マウスの蛍光レポーターを利用して、肺転移内の腫瘍細胞間質相互作用のex vivoライブイメージングのための比較的簡単な方法について説明します。スピニングディスク共焦点顕微鏡を用いたこの技術は、少なくとも4時間にわたる生細胞の可視化を可能にし、他の炎症性肺疾患の研究にも適応できる可能性があります。
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方法論記事
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マウスの蛍光レポーターを利用して、肺転移内の腫瘍細胞間質相互作用のex vivoライブイメージングのための比較的簡単な方法について説明します。スピニングディスク共焦点顕微鏡を用いたこの技術は、少なくとも4時間にわたる生細胞の可視化を可能にし、他の炎症性肺疾患の研究にも適応できる可能性があります。
転移は、癌関連の罹患率および死亡率の主要な原因です。転移は多段階プロセスであり、その複雑さのために、転移性播種と成長を支配する正確な細胞および分子プロセスはまだとらえどころのないです。ライブイメージングは、細胞とその微小環境の動的なと空間の相互作用の可視化を可能にします。固形腫瘍は、一般的に肺に転移します。しかし、肺の解剖学的位置は、生体イメージングへの挑戦を提起します。このプロトコルは、肺転移内の腫瘍細胞とその周囲の間質間の動的相互作用の ex vivoライブイメージングのための比較的単純かつ迅速な方法を提供します。この方法を使用して、癌細胞の運動性ならびにそれらの微小環境中の癌細胞と間質細胞の間の相互作用は、いくつかの時間をリアルタイムで可視化することができます。トランスジェニック蛍光レポーターマウスを用いて、蛍光細胞株は、注射可能な蛍光標識分子および/または抗体は、肺の微小環境の複数のコンポーネントは、血管及び免疫細胞のように、可視化することができます。異なる細胞型の画像に、迅速な、四色の画像取得との長期の連続撮影を可能にする回転ディスク共焦点顕微鏡が用いられています。複数の位置と焦点面上で収集した画像からコンパイルタイムラプスムービーは、少なくとも4時間のライブ転移性および免疫細胞間の相互作用を示しています。この技術はさらに、化学療法または標的療法を試験するために使用することができます。また、この方法は、肺の微小環境に影響を及ぼし得る他の肺関連病理の研究のために適合させることができます。
癌の最も致命的な側面は転移であり、これは癌関連の罹患率と死亡率の90%以上を占めています1。転移は多段階のプロセスであり、その複雑さのために、転移の播種と成長を支配する正確な細胞および分子メカニズムはまだとらえどころのないものです。転移するには、原発腫瘍の腫瘍細胞が隣接する細胞や基底膜から剥離し、細胞外マトリックスを通過し、血管内投与を行い、血管やリンパ管を介して移動し、二次部位で血管外漏出を行い、最後に生存して二次腫瘍を確立する必要があります。腫瘍細胞の特性に加えて、隣接する間質とがん細胞の正常な対応物を含む微小環境からの寄与は、転移性病変の播種と確立にとって重要です2。
転移性播種と成長を研究する伝統的な方法は、組織を切除し、組織学のために切片化する静的な状態を調べます。これらのデータは、この非常に動的なプロセスのスナップショットを生成するだけです。これらの研究からいくつかの有用な情報を得ることができるが、転移形成中に腫瘍細胞と間質細胞が相互作用する複雑な過程は、これらの方法では十分に評価できない。さらに、遠隔部位にコロニーを確立するために重要な腫瘍や間質細胞の移動パターンについての洞察を得ることはできません。転移過程を効果的に研究するためには、がん細胞とその微小環境との間の様々な相互作用を連続的かつリアルタイムに可視化することが不可欠です。
肺は、乳がん、結腸直腸がん、膵臓がん、黒色腫、肉腫などの固形腫瘍からの転移の一般的な部位です。生体内イメージングは、以前にさまざまな原発腫瘍および転移モデルにおける細胞間相互作用の研究に使用されていました4,5。マウスにおける肺イメージングの方法には、生体内イメージング、肺切片イメージング、ex vivo肺転移アッセイなどが発表されています6–9。マウス肺の生体内イメージングは、胸部吸引窓を利用して肺を安定させます6。この方法は、肺の微小循環と肺胞腔のタイムラプスイメージングに使用されます。肺の解剖学的位置は、生体内イメージングに課題をもたらします。肺にアクセスするためには、胸腔を開かなければならず、陰圧が失われ、肺が虚脱します。この方法では、肺のごく一部しか視覚化できず、技術的に要求が厳しいです。血流に依存しないプロセスを調べる研究では不必要な合併症です。さらに、この方法では、呼吸によって引き起こされる動きをゲートアウトする必要もあります。これは、呼吸と呼吸の間に画像を収集することによって、または画像取得後の分析10中に行われる。代替のex vivo肺切片イメージングは、安定性と深さを提供し、免疫染色のための肺実質の準備も行います7。しかし、切片化プロセスが長いため、動物の犠牲からイメージングセッションの開始までの間に大幅な遅延が生じます。さらに、マウスの肺を切片化するプロセスは、かなりの量の細胞死8を引き起こし、したがって、イメージングサンプルの質と量を妨げ、おそらく腫瘍と間質の相互作用を不必要に変化させる。生体内イメージングと肺切片イメージングの方法を技術的に橋渡しするために、2つの技術の利点を活用しながら、ex vivo肺イメージングのための比較的迅速で簡単な方法が開発されました。この方法は、切開されていない全肺葉のイメージングによって達成されました。この手法を用いると、がん細胞の運動性や、がん細胞と間質細胞の微小環境における相互作用を数時間にわたってリアルタイムに可視化することができます。
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記載されているすべての手順は、地域の施設動物ケアおよび使用委員会(IACUC)による事前の承認を含め、脊椎動物の使用に関するガイドラインおよび規制に従って実施する必要があります。
1. Ex vivo生体イメージングのための肺転移の作製(トランスジェニックまたは尾静脈注射)
注:肺転移は、遺伝子組換えマウスモデルを利用するか、またはがん細胞を静脈内(i.v.)投与することで作製できます。
2. 転移微小環境における目的成分の標識(トランスジェニックおよび/または注入可能物質)
注:ラベル付けは、トランスジェニックマウスおよび/またはさまざまな注入剤によって行うことができます。異なる細胞種類のラベル付けには、必ず異なる蛍光色を使用してください。
3. 解剖前の材料準備
4. 注射液の調製
注:半減期および期待される反応に応じて、蛍光標識抗体および/または蛍光分子を、動物の殺処分直前、あるいは数時間から数日前に注入してください。
5. Ex vivoライブイメージングのための肺の調製
注:肺内の免疫細胞に不必要な刺激を与えないよう、可能な限り無菌的に、かつ慎重に作業を行ってください。

図 1. 生体イメージング用肺準備プロトコル。 (A) マウスの処置後、気管を露出させる。 (B) 露出した気管の軟骨環に平行に小さな切開を入れる。 (C) 20 G 針を気管に 4-5 mm 挿入する。 (D) 2% 低融点アガロース 400 µl を肺内に注入する。 (E) 膨張した肺をマウスから切り離す。 (F) 膨張後、肺葉を分離させる。 (G) 肺葉を 24ウェルイメージングプレートのウェルに配置する。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
6. 画像の取得と解析
注意:画像は、さまざまなソフトウェアプログラムでサポートされている多様な回転ディスク共焦点顕微鏡を用いて取得できます。本プロトコルでは、画像の取得に、カスタムメイドの回転ディスク共焦点顕微鏡とµManager、または市販の回転ディスク共焦点顕微鏡とZenのいずれかを使用し、動画の編集および解析にはImarisを使用します。
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回転円盤共焦点顕微鏡、さまざまなマウスモデルシステムおよび注入剤を用いることで、転移性の微小環境を可視化し、経時的に追跡することが可能です。MMTV-PyMT; ACTB-ECFP; c-fms-EGFP三重トランスジェニックマウスモデルを用いることで、異なる細胞成分を蛍光標識できます(Figure 2A、Movie 1)。すべての細胞がβ-アクチンプロモーターの下でECFPを発現しているため、CFPチャネルで肺実質の典型的な構造を可視化できます。大規模または多細胞の肺転移巣は、組織化された肺構造内の細胞塊として現れるため、容易に識別できます。骨髄系細胞は、CSFR-1のトランスジーンであるc-fms-EGFPの発現を通じて、GFPチャネルで可視化されます12。骨髄系細胞は、撮像視野全体を移動するため、非常にダイナミックに変動します。c-fms-EGFP陽性細胞は、肺転移巣に密接に接触している細胞に比べて、肺実質においてより豊富に存在し、遊走性が高いことがわかります。骨髄系細胞のダイナミクスと肺...
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この原稿では、転移のマウスモデルにおける肺転移の ex vivo ライブイメージングの詳細な方法について説明しています。このイメージングプロトコルは、肺微小環境内の動的および空間的な腫瘍細胞と間質の相互作用を直接視覚化します。これは比較的簡単で迅速な方法であり、少なくとも 4 時間の肺転移の信頼性の高いイメージングを可能にします。これらの実験から得られたムービーは、細胞運動性や細胞相互作用などの動的プロセスを追跡するために使用できます。
肺転移の発生のための2つの方法、すなわち遺伝子操作マウスモデルと操作された細胞株の使用が説明された。 MMTV-PyMT マウスモデルは、乳がんの進行と自然肺転移を要約しています。転移の広がりを再現する他の技術、 例えば、乳腺における細胞の同所性移植も利用可能である20。静脈内注射された VO-PyMT 細胞株を使用して、乳がん転移の播種と増殖を模倣します。VO-PyMT細胞増殖の時間許容は、肺転移の段階に対する実験的好みに依存します。注入細胞数にもよりますが、VO-PyM...
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著者には開示すべき利益相反はありません。すべての動物実験は、IACUC 承認プロトコルである UCSF に従って実施されました。
技術的な支援をしてくださったNguyen H. Nguyenさんと、Zeiss Cell Observer回転ディスク共焦点顕微鏡のサポートを提供してくださったAudrey O'Neillさんに感謝します。この研究は、国防総省のポスドクフェローシップ(W81XWH-11-01-0139)とワイツマン科学研究所-科学における女性の地位向上のための全米ポスドク賞プログラム(V.P.)の支援を受けました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| MMTV-PyMT/FVB マウス | Jackson Laboratory | 2374 | 雌マウス |
| ACTB-ECFP/FVB マウス | UCSF Werb lab | 雌マウス | |
| c-fms-EGFP/FVB マウス | UCSF Werb 研究室 | 雌マウス | |
| FVB マウス | Jackson Laboratory | 1800 | 雌マウス |
| GFP+ VO-PyMT 細胞 | UCSF Werb 研究室 | ||
| 70,000 kDaデキストラン、ロダミン標識 | Invitrogen | D1818 | x PBSで4mg/mLに希釈し、-20°Cで保存します。1匹あたり0.4mgを使用してください。 |
| 10,000 kDa Dextran, Alexa Fluor 647 conjugated | Invitrogen | D22914 | x PBSで4mg/mLに希釈し、-20°Cで保存してください。1匹あたり0.4mgを使用してください。 |
| 抗マウスGr-1抗体 Alexa Fluor 647 | UCSF モノクローナル抗体コア | ストック 1mg/ml. 1匹あたり7μgを使用してください。 | |
| IACUCによって承認された麻酔麻酔、麻酔および/または安楽死に使用 | |||
| 1X PBS | UCSF 細胞培養施設 | ||
| PBS、USP 滅菌 | Amresco INC | K813-500ML | 超純高等級 静脈内注射 |
| 用発泡スチロールプラットフォーム | 用 解剖板として使用されます | ||
| 細かいはさみ シャープ | ファインサイエンスツール | 14060-11 | |
| 鉗子 | ロボズ外科用ストア | RS-5135 | |
| ホットビーズ滅菌器 | ファインサイエンスツール | 18000-45 | の30分前にオンにします |
| 空気 | UCSF | ||
| 酸素 | UCSF | ||
| 二酸化炭素 | UCSF | ||
| 針なし1mLシリンジ | BD | 309659 | |
| 27G×1/2針 | 点滴注射用 | BD | 305109 |
| 20G×1本針、ショートベベル | BD | 305178 | |
| 低融点アガロース | ロンザ | 50111 | 10 mlの溶液を作るには、0.2 gのアガロースを秤量し、1 x PBSを10 mlに加え、加熱して溶解します。アガロースは室温で固まるため、37°Cに維持してください。Cウォーターバスは、インフレーションに使用されるまで。 |
| RPMI-1640 フェノールレッドなし媒体 | ライフテクノロジー | ズ 11835-030 | |
| 24ウェルイメージングプレート | E&K scientific | EK-42892 | |
| ガラスカバースライド、15 mm | フィッシャーサイエンティフィック | 22-031-144 | |
| デジタル CO2 および温度コントローラー | Okolab | DGTCO2BX | http://www.oko-lab.com |
| 気候チャンバー | Okolab | http://www.oko-lab.com | |
| Cell Observer スピニングディスク共焦点顕微鏡 | Zeiss | ||
| Zen ソフトウェア | Zeiss | ||
| 倒立顕微鏡 | Carl Zeiss | Inc Zeiss Axiovert 200M | |
| ICCD camera | Stanford Photonics | XR-Mega-10EX S-30 | |
| Spinning disk confocal scan-head | 横河電機株式会社 | CSU-10b | |
| Imaris | Bitplane | ||
| mManager | Vale lab, UCSF | オープンソースソフトウェア |
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