本稿では、光ピンセットを用いたハイブリッドスフェロイド製造のプロトコールを提案する。この方法により、他の方法では達成できないスフェロイド形成プロセスの初期段階を正確に制御することができます。
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本稿では、光ピンセットを用いたハイブリッドスフェロイド製造のプロトコールを提案する。この方法により、他の方法では達成できないスフェロイド形成プロセスの初期段階を正確に制御することができます。
二次元(2D)細胞培養は、前臨床がん研究において依然として最も一般的に使用されているモデルの一つです。しかし、3次元(3D) in vitro モデルは、より関連性の高い構造形態、微小環境、薬物に対する応答など、 in vivo 環境をより正確に評価しているようです。
光トラッピングは、1つ以上の集束レーザービームを使用して、ナノスケールおよびマイクロスケールで構造の位置、運動、相互作用、およびダイナミクスを非侵襲的に操作します。光ピンセット(OT)は、細胞生物学において数多くの用途が見出されています。しかし、がん研究におけるその可能性はまだ過小評価されています。この論文では、光ピンセットを使用したリンパ腫-間質細胞スフェロイド形成の非侵襲的プロトコルを推奨します。この方法は、ハイブリッドスフェロイド をde novo で構築するだけでなく、付着細胞の数や接着形成の時間を制御することも可能であり、組織工学の重要な情報源を提供します。さらに、OTは、標準的なバルク技術では達成できないハイブリッドスフェロイド形成の初期段階の研究を可能にします。重要なことに、記載されているモデルは、抗がん剤によって誘発される接着の最小限の変化を研究するために使用できます。このプロトコールは、他の細胞タイプにも簡単に適用できます。
3次元(3D)細胞モデルは、いくつかの機能的および構造的特性において腫瘍組織により似ているため、がん研究を加速させています。これらには、とりわけ、細胞外マトリックスの産生、細胞間の相互作用、栄養素と酸素の勾配の維持、および治療に対する同様の応答が含まれます1,2,3,4。最近、in vivo条件をよりよく反映するために、様々な細胞タイプを含む高度な不均一3Dモデルが開発された5,6,7。
B細胞非ホジキンリンパ腫(B-NHL)は、免疫系の不可欠な構成要素であるBリンパ球に由来する不均一な悪性腫瘍のグループです8。B-NHLは、多様な臨床症状と組織学的特徴を特徴とするもので、臨床経過が長引く緩慢な形態から、急速に進行する攻撃的な変異体まで、さまざまな疾患を網羅しています9,10。B-NHLおよびその他の血液悪性腫瘍の病因は、しばしば腫瘍微小環境の影響に関連しています11,12。例えば、リンパ腫細胞はしばしば骨髄に拡がり、生命を脅かす合併症を引き起こす可能性があります13。骨髄ニッチの主要構成要素である間葉系間質細胞(MSC)は、主に直接的な細胞間相互作用を通じて腫瘍の成長と進行に影響を与えることが認識されています14、15、16、17;したがって、そのような相互作用を研究することを可能にするモデルを開発することが急務です。我々は、MSCをアガロースハイドロゲル上でリンパ腫細胞と共培養すると、自己凝集して多細胞スフェロイドになり、間質細胞がコアを形成し、リンパ腫細胞に均一に囲まれることを以前に確立しました18。この論文では、光ピンセットを使用したハイブリッドリンパ腫-間質細胞3Dモデルの作成のためのプロトコルを紹介します。
35年以上前、アシュキンは、集束レーザービーム19によるウイルスやバクテリアの非侵襲的な光捕捉の現象を最初に報告しました。今日、光ピンセット(OT)は、細胞生物学研究20,21,22,23を含む生物医学分野で動的に増大する影響力を持っています。OTは、個々の細胞の物理機械的特性を研究することを可能にした24,25,26だけでなく、単一細胞レベルでの直接的な細胞間相互作用、さらに2Dおよび3Dの細胞配置と構造化を研究することもできた27,28,29。光トラッピング技術は、電磁放射(光子)として発揮される数ピコニュートンのオーダーの光学力に基づいており、物質と相互作用するときにその運動量を変化させます30。その結果、1つ以上のレーザービームを使用することにより、オペレータは、マイクロスケールおよびナノスケール20の物体の位置、運動、およびダイナミクスを選択的に操作することができる。実際には、光トラッピング技術は、生細胞の選択的かつ非破壊的な捕捉を可能にし、それらを他の細胞または分子の表面と接触させ、接着プロセスの開始を誘発する31。以上の機能を利用して、まず、リンパ腫細胞を単層の間質細胞上に光学的に配置して、その接着特性を調べることを試みました。次に、光ピンセットがリアルタイムモードで多細胞スフェロイドを物理的に再現する能力の評価を進めました33。これを達成するために、個々のリンパ腫細胞を1つずつトラップし、事前に準備した3D間質スフェロイドに付着させました。光トラッピングの別の適用性は、最小細胞間接着時間を測定し、抗癌治療34,35に起因する接着の微小な変化を評価することであった。3Dモデルはがん研究で広く使用されていますが、スフェロイド形成の初期段階を研究することは依然として困難です。これは主に、ミクロの世界に高精度で触れると同時に、低侵襲の衝撃を与えることができる方法が限られているためです。逆に、OTの潜在能力は、3Dでの細胞配置と構造の範囲内ではまだ完全には達成されていません。したがって、この論文では、標準的な3D技術と光ピンセットの操作を使用して3Dリンパ腫コンストラクトを生成するための組み合わせワークフローを段階的に説明します。重要なことに、このプロトコールは、血液病理学的悪性腫瘍において重要な他の細胞型との使用に容易に適合させることができる。
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1. アガロースゲル系マイクロモールドの作製
注:すべての細胞培養を取り扱う際には、適切な無菌技術が不可欠です。このプロトコールで使用されるすべての試薬は、 材料表に記載されています。 図1Aに示すように、1回の実験でMSCを含む3つのゲルを調製します。

図1:間葉系間質細胞(MSC)スフェロイドの調製。 (A)アガロースマイクロモールドを調製するステップを描いたイラスト。(B)間葉系間質細胞(MSC)の播種、および間葉系スフェロイドの培養。 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。
2. 間葉系間質細胞(MSC)スフェロイドの調製
3. リンパ腫細胞の培養と光トラップの調製
注:リンパ腫細胞を含む血液学的細胞株は、培養プレートや容器に付着することなく、懸濁培養用に設計されたフラスコ内で培地中で浮遊して増殖します。最適な細胞特性を維持するために、光ピンセットを使用してハイブリッドスフェロイドを組み立てる手順の30分前までにサンプルの準備を開始することをお勧めします。重要なことに、このセクションで概説されているプロトコルはRi-1ヒトリンパ腫細胞株用ですが、同様のプロトコルが他の血液がん細胞株にも適用されます。
4.光ピンセットシステムのセットアップ
注意: 以下のプロトコルは、カスタムメイドの光ピンセット36 (図2A)専用に開発されました。ただし、このアッセイは、他の市販のトラッピングシステムと一緒に使用できます。利用可能な機器の種類に関係なく、システム調製の基本的な手順(レーザーとコンピューターソフトウェアの起動、サンプルのマウント、光トラップでのセルの移動可能性のテストなど)は同じです。すべての実験は室温、つまり25°Cで行われました。

図2:光ピンセットによるハイブリッドスフェロイド生成の働き機構を示す概略図(A)カスタム設計の光ピンセットのセットアップ。(B)個々のリンパ腫細胞をMSCスフェロイドの表面に付着させるプロセス。単一のリンパ腫細胞を光学的に捕捉し、安定した結合が形成されるまで間質スフェロイドの表面に付着させました。このプロセスは、間質スフェロイドの表面全体がリンパ腫細胞で覆われるまで続きました。(C)CD20に対するモノクローナルマウス抗CD20抗体を用いて、ハイブリッドスフェロイド切片の免疫組織化学的染色の代表画像を得た。免疫染色は、CD20に対するモノクローナルマウス抗ヒト抗体を自己染色器(材料表を参照)で使用し、製造元の指示に従って行いました。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。
5. 光ピンセットを用いたハイブリッドスフェロイドの生成
6. スフェロイド生存率の判定
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これまでの結果から、リンパ腫細胞と培養した間葉系間質細胞が、がん細胞が均一に付着する均質な間質コアを構成していることが示された18。本研究では、特注の光ピンセットを用いて、間葉系間質細胞とリンパ腫細胞からなるヒトハイブリッドスフェロイドの改変に成功しました。 図2B は、光ピンセットシステムの重要な部分である明視野顕微鏡の代表的な回転楕円体を示しています。次に、 図2C は、抗CD20抗体37を用いたハイブリッドスフェロイドの免疫組織化学的染色を示す。CD20はB細胞の一般的なマーカーであり、これらの細胞の大部分に存在します。ハイブリッドスフェロイドの構築に使用されたリンパ腫細胞はすべてCD20抗原を発現し、茶色に染色されていますが、間質細胞はCD20陰性です。
ハイブリッドスフェロイドを作成する最初のステップは、上記の詳細なプロトコルを使用して間葉系間質スフェロイドを...
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この研究では、間葉系間質コア細胞とリンパ腫細胞のハイブリッドスフェロイドを、光ピンセットを使用してリアルタイムで操作しました。トラッピングシステムを含む新しいレーザーベースの技術は、現在市販されており、ますます人気が高まっています。しかし、今日まで、光ピンセットの大部分はカスタムメイドの機器であり続けています。したがって、較正、操作手順、および実験形状は、実験室間で異なる可能性がある38,39。このプロトコルは、ハイブリッドスフェロイドをリアルタイムで製造するために、商用およびカスタマイズされた光ピンセットシステムを設定するために必要な基本情報を記述しています。光ピンセットは、訓練を受けたスタッフがいる先進的な研究室での実験に必要な柔軟性を備えていますが、この方法の大きな可能性、つまり非侵襲的に生細胞に「触れる」能力に注目し、がん研究の分野に普及させたいと考えました。特に、OTは、標準的なバルク3D技術では達成できないハイブリッドスフェロイド形成の初期段...
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著者は、利益相反を宣言しません。
著者は、慎重な編集により研究の明瞭さが大幅に向上したニコラス・チャルニクに心から感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| µ-ディッシュ35 mm、高ガラス底 | IBIDI | 81158 | |
| 12-256 mico-mold 3D PetriDish | Microtissues Inc.、ロードアイランド州、米国 | 12-256TR | |
| 3 & マイクロ;m ポリスチレン微小球 | Polysciences | 17134-15 | |
| anti CD20 antibody (clone L26) | Dako | IS604 | |
| Automated Cell Counter, EVE | NanoEntek | EVE/ EVE-MC | |
| Autostainer Link 48 | Dako | D09634 | |
| Camera | オリンパス | U-TV0.63XC | |
| セルカルチャー CO2インキュベーター | エスコテクノロジーズ(株) | CCL | |
| 細胞計数スライド、EVE | NanoEntek | NE-EVS | |
| 細胞株HS-5 | ATCC | CRL-3611 | |
| 株Ri-1 | DSMZ | ACC 585 | |
| ウシ胎児血清 | Gibco | A5256701 | |
| 蛍光顕微鏡 | オリンパス | BX43 | |
| ImageJ program | 米国国立衛生 | ||
| 倒立顕微鏡 | オリンパス | IX73 | |
| Live/Dead 試薬キット | サーモフィッシャーサイエンティフィック | L3224 | |
| ペニシリン-ストレプトマイシン (10,000 U/mL) | Gibco | 15140122 | |
| リン酸緩衝生理食塩水、pH 7.4 | Gibco | 10010023 | |
| RPMI 1640 培地 | Gibco | 11875093 | |
| 塩化ナトリウム溶液 | Sigma-Aldrich | 7647-14-5 | |
| 塩化ナトリウム溶液 0.9%、滅菌済み | ITW ReITW試薬、S.R.L.エージェント、S.R.L. | A1671 | |
| トリパンブルー溶液、0.4% | Gibco 15250061 | ||
| TrypLE Express Enzyme (1X)、フェノールレッド不 | Gibco | 12604013 | |
| Trypsin-EDTA (0.05%)、フェノールレッド | Gibco | 25300096 | |
| UltraPure Agarose Invitrogen | |||
| 光学ピンセット セットアップ | |||
| ダイクロイックミラー | Thorlabs | DMSP805R | |
| デジタルカメラ | Mikrotron GmbH | MC1362 | |
| ガルバノミラーXYスキャンシステム | Thorlabs | GVS002 | |
| 倒立顕微鏡 | オリンパス | IX71 | |
| レンズ 1 | Thorlabs | AC254-050-B-ML | |
| レンズ 2 | Thorlabs | AC508-200-B-ML | |
| Nd:YAG 1064 nm | レーザー Quantum | Ventus |
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