מאמר זה מדגים שיטה סטנדרטית לבניית ספרואידים תלת מימדיים של גידולים. כמו כן מתוארת אסטרטגיה לתצפית ספרואידית וניתוח למידה עמוקה מבוססת תמונה באמצעות מערכת הדמיה אוטומטית.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
מאמר זה מדגים שיטה סטנדרטית לבניית ספרואידים תלת מימדיים של גידולים. כמו כן מתוארת אסטרטגיה לתצפית ספרואידית וניתוח למידה עמוקה מבוססת תמונה באמצעות מערכת הדמיה אוטומטית.
בעשורים האחרונים, בנוסף לתאים חד-שכבתיים, פותחו ספרואידים סרטניים תלת-ממדיים ככלי רב עוצמה פוטנציאלי להערכת תרופות אנטי-סרטניות. עם זאת, שיטות התרבית הקונבנציונליות חסרות את היכולת לתפעל את ספרואידים הגידול באופן הומוגני ברמה התלת מימדית. כדי להתמודד עם מגבלה זו, במאמר זה, אנו מציגים שיטה נוחה ויעילה לבניית ספרואידים סרטניים בגודל ממוצע. בנוסף, אנו מתארים שיטה של ניתוח מבוסס תמונה באמצעות תוכנת ניתוח מבוססת בינה מלאכותית שיכולה לסרוק את כל הצלחת ולקבל נתונים על ספרואידים תלת מימדיים. נבדקו מספר פרמטרים. על ידי שימוש בשיטה סטנדרטית של בניית ספרואידים סרטניים ומערכת הדמיה וניתוח בתפוקה גבוהה, ניתן להגדיל באופן דרמטי את היעילות והדיוק של בדיקות תרופתיות המבוצעות על ספרואידים תלת מימדיים.
סרטן הוא אחת המחלות המפחידות ביותר על ידי בני אדם, לא מעט בגלל שיעור התמותה הגבוה שלה1. בשנים האחרונות, האפשרות לטפל בסרטן גדלה כאשר טיפולים חדשים הוכנסו 2,3,4,5. מודלים דו-ממדיים (2D) ותלת ממדיים (3D) במבחנה משמשים לחקר סרטן בתנאי מעבדה. עם זאת, מודלים דו-ממדיים אינם יכולים להעריך באופן מיידי ומדויק את כל הפרמטרים החשובים המצביעים על רגישות אנטי-סרטנית; לכן, הם אינם מייצגים באופן מלא אינטראקציות in vivo בבדיקות טיפול תרופתי6.
מאז 2020, שוק התרבות התלת מימדי (3D) העולמי קיבל דחיפה משמעותית. על פי דיווח אחד של NASDAQ OMX, הערך העולמי של שוק תרביות התאים התלת-ממדיות יעלה על 2.7 מיליארד דולר עד סוף 2025. בהשוואה לשיטות תרבית דו-ממדיות, תרבית תאים תלת-ממדית מציגה תכונות מועילות, שניתן לייעל לא רק להתרבות והתמיינות אלא גם להישרדות ארוכת טווח 7,8. באמצעים כאלה, ניתן לדמות מיקרו-סביבות תאיות in vivo כדי להשיג אפיון מדויק יותר של הגידול, כמו גם פרופיל מטבולי, כך שניתן יהיה להבין טוב יותר שינויים גנומיים וחלבוניים. בשל כך, מערכות בדיקה תלת-ממדיות צריכות להיכלל כעת בפעולות פיתוח תרופות רגילות, במיוחד אלה המתמקדות בסינון והערכה של תרופות אנטי-סרטניות חדשות. גידולים תלת-ממדיים של קווי תאים מבוססים אימורטליים או תרביות תאים ראשוניות במבנים ספרואידים הם בעלי תכונות in vivo של גידולים כגון היפוקסיה וחדירת תרופות, כמו גם אינטראקציה בין תאים, תגובה ועמידות, וניתן לראות בהם מודל מחמיר ומייצג לביצוע בדיקות סקר לתרופות חוץ גופיות 9,10,11.
עם זאת, מודלים אלה של תרבות תלת ממדית סובלים גם ממספר בעיות שעשויות לקחת קצת זמן לפתור. ספרואידים של תאים יכולים להיווצר באמצעות פרוטוקולים אלה, אך הם נבדלים זה מזה בפרטים מסוימים, כגון זמן תרבית או הטמעת ג'לים12, כך שלא ניתן לשלוט היטב בכדורי תאים אלה תחת טווח גודל מוגבל. גודל הספרואידים עשוי להשפיע על עקביות בדיקת הכדאיות וניתוח ההדמיה. מיקרו-סביבות הגדילה וגורמי הגדילה משתנים גם הם, מה שעשוי להוביל למורפולוגיה שונה עקב הבדלים בהתמיינות בין תאים13. כיום יש צורך ברור בשיטה סטנדרטית, פשוטה וחסכונית לבניית כל סוגי הגידולים בגדלים מבוקרים.
מנקודת מבט אחרת, למרות שבדיקות הומוגניות וגישות הדמיה בעלות תוכן גבוה פותחו כדי להעריך מורפולוגיה, כדאיות וקצב צמיחה, הסינון בתפוקה גבוהה של מודלים תלת-ממדיים נותר אתגר מסיבות שונות שדווחו בספרות, כגון חוסר אחידות במיקום, בגודל ובמורפולוגיה של ספרואידים סרטניים14,15,16.
בפרוטוקול המוצג כאן, אנו מפרטים כל שלב בבניית ספרואידים גידוליים תלת-ממדיים ומתארים שיטה לתצפית וניתוח ספרואידים באמצעות מערכת הדמיה בעלת תפוקה גבוהה ותוכן גבוה הכוללת מיקוד אוטומטי, הדמיה אוטומטית וניתוח, בין מאפיינים מועילים אחרים. אנו מראים כיצד שיטה זו יכולה לייצר כדורי גידול תלת-ממדיים בגודל אחיד המתאימים להדמיה בתפוקה גבוהה. ספרואידים אלה מפגינים גם רגישות גבוהה לטיפול תרופתי בסרטן, וניתן לעקוב אחר שינויים מורפולוגיים בספרואידים באמצעות הדמיה בתוכן גבוה. לסיכום, אנו מדגימים את חוסנה של מתודולוגיה זו כאמצעי ליצירת מבנים תלת-ממדיים של גידולים למטרות הערכת תרופות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. בנייה ספרואידית
2. טיפול תרופתי
3. כדאיות ספרואידית
4. תצפית ספרואידית וניתוח למידה עמוקה באמצעות תמונות בבדיקת הסמים
(Eq. 2)הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
איור 1A,B מראה במחקר זה את התהליך המשמש לבניית ספרואידים סרטניים. תחילה זרענו את התאים בצלחת U-bottom בעלת 48 בארות. שלב זה כמעט זהה לזה המשמש בתרבית תאים דו-ממדית. שמרנו את הצלחת באינקובטור משותף עם מים המקיפים את הבארות, כך שהתאים שהושקעו החלו ליצור ספרואידים בתהליך הרכבה עצמית. בתנאי ניתוח רגילים, רוב סוגי הספרואידים של הגידול נוצרו לחלוטין לאחר 5 ימים שבהם נעשה שימוש בתווך ממוקד (טבלה משלימה 2). בדקנו את מצב הבנייה הכדורית בתוך 5 ימים בעזרת מיקרוסקופ די...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המיקרו-סביבה ממלאת תפקיד חשוב בצמיחת הגידול. הוא עשוי להשפיע על מתן מטריצות חוץ-תאיות, שיפועי חמצן, תזונה ואינטראקציה מכנית, ובכך להשפיע על ביטוי גנים, מסלולי אותות ותפקודים רבים של תאי הגידול 19,20,21. במקרים רבים, תאים דו-ממדיים אינם מייצרים השפעות כאלה או אפילו מייצרים השפעות הפוכות, ובכך משפיעים על הערכת טיפולים תרופתיים. עם זאת, הופעתם של מודלים תלת ממדיים התייחסה לבעיה זו. לדוגמה, ההערכה שלנו של ההשפעה של AMG510 על מערכת ט...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
אנו מודים לכל חברי המעבדות שלנו על תרומתם והצעותיהם הקריטיות. מחקר זה נתמך על ידי פרויקט המפתח של ועדת הבריאות של ג'יאנגסו (K2019030). ההמשגה בוצעה על ידי C.W. ו- Z.C., המתודולוגיה בוצעה על ידי W.H. ו- M.L., החקירה בוצעה על ידי W.H. ו- M.L., איסוף הנתונים בוצע על ידי W.H., Z.Z., S.X. ו- M.L., הכנת הטיוטה המקורית בוצעה על ידי Z.Z., J.Z., S.X., W.H., ו-X.L., הסקירה והעריכה בוצעו על ידי Z.C., ניהול הפרויקט בוצע על ידי C.W. ו-Z.C., ורכישת המימון בוצעה על ידי C.W. כל המחברים קראו והסכימו לגרסה שפורסמה של כתב היד.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 0.5-10 μ L קצות פיפטה | AXYGEN | T-300 | |
| 1.5 מיקרו-צינורות חסיני רתיחה מ"ל | Axygen | MCT-150-C | |
| 100-1000μ L קצות פיפטה | KIRGEN | KG1313 | |
| קן צינור צנטריפוגה 15 מ"ל | 601052 | ||
| 200 μ L קצות פיפטה | AXYGEN | T-200-Y | |
| ג'ל תלת מימד | Avatarget | MA02 | |
| 48 באר U צלחת תחתונה | Avatarget | P02-48UWP | |
| 50 מ"ל קן צינור צנטריפוגה | 602052 | ||
| Alamar Blue | Thermo | ||
| תמיסת שטיפה נגד הידבקות | STEMCELL | #07010 | |
| מוסמך FBS | BI | 04-001-1ACS | |
| מים נטולי יונים | אלאדין | W433884-500 מ"ל | |
| DMEM (מדיום הנשר השונה של Dulbecco) | Gibco | 11965-092 | |
| DMSO | סיגמא | D2650-100ML | |
| Excel sofware | Microsoft office | ||
| Graphpad prism sofware | תוכנת GraphPad | ||
| מערכת הדמיה ו-SMART בעלת תוכן גבוה | Avatarget | 1-I01 | |
| Image J תוכנה | המכונים הלאומיים לבריאות | ||
| תוסף אינסולין-טרנספרין-סלניום-A (100X) | Gibco | 51300-044 | |
| Parafilm | Bemis | PM-996 | |
| PBS | Solarbio | P1020 | |
| פניצילין/ סטרפטומיצין סול | גיבקו | 15140-122 | |
| RPMI 1640 | גיבקו | 11875-093 | |
| סיינטיפיק פלואורוסקן אסנס | תרמו | פלואורוסקן Ascent | |
| T25 בקבוק | JET ביופיל | TCF012050 | |
| טריפסין, 0.25% (1X) | היקלון | SH30042.01 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.