光コヒーレンストモグラフィ (OCT)、3次元イメージング技術は、監視し、腫瘍細胞スフェロイドの成長カイネティクスを特徴付ける使用されました。アプローチ、およびラベル無料死んだ組織検出光減衰のコントラストに基づく回転楕円体を数えるボクセルを用いた腫瘍回転楕円体の正確な体積の数量を示した。
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光コヒーレンストモグラフィ (OCT)、3次元イメージング技術は、監視し、腫瘍細胞スフェロイドの成長カイネティクスを特徴付ける使用されました。アプローチ、およびラベル無料死んだ組織検出光減衰のコントラストに基づく回転楕円体を数えるボクセルを用いた腫瘍回転楕円体の正確な体積の数量を示した。
腫瘍回転楕円体は、がん研究・がん創薬における三次元 (3 D) 細胞培養モデルとして開発されています。しかし、現在、高スループットのモダリティをイメージング明るいフィールドまたは蛍光検出を利用したはない蛍光染料の拡散限られた光穿腫瘍回転楕円体の全体的な 3 D 構造を解決することができると深さ-resolvability。最近では、私たちの研究室は、光干渉断層計 (OCT)、ラベル無料、非破壊 3 D 96 ウェル プレートで腫瘍細胞スフェロイドの縦断的評価を実行するためのモダリティをイメージングの使用を認めた。10 月は約 600 μ m の高さにまで成長している腫瘍回転楕円体の 3 D の形態学的および生理学的な情報を得ることができます。この記事では、全体ウェル プレートをスキャンし、自動的に腫瘍回転楕円体の 3 D 10 月データを取得する高スループット 10 月 (HT OCT) イメージング システムを示しています。プロトコルで、HT OCT システム施工指針の詳細について述べる。3 D 10 月データから 3 D レンダリングと回転楕円体の全体的な構造を視覚化できます 1 つと直交スライス サイズとボリュームの形態学的情報に基づく腫瘍回転楕円体の縦断的成長曲線の特徴しの増加率を監視光減衰のコントラストに基づく腫瘍回転楕円体で死んだセル領域。HT 10 月を薬物スクリーニングと同様、biofabricated のサンプルの特性の高スループットのイメージ投射様相として使用できるを示します。
がんは世界1の死の 2 番目の主要な原因です。患者のための重大な重要性の癌をターゲットとする薬剤の開発です。ただし、新しい抗がん剤の 90% 以上が臨床試験2で予期しない毒性と有効性の不足のため開発段階で失敗することが推定されます。理由の一部は、化合物のスクリーニング、医薬品探索2の次の段階の化合物の有効性と毒性の限られた予測値と結果を提供するための単純な二次元 (2 D) 細胞培養モデルの使用に帰することができます。,3,4. 近年、三次元 (3 D) 腫瘍回転楕円体モデルは抗癌性の薬剤の発見3,4,5 の臨床的に関連する生理学的および薬理学的データを提供するために開発されています。、6,7,8,9,10、11,12,13,14、 15,16,17,18,19,20,21,22,23、 24,25。以来、これらの回転楕円体は、生体内で腫瘍の組織に固有のプロパティをまねることができる、栄養や酸素など薬剤抵抗19、これらのモデルの使用と同様に、グラデーション、低酸素のコア潜在的短縮できる薬の発見のタイムライン投資のコストを削減しより効果的に患者に新しい薬をもたらします。3 D 腫瘍回転楕円体開発化合物の有効性を評価する重要な方法の 1 つは、回転楕円体の成長と治療9,26再発を監視することです。これを行うには、その直径と高解像度の画像診断装置では、ボリュームを含む腫瘍形態の定量的な特徴づけが不可欠であります。
明視野、位相コントラスト7,9,22,24, 蛍光顕微鏡8,9,16など、従来の画像診断装置 18,22回転楕円体の直径の測定を提供することができますが、3 D 空間で回転楕円体の全体的な構造を解決することはできません。多くの要因は、回転楕円体; プローブ光の浸透を含むこれらの制限に貢献します。回転楕円体に蛍光染料の拡散励起蛍光染料中または強い吸収と散乱のため回転楕円体の反対側の面からの発光の蛍光信号これらの深さ resolvability 画像診断。これは多くの場合不正確なボリューム計測に します。回転楕円体の壊死性のコアの開発は、生体内で腫瘍6,10,15,19,25で壊死を模倣します。この病理学的機能は、2 D セル文化19,25,27,28で再現可能性があります。回転楕円体サイズの 3 層の同心円構造、直径 500 μ m よりも大きい増殖細胞の外側の層、中間層休止期の細胞の壊死性コアなどで観察できる回転楕円体6,10 ,,1519,25酸素や栄養素の不足のため。ライブとデッド細胞蛍光イメージングは、壊死性のコアの境界にラベルを付ける標準的なアプローチです。しかし、再び、これらの蛍光染料と可視光の両方の侵入は、実際の形でその開発を監視する壊死性コアにプローブする可能性を妨げます。
画像モダリティ別 3 D、腫瘍スフェロイドを特徴付けるため光コヒーレンストモグラフィ (OCT) を導入します。10 月までからラベル無料、非破壊の 3 D データを取得することができる生物医学イメージングは、1-2 mm 深さ生体29,30,31,32,33 、34。10 月サンプルのさまざまな深さからの後方散乱信号を検出する低コヒーレンス干渉計を採用しています、ミクロン レベルの水平および垂直方向の空間分解能で再建された深さ分解画像を提供しています。10 月は、眼科35,36,37および血管造影38,39で広く採用されています。以前の研究では、基底膜マトリックス (例えばマトリゲル) で腫瘍を回転楕円体の in vitroの形態を観察し、光線力学療法40,41への応答を評価する 10 月を使用しています。最近では、当社グループは体系的に監視し、ウェル プレート42で 3 D の腫瘍を回転楕円体の成長カイネティクスの定量化に高スループット OCT イメージング プラットフォームを設立しました。アプローチおよび回転楕円体の光減衰のコントラストに基づくラベル無料壊死検出を数えるボクセルを用いた 3 D 腫瘍回転楕円体の正確な体積の数量を示した。本稿では、OCT イメージング プラットフォームを構築して採用腫瘍回転楕円体の高解像度の 3 D イメージを取得する方法の詳細について説明します。回転楕円体の直径およびボリュームの正確な測定を含む 3 D 腫瘍の回転楕円体の成長カイネティクスのステップバイ ステップによる定量的評価を説明します。また、光減衰コントラストに基づいて、OCT を使用して壊死領域の非破壊検出の手法を提案します。
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1. 細胞の調製
2. 高スループット OCT イメージング プラットフォーム
注: 参照を参照してください仕事29,30,31,32,33,34 10 月の原則の徹底的な見直し等のため。図 1と黄らを参照してください。詳細については本研究で使用されるシステムをイメージング カスタム 10 月の42 。
3。 OCT スキャンおよび腫瘍回転楕円体の処理
3 D 腫瘍回転楕円体の形態学的数量化4。
注: MATLAB のカスタム書かれたコードは、この数量を処理します。プロセスを開始する [実行] ボタンをクリックします。回転楕円体の形態の定量化の手順のフローチャートを図 2 bを参照してください。
、腫瘍の球面形状の推定と。5 3 D 腫瘍回転楕円体の死んだ細胞領域の検出
注: 均質媒質中で 10 月の後方散乱強度 (私(z)) 深さの関数として検出によって記述できるビール ランバート法49:
、ここではz深度を表し、 μは光の減衰係数、および私0のサンプルに入射強度です。したがって派生光減衰係数として表現できます:
。OCT 画像を対数スケールでプロット頻繁ので、光減衰係数を導出する 10 月強度分布の傾きを取得できます。光減衰マップの生成のフローチャートは、図 2を参照してください。
6. 組織および免疫組織化学
注: 対応する 10 月の結果と相関するは、組織および免疫組織染色 (IHC) 腫瘍回転楕円体の画像を染色が得られます。
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96 ウェル プレートに回転楕円体の高スループット光干渉断層イメージング
図 3は、HT 10 月の 3 日目の HCT 116 腫瘍スフェロイドの 96 ウェル プレートのスキャンの結果を展示します。全体の板の逐次スキャンを右下の井戸 (H12) から開始します。図 3 bは、HT OCT システムのソフトウェア実装のフローチャートを示しています。プレートを次に、待つ 〜 2 移動 1 つ回転楕円体のデータ収集し、処理後、残りの部分し、次の回転楕円体のデータを収集する回転楕円体を許可する s。各 10 月データから成る × 2.3 mm30.84 × 1.0 の実際の量に相当する 1024 画素 x 400 x 400。図 3は、処理後のデータから生成された...
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腫瘍の活動は、その形態学的構造に関連性の高いです。2 D 細胞培養の特徴的な成長曲線を監視と同様に、3 D 腫瘍回転楕円体の成長曲線を追跡もです長期的な回転楕円体細胞進展挙動を特徴付けるための従来のアプローチ特に、我々 は腫瘍の低下や腫瘍の再成長成長曲線に直接反映を分析することによって薬剤反応を特徴付けることができます。したがって、腫瘍の 3 D 回転楕円体、サイズ、成長曲線を導出する、ボリュームなどの定量的評価は腫瘍回転楕円体のキャラクタリゼーションとの複合影響評価の非常に重要なのです。現在、明視野、位相コントラスト イメージング プラットフォームに基づいてまたはルーチンのイメージングおよび形態の解析や 3 D 腫瘍スフェロイド8,9,18の機能のための蛍光イメージングが設けられて 22。しかし、彼らは低解像度の深さ resolvability と同様、限られた深さの浸透のための全...
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著者は競合する利害を開示ないです。
この作品は、NSF によって支えられた IDBR (DBI-1455613)、PFI:AIR を付与-TT (IIP-1640707)、NIH 助成 R21EY026380、R15EB019704、R01EB025209、およびリーハイ大学スタートアップ基金。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| カスタムスペクトルドメインOCTイメージングシステム | 研究室で開発 | ||
| スーパールミネセントダイオード(SLD) | Thorlabs | SLD1325 | 光源 |
| 2倍;2シングルモードヒューズファイバーカプラー、50:50分割比 | ACフォトニクス | WP13500202B201 | |
| <ストロング>リファレンスアーム | |||
| レンズチューブ | <ストロング>ソーラブス | ||
| アダプター | <ストロングス>ソーラブス | ||
| コリメートレンズ | ソーラブ | スAC080-020-C | |
| フォーカシングレンズ | Thorlabs | ||
| キネマティックミラーマウント | Thorlabs | ||
| ミラー | Thorlabs | ||
| 1D 並進ステージ | Thorlabs | ||
| 連続減光フィルター | Thorlabs | ||
| 小児ポスト | Thorlabs | ||
| クランプ フォーク | Thorlabs | ||
| Sample Arm | |||
| Lens チューブ | Thorlabs | ||
| アダプター | Thorlabs | ||
| コリメート レンズ | Thorlabs | AC080-020-C | |
| ガルバノメーター | Thorlabs | ||
| リレー レンズ | Thorlabs | AC254-100-C | 望遠鏡のセットアップを行うための2つのリレーレンズ |
| トライアングルミラーマウント | Thorlabs | ||
| ミラーThorlabs | |||
| Objective | Mitutoyo | ||
| Pedestrial Post | Thorlabs | ||
| クランプフォーク | Thorlabs | ||
| 偏光コントローラー | Thorlabs | ||
| 30mmケージマウント | Thorlabs | ||
| ケージロッド | Thorlabs | ||
| Stage | |||
| 3D電動翻訳ステージ | Beijing Mao Feng Optoelectronics Technology Co., Ltd. | ||
| 2Dチルティングステージ | |||
| 回転ステージ | |||
| プレートホルダー3D | プリント | ||
| 分光計 | |||
| レンズチューブ | Thorlabs | ||
| アダプターThorlabs | |||
| メーティングレンズ | Thorlabs | AC080-020-C | |
| グレーティング | ワサッチ | G = 1145 lpmm | |
| F-θ レンズ | Thorlabs | FTH-1064-100 | |
| InGaAs ラインスキャン カメラ | センサー アンリミテッド | SU1024-LDH2 | |
| 名前 | Company | カタログ番号 | コメント |
| strong<>細胞培養 コンポーネント | |||
| HCT 116 細胞株 | ATCC CCL-247 | ||
| 細胞培養フラスコ | SPL ライフサイエンス | 70025 | |
| ピペット | フィッシャーブランド | 14388100 | |
| ピペットのヒント | ソレンソンバイオサイエンス | 10340 | |
| Gibco GlutaMaxDMEM | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 10569044 | |
| ウシ胎児血清、認証済み、米国原産 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | サイエンティフィック 16000044 | |
| 抗生物質-抗真菌剤 (100X) | サーモフィッシャーサイエンティフィ | 15240062 | |
| Corning 96-well Clear Round Bottom Ultra-Low Attachment Microplate | Corning | 7007 | |
| Gibco PBS, pH 7.4 | Thermo FisherScientific | 10010023 | |
| Gibco Trypsin-EDTA (0.5%) | Thermo Fisher Scientific | 15400054 | |
| Forma Series II 3110 Water-Jacketed CO2 Incubators | Thermo Fisher Scientific | 3120 | |
| Gloves | VWR | 89428-750 | |
| Parafilm | Sigma-Aldrich | P7793 | |
| Transfer pipets | Globe Scientific | 138080 | |
| 遠心分離 | エッペンドルフ | 5702 R | 15 mL チューブを遠心分離する |
| 遠心分離機 | NUAIRE | AWEL CF 48-R | 96 ウェル プレートを遠心分離する |
| 顕微鏡 | Olympus | ||
| 名前 | 会社 | strongカタログ番号 | strongコメント |
| 組織学&IHC | |||
| デジタルスライドスキャナー | Leica | Aperio AT2 | 高解像度の組織学的画像を取得 |
| 組織学サービス | Histowiz | 腫瘍スフェロイドの組織学的および免疫組織学的染色のリクエストサービス スフェロイド | |
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
| strong<>コマーシャルOCTsの一覧 | |||
| >SD-OCTシステム | Thorlabs | Telestoシリーズ | |
| SD-OCTシステム | ワサッチフォトニクス | WP OCT 1300 nm | |
| Name | Company | >カタログ番号 | コメント |
| データ分析用ソフトウェア | |||
| 基本的な画像分析 | NIH | ImageJ | Fijiも機能します。 |
| 3Dレンダリング | Thermo Fisher Scientific | Amira | 商用ソフトウェア。オプション1 |
| 3Dレンダリングビット | プレーン | Imaris | 商用ソフトウェア。オプション2. |
| C++でカスタム開発された | OCT取得ソフトウェア | ||
| ステージコントロール | 北京毛鳳光電子技術有限公司 | MRC_3 | OCT処理ソフトウェア |
| ました。GPUを活用します。カスタムOCT取得コードに組み込まれています。 | |||
| MATLAB でカスタム開発された | 形態学的および生理学的解析 |
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