ここで提示される方法の目的は、マイクロ環境マイクロアレイ(MEMA)を作製し、培養細胞の表現型に対する何千もの単純な組み合わせ微小環境の影響を調べるために使用する方法を示すことです。
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ここで提示される方法の目的は、マイクロ環境マイクロアレイ(MEMA)を作製し、培養細胞の表現型に対する何千もの単純な組み合わせ微小環境の影響を調べるために使用する方法を示すことです。
細胞の表現型に対する微小環境の影響を理解することは、生体内の微小環境における可溶性成長因子とマトリックス関連タンパク質の両方の複雑な混合物による困難な問題である。さらに、インビトロでの微小環境のモデリングに容易に利用可能な試薬は、通常、不完全に定義され、バッチからバッチの変動に苦しむタンパク質の複雑な混合物を利用します。マイクロ環境マイクロアレイ(MEMA)プラットフォームは、単一のアッセイにおける細胞表現型への影響について、マイクロ環境タンパク質の数千もの単純な組み合わせの評価を可能にします。MEMAはウェルプレートで調製され、個々のリガンドをアレイされた細胞外マトリックス(ECM)タンパク質を含むウェルを分離することができます。各印刷されたECMとの可溶性リガンドの組み合わせは、ユニークな組み合わせを形成します。典型的なMEMAアッセイには、細胞が単一のアッセイでさらされている2,500を超えるユニークな組み合わせ微小環境が含まれています。試験ケースとして、乳癌細胞株MCF7をMEMAプラットフォーム上でメッキした。このアッセイの分析は、これらの細胞の増殖および増殖を増強および阻害する因子を同定した。MEMAのプラットホームは非常に適用範囲が広く、癌の研究を超えて他の生物学的質問と使用するために拡張することができる。
2次元(2D)単層におけるプラスチック上の癌細胞株の培養は、がん研究者にとって依然として主要な主力の1つである。しかし、微小環境は、細胞の型示しに影響を与える能力のためにますます認識されています。癌において、腫瘍微小環境は、成長、生存、侵侵入、および治療1、2への応答を含む複数の細胞行動に影響を与える知られている。従来の単層細胞培養は、通常、微小環境の影響を欠き、市販の精製基膜抽出物を含む細胞を成長させるより複雑な3次元(3D)アッセイの開発につながっている。しかし、これらの精製行列は、通常、使用が複雑であり、バッチ変動3や複雑な組成3などの技術的な問題に苦しむ。その結果、細胞表現型3に影響を与える可能性のある特定のタンパク質に機能を割り当てるのは困難な場合があります。
これらの限界に対処するため、微小環境マイクロアレイ(MEMA)技術を開発し、微小環境を細胞外マトリックス(ECM)と可溶性成長因子タンパク質の単純な組み合わせにまで削減する4,5.MEMAプラットフォームは、細胞の挙動に影響を与える主要な微小環境因子の同定を可能にします。配列形式を使用することで、何千もの微小環境因子の組み合わせを1回の実験でアッセイすることができます。ここで説明するMEMAは、約2,500の異なるユニークな微小環境条件を尋問する。ウェルプレートに印刷されたECMタンパク質は、細胞を培養できる成長パッドを形成します。可溶性リガンドは個々のウェルに添加され、細胞が露出する各異なるスポットにユニークな組み合わせ微小環境(ECM +リガンド)を作成します。細胞は数日間培養され、次いで固定され、染色され、これらの特定の微小環境の組み合わせへの曝露の結果として細胞表現型を評価するために画像化される。微小環境は単純な組み合わせであるため、細胞の主要な現象的変化を駆動するタンパク質を特定するのは簡単です。MEMAは、細胞の運命決定と治療4、5、6、7への応答を駆動するものを含む、複数の細胞表現型に影響を与える因子を同定するために正常に使用されている。これらの応答は、単純な2D実験で検証することができ、腫瘍微小環境の複雑さをより完全に要約する条件下で評価することができます。MEMAプラットフォームは、良好なプノチピックバイオマーカーが利用可能である場合、様々な細胞タイプおよびエンドポイントに非常に適応可能です。
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注:MEMA プロセス全体の概要 (推定時間を含む) は、図 1に示すフロー図に概説されています。このプロトコルは、8ウェルプレートにおけるMEMAの製造について詳しく述べています。プロトコルは、他のプレートまたはスライドに適合してもよい。
1. タンパク質、希釈剤、染色バッファーの調製
2. ECMソースプレートの調製
3. 液体ハンドラを用したソースプレートの作成
4. アレイ印刷ロボットを用いたMEMの印刷
注:プロトコルの次の部分は、MCF7細胞の増殖および増殖に対する異なる微小環境タンパク質の影響を調査するためのMEMAの調製および使用について具体的に説明する。しかし、プロトコルは、異なるリガンド、EEC、および細胞を使用して、他の細胞株および目的のエンドポイントを研究するように容易に適応させることができる。
5. リガンド処理プレートの作成
6. MEMA上の細胞の培養
7. MEMの固定と染色
8. MEMAのイメージング
9. データ分析
注:データ分析は、Raw CellProfiler 派生データの正規化、変動補正、および要約で構成されます。この例では、カスタム コードを使用する R 環境を使用して、すべての手順を実行します。ただし、任意の統計環境またはソフトウェア プログラムを使用して、同等のアクションを実行できます。分析用の R 環境のオープン ソース カスタム コードの例は、https://www.synapse.org/#!Synapse:syn2862345/wiki/72486 にあります。
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細胞増殖および増殖に対する微小環境影響を簡素化し、細胞増殖および増殖を促進または阻害する条件を同定するために、乳癌細胞株MCF7は、プロトコルに記載されている8ウェルMEMAのセットに播種した。このアッセイは、合計2736の組み合わせ微小環境条件のために、48の異なるEPMと57の異なるリガンドに細胞を曝露しました。培養71時間後、細胞をEdUでパルスし、固定、透過化、DAPI、EdU検出に対する反応、抗フィブリリン抗体、および抗H3K9me3抗体で染色した。細胞を高含有量の顕微鏡で画像化した。画像はOmeroサーバー10にアップロードされ、CellProfiler8を使用してセグメント化され、R9で正規化および分析されました。以下に説明する結果は、DAPI シグナルと EdU シグナルに焦点を当てています。
MEMAの画像解析プラットフォームは、DAPIに基づいて所定のリガンドで処理された細胞に対して2Nおよび4N画分を示すDNA含有量プ...
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「次元性」と文脈の重要性は、微小環境11との相互作用を通じて癌細胞の特性評価のツールとしてのインビトロ培養システムの開発の動機付け要因となっている11、およびインビトロの能力インビボ環境を模倣する文化システムは、これらの文化システムを改善するための探求の原動力です。しかし、インビトロシステムは、単純化されたモデル12にインビボ状況の複合体を蒸留する能力のために、正確に癌研究の重要なツールを残しています。
2D システムには EPM とリガンドを含めることができますが、従来は、組み合わせのパーチュバゲンの広いパネルを調べるためのスループット能力が欠けていました。一般的な市販の地下膜抽出物は、3Dで培養することができますが、タンパク質の慎重に定義されたパネルの証明を欠いています。市販の抽出物は、通常、不完全に定義された組成物に苦しんでおり、分析を混乱させ、有意なバッチ間変動3、13をもたらす可能性がある。
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著者は何も開示していない。
この研究は、NIHコモン・ファンド・ライブラリー・オブ・ネットワーク・セルラー・シグネチャー(LINCS)助成金HG008100(J.W.G.、L.M.H.、J.E.K)によって支援されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| プロトコルで使用されるAushon 2470 | Aushon BioSystems | Arrayerロボットシステム | |
| Nikon HCA | Nikon | High Content Imagingシステムは、Nikon Eclipse Ti Inverted Microscope | |
| BioTek Precision XSリキッドハンドラーBioTek | |||
| EDTA | Invitrogen | 15575-038 | |
| グリセロール | Sigma | G5516 | |
| Triton X100 | Sigma | T9284 | |
| Tween 20 | Sigma | P7949 | |
| Kolliphor P338 | BASF | 50424591 | |
| 384 ウェル マイクロアレイ プレート、円筒形 ウェル | Thermo Fisher | ab1055 | |
| Nunc 8井戸皿 | サーモフィッシャー | 267062 | |
| パラホルムアルデヒド 16%溶液 | 電子顕微鏡 科学 | 15710 | |
| BSA | フィッシャー | BP-1600 | |
| アジ化ナトリウム | シグマ | S2002 | |
| セルマスク | 分子プローブ | H32713 | |
| Click-iTEdU Alexa Fluor | 分子プローブ | C10357 | |
| DAPI | プロモキネ | PK-CA70740043 | |
| アルカム | R&Dシステム | 656-AL | ECM |
| カドヘリン-20(CDH20) | R&Dシステム | ズ5604-CA | ECM |
| Cadherin-6 (CDH6) | R &Dシステム | ズ2715-CA | ECM |
| Cadherin-8(CDH8) | R &Dシステム | ズ188-C8 | ECM |
| CD44 | R &Dシステムズ | 3660-CD | ECM |
| CEACAM6 | R &D Systems | 3934-CM | ECM |
| コラーゲン I | Cultrex | 3442-050-01 | ECM |
| コラーゲン II 型 | ミリポア | CC052 | ECM |
| コラーゲン III 型 | ミリポア | CC054 | ECM |
| コラーゲン IV 型 | シグマ | C5533 | ECM |
| コラーゲン V 型 | ミリポア | CC077 | ECM |
| COL23A1 | R&Dシステム | ズ4165-CL | ECM |
| Desmoglein 2 | R &D Systems | 947-DM | ECM |
| E-カドヘリン (CDH1) | R &Dシステム | ズ648-EC | ECM |
| ECM1 | R &Dシステム | ズ3937-EC | ECM |
| フィブロネクチン | R &Dシステム | ズ1918-FN | ECM |
| GAP43 | カム | ab114188 | ECM |
| HyA-500K | R&Dシステムズ | GLR002 | ECM |
| HyA-50K | R &Dシステムズ | GLR001 | ECM |
| ICAM-1 | R &Dシステムズ | 720-IC | ECM |
| ラミニン | シグマ | L6274 | ECM |
| ラミニン-5 | Abcam | ab42326 | ECM |
| ルミカン | R &Dシステム | 2846-LU | ECM |
| M-CAD(CDH15) | R&Dシステム | ズ4096-MC | ECM |
| ニドゲン-1 | R &Dシステム | ズ2570-ND | ECM |
| オステオアドヘリン/ OSAD | R&Dシステム | ズ2884-AD | ECM |
| オステオポンチン(SPP) | R &Dシステム | ズ1433-OP | ECM |
| P-カドヘリン(CDH3) | R &Dシステムズ | 861-PC | ECM |
| PECAM1 | R &Dシステムズ | ADP6 | ECM |
| テネイシンC | のR&Dシステム | ズ3358-TC | ECM |
| VCAM1 | R &Dシステムズ | ADP5 | ECM |
| ビトロネクチン | R &Dシステム | ズ2308-VN | ECM |
| Biglycan | R &Dシステム | ズ2667-CM | ECM |
| デコリン | R &Dシステム | ズ143-DE | ECM |
| ペリオスチン | R&Dシステム | ズ3548-F2 | ECM |
| SPARC/オステオネクチン | R &Dシステム | ズ941-SP | ECM |
| トロンボスポンジン-1/2 | R &Dシステム | ズ3074-TH | ECM |
| ブレビカン | R&D Systems | 4009-BC | ECM |
| エラスチン | BioMatrix | 5052 | ECM |
| Fibrillin | Lynn Sakai Lab OHSU | N/A | ECM |
| ANGPT2 | RnD_Systems_Own | 623-AN-025 | リガンド |
| IL1B | RnD_Systems_Own 201-LB-005 | リガンド | |
| CXCL8 | RnD_Systems_Own | 208-IL-010 | リガンド |
| IGF1 | RnD_Systems_Own | 291-G1-200 | リガンド |
| TNFRSF11B | RnD_Systems_Own 185-OS | リガンド | |
| BMP6 | RnD_Systems_Own | 507-BP-020 | リガンド |
| FLT3LG | RnD_Systems_Own 308-FK-005 | リガンド | |
| CXCL1 | RnD_Systems_Own | 275-GR-010 | リガンド |
| DLL4 | RnD_Systems_Own 1506-D4-050 | リガンド | |
| HGF | RnD_Systems_Own | 294-HGN-005 | リガンド |
| Wnt5a | RnD_Systems_Own | 645-WN-010 | リガンド |
| CTGF | Life_Technologies_Own | PHG0286 | リガンド |
| LEP | RnD_Systems_Own | 398-LP-01M | リガンド |
| FGF2 | Sigma_Aldrich_Own | SRP4037-50UG | リガンド |
| FGF6 | RnD_Systems_Own | 238-F6 | リガンド |
| IL7 | RnD_Systems_Own | 207-IL-005 | リガンド |
| TGFB1 | RnD_Systems_Own | 246-LP-025 | リガンド |
| PDGFB | RnD_Systems_Own | 220-BB-010 | リガンド |
| WNT10A | Genemed_Own | 90009 | リガンド |
| PTN | RnD_Systems_Own | 252-PL-050 | リガンド |
| BMP3 | RnD_Systems_Own | 113-BP-100 | リガンド |
| BMP4 | RnD_Systems_Own | 314-BP-010 | リガンド |
| TNFSF11 | RnD_Systems_Own | 390-TN-010 | リガンド |
| CSF2 | RnD_Systems_Own | 215-GM-010 | リガンド |
| BMP5 | RnD_Systems_Own | 615-BMC-020 | リガンド |
| DLL1 | RnD_Systems_Own | 1818-DL-050 | リガンド |
| NRG1 | RnD_Systems_Own 296-HR-050 | リガンド | |
| KNG1 | RnD_Systems_Own | 1569-PI-010 | リガンド |
| GPNMB | RnD_Systems_Own | 2550-AC-050 | リガンド |
| CXCL12 | RnD_Systems_Own 350-NS-010 | リガンド | |
| IL15 | RnD_Systems_Own | 247-ILB-005 | リガンド |
| TNF | RnD_Systems_Own | 210-TA-020 | 配位子 |
| IGFBP3 | RnD_Systems_Own | 675-B3-025 | 配位子 |
| WNT3A | RnD_Systems_Own | 5036-WNP-010 | 配位子 |
| PDGFAB | RnD_Systems_Own | 222-AB | 配位子 |
| AREG | RnD_Systems_Own | 262-AR-100 | 配位子 |
| JAG1 | RnD_Systems_Own | 1277-JG-050 | 配位子 |
| BMP7 | RnD_Systems_Own 354-BP-010 | リガンド | |
| TGFB2 | RnD_Systems_Own | 302-B2-010 | リガンド |
| VEGFA | RnD_Systems_Own | 293-VE-010 | リガンド |
| IL6 | RnD_Systems_Own | 206-IL-010 | リガンド |
| CXCL12 | RnD_Systems_Own | 351-FS-010 | リガンド |
| NRG1 | RnD_Systems_Own | 378-SM | リガンド |
| IGFBP2 | RnD_Systems_Own | 674-B2-025 | リガンド |
| SHH | RnD_Systems_Own | 1314-SH-025 | リガンド |
| FASLG | RnD_Systems_Own | 126-FL-010 | リガンド |
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