本文介绍了一种通过细胞聚集快速形成三维细胞球体的灵活实验方案。该方法可轻松适用于多种细胞类型,适用于细胞迁移、侵袭或失巢凋亡检测,以及细胞-基质相互作用的成像与定量分析等多种应用。
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本文介绍了一种通过细胞聚集快速形成三维细胞球体的灵活实验方案。该方法可轻松适用于多种细胞类型,适用于细胞迁移、侵袭或失巢凋亡检测,以及细胞-基质相互作用的成像与定量分析等多种应用。
单层细胞培养无法充分模拟 体内 组织的行为涉及复杂的细胞间及细胞与基质间的相互作用。三维(3D)细胞培养技术是为克服贴壁细胞培养的局限性而开发的近期创新方法。尽管已有多种用于构建组织类似物的技术 体外 已开发出多种方法,但这些方法通常较为复杂,建立成本高昂,需要专用设备,且通常仅适用于特定类型的细胞。本文介绍一种快速且灵活的方案,可用于将细胞聚集成大小均一的多细胞三维球体,适用于多种肿瘤细胞系和正常细胞系的培养。我们通过调节血清和甲基纤维素(MC)的浓度,以促进非贴壁依赖性的球体形成,并高度可重复地防止细胞单层结构的产生。通过调整球体形成培养基中MC或血清的浓度,可为不同细胞系优化最佳培养条件。所生成的三维球体可收集用于多种应用,包括细胞信号通路或基因表达研究、候选药物筛选,以及肿瘤细胞侵袭与迁移等细胞过程的研究。该方案还可轻松改造用于从单个细胞生成克隆性球体,并可用于评估非贴壁依赖性生长及抗失巢凋亡特性。总体而言,本方案提供了一种易于调整的方法,用于生成和利用三维细胞球体,以模拟组织的三维微环境并重现相关生物学过程 体内 正常细胞与肿瘤细胞的生长
使用传统的二维(2D)细胞培养方法评估肿瘤细胞行为在生物学上具有相关性挑战,部分原因是这些方法无法充分反映细胞所处的微环境 体内. 将细胞外基质组分引入培养的替代方法(例如,Boyden小室实验)在生理学上更能代表 体内 组织微环境。然而,这些方法仅限于评估单个细胞的行为,无法重现复杂的 体内 细胞-基质和细胞-细胞相互作用的多种组合,这些相互作用促进组织或肿瘤生长1,2,3.
多细胞球体的使用是一种较新的方法,能够更准确地再现致密的组织结构 体内 细胞生长1,4类球体可用于研究正常细胞的细胞-基质相互作用,也可作为肿瘤类似物,用于模拟肿瘤进展的特征,如转移性生长或药物耐药性4.
类球体可通过单细胞在基质中增殖形成5,或通过促进多个细胞聚集形成单个细胞团簇而更快地生成(例如,悬滴法、离心法)6,7。现有的细胞聚集技术可能需要昂贵的材料或专用设备。此外,这些类球体在大小和形态上差异较大,且难以大量制备,使得不同生长条件或处理之间的比较变得困难。最后,通过这些方法生成的类球体在后续应用于其他实验时,可能难以从其嵌入的蛋白性细胞外基质中有效分离出来。
本文介绍一种稳健且易于修改的细胞聚集方法,利用市售的U型底细胞排斥板和惰性促黏附基质甲基纤维素,快速形成大小均一的细胞球。一旦形成,这些多细胞球体可轻松分离,用于多种应用。该方案还可轻松调整,通过细胞增殖生成球体,可用于评估其他细胞过程。本文以细胞侵袭实验(通过免疫荧光染色定量)和失巢凋亡实验为例,展示了这两种不同球体形成方案的应用。
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注意:所有试剂和耗材均列于材料清单中。
1. 通过细胞聚集法生成球状体
2. 球体侵袭实验(图4)
3. 侵袭的定量分析:明场显微镜观察
4. 侵袭的定量分析:使用活细胞染料进行荧光显微镜检测
5. 侵袭的定量分析:免疫荧光
注意:所有溶液和缓冲液在使用前应通过 0.45 µm 滤膜过滤,以去除可能对染色产生不利影响的碎片。
6. 悬浮凋亡检测
注意:该类球体形成方案可轻松适用于多种细胞类型,用于量化非贴壁依赖性生长及抗失巢凋亡能力。
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我们介绍一种利用细胞防附着板和添加了甲基纤维素(MC)的类球体形成培养基来高效生成离散类球体的灵活方法。在适当的MC和血清条件下,单个细胞会沉降至孔中央并相互黏附,形成类球体,同时几乎不黏附于孔底。通过本方案,已成功从多种细胞系生成类球体(图2B)。针对每种细胞系,需对MC和血清浓度进行梯度优化,以确定最佳条件,确保仅形成一个结构完整、足够稳定且在操作过程中不易碎裂的类球体。理想状态下,类球体直径介于200至500 µm之间,由紧密黏附的细胞组成,细胞碎片极少。类球体可耐受轻柔操作而不受损,便于收集并用于多种不同类型的检测实验。
细菌或其他微生物污染可能破坏类球体的形成(图3A),导致死细胞聚集成团。当存在灰尘或其他纤维状污染物时,会形成多个或形状不规则的细胞簇,这些细胞簇聚集松散,在操作过程中容易解体。类球体的形成还受到类球体形成培养基中甲基纤维素(MC)或血清浓度非最优化的影响(<...
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我们提出一种快速且灵活的方法,用于生成三维细胞球体,以模拟组织结构的架构 体内 利用廉价且广泛易得的试剂处理组织。本方案利用了MC的非细胞毒性及促进黏附的特性8,9 以介导细胞聚集并最大限度减少单层细胞的形成。与来源于动物的蛋白质基质不同,MC具有惰性,不含生长因子,且可通过洗涤轻松去除,从而在无需残留基质的情况下分离出类球体,用于多种应用。本方案通过快速聚集数量一致的细胞生成大小均一的类球体,便于对在不同实验条件下培养的类球体进行直接比较。该方法可适用于共培养体系,以模拟 体内 通过组合固定数量的多种肿瘤相关细胞类型来研究肿瘤生长例如 成纤维细胞、白细胞、基质细胞)以更准确地模拟肿瘤微环境。
使用高浓度甲基纤维素(MC)接种细胞对本方案进行修改后,可用于监测能够在悬浮状态下增殖的细胞的非贴壁依赖性生长,并可作为脱离凋亡(anoikis)检测方法(第6节),用于识别或定量细胞转化。本方案生成的球形细胞聚集体适用于...
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作者无任何利益冲突需要披露。
作者感谢女王大学生物医学影像中心的 M. Gordon 提供的帮助。本研究得到了加拿大癌症研究学会(19439)和加拿大卫生研究院(MOP-142303)(LMM)运营基金、安大略省研究生奖学金以及特里·福克斯癌症研究跨学科培训项目(SMM、EYL)的学生奖学金,以及 Craig Jury 暑期学生奖学金(SMM)的资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 缓冲液 | |||
| 10x 磷酸盐缓冲液(PBS) | Thermo Fisher Scientific | AM9625 | |
| 氯化钙溶液 | Sigma-Aldrich | 21114 | 用于 PBS+ 洗涤缓冲液;加入氯化钙后,不得对 PBS+ 洗涤缓冲液进行高压灭菌 |
| 氯化镁溶液 | Sigma-Aldrich | M1028 | 用于 PBS+ 洗涤缓冲液;加入氯化镁后,不得对 PBS+ 洗涤缓冲液进行高压灭菌 |
| 名称 | 公司 | 货号 | 备注 |
| 用于类球体形成 | |||
| 96 孔 U 型底防细胞黏附板 | Greiner Bio-One | 650970 | |
| 杜尔贝科改良伊格尔培养基(Dulbecco's Modified Eagle's Medium) | Sigma-Aldrich | D5546 | 用于 SH-SY5Y、PANC-1、TPC-1 细胞系的培养 |
| F12K 培养基 | Thermo Fisher Scientific | 2112722 | 用于 TT 细胞系的培养 |
| 胎牛血清 | Sigma-Aldrich | F1051 | 使用前需过滤以去除颗粒污染物 |
| 甲基纤维素 | Sigma-Aldrich | M7027 | 以水配制至 100 mg/mL |
| 罗斯威尔公园纪念研究所培养基(Roswell Park Memorial Institute Medium) | Sigma-Aldrich | R8758 | 用于 HCT-116、BxPC-3 细胞系的培养 |
| TrypLE Express | Thermo Fisher Scientific | 12605028 | 解离缓冲液 |
| 名称 | 公司 | 货号 | 备注 |
| 用于侵袭实验 | |||
| 牛 I 型胶原蛋白 | Corning Incorporated | 354231 | 储存浓度为 3.1 mg/mL;使用时需保持在冰上 |
| 无酚红低糖 DMEM 培养基 | Thermo Fisher Scientific | 11054-20 | 与含酚红的培养基相比,背景荧光更低 |
| 胶质细胞源性神经营养因子 | Peprotech | 450-10 | 趋化因子 |
| 名称 | 公司 | 货号 | 备注 |
| 用于免疫荧光显微镜 | |||
| #1.5 盖玻片 | Electron Microscopy Sciences | 72225-01 | 用于固定切除的类球体 |
| Alexa Fluor 488 标记鬼笔环肽 | Thermo Fisher Scientific | A12379 | 用于以 1:200 比例染色肌动蛋白 |
| 牛血清白蛋白 | Bioshop Canada Incorporated | ALB001 | 用于 BSA 封闭缓冲液 |
| Dabco 33-LV | Sigma-Aldrich | 290734 | 抗荧光淬灭剂 |
| 甘油 | Bioshop Canada Incorporated | GLY001 | 用于 MOWIOL 封片剂 |
| ImageJ 软件 | Freeware, NIH | - | 用于图像分析 |
| 载玻片 | VWR International | 48312-024 | 用于固定切除的类球体 |
| MOWIOL 4-88 | EMD-Millipore | 475904 | 用于 MOWIOL 封片剂 |
| 多聚甲醛 | EMD-Millipore | PX0055-3 | 用于固定缓冲液 |
| 吐温 X-100 | Bioshop Canada Incorporated | TRX777 | 用于通透缓冲液 |
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