هنا ، نظهر أن الليزر عالي الطاقة 375 نانومتر و 405 نانومتر يمكن أن يثير بشكل فعال Hoechst 33342 ويعمل كبديل قابل للتطبيق لليزر 355 نانومتر لاكتشاف خلايا السكان الجانبية (SP) ، وبالتالي توسيع نطاق الليزر المتاح في تطبيقات قياس التدفق الخلوي.
مقالة منهجية
هنا ، نظهر أن الليزر عالي الطاقة 375 نانومتر و 405 نانومتر يمكن أن يثير بشكل فعال Hoechst 33342 ويعمل كبديل قابل للتطبيق لليزر 355 نانومتر لاكتشاف خلايا السكان الجانبية (SP) ، وبالتالي توسيع نطاق الليزر المتاح في تطبيقات قياس التدفق الخلوي.
يتم تحديد خلايا السكان الجانبية (SP) من خلال تلطيخ Hoechst 33342 وتحليلها باستخدام قياس التدفق الخلوي (FCM). يتم استخدام طريقة Hoechst SP لعزل الخلايا الجذعية بناء على خصائص تدفق الصبغة لناقلات الكاسيت المرتبطة ب ATP (ABC). تم استخدام هذه الطريقة في البداية لتحديد وعزل الخلايا الجذعية المكونة للدم (HSCs) ، لكنها تطورت الآن للتركيز بشكل أساسي على تحديد وعزل الخلايا الجذعية السرطانية (CSCs). تستخدم طريقة الكشف التقليدية ل FCM ليزر 355 نانومتر لإثارة الصبغة للكشف عن خلايا SP. من خلال هذه الدراسة ، نجحنا في تحديد طرق بديلة لإثارة الصبغة التي يمكن أن تحل محل اكتشاف خلايا SP بشكل فعال باستخدام ليزر 355 نانومتر. يتم تحقيق ذلك من خلال استخدام ليزر 375 نانومتر أو 405 نانومتر عالي الطاقة. هذا يسمح لنا بممارسة انتقائية معززة في الكشف عن خلايا SP بدلا من أن تقتصر فقط على قياس التدفق الخلوي بالليزر 355 نانومتر.
يتم تحديد خلايا السكان الجانبية (SP) من خلال تلطيخ Hoechst 33342 وتحليلها باستخدام قياس التدفق الخلوي (FCM). تتميز خلايا SP بضخ صبغة الحمض النووي الفلورية خارج الخلايا من خلال ناقل الكاسيت المرتبط ب ATP (ABC) 1,2. تم إنشاء هذه الطريقة في الأصل لعزل الخلايا الجذعية المكونة للدم في نخاع عظم الفئران (HSCs) 1. تم إثراء خلايا نخاع العظم SP بمجموعة من HSCs تتميزبتعبير منخفض CD117 + Sca-1 + Lin-Thy1 3,4. بعد ذلك ، تم استخدام الطريقة على نطاق واسع لعزل وإثراء الخلايا الجذعية من الأنسجة الأخرى ، بما في ذلك عضلة القلب5 والكبد6 والرئة7 والكلى8 والدماغ الأمامي9. على وجه الخصوص ، تم تطبيق الطريقة لعزل الخلايا الجذعية السرطانية (CSCs) في العقد الماضي. تمثل الخلايا الجذعية السرطانية مجموعة صغيرة من الخلايا التي تمتلك خصائص بدء الورم ، والتجديد الذاتي ، ومقاومة العلاج الكيميائي ، والإمكانات النقيلية10. تم تحديد الخلايا الجذعية السرطانية في البداية في الأورام الخبيثة المكونة للدم11 ولوحظت لاحقا في أورام صلبة مختلفة مثل سرطان البروستاتا12 والمبيض13 والمعدة14 والثدي15 والرئة16. على الرغم من توفر تقنيات مختلفة لتحديد CSC ، تظل تقنية SP خيارا مفضلا نظرا لتطبيقها الواسع عبر الأنسجة وخطوط الخلايا المتنوعة. علاوة على ذلك ، فهي تقنية قيمة تعزل الخلايا الجذعية السرطانية باستخدام فرز الخلايا المنشط بالفلورة (FACS) 16،17،18. تظهر النتائج التجريبية أن خلايا SP تظهر ورما واضحا وتعرض مستويات تعبير مرتفعة للجينات المرتبطة بالخلايا الجذعية19,20. أظهرت دراستنا السابقة21 أيضا أن التحليل النسخي لخلايا SP المعزولة في المايلوما المتعددة يكشف عن إثراء مسارات الإشارات المرتبطة بالخلايا الجذعية ، مثل مسار القنفذ. وفي الوقت نفسه ، أجرينا تحليلات إثراء المسار على الجينات المعبر عنها بشكل تفاضلي في خلايا SP لسرطان الدم النقوي الحاد22. تم إثراء الجينات المعدلة في المسارات المتعلقة بالخلايا الجذعية (Wnt / β-catenin ، TGF-β ، Hedgehog ، Notch). وجدنا أن خلايا 1 × 105 SP يمكن أن تشكل أوراما في الفئران الخالية من BALB / c22 ، في حين أن الخلايا غير SP لا تستطيع ذلك ، مما يشير إلى أن خلايا SP لها خصائص الخلايا الجذعية لسرطان الدم. فعالية طريقة Hoechst SP في تحديد CSCs واضحة.
تم تنقيح بروتوكول Hoechst SP وتعزيزه من خلال تقدم البحث. يستلزم البروتوكول رقابة صارمة على تركيز الصبغة وكثافة الخلية ودرجة حرارة الحضانة ومدتها وتكوين المخزن المؤقت وقيمة الأس الهيدروجيني. خضعت عينات الخلايا المحضرة وفقا لهذا البروتوكول لتحليل التدفق الخلوي. نظرا لإثارة صبغة Hoechst بليزر الأشعة فوق البنفسجية عند 355 نانومتر والكشف عن انبعاث التألق باستخدام كل من مرشح 690/50 نانومتر (Hoechst Red) ومرشح 450/50 نانومتر (Hoechst Blue) ، يلزم وجود ليزر 350 نانومتر ل FCM. ومع ذلك ، لا يتم تجهيز ليزر 350 نانومتر بشكل شائع في معظم أجهزة FCM بسبب تكلفتها العالية. ومن ثم ، حاولنا إيجاد نهج بديل لإثارة الصبغة للكشف الفعال عن خلايا SP عن طريق قياس التدفق الخلوي. في هذه الدراسة ، تم تقييم قدرة الليزر 375 نانومتر و 405 نانومتر في الكشف عن خلايا SP ومقارنتها بقدرة الليزر 355 نانومتر. تظهر النتائج التي توصلنا إليها تشابها ملحوظا بين خلايا SP المكتشفة بواسطة ليزر 355 نانومتر و 375 نانومتر و 405 نانومتر. تشير هذه النتائج إلى أن الليزر عالي الطاقة 375 نانومتر و 405 نانومتر يمكن أن يكون بمثابة بدائل مجدية لليزر 355 نانومتر للكشف عن خلايا SP. إن تضمين مصادر ضوء إثارة إضافية ل Hoechst 33342 يسهل استخدام المزيد من نماذج قياس التدفق الخلوي.
استخدمت التجارب في هذه الدراسة ما مجموعه 10 فئران C57BL / 6 تتراوح أعمارهم بين 8 و 12 أسبوعا. أجريت العمليات التجريبية وفقا لبروتوكول تمت الموافقة عليه من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام بجامعة سيتشوان (# 201609309). يتم سرد المواد التجريبية ومعلمات قياس التدفق الخلوي المستخدمة في هذه المقالة في جدول المواد.
1. عزل وجمع خلايا نخاع عظم الفأر
2. تلطيخ الخلوية
3. قياس التدفق الخلوي
ملاحظة: للحصول على ملخص لمختلف الأنظمة والتكوينات المستخدمة، يرجى الاطلاع على الجدول 1.
في الشكل 2 ، عولجت المجموعة الضابطة بالفيراباميل ، الذي يمنع ناقلات ABC في الخلايا الجذعية لمنع التخلص من Hoechst 33342. وبالتالي ، فإن الخلايا الجذعية في المجموعة غير فيراباميل تطرد Hoechst 33342 وتشكل مجموعة خلايا سالبة تعرف باسم خلايا SP. أثار ليزر 355 نانومتر صبغة Hoechst 33342 بشكل فعال ، مما أدى إلى مراقبة واضحة لخلايا SP لنخاع العظم (الشكل 2 أ). تم العثور على خلايا SP لنفس العينات المكتشفة بواسطة ليزر 355 نانومتر وليزر 405 نانومتر متطابقة بشكل أساسي (الشكل 2D).
من الشكل 2 والشكل 3 ، رأينا أن النماذج الأخرى لعدادات التدفق غير التقليدية يمكنها أيضا تحديد خلايا SP. تشير النتائج إلى أن كلا من ليزر 375 نانومتر و 405 نانومتر أثار بشكل فعال Hoechst 33342 للحصول على خلايا SP (الشكل 3A-B). عندما يكون من الضروري اكتشاف أو عزل CSCs أو HSCs ، يمكننا اختيار ليزر 375 نانومتر أو 405 نانومتر بدلا من ليزر 355 نانومتر.

الشكل 1: منطق إعداد البوابة القائم على قياس التدفق الخلوي للكشف عن خلايا SP. (أ) تم استخدام FSC-A و FSC-W لاستبعاد الخلايا الملتصقة. تمثل البوابة A الكتلة أحادية الخلية. (ب) استخدمت بارامترات FSC-A و SSC-A لإزالة الحطام الخلوي. تمثل البوابة B مجموعة الخلايا غير المجزأة. (ج) اختيرت خلايا حية تظهر يوديد البروبيديوم السالب (PI). تمثل البوابة C مجموعة الخلايا الحية. (د) تم الحصول على إشارات مضان من خلال قنوات 690/50 نانومتر (Hoechst-red) و 450/50 نانومتر (Hoechst-blue). تمثل البوابة SP مجموعة خلايا SP. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: يكتشف الليزر عالي الطاقة 405 نانومتر خلايا SP بنفس فعالية الليزر 355 نانومتر. (أ) تم إثارة صبغة Hoechst 33342 بواسطة ليزر 355 نانومتر من مقياس التدفق الخلوي التقليدي للكشف عن خلايا SP في نخاع العظام. (ب، ج) تم تحديد خلايا SP لنخاع العظم بواسطة ليزر 355 نانومتر و 405 نانومتر من نفس FCM. (د) وجد أن خلايا SP لنفس العينات التي اكتشفها ليزر 355 nm وليزر 405 nm متطابقة بشكل أساسي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: الليزر عالي الطاقة 375 نانومتر و 405 نانومتر قادر على اكتشاف خلايا SP. (أ) يمكن لليزر عالي الطاقة 375 نانومتر اكتشاف خلايا SP. (ب) يمكن أيضا اكتشاف خلايا SP في نخاع العظم باستخدام ليزر 405 نانومتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| نوع الليزر | الطول الموجي بالليزر (نانومتر) | قوة الليزر (ميغاواط) | مرشح هويشت الأحمر (نانومتر) | مرشح هويشت الأزرق (نانومتر) | |
| موفلو أستريوس إي كيو | غاز الأرجون | 355 | 100 | 692/75 | 448/59 |
| سيتو فليكس LX | اشباه الموصلات | 355 | 20 | 690/50 | 450/50 |
| 405 | 80 | 690/50 | 450/50 | ||
| سيتوفليكس إس | اشباه الموصلات | 375 | 60 | 690/50 | 450/50 |
| سيتوفليكس SRT | اشباه الموصلات | 405 | 80 | 690/50 | 450/50 |
الجدول 1: ملخص تكوينات مقياس التدفق الخلوي.
استخدمنا البروتوكول الموصوف لإجراء ثلاث تجارب ، كل تجربة شملت 3-4 فئران ، مما أدى إلى ما مجموعه 10 فئران. تراوحت نسبة خلايا SP من 0.05٪ إلى 0.76٪. من المهم أن نلاحظ أنه لوحظت اختلافات فردية بين الفئران. استخدمنا أربعة مقاييس للتدفق الخلوي لتحليل عينات Hoechst. لوحظ أن إثارة صبغة Hoechst بواسطة ليزر 20 mW 355 nm على الإصدار الجديد من قياس التدفق الخلوي تعادل ليزر 100 mW 355 nm على قياس التدفق الخلوي القديم. يمكن أن تعزى هذه الظاهرة إلى الاختلاف في أنواع الليزر المستخدمة في كلا النظامين. يمكن أن يعزى السبب المحتمل للتأثير المرصود لليزر 375 نانومتر و 405 نانومتر إلى خرج الطاقة الكبير لكلا الليزر بالتزامن مع استخدام كاشف الصمام الثنائي الضوئي للانهيار الجليدي (APD). التقطت قناة Hoechst Red-A الطول الموجي الطويل القريب من الأحمر البالغ 690 نانومتر ، حيث كانت كفاءة التحويل الكهروضوئي لأنبوب المضاعف الضوئي (PMT) منخفضة نسبيا. ومع ذلك ، أظهر APD كفاءة تحويل كهروضوئية أعلى بعشر مرات تقريبا من كفاءة PMT24. لذلك ، عند دمجها مع ليزر 375 نانومتر و 405 نانومتر عالي الطاقة ، تميز كاشفات APD خلايا SP بكفاءة. لا يكتشف ليزر 405 نانومتر خلايا SP بشكل فعال فحسب ، بل يظهر أيضا قدرة فائقة في التمييز بين مجموعة فرعية من السكان الموجبة الضعيفة في Hoechst Red مقارنة بليزر 355 نانومتر.
تتمثل الخطوة الحاسمة للبروتوكول في استخدام قياس التدفق الخلوي باستخدام ليزر 375 نانومتر أو ليزر 455 نانومتر للكشف عن الخلايا ذات قنوات 690/50 نانومتر (Hoechst-red) و 450/50 نانومتر (Hoechst-blue). بينما تكتشف التقنية خلايا SP بليزر 375 نانومتر و 405 نانومتر بدلا من ليزر 355 نانومتر (ليزر تقليدي لتحليل خلايا SP1) ، والتي هي أكثر شيوعا في FCMs ، يلزم وجود ليزر 375 نانومتر و 405 نانومتر عالي الطاقة. هذا يؤدي إلى قيود هذه التكنولوجيا. تكمن أهمية هذه الطريقة في توسيع نطاق الليزر المستخدم للكشف عن أصباغ Hoechst بحيث يمكن استخدام نماذج أخرى من قياس التدفق الخلوي للكشف عن خلايا SP.
لم يتم الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
تم دعم هذا العمل من خلال المنح المقدمة إلى J.H. من المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (رقم 81800207). إن مساعدة شركة Beckman Coulter، Inc. في تقديم الدعم لقياس التدفق الخلوي ومعايرة المعلمات موضع تقدير كبير. نشكر جياو تشن من مختبر الدولة الرئيسي لأمراض الفم ، مستشفى غرب الصين لطب الأسنان ، جامعة سيتشوان ، ويو تشي من مركز أبحاث الطب التجديدي ، مستشفى غرب الصين ، جامعة سيتشوان ، لمساعدتهم في الحصول على بيانات قياس التدفق الخلوي.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| عداد الخلايا الأوتوماتيكي | Countstar | 1M1200 | |
| مرشح الخلية (100 & micro; م) | BIOFIL | CSS-013-100 | |
| الجودة اليومية الفلوروسفير | بيكمان كولتر | B5230 | |
| دولبيكو لوسط النسر مع 4.5 جم / لتر جلوكوز (وسط DMEM) | CORNING | 10-013-CVRC | |
| مصل بقري الجنين | CORNING | 35-081-CV | |
| HBSS | Hyclone | SH30030.02 | |
| Hoechst 33342 | سيجما ألدريتش | B2261 | |
| يوديد بروبيديوم (PI) | سيجما ألدريتش | P4170 | |
| عازلة تحلل خلايا الدم الحمراء | Beyotime | C3702 | |
| فيراباميل | سيجما ألدريتش | V4629 |