$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
למודל הפיגום מבוסס הקולגן המתואר כאן יש יישומים רבים, החל מלימוד ביולוגיה של נוירובלסטומה ועד לסינון של טיפולים אנטי-סרטניים בסביבה הדומה יותר מבחינה פיזיולוגית לגידולים מקומיים מאשר תרבית תאים דו-ממדית קונבנציונלית. לפני בדיקת שאלת מחקר נתונה, חיוני לקבל אפיון מלא של התקשרות תאים, התרבות וחדירה במסגרת הזמן הרצויה לניסוי. תנאי הגידול יהיו תלויים בביולוגיה של כל קו תאים ספציפי. חשוב לציין, יש ליישם מספר שיטות להערכת צמיחת תאים כדי לקבוע תנאים אופטימליים וביצועים חזקים.
כאן, הכדאיות של תאי נוירובלסטומה שגדלו על פיגומים הוערכה באמצעות בדיקת כדאיות תאים קולורימטריים. ניתן לבצע בדיקה זו בתדירות הרצויה לאורך פרק הזמן של הניסוי. עבור הניסוי המתואר, הערכת כדאיות התא בוצעה בימים 1, 7 ו-14 עבור שני קווי תאי נוירובלסטומה, KellyLuc ו-IMR32, שגדלו על פיגומים מסוג Coll-I-nHA ב-4 צפיפויות שונות (איור 6). הכדאיות ביום הראשון נקבעה כבסיס להשוואה בין כל המדידות הבאות. קצב ההפחתה של מגיב הכדאיות התאית משקף את הביולוגיה של התא ואת מאפייני הצמיחה של קווי תאים בודדים, כולל קצב ההתרבות שלהם וחילוף החומרים שלהם. היה צפוי מתאם בין מספר התאים שנזרעו על הפיגומים לבין רמת החיזור. בניסוי זה, ההפחתה של מגיב הכדאיות התאית גדלה בדרך כלל עם כל נקודת זמן עבור שני קווי התא בכל הצפיפויות, כצפוי.
לאחר מכן כל צפיפות הוערכה בנפרד עבור שני קווי התאים כדי להשוות את ההפחתה על פני נקודות זמן. ANOVA חד-כיווני עם מבחן ההשוואות המרובות של Tukey בוצע כדי לזהות הבדלים משמעותיים בהפחתה בין נקודות זמן (איור 7). הן עבור קווי התאים והן עבור כל צפיפויות הזריעה, חלה עלייה משמעותית (P<0.05) בהפחתת מגיב הכדאיות התאית בהשוואה בין יום 1 ליום 14. זה הצביע על עלייה משמעותית בתאים פעילים מטבולית הנמצאים על הפיגומים. עלייה זו לא הייתה משמעותית בכל המקרים בעת הערכת מרווחי 7 הימים (יום 1 לעומת יום 7, יום 7 לעומת יום 14), מה שמדגים את חשיבות האופטימיזציה של צפיפות הזריעה להשגת חלון הצמיחה הרצוי.
כדי לתמוך בתוצאות של בדיקת כדאיות התא, גדילת תאים על פיגומים יכולה גם להימדד בעקיפין באמצעות כימות של dsDNA המופק מפיגומים באמצעות כתם dsDNA פלואורסצנטי (איור 8A). בדומה לכדאיות התא, ניתן לכמת את הדנ"א בתדירות הרצויה בתוך ציר הזמן של הניסוי. עם זאת, ניתוח זה דורש שליפה מלאה של פיגומים והפסקת גדילת תאים ולכן יש לקחת בחשבון בתכנון ניסויי כפי שנדון בסעיף 1. עבור ניסוי זה, דנ"א כומת בימים 1, 7 ו-14 עבור שני קווי תאי נוירובלסטומה, KellyLuc ו-IMR32, שגודלו על פיגומים מסוג Coll-I-nHA ב-4 צפיפויות שונות. מאחר שהריכוז הממוצע של dsDNA לתא ידוע עבור קווי התאים האלה, אפשר היה לגזור את מספר התאים לדגימה מהדנ"א המכומת (איור 8B).
כימות הדנ"א הוליד שונות גבוהה יותר בין שכפולים ביולוגיים מאשר הערכת כדאיות התא, אך בדרך כלל גדל עבור כל נקודת זמן, כאשר הרמות הגבוהות ביותר כומתו ביום ה-14. נראה כי תאי IMR32 מגיעים למספרי תאים גבוהים יותר על פיגומים מסוג Coll-I-nHA, כפי שמצוין על ידי ריכוז הדנ"א, מאשר תאי KellyLuc. לאחר מכן כל צפיפות הוערכה בנפרד עבור שני קווי התאים כדי להשוות את ההפחתה על פני נקודות זמן. מבחן ANOVA חד-כיווני עם מבחן השוואות מרובות של Tukey בוצע כדי לזהות הבדלים משמעותיים בהפחתה בין נקודות זמן (איור 8B).
הן עבור קווי התאים והן עבור כל צפיפויות הזריעה, חלה עלייה משמעותית (P<0.05) במספר התאים בהשוואה בין יום 1 ליום 14, למעט KellyLuc בצפיפות הזריעה 4 (1 ×10 5 תאים / פיגום), שלא הניבה עליות משמעותיות באף אחת מנקודות הזמן. בדומה לתוצאות כדאיות התא, העליות לא היו מובהקות בכל המקרים בעת הערכת מרווחי 7 הימים (יום 1 לעומת יום 7, יום 7 לעומת יום 14). כאשר השוו את מגמות נקודת הזמן עבור כדאיות התא וכימות הדנ"א, היו כמה הבדלים קלים בין שני הניתוחים. עם זאת, בסך הכל נצפו מגמות דומות, כאשר הערכים הממוצעים עלו בין מרווחים של 7 ימים עבור רוב הצפיפויות. זה מדגים את החשיבות של ניטור צמיחת תאים באמצעות יותר משיטה אחת.
לאחר מכן בוצעה הערכה חזותית של מורפולוגיה של צמיחת תאים ופיזור על הפיגומים, שכללה צביעה מסורתית של המטוקסילין ואאוזין (H&E) וכן IHC. צפוי כי דפוסי הגידול השונים של קווי תאים בודדים יובילו לסידורים מרחביים מגוונים על הפיגומים, כולל דרגות חדירה שונות לפיגום וקיבוץ תאים. פיגומים היו קבועים פורמלין, משובצים פרפין ונחתכו לחתכים של 5 מ"מ (איור 9A), מה שהכין את הפיגומים לטכניקות הדמיה מרובות, כולל צביעה היסטולוגית ו-IHC.
צביעת H&E שגרתית יושמה על תאי Kelly, KellyCis83 ו-IMR32 שגדלו על פיגומים מבוססי קולגן בימים 1, 7 ו-14 (איור 9B). זה איפשר הדמיה של האוריינטציה המרחבית של התאים על שני פיגומים מבוססי קולגן במשך תקופה של 14 יום. תאי Kelly רגישים לציספלטין ותאי KellyCis83 עמידים גדלו על שני פיגומים מסוג Coll-I-nHA (איור 9B, i) ועל פיגומים מסוג Coll-I-GAG (איור 9B, ii). בהתאם לנתונים שפורסמו בעבר, תאי KellyCis83 גדלו בקצב גבוה יותר וחדרו עמוק יותר לשני הרכבי הפיגומים מאשר לקו תאי קלי הפחות פולשניים. כתם H&E של קו תאי נוירובלסטומה אחר, IMR32, שגדל על Coll-I-nHA מדגים דפוס גדילה מנוגד (איור 9B, iii). קו תאים זה גדל בצבירים גדולים וצפופים על פיגומי הקולגן במהלך 14 הימים. ניתן להשתמש במיקרוסקופ קונפוקלי של ברייטפילד כדי להמחיש את הארכיטקטורה הנקבובית של פיגומים מבוססי קולגן (איור 9C) הודות לאוטופלואורסצנטיות של סיבי קולגן.
צבענו תאים באמצעות פלואדין המכוון לאקטין ציטו-שלד וכתם הנגד הגרעיני, 4′,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI), כדי לעקוב אחר תכונות תאים ספציפיות לאורך ציר הזמן של הניסוי. שפע של אקטין נצפה בתאי Kelly ו-KellyCis83 על פיגומים מסוג Coll-I-GAG באמצעות השיטה הזו (איור 9D). תוצאות אלה מדגימות כיצד ניתן להשתמש בטכניקות הדמיה מרובות כדי להפיק מידע מפוענח מרחבית מתאי נוירובלסטומה הגדלים על פיגומים באמצעות פרוטוקול זה. אפיון זה של דפוסי גדילת תאים על פיגומים מבוססי קולגן במשך תקופה נתונה ישפר את ההבנה והפרשנות של כל בדיקה ביוכימית במורד הזרם.
ניתן לנתח את ביטוי החלבונים על ידי תאים הגדלים על פיגומים מבוססי קולגן כדי להשוות את הפעילות התאית לתרחישי in vivo . נתונים שפורסמו בעבר בחנו את הביטוי של כרומוגרנין A (CgA) כסמן חלופי המופרש של נוירובלסטומה על ידי תאי KellyLuc ו-KellyCis83Luc שגדלו בחד-שכבות של תאים, כמו גם על פיגומים Coll-I-nHA ו-Coll-I-GAG (איור 10). CgA הוערך במדיה המותנית באמצעות בדיקת אימונוסורבנט מקושרת אנזימים (ELISA) (איור 10A). CgA מופרש בשיעור גבוה יותר בקו התאים KellyCis83 העמיד יותר לכימותרפיה מאשר בקלי (איור 10B,C). זה היה משמעותי ביום השביעי הן על פיגומים Coll-I-GAG והן על פיגומים Coll-I-nHA (P<0.05), בעוד שלא היה הבדל משמעותי בנקודת זמן זו עבור תאים שגודלו כשכבה אחת על ידי תרבית דו-ממדית קונבנציונלית.
תוצאות אלה גם מדגישות את ציר הזמן הניסויי המוגבל בעת גידול תאים בשכבה אחת, כאשר רק 7 ימים של צמיחה הוכיחו את עצמם כאפשריים לפני שהתאים מגיעים למפגש. גדילת התאים על פיגומים מתגברת על מגבלה זו מכיוון שהם יכולים להישמר לאורך תקופה ארוכה יותר בתנאים רלוונטיים יותר מבחינה פיזיולוגית. השילוב לעיל של טכניקות לרכישת מידע על כדאיות התא, תוכן DNA, מורפולוגיה תאית וסידור מרחבי, ופרופילי ביטוי מאפשר להעריך את הצמיחה של תאי נוירובלסטומה על מגוון של פיגומים מבוססי קולגן. פרוטוקול זה יכול גם להיות מותאם בקלות כדי לספק דרישות ניסוי ספציפיות ויישומים רצויים.

איור 6: ניתוח כדאיות תאים. (A) הליך כללי למדידת הכדאיות של תאי נוירובלסטומה על פיגומים מבוססי קולגן באמצעות בדיקת כדאיות תאים קולורימטריים. תקופת הדגירה חייבת להיות מותאמת לכל קו תאים חדש, תוך התייחסות להנחיות היצרן. (B) הפחתה באחוזים של מגיב כדאיות התא על ידי תאי KellyLuc ו-IMR32 שגדלו על פיגומים מסוג Coll-I-nHA בארבע צפיפויות זריעה התחלתיות שונות, שנמדדו בימים 1, 7 ו-14. הדגימות הוערכו במשולש ביולוגי עם פסי שגיאה המייצגים את סטיית התקן. קיצורים: nHA = nanohydroxyapatite; Coll-I-nHA = פיגומי קולגן בתוספת nHA. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 7: כדאיות תאים על-ידי צפיפות זריעה של תאים שגדלו ב-Coll-I-nHA במשך תקופה של 14 יום. (א) קלילוק; (ב) IMR32. מספרי תאים שכותרתם מתייחסים לצפיפות זריעת התאים הראשונית על הפיגומים ביום 0. הדגימות הוערכו במשולש ביולוגי, המסומן על ידי נקודות משולשות, עם עמודות המייצגות את הממוצע. ANOVA חד-כיווני עם השוואות מרובות שימש לזיהוי הבדלים משמעותיים בהפחתת מגיב כדאיות התא % על פני שלוש נקודות הזמן, שצוין בגרפים (ns P > 0.05, * P ≤ 0.05, ** P ≤ 0.01, *** P ≤ 0.001, **** P ≤ 0.0001). קיצורים: nHA = nanohydroxyapatite; Coll-I-nHA = פיגומי קולגן בתוספת nHA; ANOVA = ניתוח שונות; ns = לא משמעותי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 8: כימות דנ"א המופק מתאים בפיגומים. (A) תהליך של כימות dsDNA מתאים שגדלו על פיגומים מבוססי קולגן באמצעות כתם dsDNA פלואורסצנטי. (B) מספרי תאים מניתוח כימות דנ"א על ידי צפיפות זריעה עבור תאי KellyLuc ו-IMR32 שגדלו ב-Coll-I-nHA במשך תקופה של 14 יום. מספרי תאים שכותרתם מתייחסים לצפיפות הזריעה הראשונית של תאים על פיגומים ביום 0. הדגימות הוערכו במשולש ביולוגי, המסומן על ידי נקודות משולשות, עם עמודות המייצגות את הממוצע. ANOVA חד-כיווני עם השוואות מרובות שימש לזיהוי הבדלים משמעותיים במספר התאים על פני שלוש נקודות הזמן, שצוינו בגרפים (ns P > 0.05, * P ≤ 0.05, ** P ≤ 0.01, *** P ≤ 0.001, **** P ≤ 0.0001). קיצורים: nHA = nanohydroxyapatite; Coll-I-nHA = פיגומי קולגן בתוספת nHA; dsDNA = DNA דו-גדילי; TE = Tris-EDTA; ANOVA = ניתוח שונות; ns = לא משמעותי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 9: שלבי עיבוד רקמות לניתוח אימונוהיסטוכימי של פיגומים. (A) ייצוג סכמטי של פרוטוקול עיבוד פיגומים לניתוח תמונה. תהליך זה מאפשר צביעה היסטולוגית שגרתית וחיטוט נוגדנים ספציפיים באמצעות נוגדנים ראשוניים ונוגדנים משניים המסומנים באופן פלואורסצנטי. (B) תמונות מייצגות של שלושה קווי תאי נוירובלסטומה הנתונים לצביעת H&E. תמונות H&E מצולמות בימים 1, 7, 14 כדי לעקוב אחר דפוסי גדילה במהלך הזמן של הניסוי. סרגל קנה מידה = 200 מיקרומטר. ריבועים מקווקווים מייצגים את האזור שנבחר לתמונות מוגדלות של 20x בקצה השמאלי התחתון. סרגל קנה מידה = 20 מיקרומטר. (i ו-ii) H&E של קווי תאי נוירובלסטומה של Kelly ו-KellyCis83 (פאנלים עליונים ותחתונים, בהתאמה) על שני סוגים של פיגומים מבוססי קולגן. (iii) H&E של קו תאי IMR32, המייצג גידול תאי מקובץ על פיגום Coll-I-nHA. (C) תמונה מייצגת של קו תאי קלי, נתון למיקרוסקופ קונפוקלי בשדה בהיר. הקולגן autofluorescence מאפשר הדמיה של פיגום נקבובי. 10x סרגל קנה מידה = 200 מיקרומטר, סרגל קנה מידה 20x = 20 מיקרומטר. (D) תמונה מייצגת של פיגומים משובצים ואחריה ניתוח על ידי IHC עם פאלואדין ו- DAPI בהגדלה של פי 10, סרגל קנה מידה = 200 מיקרומטר. ריבועים פנימיים קטנים יותר מייצגים תמונות מוגדלות (20x), סרגל קנה מידה = 20 מיקרומטר. קיצורים: nHA = nanohydroxyapatite; Coll-I-nHA = פיגומי קולגן בתוספת nHA; GAG = גליקוזאמינוגליקן; Coll-I-GAG = פיגומי קולגן בתוספת כונדרויטין-6-סולפט; H&E = hematoxylin ו eosin; IHC = אימונוהיסטוכימיה; DAPI = 4′,6-diamidino-2-phenylindole. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 10: ביטוי חלבונים על-ידי תאי נוירובלסטומה שגדלו על פיגומים תלת-ממדיים מבוססי קולגן בהשוואה לפלסטיק דו-ממדי. (A) סכמה של האופן שבו CgA ELISA בוצע על מדיה מותנית של תאים שגדלו על פלסטיק דו-ממדי או פיגומים תלת-ממדיים מבוססי קולגן. (B) רמות ביטוי חלבון CgA שנלקחו ממדיה מותנית של תאים שגדלו על חד-שכבה פלסטית דו-ממדית. כאשר התאים הגיעו למפגש לאחר 7 ימים, נקודת הזמן של 14 יום לא הייתה קריאה. ביום השביעי על פלסטיק, לא היה הבדל משמעותי ברמות CgA בין קווי התאים Kelly ו-KellyCis83. (C) CgA ELISA מבוצע באמצעות מדיה מותנית של תאים הגדלים על פיגומים מבוססי קולגן במשך 14 ימים רצופים. ביום השביעי, על שני פיגומי הקולגן, רמות CgA גבוהות יותר בקו התאים האגרסיבי יותר של KellyCis83, מה שמדגיש רמות רלוונטיות פיזיולוגיות יותר של CgA במטריצה תלת-ממדית בהשוואה לחד-שכבה דו-ממדית. נתון זה שונה מ- Curtin et al.17. קיצורים: תלת מימד = תלת מימדי; 2D = דו מימדי; CgA = כרומוגרנין A; ELISA = מבחן immunosorbent מקושר אנזים; nHA = nanohydroxyapatite; Coll-I-nHA = פיגומי קולגן בתוספת nHA; GAG = גליקוזאמינוגליקן; Coll-I-GAG = פיגומי קולגן בתוספת כונדרויטין-6-סולפט; TMB = 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine; HRP = חזרת peroxidase. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.