Name: Divisione delle cellule dei mammiferi in matrici 3D tramite microscopia confocale quantitativa di riflessione (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-11-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 22 s
Description: Impara a studiare la divisione cellulare dei mammiferi in matrici 3D di collagene utilizzando la microscopia confocale di riflessione. Questo metodo fornisce approfondimenti sulle interazioni cellula-matrice in un ambiente fisiologicamente rilevante.

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Questo lavoro è stato supportato da NIH concede R01CA174388 e U54CA143868. Gli autori si desidera ringraziare il premio PURA della Johns Hopkins University per il supporto di Chen Wei-tong. Questo materiale si basa su lavori sostenuta dalla National Science Foundation Graduate Research Fellowship sotto Grant n. 1232825.

Protocollo di cui segue le linee guida di il Homewood The delle revisione istituzionale in Consiglio (HIRB).
1. stabile espressione di H2B-mCherry come indicatore per mitosi delle cellule
<ol><li>
Generazione di particelle lentivirali da embrionali umane del rene 293T (HEK 293T) cellule
	<ol>
<li>Le cellule HEK 293T su una piastra di coltura delle cellule di 10 cm alla densità di 5 x 106 cellule/piatto nel mezzo di coltura cellulare (di Dulbecco Medium (DMEM) contenenti elevati del glucosio dell'Aquila per volta (4,5 g/L), piruvato di sodio, 10% siero bovino fetale (FBS) e 1% del piatto penicillina-streptomicina (Pen/Strep)). Incubare per 24 h a 37 ° C e 5% di anidride carbonica (CO2). Il confluency di desiderata delle cellule il giorno di transfezione è circa 70-80%. Nota: Le cellule HEK 293T sono usate qui per produrre particelle virali, che verranno utilizzate successivamente per trasdurre cellule MDA-MB-231 al fine di generare una linea di cellule che esprimono stabilmente H2B-mCherry. Assicurarsi che le celle siano distribuite uniformemente in tutta la piastra. Aggiunta delle cellule goccia saggio alla piastra, e delicatamente muovendo avanti e indietro la piastra può aiutare nella distribuzione uniforme. Cellule possono anche essere seminate in piastre o boccette di altri formati, che si tradurrà nella raccolta di volumi differenti di particelle virali.</li>
		<li>Transfect le cellule HEK 293T utilizzando un reagente di transfezione con tre plasmidi (vettore lentivirale, CMV ΔR 8,91 e pMDG-VSVG). Il plasmide codifica H2B-mCherry è clonato in un vettore lentivirale con promotore di chinasi di phosphoglycerate (PGK). ΔR CMV 8,91 contiene tre richiesto HIV geni gag, pole rev. pMDG-VSVG contiene il gene di busta VSV-G. Nota: Ci sono più agenti di transfezione da scegliere.<ol>
<li>Lasciare riposare il flaconcino di reagente di transfezione di raggiungere temperatura ambiente (TA) prima dell'uso. Inverti o vortex brevemente la fiala.</li>
			<li>Mix 16 µ g di DNA, che consiste di 6 µ g di H2B-mCherry plasmide, 8 µ g di CMV ΔR 8,91 e 2 µ g di pMDG-VSVG, in 1 mL di media riduttori del siero. Incubare a temperatura ambiente per 5 min. Nota: La quantità e il rapporto dei tre vettori è variato e ottimizzato per vettori lentivirali differenti di trasferimento.</li>
			<li>µ L 48 (utilizzare il rapporto 1:3 di DNA: reagente di transfezione) di reagente di transfezione nella soluzione di DNA di cui sopra e poi incubare a temperatura ambiente per almeno 15 min. Nota: Il rapporto del DNA vs reagente di transfezione è variato e ottimizzato per vettori lentivirali differenti di trasferimento. Assicurarsi che il reagente di transfezione non faccia contatto con il lato della provetta da centrifuga da 1,5 mL.</li>
			<li>Aggiungere la soluzione di complessi DNA-lipidico effettuata nel passaggio 1.1.2.3 drop-wise alle cellule. Agitare delicatamente la piastra per garantire la distribuzione uniforme del complesso della piastra.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Circa 6 ore dopo la trasfezione, aspirare il mezzo e aggiungere mezzo di coltura di cellule fresche (DMEM con alto glucosio (4,5 g/L), piruvato di sodio, 10% FBS e 1% Pen/Strep).</li>
		<li>Raccogliere il surnatante 24, 48 e post-transfezione 72 h. Sostituire il mezzo dopo ogni raccolto (DMEM, 4,5 g/L glucosio, sodio piruvato, con 10% FBS e 1% Pen/Strep).</li>
		<li>Filtrare le particelle lentivirali attraverso un filtro da 0,45 µm per rimuovere i detriti cellulari. In alternativa, di rallentare il supernatante di separare i detriti cellulari. Il supernatante può essere utilizzato per la trasduzione subito, o possa essere conservato a-80 ° C.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Generazione di cellule linee stabilmente esprimenti H2B-mCherry Nota: Questo protocollo è descritto in dettaglio per le cellule MDA-MB-231. Prima dell'uso nell'esperimento, cellule di carcinoma mammario umano MDA-MB-231 (centro oncologico di scienze fisiche, NIH) sono coltivate in DMEM contenente alto glucosio (4,5 g/L), piruvato di sodio, 10% FBS e 1% Pen/Strep.<ol>
<li>Piastra le cellule MDA-MB-231 alla densità di 1 x 105 celle in una piastra di coltura di 35 mm. Nota: La densità di placcatura per differenti linee cellulari dovrebbe essere ottimizzata e pertanto potrebbe essere diversa dalla densità ottima per le cellule MDA-MB-231.</li>
		<li>24 h dopo il placcaggio delle cellule, aggiungere 1 mL di virus e 1 mL di terreno nuovo (DMEM, alto glucosio (4,5 g/L), piruvato di sodio, 10% FBS e 1% Pen/Strep).</li>
		<li>Incubare le cellule per un periodo di tempo di 6 ore per una notte. Nota: Sia il volume del virus e il tempo di incubazione devono essere ottimizzate per differenti linee cellulari. Ad esempio, se le cellule non appaiono sane poche ore dopo l'aggiunta del virus, utilizzare 1 mL di virus e 2 mL di terreno nuovo (DMEM, alto glucosio (4,5 g/L), piruvato di sodio, 10% FBS e 1% Pen/Strep) al punto 1.2.2. La lunghezza del tempo di incubazione nel passaggio 1.2.3 può anche essere ridotto.</li>
		<li>Aspirare il mezzo e aggiungere 10 mL di terreno nuovo (DMEM, alto glucosio (4,5 g/L), piruvato di sodio, 10% FBS e 1% Pen/Strep). Incubare per 24-72 h a 37 ° C e 5% CO2.</li>
		<li>Verificare che l'espressione di H2B-mCherry nelle cellule utilizzando un microscopio a epifluorescenza. Nota: Se l'efficienza di trasduzione è bassa nelle cellule, il volume del virus nel passaggio 2.2 e il tempo di incubazione nel passaggio 2.3 potrebbe essere aumentato.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. sincronizzazione delle cellule che esprimono stabilmente H2B-mCherry
<ol><li>Piastra le cellule a 50-60% confluenza, cioè piastra 2 x 104 MDA-MB-231 cellule in ciascun pozzetto di una piastra a 24 pozzetti.</li>
	<li>Incubare la coltura a 37 ° C e 5% di CO2 per 24 h.</li>
	<li>Sostituire il mezzo di crescita con 0,5 mL di medium (DMEM, alto glucosio (4,5 g/L), piruvato di sodio, 10% FBS e 1% Pen/Strep) contenente timidina 2mm e lasciare nell'incubatrice per 24 h. Nota: Le cellule esposte a timidina sono arrestate nella fase di crescita delle cellule (G1) / transizione di DNA sintesi (S) e in tutta la fase di S dovuto l'inibizione della sintesi del DNA. La lunghezza del tempo di incubazione dovrebbe essere vario e ottimizzata per differenti linee cellulari.</li>
	<li>Rilasciare le cellule dall'esposizione della timidina lavandole con tamponato fosfato salino (PBS) tre volte. Quindi, incubare le cellule in terreno di coltura delle cellule normali (DMEM, alto glucosio (4,5 g/L), piruvato di sodio, 10% FBS e 1% Pen/Strep) per 5 h. Nota: Il rilascio delle cellule dall'esposizione della timidina permette alle cellule di progresso per la crescita delle cellule (G2) / mitotica fase (M) per le cellule precedentemente arrestato nella fase G1/S e alla fase G1 per cellule precedentemente arrestato al S di fase. La lunghezza del tempo di rilascio dovrebbe essere vario e ottimizzata per differenti linee cellulari.</li>
	<li>Bloccare le cellule con 250 ng/mL di nocodazole per 12 h. Nota: Tutte le cellule esposte a nocodazole vengono arrestate nella fase G2/M. Nocodazole è citotossico. L'esposizione prolungata a nocodazole può causare l'apoptosi. Regolare il periodo o la concentrazione di esposizione per diverse linee cellulari se morti di cella sono osservati. Le cellule che vengono sincronizzate correttamente esporrà una morfologia sferica.</li>
	<li>Agitare le cellule per 45 s per 1 min, utilizzando un agitatore orbitale a 150-200 giri/min. Nota: Cellule mitotiche, che hanno poca aderenza al substrato, saranno scosso durante il processo.</li>
	<li>Rimuovere il mezzo per estrarre le cellule, pipettando il mezzo in una provetta da centrifuga e quindi aggiungere 0,5 mL di terreno nuovo (DMEM, alto glucosio (4,5 g/L), piruvato di sodio, 10% FBS e 1% Pen/Strep) a ciascun pozzetto della piastra.</li>
	<li>Ripetere i passaggi da 2.6 e 2.7 tre volte.</li>
	<li>Centrifugare il supporto raccolto che contiene le cellule mitotiche a 800 x g per 3 min. Nota: Questo passaggio viene utilizzato per rimuovere il nocodazole da medium delle cellule.</li>
</ol>3. incorporazione di Synchronized di celle in collagene sono matrici
Nota: Tipo I collagene è la proteina più abbondante nel corpo umano e in ECM dei tessuti connettivi e così è ampiamente usato per studiare delle cellule eucariotiche come funzioni sono modulate da un ambiente 3D17,23,24 . Il collagene è solubile in acido acetico. Dopo la neutralizzazione e la soluzione di collagene a 20-37 ° C il riscaldamento, monomeri di collagene polimerizzano in un reticolo di fibrille di collagene.
<ol><li>Preparare la soluzione di x DMEM 10 da sciogliere una bustina di polvere DMEM, 3,7 g di bicarbonato di sodio (NaHCO3) e 1 g di acido-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic 4 (HEPES) in 50 mL di acqua distillata. Filtrare la soluzione e quindi preparare 1 M di idrossido di sodio (NaOH) sciogliendo 2 g di NaOH pellet in 50 mL di acqua distillata. Filtro e aliquota della soluzione in provette per centrifuga da 1,5 mL. Nota: Soluzione DMEM normale non dovrebbe essere usato in questo passaggio. L'aggiunta di volume significativo della soluzione collagene diluirà il mezzo. Quindi la soluzione concentrata di DMEM è preparata per garantire che la concentrazione finale di DMEM nella matrice collagene sarà lo stesso come il normale DMEM.</li>
	<li>Continuare a lavorare con le cellule prelevate dal passo 2.9. Aspirare il medio e risospendere le cellule in circa 0,25 - 0,5 mL di terreno di coltura di cellule fresche (DMEM, alto glucosio (4,5 g/L), piruvato di sodio, 10% FBS e 1% Pen/Strep). Nota: Per raggiungere una densità di cella specifica della matrice di collagene, la densità iniziale delle cellule in sospensione non può essere troppo bassa. Così, il volume del mezzo utilizzato per risospendere le cellule dipenderà il numero totale di celle disponibili.</li>
	<li>Posto 10 µ l della soluzione ri-sospensione cellulare da passo 3.2 un emocitometro e il Conte la densità delle cellule nella soluzione.</li>
	<li>
Determinare i volumi necessari per tutti i componenti rendere la matrice del collagene 3D. 500 µ l di gel di collagene µ g / µ l 2 viene utilizzato qui come esempio.
	<ol>
<li>Calcolare il volume della soluzione cella necessaria ad ottenere la 40.000 cellule/mL (o 20.000 celle per la 500 µ l di gel di collagene). Questo numero in µ l è X. 50 µ l di 10 x DMEM saranno necessari. Saranno necessari 50 µ l di FBS.</li>
		<li>Calcolare il volume di collagene che scorta necessario. La concentrazione di collagene I è intorno a 4 µ g / µ l. La quantità di collagene necessario in µ l è Y.</li>
		<li>Calcolare il volume di idrossido di sodio è necessario neutralizzare l'acido acetico nella soluzione del collagene: collagene µ l Y * 0,023 * 1000 = Z µ l NaOH necessari.</li>
		<li>Determinare il volume della soluzione di riempimento: (500 µ l totale gel - cellule del X µL - 50 µ l 10 X collagene µ l di DMEM - 50 µ l di FBS - Y - Z µ l NaOH) = R µ l Nota: La soluzione di riempimento è distillata acqua. Se il volume calcolato della soluzione di riempimento è un numero negativo, la densità cellulare originale la sospensione cellulare è troppo bassa. Le cellule hanno bisogno di essere filato giù nuovamente e nuovamente sospeso in un più piccolo volume del mezzo (DMEM, alto glucosio (4,5 g/L), piruvato di sodio, 10% FBS e 1% Pen/Strep).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Aggiungere i componenti nel seguente ordine a una provetta da centrifuga pulito 1,5 mL: cellule in medium, 10x DMEM, FBS, acqua deionizzata (DI), collagene, NaOH. Mettere tutti i componenti sul ghiaccio per rallentare la gelificazione della soluzione del collagene. Utilizzare tecniche di pipettaggio corretto per prevenire la formazione di bolle.</li>
	<li>Dopo aver aggiunto il NaOH, mescolate con cura la soluzione con una pipetta da 1 mL. Nota: Gelificazione del collagene partirà proprio subito dopo l'aggiunta di NaOH. Miscelazione dovrebbe essere fatto con cura e rapidamente.</li>
	<li>Una volta che la soluzione è ben amalgamata, aggiungere 500 µ l della soluzione in ciascun pozzetto della piastra 24 pozzetti. Posizionare la piastra a 24 pozzetti nell'incubatore 37 ° C. Luogo terreno di coltura di cellule fresche nel bagno d'acqua di 37 ° C. Nota: Piastre di fondo in plastica sono utilizzate per basso ingrandimento microcopy di cellule vive in cui la distanza di lavoro della lente è sopra vetro inferiore di 1 mm. piastre sono utilizzati per microscopia di cellule vive di alto ingrandimento a causa della breve distanza di lavoro di alta lente di ingrandimento.</li>
	<li>Aggiungere 500 µ l di terreno pre-riscaldato (DMEM, alto glucosio (4,5 g/L), piruvato di sodio, 10% FBS e 1% Pen/Strep) alla parte superiore del gel 30 min dopo aver completato il passaggio 3,7.</li>
</ol>4. live Cell Imaging delle cellule dividendo nelle matrici di collagene 3D (basso ingrandimento)
Nota: Vengono raccolte le immagini delle cellule a intervalli di 2 minuti utilizzando una fotocamera di charge coupled device (CCD) montata su un microscopio di contrasto di fase che è equipaggiato con un obiettivo da 10x e controllato da software di imaging.
<ol><li>Accendere l'unità di tensione delle cellule montato sopra la lente dell'obiettivo. Attendere che la temperatura si stabilizza a 37 ° C, la concentrazione di CO2 è al 5% e l'umidità è al 75%.</li>
	<li>Mettere la piastra a 24 pozzetti del gel nell'unità di cellule vive sul microscopio. Trovare il fondo del piatto e quindi spostare la lente dell'obiettivo fino a quando il microscopio si concentra a circa 500 µm dalla parte inferiore della piastra. Nota: Le cellule della matrice di collagene che sono troppo vicino alla parte inferiore della piastra non sono completamente incorporati nella matrice 3D. Le cellule che sono 500 µm dalla parte inferiore della piastra di imaging farà in modo che le cellule non sono interessate da effetti di bordo16,17,25.</li>
	<li>Spostare il palco intorno per trovare le celle e selezionare posizioni multiple per l'imaging.</li>
	<li>Impostare l'esperimento di time-lapse a intervalli di 2 min. Nota: Il numero massimo di posizioni che possono essere adottate durante l'intervallo di 2 min è limitato la velocità di spostamento di fase motorizzata, e la lunghezza del tempo di posa per catturare le immagini.</li>
</ol>5. collagene rete deformazione durante la divisione cellulare (microscopia ad alto ingrandimento)
<ol><li>Accendere l'unità di tensione delle cellule montato sopra la lente dell'obiettivo. Attendere che la temperatura si stabilizza a 37 ° C, la concentrazione di CO2 è al 5% e l'umidità è al 75%.</li>
	<li>Per visualizzare le fibre di collagene in matrici di collagene 3D non macchiate, configurare un microscopio confocale per catturare solo luce riflessa (488 nm) del laser di 488 nm utilizzato per illuminare il campione. Il laser utilizza un 60 X obiettivo a immersione in acqua, NA = 1.2, WD = 200 µm ed è controllata da software di imaging.</li>
	<li>Mettere il campione (celle in matrici di collagene) nell'unità di cellule vive. Trovare il fondo del piatto e quindi spostare la lente dell'obiettivo fino a quando il microscopio si concentra a circa 100 µm dalla parte inferiore della piastra. Le cellule che sono 100 µm dalla parte inferiore della piastra di imaging farà in modo che le cellule non sono interessate dagli effetti di bordo. Nota: Qui un obiettivo a immersione in acqua è usato invece di un obiettivo a immersione in olio perché la distanza di lavoro dell'obiettivo d'immersione in olio è solo circa 100 µm. L'uso dell'obiettivo d'immersione in olio pone un problema come lo spessore del vetro sul fondo della piastra è normalmente circa 100 µm.</li>
	<li>Spostare il palco intorno per trovare le celle e selezionare posizioni multiple per l'imaging. Nota: La microscopia confocale otticamente sezioni del campione e acquisisce solo i segnali dal piano focale. Cellule vive, che potrebbero essere in movimento dentro e fuori di messa a fuoco durante l'esperimento di time-lapse. Per consentire l'acquisizione di immagini di cella per lunghi periodi di tempo, Z-stack viene utilizzato per raccogliere immagini da fette successivi a intervalli di 5 µm. Un totale di 5 fette spanning 25 µm sono Imaging.</li>
	<li>Impostare l'esperimento di time-lapse a intervalli di 5 min. Nota: 5 minuti viene utilizzato qui come l'intervallo invece di 2 min utilizzati nella sezione 4 perché molteplici modalità di scansione, tra cui fluorescenza scansione per H2B-mCherry, riflesso di scansione per il collagene e Z-stack scansione, vengono applicate a ogni posizione. L'uso delle diverse modalità di scansione riduce la velocità di scansione una posizione rispetto all'imaging di ingrandimento basso.</li>
	<li>Quantificare la deformazione della matrice del collagene nelle vicinanze di una cella a causa di forze esercitate da quella cella utilizzando la particella velocimetry (PIV) con sub-pixel risoluzione20di imaging. L'esecuzione di questa analisi su immagini 2D consente per la chiara visualizzazione di entrambi i segnali di H2B-mCherry e le fibre di collagene. Applicare l'anisotropo passa-basso filtro per migliorare il segnale del collagene rete20.</li>
	<li>Al fine di misurare lo spostamento locale di una regione sub-immagine di interesse che si trova a (x,y) da telaio k a telaio k+ 1, estrarre una finestra regionale di 15 × 15 pixel centrati rispetto a (x,y) al telaio k. Quindi identificare il miglior abbinamento di posizioni (x,y) * attraverso le località che dispongono di un massimo coefficiente di correlazione normalizzato nell'immagine ottenuta a telaio k+ 1. Il vettore di deformazione è calcolato come (x,y) *-(x,y).</li>
</ol>

<ol><li>Ly, D. H., Lockhart, D. J., Lerner, R. A., Schultz, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mitotic+misregulation+and+human+aging%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Mitotic misregulation and human aging.</a> Science. 287 (5462), 2486-2492 (2000).</li>
<li>Gascoigne, K. E., Taylor, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+do+anti-mitotic+drugs+kill+cancer+cells%3F%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cell+Sci%22%5BJournal%5D)">How do anti-mitotic drugs kill cancer cells?</a> J Cell Sci. 122 (Pt 15), 2579-2585 (2009).</li>
<li>Brinkley, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Managing+the+centrosome+numbers+game%3A+from+chaos+to+stability+in+cancer+cell+division%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">Managing the centrosome numbers game: from chaos to stability in cancer cell division.</a> Trends Cell Biol. 11 (1), 18-21 (2001).</li>
<li>Phillip, J. M., Aifuwa, I., Walston, J., Wirtz, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Mechanobiology+of+Aging%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">The Mechanobiology of Aging.</a> Annu Rev Biomed Eng. 17, 113-141 (2015).</li>
<li>Hanahan, D., Weinberg, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hallmarks+of+cancer%3A+the+next+generation%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Hallmarks of cancer: the next generation.</a> Cell. 144 (5), 646-674 (2011).</li>
<li>Martin, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+ablation+or+inhibition+of+stromal+matrix+metalloproteinase-9+on+lung+metastasis+in+a+breast+cancer+model+is+dependent+on+genetic+background%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer+Res%22%5BJournal%5D)">Effect of ablation or inhibition of stromal matrix metalloproteinase-9 on lung metastasis in a breast cancer model is dependent on genetic background.</a> Cancer Res. 68 (15), 6251-6259 (2008).</li>
<li>Knox, J. J., Hotte, S. J., Kollmannsberger, C., Winquist, E., Fisher, B., Eisenhauer, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phase+II+study+of+Triapine+in+patients+with+metastatic+renal+cell+carcinoma%3A+a+trial+of+the+National+Cancer+Institute+of+Canada+Clinical+Trials+Group+%28NCIC+IND.161%29%5BTitle%5D)+AND+%22Invest+New+Drugs%22%5BJournal%5D)">Phase II study of Triapine in patients with metastatic renal cell carcinoma: a trial of the National Cancer Institute of Canada Clinical Trials Group (NCIC IND.161).</a> Invest New Drugs. 25 (5), 471-477 (2007).</li>
<li>Komlodi-Pasztor, E., Sackett, D. L., Fojo, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inhibitors+targeting+mitosis%3A+tales+of+how+great+drugs+against+a+promising+target+were+brought+down+by+a+flawed+rationale%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Cancer+Res%22%5BJournal%5D)">Inhibitors targeting mitosis: tales of how great drugs against a promising target were brought down by a flawed rationale.</a> Clin Cancer Res. 18 (1), 51-63 (2012).</li>
<li>Tong, W. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phase+I+and+pharmacologic+study+of+SNS-032%2C+a+potent+and+selective+Cdk2%2C+7%2C+and+9+inhibitor%2C+in+patients+with+advanced+chronic+lymphocytic+leukemia+and+multiple+myeloma%5BTitle%5D)+AND+%22J+Clin+Oncol%22%5BJournal%5D)">Phase I and pharmacologic study of SNS-032, a potent and selective Cdk2, 7, and 9 inhibitor, in patients with advanced chronic lymphocytic leukemia and multiple myeloma.</a> J Clin Oncol. 28 (18), 3015-3022 (2010).</li>
<li>Matulonis, U. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phase+II+study+of+MLN8237+%28alisertib%29%2C+an+investigational+Aurora+A+kinase+inhibitor%2C+in+patients+with+platinum-resistant+or+-refractory+epithelial+ovarian%2C+fallopian+tube%2C+or+primary+peritoneal+carcinoma%5BTitle%5D)+AND+%22Gynecol+Oncol%22%5BJournal%5D)">Phase II study of MLN8237 (alisertib), an investigational Aurora A kinase inhibitor, in patients with platinum-resistant or -refractory epithelial ovarian, fallopian tube, or primary peritoneal carcinoma.</a> Gynecol Oncol. 127 (1), 63-69 (2012).</li>
<li>Boss, D. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+evaluation+of+AZD1152%2C+an+i.v.+inhibitor+of+Aurora+B+kinase%2C+in+patients+with+solid+malignant+tumors%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Oncol%22%5BJournal%5D)">Clinical evaluation of AZD1152, an i.v. inhibitor of Aurora B kinase, in patients with solid malignant tumors.</a> Ann Oncol. 22 (2), 431-437 (2011).</li>
<li>Griffith, L. G., Swartz, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Capturing+complex+3D+tissue+physiology+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Mol+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">Capturing complex 3D tissue physiology in vitro.</a> Nat Rev Mol Cell Biol. 7 (3), 211-224 (2006).</li>
<li>Cukierman, E., Pankov, R., Stevens, D. R., Yamada, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Taking+cell-matrix+adhesions+to+the+third+dimension%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Taking cell-matrix adhesions to the third dimension.</a> Science. 294 (5547), 1708-1712 (2001).</li>
<li>Lu, P., Weaver, V. M., Werb, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+extracellular+matrix%3A+a+dynamic+niche+in+cancer+progression%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">The extracellular matrix: a dynamic niche in cancer progression.</a> J Cell Biol. 196 (4), 395-406 (2012).</li>
<li>Giri, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Arp2%2F3+complex+mediates+multigeneration+dendritic+protrusions+for+efficient+3-dimensional+cancer+cell+migration%5BTitle%5D)+AND+%22FASEB+J%22%5BJournal%5D)">The Arp2/3 complex mediates multigeneration dendritic protrusions for efficient 3-dimensional cancer cell migration.</a> FASEB J. 27 (10), 4089-4099 (2013).</li>
<li>Fraley, S. I., Feng, Y., Giri, A., Longmore, G. D., Wirtz, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dimensional+and+temporal+controls+of+three-dimensional+cell+migration+by+zyxin+and+binding+partners%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Dimensional and temporal controls of three-dimensional cell migration by zyxin and binding partners.</a> Nat Commun. 3, 719(2012).</li>
<li>Fraley, S. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+distinctive+role+for+focal+adhesion+proteins+in+three-dimensional+cell+motility%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">A distinctive role for focal adhesion proteins in three-dimensional cell motility.</a> Nat Cell Biol. 12 (6), 598-604 (2010).</li>
<li>Lesman, A., Notbohm, J., Tirrell, D. A., Ravichandran, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contractile+forces+regulate+cell+division+in+three-dimensional+environments%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">Contractile forces regulate cell division in three-dimensional environments.</a> J Cell Biol. 205 (2), 155-162 (2014).</li>
<li>He, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Local+3D+matrix+confinement+determines+division+axis+through+cell+shape%5BTitle%5D)+AND+%22Oncotarget%22%5BJournal%5D)">Local 3D matrix confinement determines division axis through cell shape.</a> Oncotarget. 7 (6), 6994-7011 (2016).</li>
<li>Held, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CellCognition%3A+time-resolved+phenotype+annotation+in+high-throughput+live+cell+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">CellCognition: time-resolved phenotype annotation in high-throughput live cell imaging.</a> Nat Methods. 7 (9), 747-754 (2010).</li>
<li>Fallica, B., Maffei, J. S., Makin, G., Zaman, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alteration+of+cellular+behavior+and+response+to+PI3K+pathway+inhibition+by+culture+in+3D+collagen+gels%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Alteration of cellular behavior and response to PI3K pathway inhibition by culture in 3D collagen gels.</a> PLoS One. 7 (10), e48024(2012).</li>
<li>Meli, L., Jordan, E. T., Clark, D. S., Linhardt, R. J., Dordick, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+a+three-dimensional%2C+microarray+environment+on+human+Cell+culture+in+drug+screening+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Influence of a three-dimensional, microarray environment on human Cell culture in drug screening systems.</a> Biomaterials. 33 (35), 9087-9096 (2012).</li>
<li>Artym, V. V., Matsumoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+cells+in+three-dimensional+collagen+matrix%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Protoc+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">Imaging cells in three-dimensional collagen matrix.</a> Curr Protoc Cell Biol. 10, 1-20 (2010).</li>
<li>Gunzer, M., Kampgen, E., Brocker, E. B., Zanker, K. S., Friedl, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Migration+of+dendritic+cells+in+3D-collagen+lattices.+Visualisation+of+dynamic+interactions+with+the+substratum+and+the+distribution+of+surface+structures+via+a+novel+confocal+reflection+imaging+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Exp+Med+Biol%22%5BJournal%5D)">Migration of dendritic cells in 3D-collagen lattices. Visualisation of dynamic interactions with the substratum and the distribution of surface structures via a novel confocal reflection imaging technique.</a> Adv Exp Med Biol. 417, 97-103 (1997).</li>
<li>Geraldo, S., Simon, A., Vignjevic, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Revealing+the+cytoskeletal+organization+of+invasive+cancer+cells+in+3D%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Revealing the cytoskeletal organization of invasive cancer cells in 3D.</a> J Vis Exp. (80), e50763(2013).</li>
<li>Lleres, D., James, J., Swift, S., Norman, D. G., Lamond, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+analysis+of+chromatin+compaction+in+living+cells+using+FLIM-FRET%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">Quantitative analysis of chromatin compaction in living cells using FLIM-FRET.</a> J Cell Biol. 187 (4), 481-496 (2009).</li>
<li>Poincloux, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contractility+of+the+cell+rear+drives+invasion+of+breast+tumor+cells+in+3D+Matrigel%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Contractility of the cell rear drives invasion of breast tumor cells in 3D Matrigel.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 108 (5), 1943-1948 (2011).</li>
<li>Carey, S. P., Kraning-Rush, C. M., Williams, R. M., Reinhart-King, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biophysical+control+of+invasive+tumor+cell+behavior+by+extracellular+matrix+microarchitecture%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Biophysical control of invasive tumor cell behavior by extracellular matrix microarchitecture.</a> Biomaterials. 33 (16), 4157-4165 (2012).</li>
<li>Langan, T. J., Chou, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synchronization+of+mammalian+cell+cultures+by+serum+deprivation%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Mol+Biol%22%5BJournal%5D)">Synchronization of mammalian cell cultures by serum deprivation.</a> Methods Mol Biol. 761, 75-83 (2011).</li>
<li>Jackman, J., O'Connor, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methods+for+synchronizing+cells+at+specific+stages+of+the+cell+cycle%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Protoc+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">Methods for synchronizing cells at specific stages of the cell cycle.</a> Curr Protoc Cell Biol. 8, (2001).</li>
<li>Zwanenburg, T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Standardized+shake-off+to+synchronize+cultured+CHO+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Mutat+Res%22%5BJournal%5D)">Standardized shake-off to synchronize cultured CHO cells.</a> Mutat Res. 120 (2-3), 151-159 (1983).</li>
<li>Harper, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synchronization+of+cell+populations+in+G1%2FS+and+G2%2FM+phases+of+the+cell+cycle%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Mol+Biol%22%5BJournal%5D)">Synchronization of cell populations in G1/S and G2/M phases of the cell cycle.</a> Methods Mol Biol. 296, 157-166 (2005).</li>
<li>Kihara, T., Ito, J., Miyake, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+biomolecular+diffusion+in+extracellular+matrix+condensed+by+fibroblasts+using+fluorescence+correlation+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Measurement of biomolecular diffusion in extracellular matrix condensed by fibroblasts using fluorescence correlation spectroscopy.</a> PLoS One. 8 (11), e82382(2013).</li>
<li>Ramanujan, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+and+convection+in+collagen+gels%3A+implications+for+transport+in+the+tumor+interstitium%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys+J%22%5BJournal%5D)">Diffusion and convection in collagen gels: implications for transport in the tumor interstitium.</a> Biophys J. 83 (3), 1650-1660 (2002).</li>
<li>Harjanto, D., Maffei, J. S., Zaman, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+analysis+of+the+effect+of+cancer+invasiveness+and+collagen+concentration+on+3D+matrix+remodeling%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Quantitative analysis of the effect of cancer invasiveness and collagen concentration on 3D matrix remodeling.</a> PLoS One. 6 (9), e24891(2011).</li>
<li>Wolf, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Collagen-based+cell+migration+models+in+vitro+and+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Semin+Cell+Dev+Biol%22%5BJournal%5D)">Collagen-based cell migration models in vitro and in vivo.</a> Semin Cell Dev Biol. 20 (8), 931-941 (2009).</li>
<li>Petroll, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+interference+contrast+and+confocal+reflectance+imaging+of+collagen+organization+in+three-dimensional+matrices%5BTitle%5D)+AND+%22Scanning%22%5BJournal%5D)">Differential interference contrast and confocal reflectance imaging of collagen organization in three-dimensional matrices.</a> Scanning. 28 (6), 305-310 (2006).</li>
<li>Fraley, S. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+matrix+fiber+alignment+modulates+cell+migration+and+MT1-MMP+utility+by+spatially+and+temporally+directing+protrusions%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional matrix fiber alignment modulates cell migration and MT1-MMP utility by spatially and temporally directing protrusions.</a> Sci Rep. 5, 14580(2015).</li>
<li>Ikeda, Y., Collins, M. K., Radcliffe, P. A., Mitrophanous, K. A., Takeuchi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gene+transduction+efficiency+in+cells+of+different+species+by+HIV+and+EIAV+vectors%5BTitle%5D)+AND+%22Gene+Ther%22%5BJournal%5D)">Gene transduction efficiency in cells of different species by HIV and EIAV vectors.</a> Gene Ther. 9 (14), 932-938 (2002).</li>
<li>Ma, H. T., Poon, R. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synchronization+of+HeLa+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Mol+Biol%22%5BJournal%5D)">Synchronization of HeLa cells.</a> Methods Mol Biol. 761, 151-161 (2011).</li>
</ol>

Gli autori dichiarano di non avere nessun concorrenti interessi finanziari.

Il precedente studio di divisione cellulare in 3D non era efficiente a causa di limiti sperimentali e sfide tecniche18,19. I passaggi critici per efficiente studio di divisione delle cellule dei mammiferi in matrici di collagene 3D sono: (1) l'incorporazione di fluorescenza-labeled mitotici marcatori per le cellule; (2) la sincronizzazione della divisione cellulare; e (3) il monitoraggio degli eventi di divisione in matrici 3D utilizzando la tecnica di imaging di...

Mitosi delle cellule sono un evento critico nella vita cellulare, il regolamento di cui svolge un ruolo cruciale nello sviluppo di tessuti ed organi. Mitosi anomale sono implicato in variazioni genetiche naturali, processi di invecchiamento umano e la progressione del cancro1,2,3,4,5. Dell'aumento del tasso di proliferazione delle cellule tumorali rispetto alle cellule normali è uno dei tratti distintivi del cancro, nonostante il fatto che i comportamenti delle cellule sono piuttosto eterogenei tra diversi tipi di tumori e anche fra i pazienti. Nonostante i promettenti risultati preclinici, alcuni farmaci antimitotici recente sviluppato non hanno dimostrato di essere efficace in studi clinici6,7,8,9,10 ,11. La rilevanza dei modelli preclinici e sperimentale deve essere considerato. Molti tipi di cellule di cancro e mammiferi normali si dividono in tridimensionale (3D) matrici, come fibroblasti e cellule di fibrosarcoma in tessuti connettivi 3D-ricchi di collagene e cellule tumorali metastatiche in 3D stromal matrice extracellulare (ECM). Tuttavia, la stragrande maggioranza degli esperimenti di divisione delle cellule dei mammiferi e saggi è stata effettuata su cellule coltivate su substrati di bidimensionale (2D). Una matrice 3D ingegnerizzata potrebbe meglio ricapitolare la microstruttura, proprietà meccaniche e segnali biochimici della ECM 3D di entrambi tessuti normali e patologici12,13,14, 15,16,17.
Lo studio di mammifero come la divisione cellulare è regolato in 3D ambienti rimane in gran parte inesplorata, nonostante sia la rilevanza fisiologica e il significato terapeutico18,19. Possibili cause sono le difficoltà tecniche e sperimentali sfide connesse con lo studio di divisione cellulare in matrici 3D. Mitosi delle cellule costituiscono una piccola frazione temporale nell' intero ciclo cellulare20. Il lavoro precedente ha indicato che il tasso di proliferazione delle cellule di molti mammiferi, come adenocarcinoma umano del seno MCF-7, osteosarcoma umano U2OS e fegato umano HepG2, è molto più bassa in matrici 3D rispetto alle loro controparti su substrati 2D21, 22. Inoltre, cellule incorporate in matrici 3D muovono dentro e fuori la messa a fuoco durante la formazione immagine di cellule vive. Tutti questi fattori contribuiscono all'efficienza estremamente bassa di acquisizione degli eventi di divisione delle cellule in cultura 3D usando tecniche di imaging.
Interazioni tra ECM e cellule giocano un ruolo critico nella regolazione di divisioni cellulari. Qui, descriviamo un metodo per studiare in modo efficiente divisione cellulare dei mammiferi in matrici di collagene 3D. Il metodo comprende l'incorporazione di marcatori mitotici delle cellule, sincronizzazione di divisione delle cellule, come pure il monitoraggio degli eventi di divisione in matrici 3D utilizzando la tecnica di imaging di cellule vive, risolta in tempo di riflessione confocale microscopia, e analisi quantitativa di imaging. Proteina di fluorescenza-labeled istone H2B è introdotto nelle cellule come un marcatore di differenziare mitotica e cellule di interfase. Quindi le cellule vengono sincronizzate utilizzando la combinazione di trattamento blocco e nocodazole della timidina, seguita da una tecnica di shake-off meccanica. Cellule sincronizzate sono quindi direttamente incapsulate in matrici di collagene 3D. Eventi di divisione cellulare delle cellule più sono monitorati in modo efficiente utilizzando basso ingrandimento time-lapse cellule vive imaging. La deformazione delle fibre del collagene, che è un indicatore di interazione cellula-matrice, è controllata mediante microscopia confocale riflessione alle ad alto ingrandimento.
In precedenza abbiamo usato questa tecnica per monitorare e quantificare l'interazione cellula-matrice prima, durante e dopo la mitosi di due linee cellulari di cancro metastatico, il carcinoma ductal dilagante umano MDA-MB-231 e cellule di fibrosarcoma umano HT1080, in collagene 3D matrici19. I metodi qui presentati forniscono un approccio efficiente e generale per studiare entrambi divisione cellulare dei mammiferi in un ambiente 3D interazioni cellula-matrice. La linea di cellule MDA-MB-231 è utilizzata come esempio in tutto il libro. Questo protocollo fornisce le comprensioni novelle nella base molecolare dello sviluppo del tessuto normale e malattie e potrebbe anche consentire per la progettazione di nuovi approcci diagnostici e terapeutici.

<table><tbody><tr><td>Rene embrionale umano 293T</td><td>ATCC</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MDA-MB-231</td><td>Centro di oncologia di scienze fisiche, NIH</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DMEM</td><td>Corning</td><td>10-013-CV</td><td></td></tr><tr><td>DMEM polvere</td><td>ThermoFisher Scientific</td><td>12100-046</td><td></td></tr><tr><td>Siero bovino fetale</td><td>Hyclone</td><td>SH30910.03</td><td></td></tr><tr><td>Penicillina-Streptomicina 100X</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P0781</td><td></td></tr><tr><td>Fugene HD</td><td>Promega</td><td>E2311</td><td></td></tr><tr><td>Lipofectamine 2000</td><td>Life technologies</td><td>11668-07</td><td></td></tr><tr><td>Plasmide che codifica H2B-mCherry in un vettore lentivirale</td><td>Addgene</td><td>plasmide 21217</td><td></td></tr><tr><td>Timidina</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T1895</td><td></td></tr><tr><td>Nocodazolo</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M1404</td><td></td></tr><tr><td>Opti-MEM</td><td>Life Technologies</td><td>31985-070</td><td></td></tr><tr><td>Bicarbonato di sodio</td><td>GibcoBRL</td><td>11810-025</td><td></td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>113375-100</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Collagene Corning</td><td>354236</td><td></td></tr><tr><td>NaOH</td><td>J.T. Bake</td><td>3722-01</td><td></td></tr><tr><td>Unità filtro siringa Millex-HV, 0,45-&mu; m, PVDF, 33 mm</td><td>Millipore</td><td>SLHVM33RS</td><td></td></tr><tr><td>Microscopio a epifluorescenza Nikon TE2000E</td> Fotocamera CCD <td>Nikon</td><td>TE2000E</td><td></td></tr><tr><td>Cascade 1K</td> Software di imaging AR <td>Roper Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NIS-Elements</td><td>Microscopio</td> confocale Nikon <td></td><td></td></tr><tr><td>A1</td><td>Nikon</td><td>A1</td><td></td></tr></tbody></table>

divisione delle cellule dei mammiferi in matrici 3d tramite microscopia confocale quantitativa di riflessione

Mammalian Cell Division in 3D Matrices via Quantitative Confocal Reflection Microscopy

Lo studio di mammifero come la divisione cellulare è regolato in un 3D ambiente rimane in gran parte inesplorata, nonostante la sua rilevanza fisiologica e significato terapeutico. Motivi possibili per la mancanza di esplorazione sono i limiti sperimentali e le sfide tecniche che rendono lo studio di divisione delle cellule in cultura 3D inefficiente. Qui, descriviamo un metodo basato su formazione immagine per studiare in modo efficiente divisione cellulare dei mammiferi e delle interazioni cellula-matrice in matrici di collagene 3D. Cellule identificate con H2B fluorescenti vengono sincronizzate utilizzando la combinazione di trattamento blocco e nocodazole della timidina, seguita da una tecnica di shake-off meccanica. Sincronizzate le cellule vengono quindi incorporate in una matrice di collagene 3D. Divisione cellulare viene monitorata tramite microscopia di cellule vive. La deformazione delle fibre del collagene durante e dopo la divisione cellulare, che è un indicatore di interazione cellula-matrice, possa essere monitorata e quantificati tramite microscopia confocale quantitativa di riflessione. Il metodo fornisce un approccio efficiente e generale per studiare la divisione delle cellule dei mammiferi e delle interazioni cellula-matrice in un ambiente 3D fisiologicamente rilevante. Questo approccio non solo fornisce le comprensioni novelle nella base molecolare dello sviluppo del tessuto normale e malattie, ma permette anche per la progettazione di nuovi approcci diagnostici e terapeutici.

L'obiettivo di questo articolo è di presentare un metodo basato su imaging per lo studio dei processi di divisione cellulare dei mammiferi in matrici 3D e quantificare le interazioni tra la cella e la matrice extracellulare 3D durante e dopo la divisione cellulare. Per facilitare l'imaging della mitosi delle cellule, abbiamo incorporato H2B-mCherry nelle cellule MDA-MB-231 usando trasduzione lentivirale. H2B coniugati con proteine fluorescenti è utilizzato come marcatore mitotic di distin...

Questo protocollo studia in modo efficiente divisione cellulare dei mammiferi in matrici di collagene 3D integrando sincronizzazione della divisione cellulare, monitoraggio degli eventi di divisione in matrici 3D utilizzando la tecnica di imaging cellule vive, microscopia risolta in tempo di riflessione confocale e quantitative analisi di imaging.

Divisione delle cellule dei mammiferi in matrici 3D tramite microscopia confocale quantitativa di riflessione

The study of how mammalian cell division is regulated in a 3D environment remains largely unexplored despite its physiological relevance and therapeutic ...

L'obiettivo generale di questa procedura è studiare la divisione cellulare dei mammiferi e le interazioni della matrice cellulare in un ambiente 3D fisiologicamente rilevante. Il vantaggio principale di questa tecnica è che fornisce un approccio efficiente e generale per studiare la divisione cellulare dei mammiferi e le interazioni della matrice cellulare. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nella biologia cellulare, come le basi molecolari dello sviluppo del tessuto normale e della malattia.Un giorno prima della trasfezione, preparare cinque milioni di cellule T HEK-293 in una piastra di coltura cellulare da 100 millilitri in 10 millilitri di normale terreno di coltura cellulare. Incubare queste cellule a 37 gradi Celsius per 24 ore in un incubatore umidificato con il 5% di anidride carbonica. Il giorno successivo, poco prima di iniziare le trasfezioni, rimuovere una fiala del reagente di trasfezione da quattro gradi Celsius e lasciarla fuori a temperatura ambiente.Quindi, per iniziare, aggiungere un millilitro di siero ridotto a un tubo sterile per microfuge. A questo, aggiungere quantità specificate di plasmidi vettori lentivirali utilizzati per la trasfezione e miscelare mediante pipettaggio. Incubare la provetta a temperatura ambiente per cinque minuti.Dopo cinque minuti, aggiungere 48 microlitri di reagente di trasfezione in questa provetta e mescolare delicatamente pipettando. Successivamente, incubare questa miscela a temperatura ambiente per almeno 15 minuti. Una volta completata l'incubazione, rimuovere la piastra con le cellule T HEK-293 dall'incubatore.Aggiungere la miscela di reagenti per trasfezione del DNA preparata, goccia a goccia, sulle cellule e agitare delicatamente la piastra per garantire una distribuzione uniforme nella piastra. Riposizionare la piastra nell'incubatrice. Circa sei ore dopo la trasfezione, rimuovere la piastra e aspirare il terreno.Aggiungere 10 millilitri di terreno di coltura fresco e trasferire nuovamente la piastra nell'incubatrice. In più punti temporali, 24, 48 e 72 ore dopo la trasfezione, raccogliere il terreno di coltura contenente le particelle lentivirali in provette separate. Quindi, filtrare il terreno di coltura raccolto attraverso un filtro sterile da 0,45 micron per rimuovere i detriti cellulari.Sostituire con terreno di coltura fresco dopo ogni raccolto. Il filtrato contenente le particelle lentivirali può essere utilizzato immediatamente per la trasduzione o può essere conservato a meno 80 gradi Celsius. Piastra le cellule di carcinoma mammario umano MDA-MB-231 in una piastra di coltura da 35 millimetri in terreno di coltura normale.Incubare queste cellule a 37 gradi Celsius per 24 ore in un incubatore umidificato con il 5% di anidride carbonica. Il giorno successivo, aspirare il terreno di coltura dalla piastra e aggiungere un millilitro di particelle lentivirali insieme a un millilitro di terreno di coltura fresco. Incubare le cellule nell'incubatore per circa 16 ore.Al termine dell'incubazione con particelle virali, rimuovere la piastra per aspirare il terreno. Quindi aggiungere due millilitri di terreno fresco e trasferire nuovamente nell'incubatrice per 24-72 ore. Controllare l'espressione di H2B-mCherry in queste cellule trasdotte utilizzando un microscopio a epifluorescenza.Per iniziare gli esperimenti di sincronizzazione, la prima piastra MDA-MB-231 esprime cellule H2B-mCherry al 50-60% di confluenza in una piastra a 24 pozzetti. Incubare la coltura a 37 gradi Celsius e 5% di anidride carbonica per 24 ore. Il giorno successivo, sostituire il terreno di coltura con 0,5 millilitri di terreno contenente due millimolari di timidina.Lasciare la piastra nell'incubatrice per 24 ore. Una volta completata l'incubazione, lavare le cellule tre volte con PBS per liberarle dal trattamento con Timidina. Quindi lasciare le cellule in 0,5 millilitri di normale terreno di coltura per cinque ore nell'incubatore.Successivamente, per bloccare queste cellule in mitosi, aggiungere il nocodazolo al terreno di coltura. Lasciare le cellule nell'incubatore per 12 ore. Al termine del trattamento con nocodazolo, estrarre la piastra e, utilizzando un agitatore orbitale, agitare le cellule per 45 secondi a un minuto per rilasciare le cellule mitotiche.Successivamente, trasferire il terreno contenente le cellule mitotiche estratte in una nuova provetta da centrifuga. Quindi aggiungere 0,5 millilitri di terreno fresco a ciascun pozzetto. Successivamente, ripetere l'agitazione e l'estrazione delle cellule altre due volte.Raggruppare il mezzo totale raccolto e quindi centrifugarlo per pellettare le celle mitotiche. Dopo la centrifuga, risospendere il pellet cellulare in 0,25 millilitri di terreno di coltura cellulare fresco. Utilizzando un emocitometro, contare il numero di cellule.All'inizio di questa fase, preparare 50 millilitri di soluzione DMEM 10x e sterilizzarla con filtro. Successivamente, determina i volumi di tutti i componenti che verranno utilizzati per realizzare la matrice di collagene 3D come specificato nel protocollo di testo. Pre-raffreddare tutti questi componenti su ghiaccio per rallentare la gelificazione del collagene.Ora, a una provetta da centrifuga pre-raffreddata da 1,5 millilitri, aggiungere il numero richiesto di cellule nel terreno, quindi 10x DMEM, FBS, acqua deionizzata, collagene e infine idrossido di sodio. Mescolare accuratamente utilizzando una pipetta da un millilitro. Una volta che la soluzione è ben miscelata, aggiungere 500 microlitri della miscela in ciascun pozzetto della piastra a 24 pozzetti.Posizionare la piastra a 24 pozzetti in un incubatore a 37 gradi Celsius. Dopo 30 minuti, estrarre la piastra e aggiungere 500 microlitri di terreno di coltura preriscaldato sopra il gel. Prima dell'imaging, accendere le unità di cellule vive dei microscopi a contrasto di fase e confocali.Per catturare le cellule in divisione, posizionare la piastra a 24 pozzetti contenente le cellule incorporate nelle matrici di collagene nell'unità di cellule vive del microscopio a fluorescenza. Utilizzando l'obiettivo 10X, trovare il fondo della lastra e poi spostarla verso l'alto fino a quando il microscopio non mette a fuoco a circa 500 micrometri dal fondo della lastra. Sposta il tavolino per trovare le cellule nelle diverse fasi della mitosi e seleziona più posizioni per l'imaging.Imposta l'esperimento timelapse con intervalli di due minuti. Successivamente, per visualizzare la rete di collagene, configurare il microscopio confocale in modo da catturare solo la luce riflessa dal laser a 488 nanometri. Quindi posizionare la piastra contenente le cellule nelle matrici di collagene nell'unità cellulare viva di questo microscopio.Trova la parte inferiore della lastra e quindi sposta la lente dell'obiettivo verso l'alto fino a quando non mette a fuoco a circa 100 micrometri dal fondo della lastra. Sposta lo stage per trovare le celle e selezionare più posizioni per l'imaging. Imposta l'esperimento timelapse con intervalli di cinque minuti.Di seguito sono mostrate le immagini fluorescenti di una cellula MDA-MB-231 che esprime H2B-mCherry in divisione incorporata nella matrice di collagene. Diverse fasi della mitosi sono prontamente osservate come previsto. La distribuzione delle fibre di collagene nel bianco visualizzato simultaneamente utilizzando la microscopia a riflessione confocale cambia molto poco durante il corso della mitosi.La fase G2-M sincronizzata con le cellule e incorporata in una matrice di collagene completa la divisione cellulare nelle prime due ore, mentre le cellule asincrone di controllo si dividono in modo casuale. La quantificazione della distribuzione delle fibre di collagene durante le fasi interfasiche e mitotiche suggerisce che la deformazione della matrice è minima durante la divisione cellulare e maggiore nelle cellule interfasiche. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere completata in sette giorni a partire dalla generazione della linea cellulare stabile fino all'analisi della divisione cellulare video in una matrice 3D.Dopo aver visto questo video, si spera che tu abbia una buona comprensione di come sincronizzare e monitorare la divisione cellulare dei mammiferi in matrici 3D utilizzando l'imaging di cellule vive e come determinare la deformazione della matrice utilizzando la microscopia a riflessione confocale e le tecniche di analisi dell'imaging quantitativo.

mammalian-cell-division-3d-matrices-via-quantitative-confocal

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Bioengineering

Bioingegneria

Processi cellulari come la migrazione delle cellule sono stati tradizionalmente studiati su due dimensioni, superfici in plastica rigida. Questo rapporto descrive una tecnica per la visualizzazione diretta di localizzazione delle proteine ​​e l'analisi dinamica della proteina in cellule di migrare in modo più fisiologicamente rilevanti, matrice tridimensionale.

Live-cellula Imaging di migrazione delle cellule che esprimono proteine ​​fluorescenti-taggato in una matrice tridimensionale

Descriviamo un super-risoluzione metodo di imaging per sondare l'organizzazione strutturale del batterica FtsZ-ring, un apparecchio essenziale per la divisione cellulare. Questo metodo si basa su analisi quantitative di fotoattivati ​​localizzazione microscopia (PALM) immagini e può essere applicata ad altre proteine ​​batteriche citoscheletro.

Super-risoluzione Imaging della Divisione Macchine batterica

Progenitrici neurali mitosi è un parametro critico della neurogenesi. Gran parte della nostra comprensione delle progenitrici neurali mitosi si basa sull'analisi del tessuto fisso. Vivo imaging in fettine cerebrali embrionali è una tecnica versatile per valutare mitosi con alta risoluzione temporale e spaziale in un ambiente controllato.

Immagini dal vivo della mitosi in via di sviluppo embrionali di topo Cortex

Questo articolo fornisce metodologie dettagliate per l'utilizzo di tridimensionali (3D) test per quantificare l'invasione delle cellule di cancro al seno. In particolare, discuteremo le procedure necessarie per configurare tali analisi, quantificazione e analisi dei dati, così come i metodi per esaminare la perdita dell'integrità della membrana che si verifica quando le cellule invadono.

Quantificazione del cancro al seno Cellula Invasività Utilizzando una tridimensionale (3D) Modello

Il metodo qui presentato utilizza il micromodellamento insieme all'imaging quantitativo per rivelare l'organizzazione spaziale all'interno delle culture dei mammiferi. La tecnica è facile da stabilire in un laboratorio di biologia cellulare standard e offre un sistema trattabile per studiare patterning in vitro.

Mappatura dell'Emergente Organizzazione Spaziale delle Cellule Mammarie utilizzando Micropatterns e Quantitative Imaging

Le divisioni cellulari possono essere visualizzate in tempo reale utilizzando proteine fluorescenti e microscopia time-lapse. Utilizzando il protocollo qui presentato, gli utenti possono analizzare le dinamiche di temporizzazione della divisione cellulare, l'assemblaggio del mandrino mitotico e il congresso cromosomico e la segregazione. I difetti in questi eventi a seguito del knockdown genico mediato dall'RNA (RNAi) possono essere valutati e quantificati.

Uso di celle Drosophila S2 per l'imaging live della divisione cellulare

Questo protocollo spiega come preparare e montare campioni batterici per l'imaging tridimensionale dal vivo e come ricostruire la forma tridimensionale di E. coli da queste immagini.

Immagini tridimensionali di cellule batteriche per rappresentazioni cellulari accurate e localizzazione precisa delle proteine

L'imaging dal vivo ex vivo è una potente tecnica per studiare i processi dinamici dei movimenti e delle interazioni cellulari nei tessuti viventi. Qui, presentiamo un protocollo che implementa la microscopia a due fotoni per tracciare in tempo reale le cellule epiteliali dentali in incisivi di topo adulti interi in coltura.

Utilizzo dell'imaging dal vivo ex vivo per studiare le divisioni e i movimenti cellulari durante il rinnovamento dentale del topo

L'analisi accurata dei dati di microscopia multidimensionale richiede flussi di lavoro complessi. Questo articolo mostra come utilizzare il software Cell-ACDC. Sfrutta modelli all'avanguardia basati sull'intelligenza artificiale per la segmentazione, il tracciamento, l'analisi del pedigree cellulare e la quantificazione dei dati di microscopia. Fondamentalmente, integra questi modelli con un framework innovativo per la correzione semi-automatica dell'output dei modelli.

Analisi di dati di microscopia multidimensionale utilizzando Cell-ACDC

La costruzione completa di una consuetudine, in tempo reale del sistema di imaging confocale scansione è descritto. Questo sistema, che può essere facilmente utilizzato per il video-rate microscopia e microendoscopy, consente una vasta gamma di geometrie e le applicazioni di imaging non accessibili utilizzando le normali sistemi commerciali confocale, ad una frazione del costo.

Video-tasso di Microscopia confocale e scansione Microendoscopy

Impara a studiare la divisione cellulare dei mammiferi in matrici 3D di collagene utilizzando la microscopia confocale di riflessione. Questo metodo fornisce approfondimenti sulle interazioni cellula-matrice in un ambiente fisiologicamente rilevante.

Divisione delle cellule dei mammiferi in matrici 3D tramite microscopia confocale quantitativa di riflessione

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