このプロトコルでは、マウス背根神経節 (DRG) のホールマウントおよび解離培養を確立する方法と、腫瘍と神経の相互作用を評価するためのそれらの使用について説明します。
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このプロトコルでは、マウス背根神経節 (DRG) のホールマウントおよび解離培養を確立する方法と、腫瘍と神経の相互作用を評価するためのそれらの使用について説明します。
腫瘍微小環境への神経系の寄与と、がん播種経路としての神経浸潤の重要性がますます認識されるようになってきています。がん細胞とニューロンとの相互作用は、神経の周囲や神経への浸潤を促進する可能性があり、これは臨床転帰が不十分な多くのがんの特徴です。ニューロンとがん細胞との間の相互相互作用を研究する ためのin vitro モデルは、がんの広がりを理解し、それを緩和するためのアプローチを特定するための貴重なツールを提供します。
ここでは、マウスの後根神経節(DRG)の単離と、ニューロンの形態と神経突起の長期にわたる成長を視覚化するために使用できる全マウントおよび解離した単層培養の確立のためのプロトコルについて説明します。マトリゲル島にマウントされたDRG全体は、 in vivo 神経に近い不均一な環境で神経構造と刺激に対する応答を維持しますが、解離した神経培養は、直接的な細胞間相互作用をより詳細に評価することができます。DRG培養が確立されると、がん細胞を添加して共培養物を作製し、がん細胞に応答した神経突起伸長や神経形態の変化を可視化することができます。神経由来のシグナルに応答したがん細胞の増殖や運動性を経時的に、または成長刺激や抑制の条件下で評価できるほか、がん細胞と神経伸展との直接接触の影響を可視化することができます。
両方の共培養モデルを同時に生成できるため、このプロトコルは、がんとニューロンの相互作用の影響をより包括的に把握し、治療条件の比較と細胞レベルおよび全神経節からの情報の統合を容易にします。このプロトコルは、神経と腫瘍の相互作用の研究を容易にし、細胞シグナル伝達の研究、薬物スクリーニング、または腫瘍と神経環境の不均一性の研究や神経に沿った腫瘍播種のメカニズムの研究など、幅広いアプリケーションに使用できます。
局所浸潤および局所または遠隔転移による腫瘍の播種は、がん関連死の主な原因である。研究は血管またはリンパの転移経路に焦点を当ててきましたが、腫瘍細胞への神経浸潤は、膵臓1,2、前立腺3、頭頸部4、乳房5、および結腸直腸6のがんを含む多くの固形腫瘍で頻繁に観察されます。近年、多くの研究が、腫瘍の成長と進行を促進する神経の新たな役割、および転移の進行を促進する普及経路としての役割を強調しています7,8。これに関連して、がん神経科学は著名な研究分野として浮上し、腫瘍細胞とこれらのプロセスに寄与する可能性のある末梢神経系(PNS)の基本成分との間の相互作用を解明することにより、腫瘍学に新たな視点を提供しています8,9。
PNSは、末梢神経と神経節の両方から構成され、これらは、さまざまなサイズと機能のニューロン、シュワン細胞と他のグリア細胞、線維芽細胞、マクロファージ、肥満細胞、メラノサイト、および局所血管系を形成する血管内皮細胞を含む多様な細胞タイプで構成される不均一な構造である10。PNSは腫瘍微小環境(TME)の重要な構成要素であり、がん細胞と神経との間の相互コミュニケーションは、物理的接触を通じて直接的または神経栄養因子、神経伝達物質、成長因子、およびその他のシグナルの放出を通じて間接的に、神経浸潤を促進し、より攻撃的な表現型を促進することができます8。
インビトロモデルは、神経の維持と修復に寄与するプロセスを特徴付けるために使用でき、神経と癌細胞との間の細胞相互作用を調べるためにますます使用されています11,12。頻繁に使用されるin vitroモデルには、腫瘍細胞と共培養された抽出マウス後根神経節(DRG)が含まれます11。これらのモデルは、解離したDRG細胞の二次元(2D)単層培養を使用してin vitroでニューロン生物学を研究することが多く、PNS13,14の細胞相互作用をモデル化するために使用されてきました。しかし、2D培養は神経微小環境の複雑さを欠いており、そのin vivo構造を十分に表現していません。末梢ニューロンまたは神経節の3次元(3D)全マウントは、末梢神経生理学をより効果的に再現して、神経と環境の相互作用をより全体的に表現する代替手段を提供する15,16,17,18。しかし、このモデルの不均一性は、細胞間相互作用を視覚化または定量化する能力を制限し、これらのモデルは、特定の細胞相互作用や刺激に対する機構的応答を調査するよりも、全体的な末梢神経応答を観察する方が効果的です。したがって、解離したニューロン培養物とホールマウントニューロン培養物は相補的であり、2Dモデルと3Dモデルを並行して評価することが、全体的な効果と刺激に対する個々の細胞応答の両方を評価するために最適であることは明らかです。
このプロトコルは、細胞レベルと組織レベルの両方で神経細胞と癌細胞の相互作用を評価するために使用できる相補的な解離(2D)およびホールマウント(3D)神経培養を生成する方法について説明し、これらの相互作用のより包括的なビューを提供します1,13。これらのモデルは、神経細胞の形態や神経突起伸長などの細胞プロセス、神経栄養因子などの神経分泌走化性物質に対する腫瘍細胞の応答、感覚ニューロンと腫瘍細胞間のクロストークを視覚化および評価するために使用できます。また、腫瘍細胞と神経微小環境の他の構成要素(免疫細胞、線維芽細胞、グリアなど)との間の潜在的な相互作用の調査も可能にします。これらのモデルが、細胞の相互作用と応答を評価または定量化するためのアプローチの例として、生細胞染色または免疫蛍光法によって視覚化された、神経がん細胞の相互作用を経時的に研究するための応用に焦点を当てています。これらの方法の使用から得られる結果は、神経系ががんの成長と拡大をどのように促進するかについての理解を深め、これらのメカニズムを標的とする戦略を開発するのに役立ちます。
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すべてのマウスの研究は、クイーンズ大学の大学動物管理委員会のオフィスによってレビューされ、承認されました(プロトコル番号2524)。動物は、Canadian Council on Animal Care、およびNational Centre for the Replacement, Refinement & Reduction on Animals in Research(英国)の倫理ガイドラインに従って、組織採取のために維持および安楽死させました。このプロトコルでは、C57BL/6動物から単離された組織を使用しましたが、Rag2IL2Rγc KO動物を含む他の遺伝子型も成功裏に使用しました。セクション1〜6は、表面滅菌されたラボベンチ( 図1を参照)の清潔な環境で実行できますが、セクション7〜9は生物学的安全キャビネットで実行する必要があります。理解を深めるために、前述の手順の概略図を作成しました(図1)。
1. 原液の調製
2. DRGの解剖のための試薬と材料の準備(図1A)
3. ホールマウントDRG培養用試薬・材料の準備
注: このセクションの一部の手順では、夜間の準備が必要になる場合があります。DRG培養にはどのタイプの組織培養プレートも使用できますが、このプロトコルの容量と指示は8ウェルガラスボトムスライド用に最適化されており、分析に最適なイメージング品質を提供しました。8ウェルガラスボトムスライド、ピペットチップ、マトリゲルは常に氷の上に置いてください。
4. 解離DRG培養のための試薬および材料の準備
5.脊柱の採取(図1B)とDRGの解剖(図1C)
6.背根神経節(DRG)の解剖
7. ホールマウントDRG培養(図2)
8. 解離したDRG培養(図4)
注:任意のマルチウェルプレートを使用して、解離したDRGニューロンをシードできます。しかし、このプロトコルでは、免疫蛍光分析のための細胞の密度とイメージング品質が優れているため、8ウェルのガラス底スライドが使用されました。
9. がん細胞懸濁液の調製と共培養の確立
注:多くの種類の付着がん細胞を使用できます。共培養用の増殖培地と細胞数は、細胞株に依存します。実験前に予備試験を行い、細胞採取のタイミングや最適な細胞播種数を決定することをお勧めします。ここに記載されているプロトコルは、ヒト膵臓癌細胞株PanC1、MiaPaCa2、および前立腺癌細胞株DU−145の使用に基づいていました。
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私たちのプロトコルは、初代マウスDRG由来細胞の単離と、解離DRG培養と全マウントDRG培養の2つの相補的な培養モデルの確立を説明しています。このプロトコルの主な利点は、同じ動物から単離されたDRGを使用して両方のタイプの培養を生成できるため、動物間および実験間の変動が最小限に抑えられ、各モデルから生成された情報をより簡単に統合でき、細胞動態および細胞間相互作用のより包括的なビューを提供できることです。これらのカルチャモデルは、多くのアプリケーションに適応できます。ただし、ここでは、がんと神経の相互作用の文脈でのそれらの使用に焦点を当てています。
このプロトコルは、DRGの構造を維持し、DRG由来細胞の生存率を最大化しながら、生存可能なDRGとがん細胞のDRG解剖、抽出、および共培養のための効率的なワークフローを提供します(図1)。しかし、DRG培養物は、最初の解剖段階での毛皮のキャリーオーバ...
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ここで紹介するプロトコールでは、2Dおよび3D DRG初代神経培養を確立するための改良された方法と、がん細胞との共培養におけるそれらの応用について説明しています。このプロトコルは、2 つのモデルを並行して確立することで、以前の方法よりも進歩しています。2Dモデルと3Dモデルが同時に確立されるため、同じ動物から分離された一次神経を使用すると、動物間および実験間のばらつきが最小限に抑えられ、両方のモデルからのデータをより簡単に比較または統合できるため、細胞の挙動と複雑な組織応答の補完的な観察が容易になります。私たちのプロトコルは、神経の解剖と解離の条件をさらに最適化して、腫瘍細胞を追加する前に神経突起の成長と神経環境の成熟を最大化します。また、一般的な技術的課題に対処し、汚染を減らし、培養物の確立効率を高めて条件の再現性を確保し、このプロトコルの適用性をさまざまな実験モデルに拡大するための方法論の詳細も提供します。この点で、我々はこのプロトコルを使用して、いくつかの遺伝的背景を持つマウスからの神経培養を確立することに成功しており、野生型の近交系または非近交系(C57BL/6...
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著者には、開示すべき利益相反はありません。
この研究は、Canadian Institutes for Health Research(PJT-178274)(LMM)からの運営助成金、オンタリオ大学院奨学金(LCBO)、およびCoordination for the Improvement of Higher Education Personnel-Brazil(CAPES)-Finance Code 001(ERP)からの奨学金によって支援されました。LMMは、クイーンズ大学の遺伝学および分子医学のブラッケンチェアです。一部の画像は、Biorenderを使用して部分的に生成されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| ツール | |||
| 70 & マイクロ;m セルストレーナー | プロジーン | 71-229483-ULT | 細胞懸濁液のろ過に使用 |
| 8ウェルガラス底スライド | IBidi、ミュンヘン、ドイツ | 80807 | |
| デュモン #5 - 細い鉗子 | ファインサイエンスツール、フォスターシティ、米国 | 11254-20 | |
| デュモン #5 鉗子 | ファインサイエンスツール、フォスターシティ、米国 | 11252-20 | |
| 細かいはさみ | ファインサイエンスツール、フォスターシティ、米国 | 91460-11 | |
| パターン鉗子 | ファインサイエンスツール、フォスターシティ、米国 | 91121-12 | |
| スプリングハサミ | ファインサイエンスツール、フォスターシティ、米国 | 91500-09 | |
| 試薬 | |||
| 1x リン酸緩衝生理食塩水 | シグマ、セントルイス、アメリカ | D8662-500MLです | 酵素の溶解に使用されます |
| B-27 サプリメント (50x) | サーモフィッシャーサイエンティフィック、米国マサチューセッツ州 | 17504044 | F12培地で2%濃度で使用 |
| ウシI型コラーゲン | Corning Incorporated、ニューヨーク、米国 | 354231 | コーティングプレート、作業溶液50µに使用。g/mL(0.01 M HCl中) |
| コラゲナーゼIV型 | Sigma-Aldrich、セントルイス、米国 | C4-BIOC | PBSに1.25 mg / mLで溶解し、アリコートし、-20°Cで保存します。C |
| ディスパーゼII | Roche、バーゼル、スイス | 4942078001 | PBSに2.5 mg / mLで溶解し、アリコートし、-20°Cで保存します。C |
| DNase I | ロシュ、バーゼル、スイス。 | 11284932001 | の最終濃度で添加;解離中は0.2 mg / mL |
| ウシ胎児血清 (FBS) | Sigma-Aldrich、セントルイス、米国 | F1051 | F12培地で10%濃度で使用 |
| HBSS(ハンクの平衡塩溶液) | シグマ、セントルイス、アメリカ | H6648-500MLです | 1%ペニシリン-ストレプトマイシンで調製 |
| マトリゲル成長因子の減少 | Corning Incorporated、ニューヨーク、米国 | 356231 | 4度で解凍します。C一晩、氷の上に置いておく |
| 栄養混合物 F-12 ハム | Sigma-Aldrich、セントルイス、米国 | N6658-500MLです | 補充培地を調製するための基礎培地 |
| パパイン | ロシュ、バーゼル、スイス。 | 10108014001 | PBSに30U / mLで溶解し、アリコートし、-20°Cで保存します。C |
| ペニシリン-ストレプトマイシン(100倍) | Sigma-Aldrich、セントルイス、米国 | P4333-100MLです | 培地中で1%濃度で使用 |
| トリパンブルー溶液 | Sigma-Aldrich、セントルイス、米国 | T8154-100MLの | 細胞生存率を評価するには |
| TrypLE エクスプレス | サーモフィッシャーサイエンティフィック、米国マサチューセッツ州 | 12605-028 | がん細胞の採取用 |
| 抗体 | |||
| &β;-チューブリンIII抗体 | アブカム(英国、ケンブリッジ) | AB15568 | 希釈 1:200 |
| アレクサフルオール488 | サーモフィッシャーサイエンティフィック、米国マサチューセッツ州 | A-11008 | 希釈 1:2000 |
| アレクサフルオール594 | サーモフィッシャーサイエンティフィック、米国マサチューセッツ州 | A-21442 | 希釈 1:2000 |
| アレクサフルオール647 | サーモフィッシャーサイエンティフィック、米国マサチューセッツ州 | A-21245 | 希釈 1:2000 |
| NeuN抗体 | Sigma-Aldrich、セントルイス、米国 | MAB377 | 希釈 1:100 |
| <強力>蛍光染料&プローブ | |||
| ActinGreen 488 ReadyProbes 試薬 (ファロイジン) | サーモフィッシャーサイエンティフィック、米国マサチューセッツ州 | R37110 | 希釈 1:40 |
| CellTraceカルセインレッドオレンジ | サーモフィッシャーサイエンティフィック、米国マサチューセッツ州 | C34851 | 蛍光顕微鏡下でニューロンを可視化するためのセルトラッカー |
| ヘクスト 33342 | サーモフィッシャーサイエンティフィック、米国マサチューセッツ州 | H3570型 | 希釈 1:5000 |
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