نقدم بروتوكولاً لاستخدام منصة للموائع الدقيقة لنمذجة التفاعلات بين الورم والجهاز المناعي ضمن بيئة ثلاثية الأبعاد (3D). وقد كشفت نتائجنا أن الخلايا القاتلة الطبيعية (NK cells) حافظت على نشاطها المضاد للأورام تحت تأثير الضغط الميكانيكي.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
نقدم بروتوكولاً لاستخدام منصة للموائع الدقيقة لنمذجة التفاعلات بين الورم والجهاز المناعي ضمن بيئة ثلاثية الأبعاد (3D). وقد كشفت نتائجنا أن الخلايا القاتلة الطبيعية (NK cells) حافظت على نشاطها المضاد للأورام تحت تأثير الضغط الميكانيكي.
تؤثر القوى الميكانيكية بشكل كبير على قدرة الخلايا المناعية على قتل الخلايا الورمية في سياق العلاج المناعي القائم على الخلايا. ولكي تقتل الخلايا المناعية الخلايا الورمية، يجب أن تسلط قوى على الخلية المستهدفة وتُشكل تشابكاً مناعياً، يتم من خلاله إرسال الجزيئات السامة للخلايا —بما في ذلك granzyme B. وعلى الرغم من أهميتها، لا يزال فهم كيفية الاستفادة من الإشارات الميكانيكية لتعزيز القتل بوساطة المناعة محدوداً. ويعود هذا النقص في المعرفة جزئياً إلى غياب الأدوات القادرة على توفير إجهاد ميكانيكي محكوم بدقة للمزارع الخلوية في بيئة واقعية من الناحية الفسيولوجية. هنا، نصف جهاز ضغط مائع دقيق يمكنه تطبيق ضغط استاتيكي أو ديناميكي على الكريات الورمية المدمجة في المصفوفة خارج الخلوية (ECM)، مع السماح بالتصوير في الوقت الحقيقي للتفاعلات بين الورم والمناعة عبر المجهر الضوئي.
تتكون المنصة الموائعية الدقيقة من 12 حجرة (6 حجرات تحكم و6 حجرات وظيفية). وتحتوي كل حجرة على غرفة خلوية تقع مباشرة أسفل وحدة التحكم في الضغط. يتم وضع الكريات الخلوية المضمنة في المادة الخلالية خارج الخلوية (ECM) داخل الغرفة الخلوية. وباستخدام هذه المنصة، بحثنا في كفاءة القتل للخلايا القاتلة الطبيعية (NK) ضد كريات أورام الثدي (MCF-7) تحت ضغط ميكانيكي محدد. وأظهرت النتائج أن الخلايا القاتلة الطبيعية ظلت المحرك الأساسي لموت كريات الأورام بغض النظر عن الضغط الميكانيكي في كولاجين بتركيز 1.5 mg/mL. وهذا يشير إلى أن الخلايا القاتلة الطبيعية يمكنها الحفاظ على نشاطها المضاد للأورام تحت إجهاد الضغط. وتبرهن هذه النتائج على فائدة هذه المنصة في دراسة دور القوى الميكانيكية في التفاعلات بين الورم والجهاز المناعي. وتعمل الدراسات الجارية حالياً على تحديد الآليات الجزيئية التي تسمح للخلايا المناعية بالتكيف مع إجهاد الضغط. وقد تكشف الرؤى المكتسبة من هذه الدراسات عن مسار علاجي واعد.
يُعد العلاج المناعي للسرطان القائم على الخلايا نهجاً علاجياً يستخدم الخلايا المناعية لاستهداف الخلايا السرطانية1. وقد أظهرت هذه الاستراتيجية نجاحاً ملحوظاً في علاج سرطانات الدم2,3,4. ومع ذلك، فإن مستوى النجاح الملحوظ في سرطانات الدم لم يُنقل بالكامل بعد إلى علاج الأورام الصلبة5,6,7. وأحد الأسباب الرئيسية لهذا القصور هو البيئة الدقيقة المثبطة للمناعة في الورم (TME) والتي تميز الأورام الصلبة.
تتميز البيئة الدقيقة للورم (TME) بإشارات ميكانيكية مميزة يمكنها تنظيم السلوك الخلوي. ويتطلب القتل الفعال للخلايا الورمية بواسطة الخلايا المناعية أن تبذل هذه الأخيرة قوى على الخلايا المستهدفة وتنشئ مشبكًا مناعيًا يتم من خلاله إيصال الجزيئات السامة للخلايا8. لذا، فإن فهم كيفية تأثير القوى الميكانيكية على وظيفة الخلايا المناعية قد يكشف عن استراتيجيات علاجية جديدة لتحسين فعالية العلاجات المناعية القائمة على الخلايا ضد الأورام الصلبة.
تتمثل إحدى السمات الميكانيكية المحددة للبيئة الدقيقة للأورام الصلبة (TME) في إجهاد الضغط الذي تفرضه البيئة الدقيقة للورم على الورم النامي9,10. وحتى الآن، ركزت معظم دراسات الضغط على التأثيرات الواقعة على سلوك الخلايا الورمية10,11. ومؤخراً فقط، تحول الاهتمام نحو فهم كيفية تأثير الضغط على الخلايا المناعية داخل الـ TME12. ونتيجة لذلك، لا تزال الآليات التي يؤثر بها إجهاد الضغط على هجرة الخلايا القاتلة الطبيعية (NK)، وتكوين المشبك المناعي، ونشاط السمية الخلوية غير مفهومة جيداً وغير مقاسة بشكل كافٍ. وتمثل هذه الفجوة قصوراً حرجاً في فهمنا لكيفية الاستفادة من الإشارات الميكانيكية داخل الـ TME لتعزيز الاستهداف المناعي للأورام الصلبة.
تتمثل إحدى العقبات الرئيسية في معالجة هذا السؤال في نقص المنصات التجريبية القادرة على تطبيق ضغط محكوم وقابل للقياس ضمن بيئات مجهرية ثلاثية الأبعاد ذات صلة فسيولوجياً، مع تمكين التصوير في الوقت الفعلي للتفاعلات بين الورم والجهاز المناعي في آن واحد. تضمنت النهج التجريبية المبكرة لدراسة إجهاد الضغط دمج الكريات في هلام الأجاروز13. وبينما نجحت هذه الطريقة في محاكاة الحصر الفيزيائي، إلا أنها ألغت التفاعلات الطبيعية بين الخلايا والمصفوفة خارج الخلية (ECM). وقد طبق Dolega et al. الضغط الاسموزي لاستحثاث إجهاد الضغط؛ ومع ذلك، كانت الكريات معلقة في وسط زراعي وبالتالي ظلت مفتقرة إلى تفاعلات ECM9. واستخدم Pandey et al. غشاءً مسامياً (transwell insert) وأوزاناً لضغط الكريات المدمجة في الكولاجين، وهو ما حافظ على التفاعلات بين ECM والخلايا، ولكن ذلك حد من إمكانية التصوير عالي الدقة المطلوب لقياس حركة الخلايا المناعية والنشاط السام للخلايا14. وتؤكد هذه القيود مجتمعة الحاجة إلى منصات تجريبية تتيح التصوير في الوقت الفعلي للاستجابات المورفولوجية للخلايا تجاه الضغط ضمن البيئة المجهرية للورم (TME).
نقدم هنا بروتوكولاً لجهاز ضغط ميكروني15 يتيح التطبيق المتحكم فيه لإجهاد الضغط مع الحفاظ على التفاعلات ذات الصلة فسيولوجياً بين المصفوفة خارج الخلوية (ECM) والخلايا، ويدعم التصوير عالي الدقة للخلايا الحية لديناميكيات المناعة والأورام. يتكون البروتوكول من تحضير مكونات الجهاز (القسم 1)، وتجميع الجهاز (القسم 2)، وتصوير التفاعلات بين الورم والجهاز المناعي (القسم 3). ونوضح سير العمل باستخدام مقايسة قتل بواسطة خلايا NK ضد كرويات ورمية موسومة بالبروتين الفلوري الأخضر (GFP). وإلى جانب هذا التطبيق، يمكن تكييف هذه المنصة بسهولة لاستقصاء آثار القوى الميكانيكية على نطاق واسع من أنواع الخلايا والتفاعلات الخلوية في البيئات الميكرونية ثلاثية الأبعاد.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. تحضير مكونات الجهاز
2. تجميع الجهاز
3. تصوير التفاعلات بين الورم والجهاز المناعي
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
في التجارب التالية، تم استخدام جهاز ضغط ميكروفلويديك15 لنمذجة التفاعلات بين الورم والجهاز المناعي ضمن بيئة ميكروية ثلاثية الأبعاد (3D) ذات صلة فسيولوجياً، وبإمكانه في الوقت ذاته تطبيق ضغوط استاتيكية وديناميكية على الكريات الورمية (الشكل 1). تظهر مكونات الجهاز (الشكل 1A1) وترتيب تجميعها (الشكل 1A2) في الشكل 1A. يعمل الإطار المعدني كقاعدة للجهاز، م...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تصف هذه الطريقة استخدام جهاز ضغط ميكروفلويديك لاستقصاء آثار إجهاد الضغط على التفاعلات بين الورم والجهاز المناعي. ويستطيع هذا النظام تطبيق ضغط ميكانيكي محكوم على الكريات الورمية المدمجة داخل مصفوفة كولاجين ثلاثية الأبعاد (3D). وتتيح الركيزة الزجاجية التي تشكل قاعدة حجرة الخلايا (L1) تصويراً حياً عالي الدقة للخلايا، مما يجعل هذه المنصة مناسبة تماماً للدراسات التي تهدف إلى قياس حركة الخلايا المناعية، وتسللها، ونشاطها السام للخلايا. ومن المهم أن النظام يحافظ على التفاعلات بين الخلايا وبعضها وبين الخلايا والمصفوفة، مع السماح ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين أي تضاربات مصالح للإفصاح عنها.
تم دعم هذا العمل من خلال منحة من المعهد الوطني للسرطان (المنحة R01CA221346)، وزمالة Lance R. Collins من كلية الهندسة بجامعة Cornell لـ FM، وصندوق عميد جامعة Cornell لمرونة الأبحاث لـ FM. أُجري هذا العمل جزئياً في Cornell NanoScale Facility، وهي عضو في البنية التحتية الوطنية المنسقة لتكنولوجيا النانو (NNCI)، والتي تدعمها المؤسسة الوطنية للعلوم (المنحة NNCI-2025233).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 1 عياري NaOH | Sigma-Aldrich | 79724 | 7 µL |
| 10× وسط M199 | Sigma-Aldrich | M0650 | 200 µL |
| 2-مركابتويثانول | ThermoFisher | 313500100 | |
| ضاغط هواء | Elveflow | ضاغط الهواء Jun-Air Model 3 | |
| منصة مجهر آلية بمحورين X-Y | الأجهزة العلمية التطبيقية | MS-2000 | |
| كاميرا CCD | Hamamatsu Photonics | ORCA-R2 | |
| مصل جنين البقر (FBS) | GeminiBio | S11150 | |
| أنابيب توصيل السوائل | إليفلو (Eleveflow) | لفافة احتياطية من أنابيب PTFE | 1/16 بوصة في القطر الخارجي |
| مصدر الضوء الفلوري | Excelitas Technologies | وحدة الحاسوب X-Cite series 120 | |
| حمض الفوليك | سيجما | F7876 | |
| غلوتارالدهيد | علوم المجهر الإلكتروني | 16019 | 0.10% |
| منظف البلازما Harrick | Harrick Plasma | PDC-001-HP | إعداد الطاقة العالية (45 واط) |
| مصل الخيل (HS) | ThermoFisher | 16050-122 | |
| مجهر فلوريسنتي انعكاسي | Olympus | IX81 | عدسة شيئية بقوة تكبير 20x (الفتحة العددية NA = 0.25)، تعمل باستخدام برنامج Olympus CellSens |
| قناع | آرتوس (Artus) | رقائق تسوية من الألومنيوم مكونة من 10 صفحات | السُمك هو 0.0125" (٠.٧٥ مم) |
| خط خلوي مستقر من خلايا MCF-7/GFP (بورسيميسين) | GenTarget Inc | SC050-G | |
| إطار معدني | مُصنّع حسب الطلب | مُصنّع حسب الطلب | |
| خزان الموائع الدقيقة | إيليفلو (Eleveflow) | خزان مائعيات دقيقة سعة 50 مل | |
| المجهر | Olympus | CKX41 | عدسة شيئية بقوة تكبير 4x (NA = 0.1) |
| ميو-إينوزيتول | سيجما | I7508 | |
| NK-92 MI | ATCC | CRL-2407 | |
| بنسلين/ستربتومايسين | Gibco | 15140122 | |
| محلول ملحي منظم بالفوسفات (PBS) | ThermoFisher | 10010072 | |
| أنابيب نيوماتيكية | إيليف فلو (Eleveflow) | مدخل أنبوب بولي إيثر PUR شفاف | 4" القطر الخارجي بالـ ملم |
| بولي إيثيلين إيمين (PEI) | Sigma-Aldrich | P3143 | 1% |
| منظم الضغط | Elveflow | OB1 NK4 | يتم تشغيله باستخدام برنامج Elveflow Smart Interface |
| كولاجين النوع الأول من ذيل الجرذ | Corning | 354249 | 31.3 µL من محلول كولاجين مركز بتركيز 9.6 ملغم/ملل |
| البراغي | فيليبس | برغي M2.5 برأس بان (Pan-head) | ١٢ برغيًا |
| حضانة المنصة | البلاستيك الدقيق | مُصنَّع حسب الطلب | |
| حقنة | Becton Dickinson | 303134 | مقترن بقفل متكامل من نوع luer ذكوري بمقاس 3/32" وصلة شائكة ذات قطر خارجي (OD Barb) من Eleveflow |
| αوسط MEM الغذائي | ThermoFisher | 12561056 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم نشر هذه المقالة
الفيديو قريباً