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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
我们采用了可渗透的微孔膜插入物来模拟肿瘤微环境 (TME)。该模型由混合细胞培养物组成,无需使用荧光标记或细胞分选即可简化高度富集的单个细胞群的生成,并允许在正常或应激条件下研究 TME 内的细胞间通讯。
了解肿瘤细胞和周围非癌性基质之间的早期异型相互作用是阐明导致基质激活和建立肿瘤微环境(TME)的事件非常重要的。几个在体外和在 TME的体内模型已经开发;然而,在一般情况这些模型不容易允许个别的细胞群的分离,非扰动的条件下,进行进一步的研究。为了避免这个困难,我们使用由可渗透微孔膜插入件,其允许简单代高度富集的细胞群的紧密生长,但单独的一个细胞生长衬底采用体外 TME模型,对用于扩展共插入的膜的任一侧 - 文化时代。通过使用这种模式,我们能够产生极大的丰富癌相关成纤维细胞(CAF)的正常二倍体人成纤维细胞的人口以下共培养(120小时)与高转移人乳腺癌细胞,而无需使用荧光标记和/或细胞分选的。此外,通过调节刀片的孔隙大小,就可以控制两个异型细胞群体之间细胞间的通信( 例如 ,间隙连接通讯,分泌的因子)的模式,它允许的发展基础的机制的调查TME,包括间隙连接渗透性的作用。该模型可作为在增强我们最初的事件导致癌症基质开始时,TME的早期演化,和基质对肿瘤细胞对治疗剂的应答的调节作用的理解的宝贵工具。
肿瘤微环境(TME)是由该共存和进化旁边宿主基质癌细胞的高度复杂的系统。此基质组分通常由成纤维细胞,肌成纤维细胞,内皮细胞,各种免疫组件,以及细胞外基质1。一个显著组分,往往大部分这种基质,被激活的成纤维细胞,经常被称为癌症相关的成纤维细胞或癌相关成纤维细胞(CAF)2,3-。不同于正常的,未活化的成纤维细胞,的CAF有助于肿瘤发生,发展,血管生成,侵入,转移和复发4-11在多种癌,包括乳腺癌,前列腺癌,肺癌,胰腺癌,皮肤癌,结肠癌,食道癌,和卵巢5,6,12-17。然而,CAF的整个发病机制的贡献的确切性质仍然不好界定。此外,临床证据已证明的CAF的预后价值,他们的存在以高品位的恶性肿瘤,治疗失败,和总体预后较差10,18,19相关。
显然,增强我们在CAF发展的始发事件,以及细胞间通讯介导的TME内的作用的理解,可以提供能改善患者的治疗效果令人兴奋的新治疗靶点和增强策略。为实现这一目标,一些在体内和体外模型已经制定出来。而在体内的方法是多个反射病人TME的,它们具有局限性,包括内和肿瘤之间的巨大复杂性和非均质性。此外,从人类受试者的肿瘤样本通常代表着高度发达的TME和不允许TME始发事件的理解。实验动物研究提供了一定的优势,但动物数据对人类的概括应该谨慎进行,由于在physi差异人类和动物如啮齿动物( 例如,硫醇化学20,代谢速率21,胁迫耐受性22 等 )之间易学。此外,与人类群体,它在本质上是遗传异质性,实验室动物通常饲养至均一。另外,通常难以检查瞬时生理变化和细胞表型的变化,以及以控制如啮齿类使用动物特定的实验参数。因此, 在体外 2-和3-维(2D和3D)的组织培养模型经常用于推进TME发展的基本理解。尽管他们缺乏体内系统的复杂性的准确写照,这些模型提供了极大的方便机理研究的优势, 在体外模型允许TME更简化,重点突出,具有成本效益的分析,即统计显著数据可以被生成在细胞免费的动物出现的系统性的变化。
有几个品种在体外系统。两种最常用的TME 体外模型由混合单层或球体的细胞培养物。两种培养方法对于细胞间的相互作用( 例如,正常细胞与肿瘤细胞)和用于各种TME特定细胞表型的变化进行分析的基础研究有利( 例如 ,从正常成纤维细胞癌相关成纤维细胞的出现)。此外,该球状体是能够创建TME的多个反射组织样结构,并且可以是代表性的肿瘤的异质性23。然而球体往往会产生跨层广泛变化的氧张力梯度,这可能复杂化实验的结论24。不幸的是,这两款车型在他们的隔离作进一步鉴定和研究以下共同的纯细胞群的能力是极其有限文化。这样做将需要至少一种细胞类型是荧光标记的或具有一个识别制造者标记,然后使该混合共培养来大量处理和细胞分选来分离细胞群。而细胞分选仪能够分离出,而纯的细胞群,其中一个必须认识到细胞应激和可能的微生物污染的风险25。
为了促进细胞间通讯的理解,伟大的努力,一直致力于对发展和体外系统紧密模拟体内环境,同时允许一个简化的方法进行优化。一个这样的工具是渗透微孔插入,这是第一次在1953年26研制并随后适用于不同的应用和研究( 如细胞极性27,内吞28,运输毒品29,组织建模30,叔膜基材ilization 31,旁观者效应32,33 等 )。这个系统允许在体内样解剖和功能分化的细胞在体内的生长,以及许多的表达标记物未观察到当在不可渗透的塑料制品培养34,35。此外,极薄的多孔膜(10微米厚)允许分子和平衡时间的快速扩散,它模拟体内环境,并允许在两个顶端和基底外侧细胞结构域独立蜂窝运作。插入件的效用作为TME系统的一个附加的优点是上生长在相同的环境条件下在膜的两侧的两个异型细胞群的其物理分离,同时保持通过膜孔间通讯的各种模式。虽然物理上分开,这两个细胞群体的代谢经由分泌的元件联接,正如日这里刻划,也可以通过间隙交界的通道。此外,通过保持在体内局部氧气张力(PO 2)的插入,该模型可以减少在其他系统中观察到的氧气和化学梯度的并发症。相反,它增加了自然机制控制TME的理解。值得注意的是,这两个细胞群体可容易地以高纯度分离,没有荧光标记和/或细胞分选共培养后的长时间。
在这里,我们通过膜孔描述由人乳腺癌细胞和生长,分别在一个可渗透微孔膜插入件的任一侧人成纤维细胞的体外 TME协议,但还没有在连续的双向通信。我们表明,通过使用膜不同孔径,特定类型的细胞间通讯的贡献( 例如 ,分泌的因子与间隙连接)到显影在TME可以进行调查。
1.文化传媒和细胞的制备
2.插入的制备
注:为了确保无菌条件下,工作专注于细胞培养层流生物安全柜。
3.从胰蛋白酶消化收集插入细胞
注意:除了易于获得富集的细胞群,该插入TME模型还允许类似实验处理( 例如 ,孵育化学品,暴露于氧的条件是高于或低于环境气氛,电离辐射处理等 )作为其他体外 例如,原位免疫检测,免疫印迹)或繁殖用于随后的实验36。
4.流式细胞仪鉴定细胞纯度的
注意:为了表征可渗透微孔膜插入物保持的t纯度的能力他两个细胞群体( 即,顶部和底部)长达120小时,节1-3进行,用绿色荧光蛋白(GFP)-tagged被电镀的MDA-MB-231细胞上的刀片的顶侧,并且被镀上0.4μm-底侧非GFP标记AG1522细胞,1μm-,或3微米孔径的插入。
5.通过原位表征免疫细胞
6.表征Western印迹细胞
注:Western blot检测过程在别处描述38。一个简短的概要说明如下:
7.表征间通讯的流式细胞仪
注意:为了表征可渗透微孔膜的适应性插入以检查细胞间通讯( 例如,分泌的因子,间隙连接)的不同模式。切片1-2.12用于0.4μm-底侧,1μm-,或3微米的微孔插入物被电镀非荧光AG1522细胞进行。
在这里,我们适于可渗透微孔膜插入物来开发模仿体内肿瘤微环境( 图1) 在体外异型细胞共培养体系。该系统允许在插入的多孔性膜的任一侧待生长的时间过长(高达120小时,在我们的使用)两个不同的细胞群体。重要的是,系统能够保持细胞群的纯度,如通过对0.4〜,1-或3间孔隙刀片的顶侧镀GFP标记的MDA-MB-231细胞,并允许它们生长中测定共培养AG1522细胞生长在刀片的底侧,为120小时。此时间之后,将细胞从所述插入件的底侧收集并通过流式细胞术分析,以确定任何GFP阳性的MDA-MB-231细胞,这表明细胞群体纯度的损失的存在。分析显示99.9%和99.8%普再分别从0.4至1微米的孔插入,人口;然而,用3微米的孔中的插入件是无法维持细胞群的分离,因为孔足够大以允许GFP阳性的MDA-MB-231细胞的一个显著编号以穿过膜迁移( 图2) 。
重要的是,通过在原位免疫荧光和Western印迹分析中,我们能够证明该系统有效地产生来自正常人二倍体AG1522成纤维细胞共培养后用MDA-MB-231乳腺癌细胞癌相关成纤维细胞的能力,如通过测定减压小窝蛋白-1的表达,一个完善的CAF生物标记39-42( 图3)。 CAV1是形成在质膜,这是参与多种细胞过程43的脂筏结构域的小窝一个支架蛋白。在西方印迹,观察到两个不同的频带,对应于CAV1 44的α和β同种型。不幸的是,知之甚少的同种型之间的差值(S),特别是它们作为CAF生物标志物的作用。
我们还示出的插入件共培养体系的熟练程度来调节两个异型细胞群体( 图4)之间间通讯。非标记的,间隙连接主管人二倍体AG1522成纤维细胞培养至汇合在插入的底侧。第二组AG1522细胞装载有钙黄绿素AM,绿色荧光间隙连接可渗透染料,并接种在所述插入件的顶侧。两个细胞群体被允许6小时进行通信,然后在该插入件的底侧,将细胞分离并通过流式细胞术分析。从插入件的底侧的钙黄绿素阳性细胞将是反射ES细胞的通过插入孔tablished间隙交界耦合。的0.4微米孔径的大小插入在刀片的两侧生长的细胞之间的有限的功能性间隙连接的形成,从而限制通信分泌的因子( 例如,生长因子,微泡等 )。可替代地,1微米和3微米的孔的尺寸是显然足够大,以使细胞的功能耦合通过间隙连接。因此,通过调节孔径,可以开始了解细胞间通讯的不同模式可能对TME发展和演变的不同角色(S)。

图1:渗透微孔膜插入模型方案 ( 一 )显然正常人二倍体AG1522成纤维细胞注定要成为的CAF(低传代细胞)被接种到反转可渗透微孔插入物包括一个10微米厚的聚酯膜与0.4微米,1微米,或3微米的孔。以下附着,插入件被反转并置于板的孔中,并培养至汇合。 ( 二 )肿瘤细胞和对照成纤维细胞分别在烧瓶上刀片的顶侧被接种与成纤维细胞在底侧紧密生长之前增加。 ( 三 )共培养细胞被馈送隔日并保持所需的时间。以下共同培养和/或实验性治疗(d)在各次,的CAF(刀片的底侧)和/或癌细胞(刀片的顶侧)通过胰蛋白酶消化仔细分离,得到高纯度的细胞群,它可用于端点分析或传播为后续研究。 请点击此处查看该图的放大版本。

图2:高度富集细胞群的生成代表性流式细胞术结果证明插入的能力,以保持高度富集以下120小时共培养,但独立异型细胞群。 ( 一 )从0.4微米孔径刀片的底侧收集AG1522细胞显示人口的99.9%是自由的GFP标记的MDA-MB-231细胞上的插入件(左下象限)的顶侧生长。 (b)从所述1微米孔径刀片的底侧收集AG1522细胞还显示99.8%富集群体(左下象限)。从3微米孔径刀片的底侧收获( 三 )AG1522细胞表明,只有68.5%的人口是免费的GFP标记的细胞(左下象限),这表明大量GFP阳性MDA-MB-231细胞能够通过3微米的微孔进行迁移。 请点击此处查看该图的放大版本。

图 3: 癌相关成纤维细胞的生成 CAV1的表达下降是一致的,可靠的CAF的生物标志物。 ( 一 ) 在原位免疫荧光显微图像(比例尺= 20微米),以及在AG1522细胞CAV1(b)的蛋白质印迹分析了已经在共培养AG1522细胞(对照)(左),或具有MDA- MB-231乳腺癌细胞(右)为120小时。用丽春红硫红染色用于装载控制,并确定在Western印迹的倍数变化。结果代表的三个独立的实验。 请点击此处查看该图的放大版本。

图4:通过插入孔径间通讯的调制流式细胞术分析表明可渗透微孔膜插入TME模型的适应性来选择细胞间通讯的不同模式之间的钙黄绿素AM负载AG1522细胞生长在插入和AG1522控制的顶细胞在其底侧增长。 (a)由0.4微米孔径的插入底侧收获细胞显示钙黄绿素阳性细胞(0.57%),这表明通过插入孔有限间隙连接通讯的非常低的水平。 (b)由1微米孔径的插入底侧收获细胞显示ħigher水平钙黄绿素阳性细胞(9.98%),说明形成功能性缝隙连接。 ( 三 )从3微米孔径插入底部收获的细胞表现出高水平的钙荧光素阳性细胞(87.8%),这表明大量的间隙连接通讯的。 请点击此处查看该图的放大版本。
作者宣称,他们没有竞争或利益冲突。
我们采用了可渗透的微孔膜插入物来模拟肿瘤微环境 (TME)。该模型由混合细胞培养物组成,无需使用荧光标记或细胞分选即可简化高度富集的单个细胞群的生成,并允许在正常或应激条件下研究 TME 内的细胞间通讯。
这项研究得到了新泽西州癌症研究委员会(博士前奖学金 DFHS13PPCO17)、美国国立卫生研究院 (CA049062) 和美国国家航空航天局 (NNX15AD62G) 的资助。
| 用于细胞培养 | |||
| AG01522 (i.e., AG1522) 人二倍体成纤维细胞 | Coriell | 107661代 8-13 | |
| MDA-MB-231-luc-D3H1 乳腺癌细胞系 | PerkinElmer | 119261 | 亲本系:ATCC (#HTB-26) |
| MDA-MB-231/GFP 乳腺癌细胞系 | Cell Biolabs | AKR-201 | |
| Eagle 最低必需培养基 (MEM) | 康宁 Cellgro | 15-010-CV | |
| 胎牛血清 (FBS),经认证的 | Sigma | F6178-500mL | |
| 康宁谷氨酰添加剂(200 mM L-丙氨酸-L-谷氨酰胺) | 康宁 Cellgro | 25-015-Cl | |
| 青霉素链霉素溶液,100x | 康宁 Cellgro | 30-002-Cl | |
| Transwell 插入物 (i.e.e.,可渗透微孔膜插入物) (0.4 μm 孔) | Costar | 3450 | |
| Transwell 小室 (i.e.,可渗透微孔膜小室) (1 μm 孔) | Greiner bio-one | 657610 | |
| Transwell 插入片段 (i.e.,可渗透微孔膜插入物)(3 μm 孔) | Costar | 3452 | |
| 6 孔培养板 | Greiner Bio-One Cellstar | 657160-01 | |
| 75 cm2 细胞培养瓶 | CellStar | 658 170 | |
| 磷酸盐缓冲盐水 (PBS),1x | 康宁 Cellgro | 21-040-CV | ,不含钙和镁 |
| 0.25%(体积/体积)胰蛋白酶,2.21 mM EDTA,1x | 康宁 Cellgro | 25-053-Cl | |
| 15 ml 离心管 | CellTreat | 229411 | |
| 35 mm x 10 mm 细胞培养皿 | Greiner bio-one | 627 160 | |
| 名称< | strong>Company | 目录号 | 评论 |
| 用于免疫荧光显微镜强> | |||
| 小鼠抗 Caveolin 1 | BD 转导实验室 | 610406 | 原位免疫荧光 - 1:5,000 |
| 山羊抗小鼠 IgG (H+L) 二抗,Alexa Fluor 488 偶联物 | ThermoFisher Scientific | A-11029 | 原位 免疫荧光 - 1:2,000 |
| 牛血清白蛋白 - 组分 V | Rockland | BSA-50 | 不含免疫球蛋白和蛋白酶 |
| 16% (wt/vol) 甲醛溶液 | ThermoFisher Scientific | 28908 | 用 1x PBS |
| Premium 盖玻片(22 mm x 22 mm No.1) | 稀释至 4%Fisher | 12548B | |
| Triton X-100 | Sigma | T8787-50ML | |
| SlowFade Gold 抗淬灭试剂,含 DAPI | Invitrogen | S36938 | |
| 名称 | 公司 | 目录号 | 注释 |
| >用于流式细胞术分析 | |||
| 钙黄绿素、AM | Molecular Probes | C3100MP | |
| Hanks 平衡盐溶液 (HBSS) | Gibco | 14025-076 | |
| 名称 | 公司 | 目录号 | 评论 |
| >用于蛋白质印迹分析 | |||
| 小鼠抗小窝蛋白 1 | BD 转导实验室 | 610406 | 蛋白质印迹 - 1:1,000 |
| 吐温-20 | BioRad | 170-6531 | |
| 硝酸纤维素膜 (0.2 &μ;m) | BioRad | 162-0112 | |
| Western Lightning Plus-ECL | PerkinElmer | NEL104001EA | |
| BioRad DC 蛋白检测 | BioRad | 500-0116 | |
| 十二烷基硫酸钠 (SDS) | BioRad | 161-0302 | |
| 脱氧胆酸钠一水合物 (DOC) | Sigma | D5670 | |
| IGEPAL CA-630 (NP40) | Sigma | I8896 | |
| 30% 丙烯酰胺/双溶液,37.5:1 | BioRad | 161-0158 |