פרוטוקול זה מתאר את ההליך לניתוק מהיר של דגימות גידולים אנושיים ועכברים לצורך ריצוף RNA חד-תאי.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
פרוטוקול זה מתאר את ההליך לניתוק מהיר של דגימות גידולים אנושיים ועכברים לצורך ריצוף RNA חד-תאי.
דגימות גידול אנושי מכילות שפע של מידע על המיקרו-סביבה והרפרטואר החיסוני שלהם. דיסוציאציה יעילה של דגימות רקמה אנושית לתרחיפים בני קיימא של תאים היא קלט נדרש עבור צינור ריצוף RNA חד-תאי (scRNAseq). שלא כמו גישות ריצוף RNA בתפזורת, scRNAseq מאפשר לנו להסיק את הטרוגניות השעתוק בדגימות גידול ברמת התא היחיד. הטמעת גישה זו בשנים האחרונות הובילה לתגליות רבות, כגון זיהוי מצבים חיסוניים ותאיים סרטניים ותוכניות הקשורות לתגובות קליניות לאימונותרפיה ולסוגים אחרים של טיפולים. יתר על כן, טכנולוגיות חד-תאיות המיושמות על רקמות מנותקות יכולות לשמש לזיהוי אזורי כרומטין נגישים רפרטואר קולטני תאי T ו-B, וביטוי חלבונים, באמצעות נוגדנים מקודדים של DNA (CITEseq).
הכדאיות והאיכות של הדגימה המנותקת הם משתנים קריטיים בעת שימוש בטכנולוגיות אלה, שכן אלה יכולים להשפיע באופן דרמטי על זיהום צולב של תאים בודדים עם RNA הסביבה, איכות הנתונים ופרשנות. יתר על כן, פרוטוקולי דיסוציאציה ארוכים יכולים להוביל לחיסול אוכלוסיות תאים רגישות ולהגברת הרגולציה של חתימת גן תגובת עקה. כדי להתגבר על מגבלות אלה, פיתחנו פרוטוקול דיסוציאציה אוניברסלי מהיר, אשר אומת על סוגים רבים של גידולים אנושיים ומורין. התהליך מתחיל בדיסוציאציה מכנית ואנזימטית, ואחריו סינון, ליזה של דם אדום והעשרת חיים מתים, המתאימים לדגימות עם קלט נמוך של תאים (למשל, ביופסיות ליבת מחט). פרוטוקול זה מבטיח תרחיף נקי ובר קיימא של תא בודד בעל חשיבות עליונה ליצירה מוצלחת של תחליב חרוזי ג'ל (GEMs), ברקוד וריצוף.
למרות שהתפתחויות רבות בחקר הסרטן הובילו לפיתוח ולאישור ה-FDA של חומרים המכוונים לקולטנים מעכבים המתבטאים בתאי מערכת החיסון ובתאי הגידול, המכונים מעכבי חסימת נקודות ביקורת, עמידות לטיפול וזיהוי מנגנונים המניעים את תגובת המטופל נותרו מאתגרים1. האתגר המורכב של אפיון ההטרוגניות של הגידול על המגוון המולקולרי שלו ויחסי הגומלין המורכבים בין תאי הגידול לבין המיקרו-סביבה החיסונית מחייב גישות חדשות לנתח את המערכת האקולוגית המורכבת הזו ברזולוציה של תא בודד. הבנת המורכבויות המולקולריות בתוך גידולים והמיקרו-סביבות שלהם היא חיונית לקידום אסטרטגיות טיפוליות ולפענוח הביולוגיה המורכבת העומדת בבסיס התקדמות הסרטן2. ריצוף RNA חד-תאי (scRNA-seq) הפך פופולרי יותר ויותר מכיוון שהוא מספק ניתוח ברזולוציה גבוהה של תאים בודדים בתוך דגימות גידול מורכבות 3,4.
הטרוגניות גידולית, הכוללת הבדלים גנטיים, אפיגנטיים ופנוטיפיים, מציבה אתגר בחשיפת נבכי הביולוגיה של הסרטן5. השיטות המקובלות של ריצוף RNA בתפזורת נוטות לטשטש את פרופילי הביטוי והפנוטיפים הייחודיים של אוכלוסיות תאים הטרוגניות הקיימות בתוך גידולים, שכן שיטות אלה מכניסות אותות בממוצע על פני אוכלוסיות תאים שלמות4. לעומת זאת, scRNA-seq מאפשר דיסקציה של סוגי תאים בודדים, וחושף ביטוי גנים מגוון, דפוסי דיכוי ומצבים תאיים שאחרת התעלמו מהם 4,6. הנחת היסוד של scRNA-seq טמונה ביכולתו לפענח חתימות גנטיות ומולקולריות של תאים בודדים, וטומנת בחובה הבטחה עצומה בגילוי טיפולים חדשים לסרטן7.
על ידי פענוח פרופילי ביטוי הגנים של תאי הגידול ותאי הסטרומה ומערכת החיסון הסובבים אותם, החוקרים יכולים לזהות מטרות טיפוליות חדשות ולפתח אסטרטגיות רפואה גנטית מדויקות המותאמות לחולים בודדים6. יתר על כן, ניתוח הרפרטואר החיסוני בתוך המיקרו-סביבה של הגידול מספק תובנות חיוניות לגבי יחסי הגומלין בין תאי הגידול לבין גורמים חיסוניים, וסולל את הדרך להתערבויות אימונותרפיות3. למרות ההתקדמות בשימוש ב- scRNAseq על דגימות קליניות, מספר אתגרים במהלך שלבי העיבוד עלולים לפגוע בשלמות ה- RNA של התא, בכדאיות ובאיכות הנתונים שנוצרו. יתר על כן, עיבוד רקמה עם כדאיות תאים נמוכה יכול להגדיל את רמות RNA הסביבה בטיפות שנוצרו במהלך אנקפסולציה של תאים בודדים, וכתוצאה מכך זיהום צולב וביאור שגוי של סוגי תאים, בעוד פרוטוקולי דיסוציאציה ארוכים המבוצעים ב 37 ° C יכול להוביל להגברת הרגולציה של חתימת גן תגובת לחץ בסוגי תאים מרובים 8,9, 10.
ההליך ההדרגתי (איור 1A) המתואר בפרוטוקול זה מתחיל בדיסוציאציה מכנית ואנזימטית מהירה של גידולים, ולאחר מכן סינון והסרה של תאים מתים, בהתאם לכדאיות של כל דגימת גידול. נכון לעכשיו, הליך זה אומת במלנומה11, מעי גס12, קרצינומה של תאי קשקש בראש ובצוואר13, דגימות גידול בלבלב וריאות (נתונים שלא פורסמו). טכניקות אלה מבטיחות יצירה של מתלי תאים איכותיים וברי קיימא החיוניים לניתוחים במורד הזרם14. יש לציין, הסרת תאי דם אדומים, ללא RNA מסונתז, הופך הכרחי כדי לטהר את הדגימה15. הערכה מאוחרת יותר של ספירת תאים וחיסול תאים מתים משמשים כתנאי מוקדם ליצירה מוצלחת של תחליב חרוזי ג'ל 10x גנומיקה (GEM), ברקוד, ומגבירים את ההתאוששות של תעתיקים ותאים מרוצפים מבלי לסכן את ההדרה של אוכלוסיות רגישות (למשל, נויטרופילים ותאי אפיתל)16. צעדים אלה הם בסיסיים בפתיחת הפוטנציאל של ניתוח רזולוציה של תא בודד בתוך דגימות גידול 9,10, חשיפת פרופילי ביטוי גנים חדשים וחתימות חיסוניות הנחוצות להנעת התערבויות טיפוליות חדשניות, וזיהוי נקודות תורפה חדשות של הגידול.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מחקר זה עמד בכל ההנחיות המוסדיות בנוגע לדגימת רקמות אנושיות. הסכמה מדעת התקבלה ממטופלים, ונתוני מדגם הניתנים לזיהוי הפכו לאנונימיים. הדגימות נאספות בחדר הניתוח, מונחות בתמיסה של RPMI, מלוחים או PBS, ומאושרות כסרטניות באמצעות המחלקה הפתולוגית לפני השימוש במחקר. כל השלבים, למעט כאשר צוין, צריכים להתבצע ב 4 °C (75 °F) או על קרח. עבוד בתוך מכסה מנוע בטיחות ביולוגית בעת עיבוד רקמות אנושיות. עיין בטבלת החומרים לקבלת פרטים על כל החומרים, הריאגנטים והמכשירים המשמשים בפרוטוקול זה.
1. קבלת המדגם
2. עיכול מכני ואנזימטי
3. סינון לדוגמה
4. ליזה של תאי דם אדומים
5. ספירת תאים
6. הסרת תאים מתים - ערכה 1
הערה: עבוד בתוך מכסה מנוע בטיחות ביולוגית בעת שימוש בריאגנטים להסרת תאים מתים, מכיוון שהם יכולים להזדהם בקלות.
7. הסרת תאים מתים - ערכה 2
הערה: יש לעבוד בתוך מכסה מנוע בטיחות ביולוגית בעת השימוש בריאגנטים של הערכה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ביופסיית מלנומה תלויה בסל"ד התקבלה והונחה מיד על קרח. הדגימה הועברה לתוך צינור מיקרוצנטריפוגה בנפח 1.5 מ"ל שהכיל 420 מיקרוליטר של סל"ד ואנזימי עיכול, נטחנה לחתיכות קטנות באמצעות מספריים, ועברה עיכול אנזימטי לאחר מכן במשך 15 דקות במערבל תרמי בטמפרטורה אנכית של 37°C (איור 1). לאחר העיכול, הדגימה סוננה דרך מסנן חד פעמי סטרילי של 50 מיקרומטר, והמסנן נשטף בסל"ד טרי כדי להגדיל את תפוקת התאים (איור 1). שאר חלקי הרקמה שנותרו לאחר השטיפות הושלכו, שכן מדובר בחומרים ביולוג...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול זה מתאר דיסוציאציה של דגימות גידול אנושיות או מורין לתרחיף חד-תאי לצורך ריצוף scRNA באמצעות המערכת המיקרופלואידית 10x Genomics. בעיבוד רקמות שלעתים קרובות מגיעות מסרטן נדיר או שהן חלק מניסויים קליניים מתמשכים או ניסויים ארוכים בגידולי מורין, הדגימה חייבת להישמר בצורה אופטימלית וקפדנית בין כל השלבים. כל השלבים צריכים להתבצע במהירות על קרח או ב -4 מעלות צלזיוס כדי לשמור על פרופילי הרנ"א התאיים המקוריים ולמנוע התפרקות, שכן עבודה בטמפרטורת החדר לפרקי זמן ממושכים תשפיע על איכות השעתוק17,18
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מ.ס-פ. קיבל מימון מבריסטול מאיירס-סקוויב, איסטארי אונקולוגיה, והיה יועץ עבור Galvazine Therapeutics.
מחקר זה נתמך על ידי קרן אדלסון למחקר רפואי (AMRF), הברית לחקר מלנומה (MRA) ו-U54CA224068. איור 1, איור 4 ואיור 5 נוצרו עם BioRender.com.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 1x PBS | Corning | 21-040-CV | |
| 10 מ"ל פיפטה סרולוגית | קורנינג | 357551 | |
| 1000 μ L קצות פיפטה עם שמירה נמוכה | Rainin | 30389213 | |
| 1000 μ L קצות פיפטה רחבים עם שמירה נמוכה | Rainin | 30389218 | |
| 1000 μ קצות פיפטה L | Rainin | 30389212 | |
| 10x מפריד מגנטי | 10x גנומיקה | 120250 | |
| 15 מ"ל צינורות חרוטיים | קורנינג | 430052 | |
| 2 מ"ל פיפטה שואבת | קורנינג | 357558 | |
| 20 μ L קצות פיפטה עם שמירה נמוכה | Rainin | 30389226 | |
| 20 μ L קצות פיפטה | Rainin | 30389225 | |
| 200 μ L קצות פיפטה עם שמירה נמוכה | Rainin | 30389240 | |
| 200 μ קצות פיפטה L | Rainin | 30389239 | |
| 50 מ"ל צינור חרוטי פוליפרופילן | פלקון | 352098 | |
| 60 x 15 מ"מ צלחת תרבית רקמות | פלקון | 353004 | |
| ACK מאגר ליסינג | Gibco | A10492-1 | |
| BD 1 מ"ל מזרק | Becton, Dickinson and Company | 3090659 | |
| Bright-Line Hemocytometer | Hausser Scientific | 551660 | |
| תמיסת סידן כלוריד | סיגמא אולדריץ' | 2115-100 מ"ל | |
| ריינג'ר תאים | 10x Genomics | N/A | https://www.10xgenomics.com/support/software/cell-ranger/latest |
| שקופיות ספירת תאים עבור מונה תאי TC20 | Bio-Rad | 1450015 | |
| CellTrics 30μ מסננים חד פעמיים סטריליים M | Sysmex | 04-004-2326 | |
| CellTrics 50μ m מסננים חד פעמיים סטריליים | Sysmex | 04-004-2327 | |
| ערכת הסרת תאים מתים | Miltenyi Biotec | 130-090-101 | חנות ב -20 מעלות; C; ערכה 2 |
| מלקחיים לניתוח, קצה עדין | VWR | 82027-386 | |
| צינורות מיקרוצנטריפוגה DNA LoBind, 1.5 מ"ל | Eppendorf | 22431021 | |
| EasySepTM הסרת תאים מתים (נספח V) ערכת | STEMCELL Technologies | 17899 | חנות ב-4 מעלות; C; ערכה 1 |
| צנטריפוגה אפנדורף 5425R | אפנדורף | 5406000640 | |
| צנטריפוגה אפנדורף 5910R | אפנדורף | 2231000657 | |
| בקר פיפטה אלקטרוני | אפנדורף | EP4430000018 | |
| אפנדורף תרמומיקסר F1.5 דגם 5384 | אפנדורף | EP5384000012 | |
| FBS | Gibco | 26140-079 | יש לאחסן בטמפרטורה של 4 מעלות; C, שימוש במכסה מנוע |
| ביולוגי גרמני נירוסטה | מספריים Fine Science | Tools 14568-12 | |
| Leica Dmi1 מיקרוסקופ | Leica Microsystems | 454793 | |
| LS Column | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
| MACS Multistand | Miltenyi Biotec | 130-042-303 | |
| Pipet-Lite LTS פיפטה L-1000XLS+ | Rainin | 17014382 | |
| Pipet-Lite LTS פיפטה L-200XLS+ | Rainin | 17014391 | |
| Pipet-Lite LTS פיפטה L-20XLS+ | Rainin | 17014392 | |
| Quadro MACS מגנט | Miltenyi Biotec | 130-091-051 | |
| RPMI בינוני 1640 (1x) | Gibco | 21870-076 | חנות ב-4 מעלות; C |
| TempAssure 0.2 מ"ל PCR 8 רצועות צינור | ארה"ב Scientific | 1402-4700 | |
| כתם כחול טריפן 0.4% | Thermo Fisher Scientific | T10282 | |
| ערכת דיסוציאציה של גידולים, Human | Miltenyi Biotec | 130-095-929 | חנות ב -20 & deg; C, הכינו אנזימים לפי הוראות הערכה: הרכיבו מחדש את בקבוקון האנזים H הליופילי ב-3 מ"ל של RPMI 1640 הרכיבו מחדש את בקבוקון האנזים הליופילי R ב-2.7 מ"ל של RPMI 1640 הרכיבו מחדש את בקבוקון האנזים הליופילי A ב-1 מ"ל של Buffer A שסופק עם הערכה. |
| ערכת דיסוציאציה של גידולים, עכבר | Miltenyi Biotec | 130-096-730 | חנות ב -20 & deg; C, הכינו אנזימים לפי הוראות הערכה: הרכיבו מחדש את בקבוקון האנזים הליופילי D ב-3 מ"ל של RPMI 1640 הרכיבו מחדש את בקבוקון האנזים הליופילי R ב-2.7 מ"ל של RPMI 1640 הרכיבו מחדש את בקבוקון האנזים הליופילי A ב-1 מ"ל של מאגר A שסופק עם הערכה. |
| UltraPure מים מזוקקים | Invitrogen | 10977-015 | חנות ב-4 מעלות; ג |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.