אנו מדגימים שיטה ליצירת פונדקאיות תלת מימדיות לסרטן השד, שניתן לתרבית באמצעות מערכת ביו-ריאקטור זלוף כדי לספק חמצן וחומרים מזינים. לאחר הגדילה, הפונדקאיות מקובעות ומעובדות לפרפין להערכת פרמטרים מעניינים. מוסברת ההערכה של פרמטר אחד כזה, צפיפות התאים.
מאמר שיטה
אנו מדגימים שיטה ליצירת פונדקאיות תלת מימדיות לסרטן השד, שניתן לתרבית באמצעות מערכת ביו-ריאקטור זלוף כדי לספק חמצן וחומרים מזינים. לאחר הגדילה, הפונדקאיות מקובעות ומעובדות לפרפין להערכת פרמטרים מעניינים. מוסברת ההערכה של פרמטר אחד כזה, צפיפות התאים.
תלת ממד תרבות (3D) היא שיטה רלוונטית יותר מבחינה פיזיולוגיה מודל התנהגות תאי במבחנה משני תרבות ממדים. קרצינומות, כולל קרצינומות השד, הן רקמות 3D מורכבים מורכב מתאי אפיתל סרטן ורכיבים סטרומה, כולל fibroblasts ו תאי מטריקס (ECM). עם זאת, רוב במבחנת מודלים של סרטן שד פולשני מורכבים רק תאי אפיתל סרטן, השמטת stroma, ולכן ארכיטקטורת 3D של גידול in vivo. המודלים של קרצינומה 3D מתאימים חשובים הבנה מדויקת של ביולוגית גידול, התנהגות, ואת תגובה לטיפול. עם זאת, משך תרבות ונפח של מודלי 3D הוא מוגבל על ידי הזמינות של חמצן וחומרים מזינים בתוך התרבות. בזאת, אנחנו מדגימים שיטה שבה שד קרצינומה תאי אפיתל פיברובלסטים סטרומה ישולבו ECM כדי ליצור פונדקאי סרטן שד 3D הכולל stroma ויכול להיות מתורבתת כמומבנה 3D מוצק או באמצעות מערכת bioreactor זלוף לספק חמצן וחומרים מזינים. בעקבות התקנת תקופת צמיחה ראשונית, פונדקאיים יכול לשמש לבדיקות סמים פרה-קליניות. לחלופין, המרכיבים הסלולר מטריצה של פונדקאי יכולים להיות שונים כדי לענות על מגוון של שאלות ביולוגיות. לאחר בתרבות, פונדקאיות הם קבועים ומעובדים כדי פרפין, באופן דומה את הטיפול דגימות קרצינומה שד קלינית, להערכת הפרמטרים של עניין. ההערכה של פרמטר אחד כזה, את הצפיפות של תאים הנמצאים, מוסבר, שבו מערכות תוכנה ניתוח התמונה ImageJ ו CellProfiler מוחלים photomicrographs סעיפים היסטולוגית של פונדקאיות לכמת את מספר התאים בעלי הגרעין ליחידת שטח. זה יכול לשמש כאינדיקטור של שינוי מספר תאים לאורך זמן או שינוי מספר התא וכתוצאה מתנאים וטיפולים צמיחה שונים.
תלת ממד (3D) מודלי תרבות שיותר במדויק לחקות את אדריכלות גידול microenvironment in vivo חשובים מחקרים שמטרתם לנתח את יחסי הגומלין המורכבים בין תאי microenvironment שלהם כדי לבחון את היעילות של טיפולים מועמדים. חמצן גידול משפיע ממדי והדרגות מזינות, אחידות חשיפה לסמים, זרימת לחץ / דם ביניים, ו 3D אדריכלות 1-4. הנוכחות של המיקרו-סביבת סטרומה המתאימה תורמת השפעות ממדיות גידול איתות תא ECM ואיתות paracrine בין תאי סטרומה ותאי אפיתל ממאירים. ההשפעות של ממדיות גידול ואת microenvironment על תפקוד הסלולר מבוססות היטב, עם שני גורמי שינוי תרופה בתגובה 1,3,5-8. בנוסף, קינטיקה צמיחה הסלולר, קצב חילוף חומרים, ואיתות תא שונה בין שני ממדיים (2D) תרבות ותרבות 3D, עם גורמים אלה affecting תגובה תאית 1,3,8-10.
במבחנה, במיקרו-סביבה של פונדקאית הגידול יכול להיות מווסתת על ידי כולל מרכיבים ECM יציגים ונוגעים אוכלוסיות תאים סטרומה. תאי אפיתל ממאירים מושפעים ECM ותאי סטרומה הסרטן קשור או באופן סינרגיסטי / מגן לקדם התקדמות גידול או באופן מדכא לעכב 5,6,10 התפשטות גידול נוספת. בשני ההקשר, stroma יכול להשפיע על תגובה טיפולית משלוח סמים באמצעות איתות paracrine ו / או על ידי הגדלת לחץ ביניים בגידול הדבר שגרם לפגיעת משלוח סמים 1,6. לכן, התוספת של ECM ותאי סטרומה לתוך במודלים פרה תעזור לשחזר היבטים של הגידול כי לא יכול להיות מודל היטב בתרבות 2D.
בזאת שיטת להקים פונדקאיות סרטן השד משלב microenvironment מסכם, כולל מרכיבי ECM ו- sתאי tromal, בנפח 3D מתואר. בשנת סרטן השד, אוכלוסיית תאי סטרומה מורכבת ברובה של פיברובלסטים הסרטן קשור (CAF) ואת ECM סטרומה מורכב ברובה מסוג קולגן אני עם שיעור נמוך יותר של רכיבים מטריקס המצויים קרום המרתף, כולל laminin וסוג קולגן IV 1,4,11-13. לכן, רכיבים אלה של microenvironment סרטן שד (כלומר, CAF, אני קולגן, ואת קרום במרתף) שולבו את התחליפים. שיטה זו יכולה לשמש כדי ליצור פונדקאיות 3D מוצק, בלתי-perfused (איור 1 א) או יכול להיות מותאם לכלול זלוף של המדיום דרך פונדקאית באמצעות מערכת bioreactor (איור 1B). שתי הגישות המתוארות כאן. שיטה זו יכולה גם להיות שונה כדי לכלול אלמנטים סטרומה אחרים, כגון מקרופאגים גידולים הקשורים, או לבנות מודל גידולים מוצקים אחרים על ידי התאמת מרכיבים תאיים ו ECM, לפי העניין.
14, ו ECM מורכב 90% קולגן אני ( 6 מ"ג / מ"ל) ו -10% חומר קרום במרתף מופחת גורם הגדילה (BM). הפונדקאי גם הוא גדל שקופית קאמרית 8 היטב (פונדקאית מוצקה) או מערכת bioreactor היא מנוצלת כדי לספק זלוף מזין רציף (פונדקאי perfused). כל מערכת bioreactor זלוף שיכול להכיל נפח של תאים המכילים ECM יכול לשמש 15. כדוגמא, אנו מתארים את הכנו את תחליפי רקמות במערכת bioreactor שלנו. מערכת זו פותחה ללא צורך במיקור חוץ אינו זמין מסחרי. בגלל ההתמקדות שלנו כאן היא על ההכנה והניתוח של פונדקאיות רקמת 3D, אנחנו לא נכנסנו בפירוט רב לגבי הפרטים של ייצור והרכבה של מערכת bioreactor שלנו. עם זאת, תיאור מפורט שלמערכת זו והתפתחותה פורסמו 16. במערכת bioreactor זה, ערוץ זרימה polydimethylsiloxane (PDMS) משמש כדי לשכן את פונדקאית, אשר נתמך על ידי קצף PDMS (נוצר באמצעות שיטות דומות לאלה שתוארו על ידי Calcagnile et al. 17). כרך זה הוא חדר 4 microchannels (כל 400 מיקרומטר קוטר) אשר perfused ברציפות על ידי מדיום באמצעות משאבת microphysiologic לספק חמצן וחומרים מזינים הפונדקאי.הניתוח מתאים של פונדקאיות הוא חיוני כדי לקבל מידע רלוונטי לגבי תפקוד הסלולר בתגובה לייחס או מניפולציות אחרות. מחליפים ניתן לנתח בשיטות שונות, כולל הדמיה ישירה של פונדקאיות שלמות באמצעות מיקרוסקופ confocal או אמצעים אחרים של הדמיה לא פולשנית, ניתוח הסלולר עקיף על ידי מנסה לאמוד תקשורת המותנה, או perfusate עבור מוצרים מופרשים, או ניתוח על סעיפים היסטולוגית לאחר קיבוע ועיבוד לפָּרָפִין. פרמטר אחד כזה שיכול להיות מוערך על סעיפים היסטולוגית הוא צפיפות תאים. אנו מציגים גישה אחת למדוד צפיפות התאים (כלומר, את מספר התאים בעלי הגרעין לכל אזור סעיף) באמצעות טכניקות עיבוד תמונה חצי אוטומטי להחיל photomicrographs סעיפים היסטולוגית פונדקאית מוכתם hematoxylin ו eosin (H & E). צפיפות התאים יכולים לשמש כאינדיקטור את השינוי היחסי מספר הסלולרי לאורך זמן או הנובע תנאים וטיפולים צמיחה שונים.

איור 1. נפח 3D ומערכת bioreactor. א) סכמטי של התהליך על מנת ליצור פונדקאיות 3D מוצקות. למעלה: קריקטורה של נפח 3D מוצק המכיל ECM (ורוד), קרצינומה של תאי אפיתל (צהובים), CAF (כתום); תחתון:. מבט מלמעלה של פונדקאיות המכילות שקופיות קאמריות 8-גם B) סכמטי של התהליך על מנת ליצור perfused פונדקאית 3D. למעלה: cartoon של נפח 3D עם ערוצים כדי לאפשר זלוף בינוני המכיל ECM (ורוד), קרצינומה של תאי אפיתל (צהוב), CAF (כתום); התיכון: תמונה של ערוץ זרימה PDMS המכיל קצף PDMS (חץ שחור) להיות מוזרק עם תא + ECM וחדרה ידי חוטי נירוסטה מצופה פולימר (חץ ורוד) מדידת 400 מיקרומטר קוטר; תחתונה:. תמונה של ערוץ הזרימה PDMS המכיל פונדקאית המחוברים למערכת bioreactor כדי לאפשר זלוף תווך רציף (משאבת peristaltic ואת המאגר התקשורת לא מוצג) C) תמונות של מדרגות עיבוד הן פונדקאיות מוצק perfused לאחר התרבות. משמאל: תמונה של cryomold המכיל דגימת עיבוד ג'ל פונדקאית; תיכון: תמונה של בלוק פרפין המכיל פונדקאי קבועה ומעובדים; מימין:. תמונה של זכוכית שקופית עם קטע היסטולוגית מוכתם E H & של פונדקאית אנא לחץ כאן כדי להציגגרסה גדולה יותר של דמות זו.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. תרבית תאים
2. הכנת תאים ב ECM (6 מ"ג / מ"ל שור קולגן Type I + 10% BM)
הערה: ECM מורכב 90% קולגן I + 10% בע"מ נבחרה לדגמן קרצינומה שד פולשני משום stroma הגידול ממאיר זה מורכב בעיקר של קולגןאני עם רכיבים של BM, כגון laminin, קולגן IV, ו entactin, המהווים חלק קטן יותר של 12,13,18,19 ECM.
| הכנת התאים ECM (6 מ"ג / מ"ל שור קולגן Type I + 10% BM) | |
| 178.8 μl | מים ניידים תרבות כיתה המכילים את המספר הרצוי של 231 תאים (נקבע לעיל) |
| 606 μl | קולגן אני (10 מ"ג / מ"ל שור), להוסיף טיפה אחר טיפה |
| 100 μl | קרום מרתף, מופשר |
| 100 μl | 10x DMEM (פנול אדום המכיל) עם המספר הרצוי של CAF (נקבע לעיל) |
| 15.2 μl | 7.5% (V / V) סודיום ביקרבונט, להוסיף טיפה אחר טיפה |
טבלה 1. הכנת התאים ECM.
3. הכנת סרוגייט
קיבוע סרוגייט 4. עיבוד (איור 1 ג)
5. חתך ו- H & E מכתים (תרשים 1C, פאנל מימין)
| H & E מכתימה | ||
| תַחֲנָה | פִּתָרוֹן | זְמַן |
| 1 | קסילן | 5 דקות |
| 2 | קסילן | |
| 3 | קסילן | 5 דקות |
| 4 | 100% אתנול | 5 דקות |
| 5 | 100% אתנול | 5 דקות |
| 6 | 95% אתנול | 5 דקות |
| 7 | 95% אתנול | 5 דקות |
| 8 | מי ברז | 5 דקות |
| 9 | מי דה מיונן | 5 דקות |
| 10 | hematoxylin 7211 | 5 דקות |
| 11 | מי ברז | 5 דקות |
| 12 | להבהיר * | 10 מטבלים |
| * ריצ'רד אלן # 7401 או 70% אתנול + 0.5% HCl | ||
| 13 | מי ברז | 5 דקות |
| 14 | Bluing מגיב | 30 שניות |
| 15 | מי ברז | 5 דקות |
| 16 | 95% אתנול | 10 מטבלים |
| 17 | Eosin-Y | דקה 1 |
| 18 | 95% אתנול | 10 מטבלים |
| 19 | 95% אתנול | 10 מטבלים |
| 20 | 100% אתנול | 10 מטבלים |
| 21 | 100% אתנול | 10 מטבלים |
| 22 | 100% אתנול | 5 דקות |
| 23 | קסילן | 10 מטבלים |
| 24 | 5 דקות | |
טבלה 2. H & E מכתים.
6. מדידת צפיפות התאים

ניתוח ImageJ איור 2.. תמונת מסך של עיבוד ImageJ. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3. צינור למשל CellProfiler. תמונת מסך של צינור שנועד למדוד את מספר התאים בעלי הגרעין ב CellProfiler. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4. צינור CellProfiler: שינוי תמונה בגווני אפור המסך של מודול "ColortoGray".. s: //www.jove.com/files/ftp_upload/54004/54004fig4highres.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 5. צינור CellProfiler:.. תמונת היפוך המסך של מודול "ImageMath" אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 6. צינור CellProfiler:.. גרעיני זיהוי המסך של מודול "IdentifyPrimaryObjects" אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
ב-page = "1"> 
איור 7. צינור CellProfiler:.. תאים לזיהוי תמונת מסך של מודול "IdentifySecondaryObjects" אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 8. צינור CellProfiler:.. אובייקטי מדידת המסך של מודול "MeasureObjectSizeShape" אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

צינור CellProfiler איור 9.:. סינון חפצים צילום מסך של "F"מודול ilterObjects. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

צינור CellProfiler איור 10.:.. ייצוא נתונים מסך של "ExportToSpreadsheet" מודול אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

פלט איור 11. CellProfiler הבאים סינון. צילום מסך של מסך התפוקה ב מאבחן תא הבאים סינון אובייקט. אנא לחץ כאן כדי להציג versi גדולעל של נתון זה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שני מחליפי 3D מוצקים perfused סרטן השד הוכנו כמתואר לעיל גדל במשך 7 ימים. בהמשך לכך, פונדקאיות שתוקנו, מעובד כדי פרפין, מחולק, ומוכתמים hematoxylin ו eosin, כפי שתואר לעיל. מספר תאי בעלי גרעין ליחידת שטח (שניהם 231 התאים CAF) של כל פונדקאי נמדד. כפי שניתן לראות בתרשים 12, photomicrographs נציג הסעיפים המוכתמים E H & להפגין ריכוז גבוה של תאים הנמצאים את תחליפי perfused (איור 12 א) לעומת פונדקאיות המוצקות
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בזאת, שיטה של תרבות 3D תואר המשלבת רכיבים של microenvironment הרקמות, כוללים תאי מטריקס (ECM) ו פיברובלסטים סטרומה אדם, בנפח שיותר מקרוב מודלי סרטן השד אנושי כדי לאפשר התפתחות של מורפולוגיה 3D מסכמת . השיטה תרבות 3D תיאר מייצג בצורה טובה יותר של מחלות אנושיות מאשר תרבית תאים 2D המסורתית כי סוגי תאים מרובים משולבים לתוך נפח 3D של ECM. מעבר לנדרש יצוין, כי פרמטרים אלה (כלומר, סוגי תאים מרובים, ECM, ונפח 3D) לספק קשר הופקע יותר ללמוד תהליכים ביולוגיים בגלל מבנה רקמה, אותות...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.
המרכז למחלות עצם מטבוליות של אוניברסיטת אלבמה בברמינגהם ביצע את העיבוד ההיסטולוגי והחתך של פונדקאיות. Southern Research (ברמינגהם, AL) סיפקה תמיכה לייצור מערכת הביוריאקטור. המימון ניתן על ידי התוכנית לחקר סרטן השד של משרד ההגנה של ארצות הברית (BC121367).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| Dulbecco's Modified Eagel Medium 1x (DMEM) | Corning CellGro | 10-014-CV | |
| סרום בקר עוברי (FBS) | Atlanta Biologicals | S11150 | |
| 0.25% טריפסין + 2.21 mM EDTA 1x | Corning | 25-053-CI | |
| לוחות תרבית רקמות, 100 mm | CellTreat Scientific Products | 229620 | |
| צלחות תרבית רקמה סטריליות, 35 מ"מ | CellTreat מוצרים מדעיים | 229638 | להיווצרות קצף PDMS |
| פיפטה מזכוכית 9 אינץ' | פישר | 13-678-20D | סטרילי |
| 10 מ"ל פיפטה | CellTreat מוצרים מדעיים | 229210B | סטרילי |
| 1,000 ומיקרו; l קצות פיפטות | FisherBrand | 02-717-166 | סטרילי מסונן |
| 200 ומיקרו; l קצות פיפטה | FisherBrand | 02-717-141 | סטרילי מסונן |
| 10 ומיקרו; l קצות פיפטה | FisherBrand | 02-717-158 | מסוננים |
| סטריליים 15 מ"ל | CellTreat Scientific Products | 229410 | צינורות חרוטיים סטריליים |
| 50 מ"ל | CellTreat Scientific Products | 229422 | |
| צינורות מיקרוצנטריפוגה סטריליים 1.5 מ"ל | FisherBrand | 05-408-129 | |
| סטרילי טריפן כחול | קורנינג Cellgro | 25-900-CI | עקר |
| Sylgard 184 | מדעי מיקרוסקופיה אלקטרונית | 24236-10 | PDMS אלסטומר וסוכן ריפוי. משמש לביו-ריאקטור הפנימי שלנו. |
| קצף | מיוצר בבית לשימוש בביו-ריאקטור הביתי שלנו. | ||
| קולגן בקר בריכוז גבוה סוג I | ביומטריצה מתקדמת | 5133-A | FibriCol ~ 10 מ"ג/מ"ל |
| גורם גדילה מופחת מטריג'ל (קרום מרתף) | קורנינג | 354230 | חומר קרום מרתף |
| נתרן ביקרבונט | סיגמא | S8761 | |
| ביולוגיה מולקולרית כיתה | דיג | BP2819-1 | |
| DMEM 10x | Sigma-Aldrich | D2429 | |
| Nunc Lab-Tek מערכת שקופיות קאמריות | Thermo Scientific | 177402 | |
| ביו-ריאקטור | בארות תוצרת הבית. | ||
| קפיץ לאחור 304 נירוסטה— מצופה בפולימר PTFE | McMaster-Carr | 1749T19 | חוטי נירוסטה ליצירת מיקרו-ערוצים במערכת הביוריאקטור הפנימית שלנו. צינורות משאבת סיליקון בקוטר 0.016 אינץ' |
| BioPharm Plus מרפא פלטינה, L/S 14 | Masterflex | EW-96440-14 | לשימוש במערכת הביוריאקטור הפנימית שלנו. מזהה צינור: 1.6 מ"מ, גודל דוקרני צינור: 1/16 אינץ'. |
| ערכות צינורות 2 עצירות, PVC לא מתרחב, 1.52 מזהה מ"מ | Cole-Parmer | EW-74906-36 | לשימוש במערכת הביוריאקטור הפנימית שלנו (עם משאבה מיקרופריסטלית). |
| משאבה מיקרו פריסטלטית דיוק שישה ערוצים | Cole-Parmer | EW-74906-04 | לשימוש עם מערכת הביוריאקטור הפנימית שלנו |
| מזרקי טוברקולין | BD Medical | 309625 | 26 מד 3/8 אינץ'. מחט; |
| מלקחיים סטריליים לניתוח רקמות | FisherBrand | 13-812-36 | 5.5 אינץ' |
| מיני צינור מסובב | Boekel Scientific | 260750 | אפשרות ציוד לסיבוב פונדקאי. משמש עם קרוסלה לצינורות 50 מ"ל (מספר דגם 260753) |
| קרוסלת צינור 50 מ"ל | Boekel Scientific | 260753 | בשימוש עם מסובב צינור |
| מיני Bambino תנור היברידיזציה | Boekel Scientific | 230301 | אפשרות ציוד לסיבוב פונדקאי |
| ג'ל עיבוד דגימות HistoGel ג'ל | Thermo Scientific | HG-4000-012 | ג'ל לעיבוד דגימות המתואר בשלב 5.2 |
| Cryomold | Andwin Scientific | 4566 | 15 מ"מ x 15 מ"מ x 5 מ"מ |
| סימון רקמות Dye | Cancer Diagnostics, inc. | ניתן להשתמש ב-03000P | לסימון פונדקאות, המאפשר לכלול מספר דגימות בקלטת רקמה אחת |
| קלטות רקמות צירים | FisherBrand | 22-272-416 | |
| פורמלין | פישר | 23-245-685 | |
| GoldSeal שקופיות זכוכית רגילות | Thermo Scientific | 3048-002 | |
| קסילן | פישר | X3P-1GAL | |
| אתנול, 200 הוכחה (100%), USP | Decon Laboratories, Inc. | 2805M | |
| Hematoxylin | Thermo Scientific ריצ'רד-אלן סיינטיפיק | 7211 | |
| מבהיר | Thermo Scientific ריצ'רד-אלן סיינטיפיק | 7401 | |
| Bluing Solution | Thermo Scientific ריצ'רד-אלן סיינטיפיק | 7301 | |
| Eosin Y | Thermo Scientific ריצ'רד-אלן סיינטיפיק | 7111 | |
| ציטוסיל XYL הרכבה מדיה | תרמו סיינטיפיק ריצ'רד-אלן סיינטיפיק | 83124 | |
| כיסויים | פישר סיינטיפיק | 12-548-5G |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה