אנו מציגים פרוטוקול לשימוש בפלטפורמה מיקרופלואידית למידול אינטראקציות בין גידול למערכת החיסון בתוך סביבה תלת-ממדית (3D). התוצאות שלנו גילו שתאי Natural Killer (NK) שמרו על פעילותם נגד הגידול תחת דחיסה מכנית.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
אנו מציגים פרוטוקול לשימוש בפלטפורמה מיקרופלואידית למידול אינטראקציות בין גידול למערכת החיסון בתוך סביבה תלת-ממדית (3D). התוצאות שלנו גילו שתאי Natural Killer (NK) שמרו על פעילותם נגד הגידול תחת דחיסה מכנית.
כוחות מכניים משפיעים באופן משמעותי על יכולתם של תאי מערכת החיסון להרוג תאי גידול בהקשר של אימונותרפיה מבוססת תאים. כדי להרוג תאי גידול, תאי מערכת החיסון חייבים להפעיל כוחות על תא המטרה וליצור סינפסה חיסונית, שדרכה מועברים מולקולות ציטוטוקסיות — כולל granzyme B. למרות חשיבותם, האופן שבו ניתן לנצל רמזים מכניים כדי להגביר הרג המתווך על ידי מערכת החיסון נותר לא מובן דיו. פער ידע זה נובע בחלקו מהיעדר כלים המסוגלים לספק מאץ מכני מבוקר היטב לתרביות תאים בסביבה ריאליסטית מבחינה פיזיולוגית. כאן, אנו מתארים התקן דחיסה מיקרופלואידי שיכול להפעיל דחיסה סטטית או דינמית על ספרואידים של גידול המוטמעים במטריצה חוץ-תאית (ECM), תוך מתן אפשרות לדימוי בזמן אמת של אינטראקציות בין הגידול למערכת החיסון באמצעות מיקרוסקופיה אופטית.
הפלטפורמה המיקרופלואידית מורכבת מ-12 תאים (6 תאי בקרה ו-6 תאים פונקציונליים). כל תא מכיל תא תאים הממוקם ישירות מתחת ליחידת בקרת הלחץ. ספרואידים המוטמעים ב-ECM ממוקמים בתוך תא התאים. באמצעות פלטפורמה זו, חקרנו את יעילות ההריגה של תאי Natural Killer (NK) כנגד ספרואידים של גידול שדי (MCF-7) תחת דחיסה מכנית מוגדרת. התוצאות הראו כי תאי NK נותרו הגורמים המרכזיים למות הספרואידים של הגידול ללא קשר לדחיסה מכנית ב-1.5 mg/mL collagen. מכך עולה כי תאי NK יכולים לשמר את פעילותם האנטי-גידולית תחת עקה דחוסה. ממצאים אלו מדגימים את יעילותה של פלטפורמה זו לחקירת תפקידן של כוחות מכניים באינטראקציות בין גידול למערכת החיסון. מחקרים נמשכים מזהים כעת את המנגנונים המולקולריים המאפשרים לתאי חיסון להסתגל לעקה דחוסה. תובנות שיירכשו ממחקרים אלו עשויות לחשוף נתיב טיפולי מבטיח.
אימונותרפיה לסרטן מבוססת תאים היא גישה טיפולית המשתמשת בתאי מערכת החיסון כדי להתמקד בתאי סרטן1. אסטרטגיה זו הוכיחה הצלחה ניכרת בטיפול בסרטני דם2,3,4. עם זאת, רמת ההצלחה שנצפתה בסרטני דם טרם תורגמה במלואה לטיפול בגידולים סולידיים5,6,7. סיבה מרכזית אחת למגבלה זו היא מיקרו-סביבת הגידול (TME) המדכאת את מערכת החיסון, המאפיינת גידולים סולידיים.
ה-TME מאופיין ברמזים מכניים מובחנים שיכולים להסדיר את ההתנהגות התאית. כדי שתהיה השמדה יעילה של תאי גידול על ידי תאי חיסון, על האחרונים להפעיל כוחות על תאי המטרה ולהקים סינפסה חיסונית שדרכה מועברים מולקולות ציטוטוקסיות8. לפיכך, הבנה של האופן שבו כוחות מכניים משפיעים על תפקוד תאי חיסון עשויה לחשוף אסטרטגיות טיפוליות חדשות לשיפור היעילות של אימונותרפיות מבוססות תאים נגד גידולים סולידיים.
מאפיין מכני מגדיר של TME מוצק הוא מאמץ הדחיסה שסביבת המיקרו של הגידול מפעילה על הגידול הצומח9,10. עד כה, מרבית מחקרי הדחיסה התמקדו בהשפעות על התנהגות תאי הגידול10,11. רק לאחרונה עברה תשומת הלב להבנת האופן שבו דחיסה משפיעה על תאי חיסון בתוך ה-TME12. כתוצאה מכך, המנגנונים שבאמצעותם מאמץ דחיסה משפיע על נדידת תאי Natural Killer (NK), עלה היווצרות הסינפסה החיסונית ועל פעילות הציטוטוקסיות נותרו לא מובנים דיו ולא כוונתו באופן מספיק. פער זה מהווה מגבלה קריטית בהבנתנו לגבי האופן שבו ניתן לנצל רמזים מכניים בתוך ה-TME כדי לשפר את התקיפה החיסונית של גידולים מוצקים.
מחסום מרכזי במתן מענה לשאלה זו הוא המחסור בפלטפורמות ניסיוניות המסוגלות להפעיל דחיסה מבוקרת וכמותית בתוך מיקרו-סביבות תלת-ממדיות רלוונטיות פיזיולוגית, תוך שהן מאפשרות בו-זמנית דימות בזמן אמת של אינטראקציות בין גידול למערכת החיסון. גישות ניסיוניות מוקדמות לבחינת מאמץ דחיסה כללו הטמעה של ספרואידים בג'לי אגרוז13. בעוד ששיטה זו לכדה ביעילות את ההגבלה הפיזית, היא ביטלה אינטראקציות טבעיות בין תאים למטריצה החוץ-תאית (ECM). Dolega et al. השתמשו בלחץ אוסמוטי כדי להשרות מאמץ דחיסה; עם זאת, הספרואידים היו תלויים בתווך תרבית ולכן נותרו חסרי אינטראקציות עם ה-ECM9. Pandey et al. השתמשו במבנה transwell ובמשקולות כדי לדחוס ספרואידים המוטמעים בקולגן, מה ששמר על אינטראקציות בין ה-ECM לתאים אך הגביל את הדימות ברזולוציה גבוהה הדרוש לכימות ניידות של תאי חיסון ופעילות ציטוטוקסית14. יחד, מגבלות אלו מדגישות את הצורך בפלטפורמות ניסיוניות המאפשרות דימות בזמן אמת של התגובות המורפולוגיות של תאים לדחיסה בתוך ה-TME.
כאן אנו מציגים פרוטוקול למכשיר דחיסה מיקרופלואידי15 המאפשר הפעלה מבוקרת של מאמץ דחיסה תוך שימור אינטראקציות רלוונטיות פיזיולוגית בין תאים ל-ECM ותמיכה בדימות תאי חיים ברזולוציה גבוהה של דינמיקה בין תאי חיסון לגידול. הפרוטוקול מורכב מהכנת רכיבי המכשיר (סעיף 1), הרכבת המכשיר (סעיף 2) ודימות של אינטראקציות בין גידול לתאי חיסון (סעיף 3). אנו מדגימים את זרימת העבודה באמצעות בדיקת הרג של תאי NK כנגד ספרואידים של גידול המסומנים בחלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP). מעבר ליישום זה, ניתן להתאים בקלות את הפלטפורמה לחקר ההשפעות של כוחות מכניים על מגוון רחב של סוגי תאים ואינטראקציות תאיות בסביבות מיקרו 3D.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הכנת רכיבי המכשיר
2. הרכבת המכשיר
3. דימוי של אינטראקציות בין גידול למערכת החיסון
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עבור הניסויים הבאים, נעשה שימוש במכשיר דחיסה מיקרופלואידי15 כדי לדמות אינטראקציות בין גידול למערכת החיסון בתוך מיקרו-סביבה תלת-ממדית רלוונטית פיזיולוגית, ובמקביל, להפעיל דחיסות סטטיות ודינמיות על ספרואידים של גידולים (איור 1). רכיבי המכשיר (איור 1A1) וסדר ההרכבה שלהם (איור 1A2) מוצגים ב-איור 1A. מסגרת המתכת משמשת כבסיס של המכשיר, כאשר שכבת תא תא...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שיטה זו מתארת את השימוש במכשיר דחיסה מיקרופלואידי לבחינת ההשפעות של מאמץ דחיסה על אינטראקציות בין גידול למערכת החיסון. מערכת זו מסוגלת להפעיל דחיסה מכנית מבוקרת על ספרואידים של גידול המוטמעים בתוך מטריצת קולגן תלת-ממדית. תשתית הזכוכית המהווה את בסיס תא התאים (L1) מאפשרת דימות תאים חיים ברזולוציה גבוהה, מה שהופך את הפלטפורמה למתאימה מאוד למחקרים השואפים לכמת ניידות של תאי חיסון, חדירה ופעילות ציטוטוקסית. באופן חשוב, המערכת משמרת אינטראקציות בין תא לתא ובין תא למטריצה תוך שהיא מאפשרת בקרה מדויקת על הסביבה המכנית. לעומת זאת...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי עניינים להצהיר עליהם.
עבודה זו נתמכה על ידי מענק מהמכון הלאומי לסרטן (Grant R01CA221346), מלגת Lance R. Collins מהמכללה להנדסה באוניברסיטת קורנל עבור FM, וקרן ה-Provost של קורנל לחוסן מחקרי עבור FM. עבודה זו בוצעה בחלקה במתקן ה-NanoScale של קורנל, חבר בתשתית הריכוז הלאומית לננוטכנולוגיה (NNCI), הנתמכת על ידי הקרן הלאומית למדעים (Grant NNCI-2025233).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 1 N NaOH | Sigma-Aldrich | 79724 | 7 µL |
| 10× מדיום M199 | Sigma-Aldrich | M0650 | 200 µL |
| 2-מרקפטואתנול | ThermoFisher | 313500100 | |
| מדחס אוויר | Elveflow | מדחס Jun-Air מדגם 3 | |
| במה של מיקרוסקופ X-Y אוטומטית | מכשור מדעי יישומי | MS-2000 | |
| מצלמת CCD | Hamamatsu Photonics | ORCA-R2 | |
| סרום עגל עוברי (FBS) | GeminiBio | S11150 | |
| צינור להגשת נוזלים | Eleveflow | גליל רזרבי של צינור PTFE | 1/16 אינץ' בקוטר חיצוני |
| מקור אור פלואורסצנטי | Excelitas Technologies | יחידת PC מסדרת X-Cite 120 | |
| חומצה פולית | סיגמא | F7876 | |
| גלוטראלדהיד | מדעי ה-EM | 16019 | 0.10% |
| מנקה פלזמה של Harrick | Harrick Plasma | PDC-001-HP | הגדרת הספק גבוה (45W) |
| סרום סוס (HS) | ThermoFisher | 16050-122 | |
| מיקרוסקופ אפי-פלואורסצנטי הפוך | Olympus | IX81 | עדשת אובייקטיב 20x (NA = 0.25), המופעלת באמצעות תוכנת Olympus CellSens |
| מסיכה | Artus | גיליון דק של אלומיניום במידה 10 | העובי הוא 0.0125" (0.75 ממ') |
| קו תאים יציב של MCF-7/GFP (Puromycin) | GenTarget Inc | SC050-G | |
| מסגרת מתכת | הכנה בהתאמה אישית | הכנה בהתאמה אישית | |
| מאגר מיקרופלואידי | Eleveflow | מאגר מיקרופלואידי בנפח 50 מ"ל | |
| מיקרוסקופ | Olympus | CKX41 | עדשת אובייקטיב 4x (NA = 0.1) |
| מיו-אינוזיטול | סיגמא | I7508 | |
| NK-92 MI | ATCC | CRL-2407 | |
| פניצילין/סטרפטומייצין | Gibco | 15140122 | |
| סריש פוספטי מאוזן (PBS) | ThermoFisher | 10010072 | |
| צינור פניאומטי | Eleveflow | כניסת צינור פוליאתר PUR שקוף | 4" קוטר חיצוני ב-מ"מ |
| פוליאתילן-אימין (PEI) | Sigma-Aldrich | P3143 | 1% |
| בקר לחץ | Elveflow | OB1 NK4 | מופעל באמצעות תוכנת Elveflow Smart Interface |
| קולגן מסוג I מזנב חולדה | Corning | 354249 | 31.3 µL מתוך תמיסת מקור של קולגן בריכוז 9.6 mg/mL |
| ברגים | פיליפס | בורג ראש שטוח M2.5 | 12 ברגים |
| דגרה לשולחן המיקרוסקופ | פלסטיק מדויק | מיוצר לפי הזמנה | |
| מזרק | Becton Dickinson | 303134 | מוצמד למסגרת נעילה אינטגרלית של Luer זכר ל-3/32" OD Barb מבית Eleveflow |
| αמדיום MEM- | ThermoFisher | 12561056 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מאמר זה פורסם
הסרטון יגיע בקרוב