כאן, אנו מראים כי לייזרים בהספק גבוה של 375 ננומטר ו- 405 ננומטר יכולים לעורר ביעילות את Hoechst 33342 ולשמש חלופה בת קיימא ללייזר 355 ננומטר לזיהוי תאי אוכלוסיית צד (SP), ובכך להרחיב את טווח הלייזרים הזמינים ביישומי ציטומטריית זרימה.
מאמר שיטה
כאן, אנו מראים כי לייזרים בהספק גבוה של 375 ננומטר ו- 405 ננומטר יכולים לעורר ביעילות את Hoechst 33342 ולשמש חלופה בת קיימא ללייזר 355 ננומטר לזיהוי תאי אוכלוסיית צד (SP), ובכך להרחיב את טווח הלייזרים הזמינים ביישומי ציטומטריית זרימה.
תאי אוכלוסיית הצד (SP) מזוהים באמצעות צביעת Hoechst 33342 ומנותחים באמצעות ציטומטריית זרימה (FCM). שיטת Hoechst SP משמשת לבידוד תאי גזע בהתבסס על תכונות שטף הצבע של מובילי קלטות קושרות ATP (ABC). השיטה שימשה בתחילה לזיהוי ובידוד של תאי גזע המטופויטיים (HSCs), אך כעת היא התפתחה להתמקד בעיקר בזיהוי ובידוד של תאי גזע סרטניים (CSC). שיטת הזיהוי המסורתית של FCM משתמשת בלייזר 355 ננומטר כדי לעורר את הצבע כדי לזהות תאי SP. באמצעות מחקר זה, זיהינו בהצלחה גישות חלופיות לעירור צבע שיכולות להחליף ביעילות את הזיהוי של תאי SP באמצעות לייזר 355 ננומטר. זה מושג באמצעות שימוש בלייזרים בהספק גבוה של 375 ננומטר או 405 ננומטר. זה מאפשר לנו לתרגל סלקטיביות משופרת בזיהוי תאי SP במקום להיות מוגבלים אך ורק לציטומטריית זרימת לייזר של 355 ננומטר.
תאי אוכלוסיית הצד (SP) מזוהים באמצעות צביעת Hoechst 33342 ומנותחים באמצעות ציטומטריית זרימה (FCM). תאי SP מאופיינים בשאיבת צבע הדנ"א הפלואורסצנטי מתוך התאים דרך טרנספורטרקלטת קשירת ATP (ABC) 1,2. השיטה הוקמה במקור לבידוד תאי גזע המטופויטיים של מח עצם מורין (HSCs)1. תאי SP מח העצם הועשרו באוכלוסייה של HSCs המאופיינת בביטוינמוך CD117+Sca-1+Lin-Thy1 3,4. לאחר מכן, נעשה שימוש נרחב בשיטה כדי לבודד ולהעשיר תאי גזע מרקמות אחרות, כולל שריר הלב5, כבד6, ריאות7, כליות8 ומוח קדמי9. בפרט, השיטה יושמה לבידוד תאי גזע סרטניים (CSC) בעשור האחרון. CSCs מייצגים אוכלוסייה קטנה של תאים בעלי תכונות של התחלת גידול, התחדשות עצמית, עמידות לכימותרפיה ופוטנציאל גרורתי10. CSCs זוהו בתחילה בממאירויות המטופויטיות11 ולאחר מכן נצפו בגידולים מוצקים שונים כגון ערמונית12, שחלות13, קיבה14, שד15 וקרצינומה ריאות16. למרות זמינותן של טכניקות שונות לזיהוי CSC, טכניקת SP נותרה בחירה מועדפת בשל תחולתה הרחבה על פני רקמות וקווי תאים מגוונים. יתר על כן, זוהי טכניקה רבת ערך המבודדת CSCs באמצעות מיון תאים מופעל פלואורסצנטי (FACS)16,17,18. ממצאי הניסוי מראים כי תאי SP מפגינים גידוליות בולטת ומציגים רמות ביטוי גבוהות של גנים הקשורים לתאי גזע19,20. המחקר הקודם שלנו21 הראה גם כי ניתוח שעתוק של תאי SP מבודדים במיאלומה נפוצה מגלה העשרה של מסלולי איתות הקשורים לתאי גזע, כגון מסלול הקיפוד. בינתיים, ביצענו ניתוחי העשרת מסלולים על הגנים המתבטאים באופן דיפרנציאלי בתאי SP של לוקמיה מיאלוגנית חריפה22. הגנים שהשתנו הועשרו במסלולים הקשורים לתאי גזע (Wnt/β-catenin, TGF-β, Hedgehog, Notch). מצאנו כי 1 x 105 תאי SP יכולים ליצור גידולים בעכברי BALB/c null22, בעוד שתאים שאינם SP לא יכולים, מה שמצביע על כך שלתאי SP היו מאפיינים של תאי גזע לוקמיה. יעילותה של שיטת Hoechst SP בזיהוי CSCs ניכרת.
פרוטוקול Hoechst SP שוכלל ושופר באמצעות התקדמות המחקר. הפרוטוקול כולל בקרה קפדנית של ריכוז הצבע, צפיפות התא, טמפרטורת הדגירה ומשך, הרכב החיץ וערך ה- pH. דגימות התאים שהוכנו בהתאם לפרוטוקול זה עברו אנליזה ציטומטרית של זרימה. בשל העירור של צבע Hoechst עם לייזר UV ב 355 ננומטר וזיהוי הפליטה הפלואורסצנטית שלו באמצעות מסנן 690/50 ננומטר (Hoechst אדום) ומסנן 450/50 ננומטר (Hoechst Blue), לייזר 350 ננומטר נדרש עבור FCM. עם זאת, לייזרים של 350 ננומטר אינם מצוידים בדרך כלל ברוב מכשירי FCM בגלל עלותם הגבוהה. לפיכך, ניסינו למצוא גישה חלופית לעירור צבע לזיהוי יעיל של תאי SP על ידי ציטומטריית זרימה. במחקר זה, היכולת של לייזרים 375 ננומטר ו 405 ננומטר בגילוי תאי SP הושוותה לזו של לייזר 355 ננומטר. הממצאים שלנו מראים דמיון מדהים בין תאי SP שזוהו על ידי לייזרים של 355 ננומטר, 375 ננומטר ו-405 ננומטר. תוצאות אלה מצביעות על כך שהלייזרים בעוצמה גבוהה של 375 ננומטר ו- 405 ננומטר יכולים לשמש כחלופות אפשריות ללייזר 355 ננומטר לזיהוי תאי SP. הכללת מקורות אור עירור נוספים עבור Hoechst 33342 מקלה על השימוש במודלים נוספים של ציטומטריית זרימה.
הניסויים במחקר זה השתמשו בסך הכל ב-10 עכברי C57BL/6 בגילאי 8 עד 12 שבועות. פעולות הניסוי נערכו בהתאם לפרוטוקול שאושר על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת סצ'ואן (#201609309). חומרים ניסיוניים והפרמטרים של ציטומטריית זרימה המשמשים במאמר זה מפורטים בטבלת החומרים.
1. בידוד ואיסוף של תאי מח עצם עכבר
2. צביעה סלולרית
3. ציטומטריית זרימה
הערה: לסיכום המערכות והתצורות השונות שבהן נעשה שימוש, ראה טבלה 1.
באיור 2, קבוצת הביקורת טופלה באמצעות verapamil, אשר חוסם טרנספורטרים ABC בתאי גזע כדי למנוע את חיסול Hoechst 33342. בכך, תאי הגזע בקבוצה הלא-וראפמילית מגרשים את Hoechst 33342 ויוצרים אוכלוסיית תאים שלילית הידועה בשם תאי SP. לייזר 355 ננומטר עורר ביעילות את הצבע Hoechst 33342, וכתוצאה מכך תצפית ברורה על תאי SP של מח עצם (איור 2A). תאי SP של אותן דגימות שזוהו על-ידי לייזר 355 ננומטר ולייזר 405 ננומטר נמצאו זהים במהותם (איור 2D).
מאיור 2 ומאיור 3 ראינו שגם מודלים אחרים של מדי זרימה לא מסורתיים יכולים לזהות תאי SP. התוצאות מצביעות על כך שגם לייזרים של 375 ננומטר וגם לייזרים של 405 ננומטר עוררו ביעילות את Hoechst 33342 כדי להשיג תאי SP (איור 3A-B). כאשר יש צורך לזהות או לבודד CSCs או HSCs, אנו יכולים לבחור לייזר 375 ננומטר או 405 ננומטר במקום לייזר 355nm.

איור 1: לוגיקת הגדרת שער מבוססת ציטומטריה של זרימה לזיהוי תאי SP. (A) FSC-A ו-FSC-W שימשו להרחקת תאים דבקים. שער A מייצג את הצביר החד-תאי. (B) הפרמטרים של FSC-A ו-SSC-A שימשו לסילוק פסולת סלולרית. שער B מייצג את צביר התאים הלא-מקוטעים. (C) נבחרו תאים חיים המציגים יודיד פרופידיום שלילי (PI). שער C מייצג את אשכול התאים החיים. (D) אותות פלואורסצנטיים נקלטו דרך ערוצי 690/50 ננומטר (Hoechst-red) ו-450/50 ננומטר (Hoechst-blue). שער SP מייצג את אשכול תאי SP. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: לייזר בעוצמה גבוהה של 405 ננומטר מזהה תאי SP באותה יעילות כמו לייזר של 355 ננומטר. (A) צבע Hoechst 33342 עורר על ידי לייזר 355 ננומטר מציטומטר זרימה קונבנציונלי כדי לזהות את תאי SP של מח העצם. (ב, ג) תאי SP של מח עצם זוהו על ידי לייזרים 355 ננומטר ו 405 ננומטר של אותו FCM. (D) תאי SP של אותן דגימות שזוהו על ידי לייזר 355 ננומטר ולייזר 405 ננומטר נמצאו זהים במהותם. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: לייזרים בעוצמה גבוהה של 375 ננומטר ו-405 ננומטר מסוגלים לזהות תאי SP. (A) לייזר בעוצמה גבוהה של 375 ננומטר יכול לזהות תאי SP. (B) ניתן לזהות את תאי SP של מח עצם גם באמצעות לייזרים של 405 ננומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
| סוג לייזר | אורך גל לייזר (nm) | כוח לייזר (mW) | מסנן אדום Hoechst (nm) | המסנן הכחול Hoechst (nm) | |
| Moflo Astrios EQ | גז ארגון | 355 | 100 | 692/75 | 448/59 |
| CytoFLEX LX | מוליכים למחצה | 355 | 20 | 690/50 | 450/50 |
| 405 | 80 | 690/50 | 450/50 | ||
| CytoFLEX S | מוליכים למחצה | 375 | 60 | 690/50 | 450/50 |
| CytoFLEX SRT | מוליכים למחצה | 405 | 80 | 690/50 | 450/50 |
טבלה 1: סיכום תצורות ציטומטר זרימה.
השתמשנו בפרוטוקול המתואר כדי לערוך שלושה ניסויים, כאשר כל ניסוי כלל 3-4 עכברים, והתוצאה הייתה בסך הכל 10 עכברים. חלקם של תאי SP נע בין 0.05% ל -0.76%. חשוב לציין כי נצפו וריאציות אינדיבידואליות בקרב העכברים. השתמשנו בארבעה ציטומטרים של זרימה כדי לנתח את דגימות Hoechst. נצפה כי עירור של צבע Hoechst על ידי לייזר 20 mW 355 ננומטר על הגרסה החדשה של ציטומטריית זרימה שווה לזה של לייזר 100 mW 355 ננומטר על ציטומטריית זרימה מיושנת. ניתן לייחס תופעה זו לשונות בסוגי הלייזר המשמשים בשתי המערכות. את הסיבה הפוטנציאלית להשפעה הנצפית של לייזרים של 375 ננומטר ו-405 ננומטר ניתן לייחס לתפוקת הכוח המשמעותית של שני הלייזרים בשילוב עם השימוש בגלאי פוטודיודת מפולת שלגים (APD). ערוץ Hoechst Red-A לכד את אורך הגל הארוך כמעט אדום של 690 ננומטר, כאשר יעילות ההמרה הפוטואלקטרית של צינור מכפיל האור (PMT) הייתה נמוכה יחסית. עם זאת, APD הוכיח יעילות המרה פוטואלקטרית גבוהה בערך פי עשרה מזו של PMT24. לכן, בשילוב עם לייזרים בעוצמה גבוהה של 375 ננומטר ו- 405 ננומטר, גלאי APD מבחינים ביעילות בין תאי SP. לייזר 405 ננומטר לא רק מזהה ביעילות תאי SP, אלא גם מציג יכולת מעולה להבחין בין תת-קבוצה של אוכלוסיות חיוביות אדומות חלשות בהשוואה ללייזר 355 ננומטר.
השלב הקריטי של הפרוטוקול הוא להשתמש בציטומטריית זרימה עם לייזר 375 ננומטר או לייזר 455 ננומטר כדי לזהות תאים עם ערוצים 690/50 ננומטר (Hoechst-red) ו-450/50 ננומטר (Hoechst-blue). בעוד שהטכניקה מזהה תאי SP עם לייזרים של 375 ננומטר ו- 405 ננומטר במקום לייזר 355 ננומטר (לייזר מסורתי לניתוח תאי SP1), הנפוצים יותר ב- FCM, נדרשים לייזרים בהספק גבוה של 375 ננומטר ו- 405 ננומטר. זה מוביל למגבלות של טכנולוגיה זו. משמעות השיטה היא להרחיב את טווח הלייזרים המשמשים לגילוי צבעי Hoechst כך שניתן יהיה להשתמש במודלים אחרים של ציטומטריית זרימה לזיהוי תאי SP.
לא הוכרז על ניגוד עניינים.
עבודה זו נתמכה על ידי המענקים ל- J.H. מהקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מס '81800207). הסיוע של Beckman Coulter, Inc. במתן תמיכה עבור ציטומטריית זרימה וכיול פרמטרים מוערך מאוד. אנו מודים לג'יאו צ'ן ממעבדת המפתח הממלכתית למחלות אוראליות, בית החולים לסטומטולוגיה במערב סין, אוניברסיטת סצ'ואן, ויו צ'י ממרכז המחקר לרפואה רגנרטיבית, בית החולים מערב סין, אוניברסיטת סצ'ואן, על עזרתם ברכישת נתוני ציטומטריה של זרימה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מונה תאים אוטומטי | Countstar | 1M1200 | |
| מסנן תאים (100 ומיקרו; m) | BIOFIL | CSS-013-100 | |
| בקרת איכות יומית פלואורוספירות | בקמן קולטר | B5230 | |
| Dulbecco's Modification of Eagle's Medium עם 4.5 גרם/ליטר גלוקוז (מדיום DMEM) | CORNING | 10-013-CVRC | |
| סרום בקר עוברי | CORNING | 35-081-CV | |
| HBSS | Hyclone | SH30030.02 | |
| Hoechst 33342 | Sigma-Aldrich | B2261 | |
| Propidium iodide (PI) | Sigma-Aldrich | P4170 | |
| מאגר ליזה של תאי דם אדומים | Beyotime | C3702 | |
| Verapamil | Sigma-Aldrich | V4629 |