Aquí, describimos un método de microscopía de lapso de tiempo a largo plazo para rastrear longitudinalmente células individuales en respuesta a terapias contra el cáncer.
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Aquí, describimos un método de microscopía de lapso de tiempo a largo plazo para rastrear longitudinalmente células individuales en respuesta a terapias contra el cáncer.
La respuesta de las células individuales a los medicamentos contra el cáncer contribuye de manera significativa en la determinación de la respuesta de la población, y por lo tanto es un factor contribuyente importante en el resultado global. Inmunotransferencia, citometría de flujo y experimentos con células fijas se utiliza a menudo para estudiar cómo las células responden a los fármacos contra el cáncer. Estos métodos son importantes, pero tienen varias deficiencias. La variabilidad en las respuestas de drogas entre el cáncer y las células normales, y entre las células del cáncer de origen diferente, y transitoria y respuestas raras son difíciles de entender utilizando ensayos de promedio de la población y sin ser capaz de rastrear y analizar longitudinalmente directamente. El microscopio está particularmente bien adaptado a las células de imágenes en vivo. Los avances en la tecnología nos permiten rutinariamente celdas de imagen a una resolución que permite no sólo el seguimiento de celda, sino también de la observación de una variedad de respuestas celulares. Se describe un enfoque en el detalle que permite la formación de imágenes continua de lapso de tiempo delas células durante la respuesta a los fármacos para la esencia tanto como se desee, típicamente hasta 96 horas. El uso de variaciones del enfoque, las células pueden ser monitorizados por semana. Con el empleo de biosensores fluorescentes genéticamente codificados procesos numerosas vías, y las respuestas pueden ser seguidos. Mostramos ejemplos que incluyen el seguimiento y la cuantificación del crecimiento celular y la progresión del ciclo celular, dinámica de los cromosomas, daño en el ADN, y la muerte celular. También se discuten las variaciones de la técnica y su flexibilidad, y poner de relieve algunos errores comunes.
La microscopía de células vivas y el seguimiento longitudinal de las células individuales no es una técnica nueva. Desde los primeros microscopios, los aficionados y los científicos han observado y estudiado las células individuales y organismos, sus comportamientos y desarrollo 1-3. Un ejemplo famoso de la tarde David Rogers de la Universidad de Vanderbilt, en la década de 1950 muestra una neutrófilos humanos en un frotis de sangre persiguiendo una bacteria Staphylococcus aureus y, finalmente, el proceso de fagocitosis 4. Esta película en vivo de células es un excelente ejemplo de cómo los procesos se pueden observar múltiples y correlacionada en un solo experimento: detección de un gradiente químico, la mecánica y la velocidad de la motilidad celular, célula da forma a la dinámica, la adherencia y la fagocitosis de un patógeno.
El advenimiento de los microscopios totalmente automatizados y cámaras digitales de alta sensibilidad se ha traducido en un número cada vez mayor de investigadores usando microscopía de hacer preguntas fundamentales de la biología celular que van from cómo las células se mueven 5,6 y 7,8 dividen a orgánulos dinámica y el tráfico de membrana 9-11. No fluorescente, la microscopía de campo claro, incluyendo contraste de fase (PC), que obtuvo el Premio Nobel de Frits Zernike en 1953, y el contraste de interferencia diferencial (DIC) permitir la observación de células y núcleos sino también las estructuras subcelulares incluyendo haces de microtúbulos , cromosomas, nucleolos, la dinámica de los orgánulos, y fibras de actina gruesas 12. Genéticamente codificada proteínas fluorescentes y el desarrollo de los tintes fluorescentes contra orgánulos han repercutido notablemente en la microscopía de lapso de tiempo 13-15. Aunque no es el foco de este artículo, las imágenes en esferoides celulares e in situ (microscopía intravital) utilizando confocal y microscopía multifotónica representan otra expansión del enfoque, y hay artículos en circulación que usan y discutir estos enfoques 16-19.
Las respuestas de las células a la lucha contra la cancmedicamentos er o productos naturales se determinan en la escala molecular y celular. Comprensión de las respuestas celulares y los destinos después del tratamiento a menudo implica población ensayos de promedio (por ejemplo., Inmunotransferencia, medidas integrales así), o los puntos de tiempo fijos con la detección de inmunofluorescencia y citometría de flujo, que miden las células individuales. La heterogeneidad en las respuestas de células individuales a los fármacos dentro de una población, en particular en los tumores, puede explicar algunas de la variabilidad en la respuesta visto a través de las líneas celulares y los tumores que se tratan con el mismo fármaco a saturación. A largo plazo enfoques longitudinales para seguir una sola célula dada o una población de células es un enfoque menos común, pero muy poderosa que permite el estudio directo de las vías de respuesta moleculares, diferentes fenotipos (por ejemplo., La muerte celular o la división celular), la observación de la variabilidad de célula a célula dentro de una población, y cómo estos factores contribuyen a la dinámica de respuesta de la población de 20-22. Con optimismo, pudiendopara observar y cuantificar las respuestas de células individuales ayudará a mejorar nuestra comprensión de cómo funcionan las drogas, ¿por qué a veces no, y cómo utilizarlos mejor de ellos.
La técnica de microscopía de largo plazo de lapso de tiempo, el seguimiento longitudinal, y el análisis de las respuestas de drogas está disponible para muchos investigadores y puede ser simple, utilizando únicamente la luz transmitida para observar las respuestas fenotípicas 20,21. Los principales componentes del enfoque incluyen: preparación adecuada de las células de interés, un microscopio automatizado con cámara ambiental, una cámara integrada con un ordenador para adquirir y almacenar las imágenes, y software para revisar el lapso de tiempo y medir y analizar las células y cualquier biosensores fluorescentes. Proporcionamos un protocolo detallado con muchos consejos para llevar a cabo la microscopía de lapso de tiempo de las células cultivadas durante el tiempo que el uso de varios días de campo claro y / o microscopía de epifluorescencia de campo amplio. Este protocolo se puede utilizar para cualquier línea celular que se puede cultivar en cultivopara estudiar sus respuestas a las terapias contra el cáncer. Proporcionamos ejemplos de datos adquiridos y analizados mediante múltiples diferentes biosensores fluorescentes codificadas genéticamente y un ejemplo de la microscopía de contraste de fase, discutir brevemente los diferentes tipos de sondas, las ventajas y desventajas de largo plazo de lapso de tiempo y el seguimiento longitudinal, lo que puede ser aprendido de este enfoque que es difícil de entender desde enfoques no directos, y algunas variaciones que esperamos que sea de interés y utilidad para los investigadores sin experiencia que no han considerado el uso del enfoque, y para los investigadores experimentados.
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El siguiente protocolo utiliza los parámetros definidos por los experimentos en las Figuras 4 y 6 ajustes de adquisición con respecto a y las condiciones experimentales. Muchos de estos parámetros pueden ser modificados para adaptarse a otros experimentos (es decir, los tiempos de exposición, de agrupación, canales fluorescentes, etc.). Todos los procedimientos deben cumplir con las directrices y normas institucionales y ser aprobados por el comité institucional de bioseguridad. sitios web de fabricantes microscopio contienen información relevante para imágenes de células vivas.
1. Los microscopios y software de imágenes
2. La visualización de procesos celulares y respuestas fenotípicas
3. Preparación de las muestras
4. Cámara Ambiental Set-up
5. Microscopio Set-up
6. El transporte de las células al microscopio y en la Cámara
7. Configuración de la Imagen
8. Poner fin al lapso de tiempo
9. Seguimiento longitudinal y Análisis de Datos por lapsos de tiempo
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A largo plazo la microscopía de lapso de tiempo y el seguimiento longitudinal directa permite el estudio de muchos efectos contra el cáncer durante la respuesta a los fármacos. Siguiendo el esquema general en la Figura 1, múltiples ejemplos de células se muestran expresión de reporteros fluorescentes validados que trata con fármacos anti-cáncer, orugas, y se analizaron usando diferentes enfoques.
Fase microsco...
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Ventajas de la microscopía de lapso de tiempo y Seguimiento Longitudinal
El microscopio es un instrumento ideal para los estudios longitudinales de respuesta a los fármacos, ya que permite a los investigadores rastrear las células individuales y sus destinos, así como a toda la población. La variabilidad en la respuesta a los fármacos dentro de una población de células es un problema importante para el diseño terapéutica contra el cáncer. seguimiento longitudinal de células ...
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Los autores no tienen conflictos de intereses que divulgar.
Agradecemos a Joshua Marcus por su apoyo técnico y a Jolien Tyler, Ph.D., Directora del Centro de Microscopía Óptica Richard J. McIntosh, por su asesoramiento técnico. Este trabajo fue apoyado por fondos de la Universidad de Colorado Boulder y la Escuela de Graduados de la Universidad de Colorado Boulder para J.D.O. R.T.B. está parcialmente respaldado por una beca de formación predoctoral de los NIH (T32 GM008759). Agradecemos a Karyopharm Therapeutics, Inc. por el selinexor y a Merck Serono por el inhibidor de la kinesina-5. Los plásmidos FUCCI proceden de Atsushi Miyawaki (RIKEN, Japón) a través de MTA. mCherry-BP1-2 era de Addgene. HeLa que expresa H2b-mCherry y β-tubulina-EGFP son de Daniel Gerlich (IMBA, Academia Austriaca de Ciencias, Austria).
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Taxol (paclitaxel) | Sigma | T7191 | fármaco estabilizador de microtúbulos |
| Etopósido | Selleckchem | S1225 | inhibidor de la topoisomerasa II |
| Selinexor | Karyopharm Therapeutics | na | XPO1/CRM1 inhibidor, regalo |
| Inhibidor de kinesina-5 | Merck Serono | na | regalo, también disponible en American Custom Chemicals Corporation. CAS 858668-07-2 |
| Medio de crecimiento celular | HyClone (Fisher) o Mediatech | muchas empresas disponibles | |
| 5% CO2/aire de equilibrio, certificado | Airgas | Z03NI7222004379 | |
| 35 mm Plato, fondo de vidrio de 20 mm | Cellvis | D35-20-1.5-N | muchas empresas disponibles |
| Plato de 35 mm y 4 pocillos, fondo de vidrio de 20 mm | Cellvis | D35C4-20-1.5-N | muchas empresas disponibles |
| Plato de 35 mm, fondo de vidrio cuadriculado | MatTek | P35G-2-14-CGRD | muchas empresas disponibles |
| Multipocillo, fondo de vidrio | Cellvis | P12-1.5H-N | muchas empresas disponibles |
| Microscopio de epifluorescencia invertida Olympus IX81 | Olympus | ||
| Olympus IX2-UCB | controlador Olympus | ||
| PRIOR LumenPro200 | Prior Scientific | Lumen200PRO | |
| PRIOR Proscan III etapa motorizada | Prio Scientific | H117 | |
| STEV cámara | InVivo Scientific | STEV. ECU. Unidad de control ambiental HC5 STAGE TOP | |
| InVivo Scientific | STEV. ECU. HC5 STAGE TOP | ||
| Hamamatsu ORCA R2 CCD con controlador | Hamamatsu | C10600 | |
| Nikon Eclipse Ti | Nikon Nikon | ||
| láser | Nikon | ||
| SOLA motor de luz | lumencor | ||
| iXon Ultra 897 EM-CCD | ANDOR | ||
| TOKAI HIT cámara de aglomeración | TOKAI HIT | TIZSH |
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