Die Auswirkungen von migrastatischen Inhibitoren auf die Gliom-Krebszellmigration in dreidimensionalen (3D) Invasions-Assays mit einem Histon-Deacetylase-Inhibitor (HDAC) sind durch eine hochauflösende konfokale Mikroskopie gekennzeichnet.
Methodenartikel
Die Auswirkungen von migrastatischen Inhibitoren auf die Gliom-Krebszellmigration in dreidimensionalen (3D) Invasions-Assays mit einem Histon-Deacetylase-Inhibitor (HDAC) sind durch eine hochauflösende konfokale Mikroskopie gekennzeichnet.
Die Entdeckung und Entwicklung von Arzneimitteln in der Krebsforschung basiert zunehmend auf Medikamentenscreens im 3D-Format. Neuartige Inhibitoren, die auf das wandernde und invasive Potenzial von Krebszellen und damit auf die metastasierende Ausbreitung von Krankheiten abzielen, werden entdeckt und als ergänzende Behandlungen bei hochinvasiven Krebsarten wie Gliomen betrachtet. Daher ist die Generierung von Daten erforderlich, die die detaillierte Analyse von Zellen in einer 3D-Umgebung nach Zugabe eines Medikaments ermöglichen. Die hier beschriebene Methodik, die Sphäroid-Invasions-Assays mit hochauflösender Bilderfassung und Datenanalyse mittels konfokaler Laserscanmikroskopie (CLSM) kombiniert, ermöglichte eine detaillierte Charakterisierung der Auswirkungen des potenziellen Anti-Migrations-Inhibitors. MI-192 über Gliomzellen. Sphäroide wurden aus Zelllinien für Invasionstests in niedrig haftenden 96-Well-Platten erzeugt und dann für die CLSM-Analyse vorbereitet. Der beschriebene Workflow wurde aufgrund der Einfachheit und Reproduzierbarkeit gegenüber anderen häufig verwendeten Sphäroid-Erzeugungstechniken bevorzugt. In Kombination mit der verbesserten Bildauflösung, die durch konfokale Mikroskopie im Vergleich zu herkömmlichen Weitfeldansätzen erreicht wurde, ermöglichte dies die Identifizierung und Analyse unterschiedlicher morphologischer Veränderungen in Wanderzellen in einer 3D-Umgebung, Behandlung mit dem migrastatischen Medikament MI-192.
Dreidimensionale Sphäroid-Technologien für die präklinische Arzneimittelentdeckung und die Entwicklung potenzieller Krebsmedikamente werden zunehmend gegenüber herkömmlichen Arzneimittelscreens bevorzugt; daher gibt es mehr Entwicklung von migrastatischen — Migration und Invasionsprävention — Drogen. Die Gründe für diese Entwicklungen in der Krebsbehandlung sind klar: 3D-Sphäroid-Assays stellen einen realistischeren Ansatz für das Screening potenzieller Krebsmedikamente dar, da sie die 3D-Tumorarchitektur getreuer imitieren als Zellmonolayer-Kulturen, Wirkstoff-Tumor-Wechselwirkungen (Kinetik) genauer rekapitulieren und die Charakterisierung der Arzneimittelaktivität in einer tumorbedingten Umgebung ermöglichen. Darüber hinaus unterstützt der Anstieg der Resistenz gegen chemotoxische Medikamente bei vielen Krebsarten und die hohe Sterblichkeitsrate bei Krebspatienten aufgrund von Metastasen, die durch die Fähigkeit von Krebszellen potenziert werden, an entfernte Tumorstellen zu wandern, die Einbeziehung von Chemotherapeutika Ausrichtung auf das Migrationspotenzial von Krebszellen als adjuvante Behandlung in zukünftigen klinischen Krebsstudien1. Dies gilt insbesondere für hochinvasive Krebsarten wie hochgradige Glioblastome (GBM). GBM-Management umfasst Chirurgie, Strahlentherapie und Chemotherapie. Doch selbst bei einer Kombinationsbehandlung fallen die meisten Patienten innerhalb eines Jahres nach der Erstdiagnose mit einem medianen Überleben von 11-15 Monaten2,3zurück. In den letzten Jahren wurden enorme Fortschritte auf dem Gebiet der 3D-Technologie erzielt: Rotationssysteme, mikrofabrizierte Strukturen und 3D-Gerüste sowie andere Einzelprüfungen werden kontinuierlich verbessert, um Routinetests im großen Maßstab zu ermöglichen4, 5,6,7. Die ergebnisseweisen aus diesen Assays müssen jedoch sinnvoll analysiert werden, da die Dateninterpretation oft durch Versuche behindert wird, 3D-generierte Daten mit 2D-Bildanalysesystemen zu analysieren.
Obwohl die Bildaufnahmegeschwindigkeit und die reduzierte Fototoxizität bevorzugt sind, bleiben die meisten Breitfeldsysteme durch Auflösung8begrenzt. Abgesehen von Datenauslesungen im Zusammenhang mit der Wirksamkeit von Arzneimitteln gehen detaillierte Auswirkungen der Arzneimittelwirkung auf 3D-Zellstrukturen wandernder Zellen unweigerlich verloren, wenn sie mit einem Weitfeldsystem abgebildet werden. Umgekehrt erfasst die konfokale Laserscanmikroskopie (CLSM) hochwertige, optisch geschnittene Bilder, die in der 3D-Nacherfassung mit Computersoftware rekonstruiert und gerendert werden können. So ist CLSM leicht auf die Abbildung komplexer 3D-Zellstrukturen anwendbar und ermöglicht so die Abfrage der Auswirkungen von anti-migrastatischen Inhibitoren auf 3D-Strukturen und eingehende Analysen von Zellmigrationsmechanismen. Dies wird zweifellos als Richtschnur für die zukünftige Entwicklung migrastatischer Arzneimittel dienen. Hier wird ein kombinierter Workflow aus Sphäroiderzeugung, medikamentöser Behandlung, Färbeprotokoll und Charakterisierung durch hochauflösende konfokale Mikroskopie beschrieben.
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1. Erzeugung von Zellsphäriden
Tag 1
Tag 2
2. Kollagen Invasion Assay
Tag 3
3. Herstellung von Kollagen Embedded Spheroids und Migratory Cells für die konfokale Mikroskopie
4. Fluoreszenzmikroskopie
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Die dreidimensionale Sphäroidtechnologie fördert das Verständnis von Wechselwirkungen zwischen Medikamenten und Tumoren, da sie repräsentativer für die krebsspezifische Umgebung ist. Die Erzeugung von Sphäroiden kann auf verschiedene Weise erreicht werden; in diesem Protokoll wurden 96-Well-Platten verwendet. Nach der Prüfung mehrerer Produkte verschiedener Hersteller wurden die hier verwendeten Platten ausgewählt, da sie hinsichtlich erfolgreicher Sphäroidproduktion und Homogenität konst...
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Eine neue Möglichkeit, Krebszellsphäride zur Identifizierung der migrastatischen Arzneimittelaktivität mittels hochauflösender konfokaler Mikroskopie zu erstellen, wird beschrieben. Die Verwendung von niedrig haftenden Platten gegenüber anderen Techniken, wie hängende Tropfen15, hat ein Mittel zur Erzeugung reproduzierbarer und gleichmäßiger Sphäroide für den Einsatz in der Kollagenmigration und Invasion Assays erleichtert. Die kritischen Punkte in diesem Protokoll sind die Entfernung des Wachstum...
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Die Autoren erklären keinen Interessenkonflikt.
Wir danken Professor Chris Jones für den Beitrag zur KNS42-Zelllinie. Das Konfokalmikroskop Zeiss LSM880 mit AiryScan ist Teil des Huddersfield Innovation and Incubation Project (HIIP), das durch den Wachstumsdeal der Leeds City Region Enterprise Partnership (LEP) finanziert wird. Bild bildweise 3: Carl Zeiss Microscopy GmbH, microscopy@zeiss.com.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Kollagen I, Rattenschwanz, 100 mg | Corning | 354236 | für den Gliom-Invasions-Assay; dieser wird von vielen Händlern/Herstellern angeboten und muss sowohl für die Art des beabsichtigten Assays als auch für die verwendeten Zelllinien bestimmt werden. Für Gliom-Krebszelllinien ist Kollagen-Rattenschwanz Typ 1 (z. B. Corning) die bevorzugte Wahl. Kollagen sollte bei 4 & Grad gelagert werden; C, im Dunkeln, bis zur Bedarf. Es ist nicht ratsam, Kollagen aus verschiedenen Chargen zu mischen, da dies die Konsistenz des polymerisierten Kollagens beeinträchtigen kann. |
| Deckgläser | verschiedene | verschiedene | für die Mikroskopie-Bildgebung |
| DMEM-Pulver | Sigma | D5648 | in 5-facher Konzentration für Kollagenlösung für den Gliom-Invasions-Assay benötigt; Es kann in Pulverform erworben werden, in doppelt destilliertem Wasser aufbereitet und je nach endgültiger Zusammensetzung des Nährsubstrats mit den erforderlichen Zusätzen ergänzt werden. Die komplette 5x-Lösung sollte durch ein Spritzenfiltersystem (0,22 μ m) vor Gebrauch. |
| Fötales Kälberserum | Sigma | F7524-500ML | wird für die Zellkultur von Gliomzelllinien benötigt |
| Glasobjektträger | verschiedene | verschiedene für die Mikroskopie Bildgebung | |
| DMEM mit hohem Glukosegehalt | Gibco | 41965062 | für die Zellkultur von Gliomzelllinien benötigt |
| Inhibitor | Tocris | verschiedene | verschieden - nach Versuchsdesign; Inhibitoren können von Herstellern wie Selleckchem und Tocris bezogen werden. Diese Hersteller bieten eine detaillierte Beschreibung der Inhibitoreigenschaften, Links zu zugehörigen Referenzen und Vorschläge für Arbeitskonzentrationen. Wie alle Inhibitoren können sie potenziell toxisch sein und sollten gemäß den Gesundheits- und Sicherheitsrichtlinien gehandhabt werden. Inhibitoren werden als Stammlösungen hergestellt, wie vom Hersteller empfohlen. Als Beispiel haben wir den migrastatischen Inhibitor MI-192 verwendet, um den Einsatz solcher Inhibitoren zu demonstrieren. Wir haben auf diese Weise eine Reihe von migrastatischen Hemmern mit vergleichbaren Ergebnissen getestet. |
| Eindeckmittel | verschiedenes für | die mikroskopische Bildgebung | |
| NaOH (1 M) | verschiedene | Verschiedene | NaOH können entweder in der erforderlichen Molarität gekauft oder in fester Form hergestellt werden. Die vorbereitete Lösung sollte mit einem Spritzenfiltersystem filtriert werden. Ein M NaOH ist korrosiv und bei der Herstellung der Lösung ist Vorsicht geboten. |
| Paraformaldehyd | verschiedene | verschiedene zur Fixierung von Sphäroiden und Zellen; machen 4% aus, Vorsicht Gesundheitsgefahr, stellen Sie sicher, dass Gesundheits- und Sicherheitsvorschriften eingehalten werden für Kollagenlösung für Invasionsassay | |
| Pastetten (graduierte Pipette, 3 mL) | verschiedene | verschiedene | für Invasionsassay, Lösungsentfernung |
| PBS, steril für Gewebekultur | Sigma | D1408-500ML | wird für die Zellkultur von Gliomzelllinien und Waschungen zum Färben benötigt |
| Pen/Streptokokken (Antibiotika) | Sigma | P4333 | wird für die Zellkultur von Gliom-Zelllinien benötigt |
| Primärantikörper, Sekundärantikörper, DAPI, Phalloidin | verschiedene | verschiedene | Es gibt viele Hersteller für diese Reagenzien, für sekundär markierte Antikörper empfehlen wir Alexa Fluor (Molekulare Sonden). Hier verwendeten wir als Primärantikörper Maus anti-acetylierte Tubulin-Antikörper (1/100, Abcam). Als Sekundärantikörper verwendeten wir 1/500 Anti-Maus-Alexa Fluor 488 konjugierte Antikörper, Molecular Probes. Für die Kernfärbung haben wir DAPI (viele Hersteller) und die Aktinfärbung Phalloidin (viele Hersteller) verwendet, die beide in einer empfohlenen Verdünnung von 1/500 verwendet werden. |
| Natriumbicarbonat | Sigma | S5761 | wird für die Kollagenlösung für den Gliom-Invasions-Assay bei 5-facher Konzentration |
| Natriumpyruvat | Sigma | P5280 | wird für die Kollagenlösung für den Gliom-Invasions-Assay bei 5-facher Konzentration |
| Trypsin | Sigma | T4049 | für die Trypsinisierung |
| Platten mit extrem niedrigem Attachment | Sigma/Nunc | CLS7007-24EA | für den Gliominvasions-Assay; Es ist eine Platte mit geringer Adhärentanz erforderlich, wobei 96-Well-Platten bevorzugt werden, um ein groß angelegtes Screening der zu untersuchenden Verbindungen zu ermöglichen. Es gibt mehrere Platten mit geringer Adhärenz, die im Handel erhältlich sind. Es empfiehlt sich, eine Vielzahl von Platten auf eine optimale Sphäroidbildung zu testen. Unserer Erfahrung nach eignet sich Costar Ultra Low Cluster mit Deckel und rundem Boden am besten für die Erzeugung von Sphäroiden aus Gliomkrebszellen in Bezug auf 100% Sphäroidbildung und Reproduzierbarkeit. Diese Platten wurden in unserem Labor auch erfolgreich für die Erzeugung von Gliom-Sphäroiden aus patientengewonnenem Material, Blasen- und Eierstockkrebszellen eingesetzt. Darüber hinaus können Stamm- oder Vorläufer-Neurosphären in diesen Platten verwendet werden, um die Erzeugung standardisierter Neurosphären-Sphäroide zu erleichtern |
| Stripettes (serologische Pipetten, steril, 5 mL und 10 mL), | verschiedene z. B. Costar | CLS4488-50; CLS4487-50 | für Gewebekulturen und Kollagenpräparation |
| Verschiedene Mehrkanal (50 - 250 μ L) und Einkanalpipetten (10 μ L, 50 μ L, 200 μ L 1 mL) | verschiedene | verschiedene | für die Handhabung von Zellen und Sphäroiden |
| Weitfeldmikroskopie | verschiedene | verschiedene | für die Beobachtung der Sphäroiderzeugung und der Sphäroid-Bildgebung; hier wurden Weitfeld-Fluoreszenzbilder mit einem EVOS FL Cell Imaging System (Thermo Fisher Scientific) aufgenommen.Zeiss |
| LSM 880 CLSM ausgestattet mit einem Plan Apochromat 63x 1,4 NA Ölobjektiv | Zeiss | Zitat des Herstellers | Konfokale Bilder wurden mit einem Zeiss LSM 880 CLSM aufgenommen, der mit einem Plan Apochromat 63x 1,4 NA Ölobjektiv ausgestattet war. Diodenlaser mit 405 nm, 458/488/514 nm Argon Multiline und HeNe 594 nm wurden verwendet, um Phalloidin 594, Alexa Fluor 488 bzw. DAPI anzuregen. Für jedes Bild wurde ein einzelner repräsentativer optischer Ausschnitt aufgenommen, wobei alle Einstellungen, sowohl vor als auch nach der Bildaufnahme, zu Vergleichszwecken beibehalten wurden. Alle Bilder wurden anschließend mit der zugehörigen Imaging-Software Zen und Adobe Photoshop bearbeitet. |
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