have trial access to videos in this collection until May 31, 2014.

Automatic Translation

This translation into Arabic was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages

 JoVE Bioengineering

كشف وعزل خلايا الميلانوما تعميم استخدام Flowmetry الضوئي

1, 1, 1, 1, 1, 1, 1

1Biological Engineering, Christopher S. Bond Life Sciences Center, Dermatology, University of Missouri

Article
    Downloads Comments Metrics
     

    Summary

    وضعنا عداد الكريات تدفق باستخدام الموجات فوق الصوتية الليزر التي يسببها للكشف عن تعميم خلايا سرطان الجلد كمؤشر مبكر من المرض المنتشر.

    Date Published: 11/25/2011, Issue 57; doi: 10.3791/3559

    Cite this Article

    O'Brien, C. M., Rood, K., Sengupta, S., Gupta, S. K., DeSouza, T., Cook, A., et al. Detection and Isolation of Circulating Melanoma Cells using Photoacoustic Flowmetry. J. Vis. Exp. (57), e3559, doi:10.3791/3559 (2011).

    Abstract

    تعميم الخلايا السرطانية (التدرجي) هي تلك الخلايا التي فصلت العيانية من الورم وانتشاره من خلال نظم الدم والأورام الليمفاوية الثانوية 1،2،3 البذور. التدرجي ويمكن استخدام مؤشرات المرض المنتشر والكشف عنها في عينات الدم لتشخيص السرطان ومراقبة استجابة المريض للعلاج. التدرجي منذ نادرة ، أي ما يوازي خلية الورم واحد من بين البلايين من خلايا الدم الطبيعية في مرضى السرطان المتقدمة ، والكشف عنها والتعداد هو مهمة صعبة. نستغل وجود الخلايا الصبغية في الجلد لتوليد معظم الضوئي أو الليزر التي يسببها الموجات فوق الصوتية في عداد الكريات تدفق مخصص للكشف عن خلايا سرطان الجلد المتداولة (CMCS) 4،5. هذه العملية ينطوي على فصل عينة من الدم الكامل باستخدام الطرد المركزي والحصول على خلايا الدم البيضاء طبقة. إذا كان موجودا في الدم كله ، والمراكز المتعددة الوسائط منفصلة مع خلايا الدم البيضاء بسبب كثافة مماثلة. وهذه الخلايا في معلقالفوسفات مخزنة المالحة (PBS) ، والتي أدخلت على مقياس الجريان. بدلا من استمرار تدفق الدم التعليق الخلية ، التي يسببها تدفق نحن اثنان المرحلة من أجل القبض على هذه الخلايا لمزيد من الدراسة. تدفق في المرحلة الثانية ، واثنين من السوائل إمتزاج في نظام ميكروفلويديك يجتمع في مفترق طرق وتشكيل بالتناوب الرخويات من 6،7 السائل. علقت PBS خلايا الدم البيضاء والرخويات الهواء ميكروليتر النموذج المشع التي يتم بالتسلسل مع ضوء الليزر. إضافة لبالسطح إلى الطور السائل يسمح موحدة تشكيل عريانة ويمكن للمستخدم إنشاء الرخويات مختلفة الحجم عن طريق تغيير معدلات تدفق من المرحلتين. الرخويات من الهواء والرخويات من برنامج تلفزيوني مع خلايا الدم البيضاء لا تحتوي على امتصاص الضوء ، وبالتالي ، لا تنتج موجات الضوئي. ومع ذلك ، الرخويات من خلايا الدم البيضاء التي تحتوي على المراكز المتعددة الوسائط واحد حتى تمتص ضوء الليزر والموجات الصوتية انتاج عالية التردد. وتحتجز هذه الرخويات التي تولد موجات الضوئي والتي تم جمعها لتلطيخ cytochemical لverificالنسبة من المراكز المتعددة الوسائط.

    Protocol

    1. إعداد عينة الدم

    1. تعادل حوالي 10 مليلتر من الدم الكامل من السرطان المريض في المرحلة الرابعة vacutainers two 5 مل.
    2. أنابيب الطرد المركزي لمدة عشر دقائق في 3000 دورة في الدقيقة (دورة في الدقيقة).
    3. وعينة الدم منفصلة في ثلاث طبقات مختلفة : الطبقة السفلية تتألف من كريات الدم الحمراء ، وطبقة وسطى ، كما دعا الطبقة الشهباء ، ويحتوي على كريات الدم البيضاء وخلايا سرطان الجلد ، وتحتوي الطبقة العليا البلازما والصفائح الدموية. وإزالة البلازما أكبر قدر ممكن من دون إزعاج معطف الشهباء.
    4. ميكرولتر من 250 مكان Histopaque 1077 في اثنين من الأنابيب Wintrobe 1 مل.
    5. 9 استخدام ماصة باستور "، استخراج البلازما المتبقية ، ومعطف الشهباء بأكملها ، وحتى الطبقة العليا من الكريات الحمراء ، مع التأكد من جمع <500 ميكروليتر.
    6. وضع حل فوق طبقة Histopaque الطرد المركزي وأنابيب Wintrobe في أنابيب مخروطية 15 مل لمدة 10 دقيقة في 3000 دورة في الدقيقة.
    7. ومرة أخرى في الدممنفصلة ، ولكن هذه المرة سوف يتم فصل الكريات الحمراء التي Histopaque ، مما يسمح للاستخراج من معطف سهل الشهباء. استخدام 9 "باستور الماصة للحصول على معطف الشهباء بأكملها ووضعها في أنبوب إيبندورف 2 مل.
    8. تعليق معطف الشهباء في 1.5 مل من برنامج تلفزيوني مع 2 ٪ V / V توين 20.

    2. تدفق دائرة البناء

    1. الحصول على اسطوانة الاكريليك ، 20 مم الخارجي ، وقطرها الداخلي 17 ملم و 8 ملم طول. حفر ثلاثة ثقوب قطرها 5 ملم من خلال الجانب من الاسطوانة في زوايا 90 درجة عن بعضها البعض. قطع ثلاث قطع من أنابيب البوليمر (1.6 مم الداخلية ، 5 ملم القطر الخارجي) ، ووضعها في الثقوب المحفورة.
    2. Parafilm تمتد عبر الجزء السفلي من الحلقة الاكريليك لجعل المياه ختم مشددة. وparafilm أشكال وعاء الضحلة مع عصابة الأكريليك وسوف يعقد الحل الأكريلاميد التي ستشكل غرفة التدفق.
    3. تعليق يبلغ قطرها 1.6 ملم سلك طريق قطعة من الأنابيب التي هي على الجانب الآخر منبعضها البعض ، والتأكد من أن الأسلاك وحده وضوحا من خلال منتصف الحلبة. ملء القطعة الثالثة من الأنابيب مع سلك قطره 1.6 ملم وموقف أنبوب 1 ملم بعيدا عن السلك مع وقف التنفيذ. هذه الأسلاك الأكريلاميد منع من دخول الأنبوب. بعد الأكريلاميد يتصلب ، سيتم استخراج الأسلاك ، وترك مسار تدفق اسطواني ومكانا للموقف من الألياف البصرية ويركز على مسار التدفق.
    4. أضف 5 مل من الأكريلاميد أعدت [الأكريلاميد ز 20 (سيغما الدريتش) ، 0.7 غرام bisacrylamide (سيغما الدريتش) ، و 100 مل من الماء المقطر] لكوب صغير. قياس من 0،02 غراما من بيرسلفات الأمونيوم (سيغما) ، وإضافته إلى الدورق. المزيج مع التحريك لمدة 3 دقائق. إضافة 20 tetramethylethylenediamene ميكرولتر (فيشر العلمية) إلى الدورق. يصب الخليط بسرعة الى الحلبة الاكريليك ، وملء إلى الأعلى. بعد ثوان قليلة ، فإن الحل هلام ، مما يجعل من العفن غرفة التدفق. سحب الأسلاك بعناية من أصل ، والتأكد من عدم تعكير صفو هلام الأكريلاميد. تدفق شامBER الآن جاهزة للاستخدام.

    3. الضوئي flowmetry انشاء

    1. الزوجان سمعيا a فلوريد البولي فينيل محول الصوتية كهرضغطية (Panametrics) إلى غرفة تدفق باستخدام الموجات فوق الصوتية هلام مباشرة فوق مسار التدفق.
    2. باستخدام الحربة نيل Concelman (BNC) الكابل ، وربط محول لإدخال النطاق العريض لاستقبال - 640A RITEC (lowpass فلتر : الخروج ، highpass التصفية : 1 ميغاهرتز ، imput المعاوقة : 50 أوم ، والتضخيم : 35 ديسيبل). ربط ناتج التصفية على الذبذبات (TDS تكترونكس 2024B). لتحريك الذبذبات ، يتم تعيين الثنائي الضوئي (Thorlabs) قرب محول وموصول الذبذبات باستخدام كبل BNC.
    3. ومرفق T - الموصل (أجزاء صغيرة) للذراع واحدة من الغرفة التدفق. يتم توصيل مضخات المحاقن اثنين (برينتري العلمية) إلى فروع أخرى من الموصل. حقنة واحدة تحتوي على الهواء ، في حين أن الآخر سوف تحتوي على تعليق خلية أعدت في الجزء 1. ضبط معدلات التدفق إلى100 ميكروليتر / دقيقة.
    4. استخراج أنابيب صغيرة من الغرفة حتى تدفق جيب صغير من أشكال الهواء ، وادخال وقطرها 1 مم الألياف البصرية الأساسية مع فتحة 0.37 العددية في تلك الفتحة. ملء الجيب مع الماء للحد من إشارات واجهة وزيادة كمية ضوء الليزر تطبيقها على مسار التدفق. بسبب الفتحة العددية للألياف الضوئية وبعد مسافة قصيرة إلى مسار التدفق ، وأشرق ليزر واحد فقط من عينة سبيكة في أي وقت من الأوقات ، وضمان أن العينة مباشرة أمام الليزر هو نفس العينة خلق إشارات الضوئي. ينبغي أن تكون طاقة الليزر حوالي 28 ميغا جول / سم 2 مع حجم البقعة من 7 ملم 2.
    5. بدوره على كل من مضخات المحاقن. وعندما تكون السوائل إمتزاج two تصل إلى تقاطع تي يمكن تقسيم أنها متجانسة في الرخويات وتدفق الماضية محول.
    6. أشرق العينة التي تتدفق مع النانوسيكند نابض الليزر لتوليد موجات الضوئي في خلايا سرطان الجلد. والميلانين هو broadbوالبصرية امتصاص ، ويمكن استخدام أي الطول الموجي ليزر مرئية.
    7. إذا إشارة تظهر على الذبذبات عندما سبيكة هو فوق محول ، ويحتوي على سبيكة سرطان الجلد ، وينبغي أن تتبع من خلال اسقاط النظام حتى إلى قارورة جمع.

    4. كيمياء سيتولوجية مناعية

    1. اتخاذ الرخويات القبض على 4 Cytospin جهاز طرد مركزي (الحرارية العلمية) من أجل معالجتها على الشرائح الزجاجية. الشرائح الزجاجية في المكان Cytofunnels (EZ Shandon Cytofunnel واحدة مع فلتر براون العلمية الحرارية بطاقة) ، وتحميلها الى جهاز طرد مركزي 4 Cytospin. وضع 100 ميكرولتر من الزلال 1 ٪ المصل البقري (سيغما) في برنامج تلفزيوني في كل قمع ثم الطرد المركزي في 600 دورة في الدقيقة لمدة 3 دقائق للمساعدة في القبض على الخلايا العصا على الشرائح الزجاجية.
    2. بعد الطرد المركزي ، إضافة إلى عينات الخلايا Cytofunnels ثم الطرد المركزي في 600 دورة في الدقيقة لمدة 3 دقائق. ثم رش الشرائح مع تثبيتي الايثانول القائمة.
    3. تغسل الشرائح في برنامج تلفزيوني لمدة 10 دقائق مرتين.
    4. بعد الحضانة ، صب الشرائح واحتضان الضد مع الحل الأساسي لمدة 1 ساعة في غرفة ترطيب في درجة حرارة الغرفة. وينبغي أن تحتوي كل شريحة 1 ٪ مارت 1 الأضداد التي أثيرت في الأرانب ، 1 ٪ CD - 45 الأضداد التي أثيرت في الماوس ، و 10 ٪ مصل عنزة ، وبرنامج تلفزيوني 89 ٪.
    5. بعد الحضانة ، وتغسل الشرائح في برنامج تلفزيوني لمدة 10 دقيقة ثلاث مرات.
    6. ثم يتم تحضين الشرائح في محلول الأجسام المضادة الثانوية ، والتي تلتزم fluorophore إلى الأجسام المضادة. الخليط يحتوي على 0.05 ٪ الماعز المضادة للأرنب الأضداد ، 0.05 ٪ الماعز الأضداد المضادة للماوس ، و 0.1 ٪ مصل الماعز ، وبرنامج تلفزيوني من 99 ٪. يتم تحضين الشرائح في الظلام لمدة 1 ساعة في درجة حرارة الغرفة.
    7. بعد الحضانة ، صب الشرائح يغسل في برنامج تلفزيوني لمدة 5 دقائق ثلاث مرات.
    8. وصمة عار للنواة ، احتضان خلايا بنسبة 0.1 ميكروغرام / مل من دابي (Invitrogen) لل1 دقيقة. ثم صب الشرائح ، ويغسل في برنامج تلفزيوني.
    9. شن ساترة على عينة الخلية باستخدام 20 ميكرولتر من وسائل الإعلام للراتنجات المتصاعد لكل شريحة. ختم ساترة مع طلاء الأظافر واضحة للحفاظ على الشريحة. الآن الشرائح جاهزة للتصوير مع المجهر الفلورسنت.

    5. ممثل النتائج :

    الشكل 1
    الشكل 1. ويبين الطول الموجي الضوئي من خلايا الدم البيضاء وخلايا سرطان الجلد هنا. خلايا الدم البيضاء ، عدم وجود تصبغ الأصيل ، لا تنتج موجات الضوئي وتظهر كخط مسطح من الضوضاء الإلكترونية (يسار). وتنتج خلايا سرطان الجلد المصطبغة موجة قوية الضوئي (يمين).

    الشكل 2
    الشكل 2 بعد تلطيخ immunocytochemical ، خلايا سرطان الجلد مثقف تظهر اشارات دابي في BLويبرز في حين رق MART1 باللون الأخضر.

    الشكل 3
    الشكل 3. تتراكب الصور لدابي وMART1 ، كما في الشكل 2 ، مع CD45 كمؤشر على الكريات البيض ، وهذا الرقم يدل خلايا سرطان الجلد بين عدة خلايا الدم البيضاء.

    Discussion

    كشف التدرجي لا يزال هناك مجال بحوث مكثفة مع عدد قليل جدا من التطبيقات السريرية بسبب مشكلة صعبة من عزل الخلايا السرطانية النادرة. ويجري حاليا تقييم تقنيات أخرى للكشف عن العديد من لجنة مكافحة الإرهاب ، بما في ذلك RT - PCR ، ميكروفلويديك القبض على الخلية ، والتقاط immunomagnetic ، وغيرها من الأساليب 8-12. ومع ذلك ، كشف الضوئي من المراكز المتعددة الوسائط يبين الوعد كما هي التسمية حرة وتوفر وسيلة سريعة ودقيقة لالتقاط الصور ، امتصاص الجزيئات الصغيرة الخفيفة.

    وصف بروتوكول لعزل خلايا الدم البيضاء ذات كفاءة عالية ، بعد انخفاض عدد خلايا الدم الحمراء موجودة في العينة. هذه الخلايا شفتين تلويث تمتص ضوء الليزر أيضا ، ولكن على المستوى انخفض بشكل كبير. لضمان خلايا الدم الحمراء لا تتداخل مع شركائنا في نظام الكشف عن سرطان الجلد ، وأدخلت خمس عينات المريض الصحية من خلال النظام وأيا أعطى إشارة ، مشيرا إلى أن خلايا الدم الحمراء موجودة بتركيزات منخفضة بما فيه الكفاية ليمكن التغاضي عنها.

    وقد أجريت سلسلة من الدراسات تركيز باستخدام خلايا سرطان الجلد مثقف ونظام التدفق الضوئي أثبت الحساسة وصولا الى 1 خلية / ميكروليتر (بيانات غير منشورة). هذه الدراسات مستمرة وستشمل المحاكمات قريبا باستخدام عينات المريض بالسرطان.

    كما أن هذه التقنية التي يجري تقييمها الضوئي لاستخدامها في غير مصطبغة التدرجي ، مثل سرطان الثدي وسرطان البروستات عن طريق ربط chromophores الخارجية. لقد أجرينا العمل الأولي باستخدام جزيئات الذهب على سرطان cells13. وقد أظهرت هذه الاختبارات أن النانوية يمكن أن توفر الاستيعاب اللازمة لتوليد الموجات الضوئية الضوئي. التحدي هو أن التقنية المتبقية نعلق على مثل هذه الجزيئات الخلايا السرطانية بشكل انتقائي.

    Disclosures

    جون أ. VIATOR هو مؤسس ورئيس شركة VIATOR تكنولوجيز ، وهي شركة لتسويق التكنولوجيات شكلت الضوئي لتحسين صحة الإنسان.

    Acknowledgements

    نعترف بدعم من قسم الهندسة البيولوجية وS. كريستوفر بوند مركز العلوم الحياتية في جامعة ميسوري. نعترف منح الدعم من علوم الحياة ميسوري مجلس أبحاث 09-1034 والمعاهد الوطنية للصحة R21CA139186 - 0. ونحن نشكر أيضا فرص بحوث علوم الحياة الجامعية برنامج في جامعة ميسوري ، في جامعة ميسوري علم الخلايا الجزيئية الأساسية ، وجامعة ولاية ميسوري في كلية الهندسة للحصول على الدعم المالي.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    DMEM Invitrogen ABCD1234

    References

    1. Pantel, K., Brakenhoff, R., & Brandt, B. Detection, clinical relevance and specific biological properties of disseminating tumour cells. Nature Reviews Cancer. 8 (5), 329-340 (2008).
    2. Pantel, K. & Brakenhoff, R. Dissecting the metastatic cascade. Nature Reviews Cancer. 4 (6), 448-456 (2004).
    3. Yu, M., Stott, S., et al. Circulating tumor cells: approaches to isolation and characterization. The Journal of Cell Biology. 192 (3), 373 (2011).
    4. Weight, R.M., Dale, P.S., & Viator, J. Detection of circulating melanoma cells in human blood using photoacoustic flowmetry, In Engineering in Medicine and Biology Society, 2009. EMBC 2009. Annual International Conference of the IEEE, 106-109, IEEE (2009).
    5. Weight, R.M., Dale, P.S., Lisle, A., Caldwell, C., & Viator, J.A. Photoacoustic detection of metastatic melanoma cells in the human circulatory system. Opt. Lett. 31 2998-3000 (2006)
    6. Garstecki, P., Fuerstman, M., et al. Formation of droplets and bubbles in a microfluidic T- junctionscaling and mechanism of break-up. Lab on a Chip. 6 (3), 437-446 (2006).
    7. Gupta, A. & Kumar, R. Effect of geometry on droplet formation in the squeezing regime in a microfluidic T-junction. Microfluidics and Nanofluidics. 8 (6), 799-812 (2010).
    8. Mocellin, S., Hoon, D., Ambrosi, A., Nitti, D., Rossi, C. The prognostic value of circulating tumor cells in patients with melanoma: a systematic review and meta-analysis. Clinical Cancer Research. 12, 4605 (2006).
    9. Cristofanilli, M., Budd, G., Ellis, M., Stopeck, A., Matera, J., Miller, M., Reuben, J., Doyle, G., Allard, W., Terstappen, L., et al. Circulating tumor cells, disease progression, and survival in metastatic breast cancer. New England Journal of Medicine. 351, 781 (2004).
    10. Cristofanilli, M., Hayes, D., Budd, G., Ellis, M., Stopeck, A., Reuben, J., Doyle, G., Matera, J., Allard, W., Miller, M., et al. Circulating tumor cells: a novel prognostic factor for newly diagnosed metastatic breast cancer. Journal of Clinical Oncology. 23, 1420 (2005).
    11. Ghossein, R.,Scher, H., Gerald, W., Kelly, W., Curley, T., Amsterdam, A., Zhang, Z., & Rosai, J. Detection of circulating tumor cells in patients with localized and metastatic prostatic carcinoma: clinical implications. Journal of Clinical Oncology. 13, 1195 (1995).
    12. Loberg, R., Fridman, Y., Pienta, B., Keller, E., McCauley, L., Taichman, R., & Pienta, K. Detection and isolation of circulating tumor cells in urologic cancers: a review. Neoplasia. 6, 302 (2004).
    13. Viator, J.A., Gupta, S.K., Goldschmidt, B.S., Bhattacharyya, K., Raghuraman, R., Shukla, R., Dale, P.S., Boote, E., & Katti, K. Detection of gold nanoparticle enhanced prostate cancer cells using photoacoustic flowmetry with optical reflectance. J. Biomed. Nanotech. 6, 187-191 (2010).

    Comments

    0 Comments

    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Metrics

    Waiting
    simple hit counter