本記事では、再構成された基底膜によって分離された2つの細胞タイプの三次元共培養を簡易に説明し、専門的な機器をほとんど必要とせず、さまざまな実験技術で容易に解析できる方法を詳述します。
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本記事では、再構成された基底膜によって分離された2つの細胞タイプの三次元共培養を簡易に説明し、専門的な機器をほとんど必要とせず、さまざまな実験技術で容易に解析できる方法を詳述します。
三次元(3D)共培養は、in vitro 実験を用いて細胞間相互作用を正確に研究しようとする研究者向けの急速に進化している技術です。細胞外環境間の相互作用が限られ、細胞形態が乱れるなど単層細胞培養の限界は、 生体内 の細胞環境をシミュレートすることで解決されます。構造的支持を提供する足場を用い、生物学的に活性化された細胞外マトリックス成分を含めることで、3D培養は組織により一致した挙動や形態を示します。このような3D環境に複数の細胞タイプを組み込むことで、バイオミメティックモデルシステム内で細胞間相互作用を研究することが可能になります。さまざまな3D共文化技術が登場し、それぞれに利点と課題があります。これらの技術は、しばしば専門的な機器、複雑なセットアップ、または特定の技術的知識を必要とします。また、再構成された基底膜によって分離された2つの細胞型間の間接的な細胞間相互作用を研究するための標準化された手法もいくつか存在します。ここでは、基礎的な技術スキルのみを必要とし、より広く適用可能な材料を用いて基底膜を越えた間接的な細胞間相互作用を成功裏に再現する3D共培養法を説明します。細胞の単層はマトリゲルという細胞外マトリックスの層で覆われ、その上に第二の細胞タイプがシードされます。結果として得られた共培養は5日間維持され、その後免疫蛍光による形態変化の分析、またはより詳細なゲノミクス、トランスクリプトミクス、プロテオーム解析のために共培養から抽出されます。このプロトコルは、基底膜によって物理的接触が禁止されている場合に細胞間コミュニケーションが細胞行動に与える影響を研究するのに理想的です。研究者がより in vivoに関連する 細胞培養方法を選び続ける中で、高い参入障壁を避けるためには効率的なアプローチが必要です。
in vitro細胞培養は堅牢で迅速、かつ広く使われている研究技術です。従来の細胞培養法は強力ですが、生体内環境とは大きく異なります。単層細胞培養の空間的に制限された性質は、遺伝子発現、形態、生化学に変化をもたらします1,2,3。三次元(3D)培養技術はこの差異に対応し、細胞を臓器や組織に存在する細胞外マトリックス(ECM)を模した足場で培養します。3D培養では、細胞は生体内で見られる形態や挙動に近い形を示します(4,5)。しかし、3D培養だけでは生体内微小環境の多くの構成要素を完全に再現することはできません。なぜなら、他の細胞タイプからの寄与が不足しているからです。6。
直接的(細胞間の接触)および間接的な細胞間相互作用は、生体内での細胞の挙動に大きな役割を果たします 7,8。これらの相互作用を再現するには、3D共培養モデルが必要であり、複数の細胞タイプを3D環境で同時に培養します。これらの技術を用いることで、in vivoに似た成長環境をvitroで確立でき、結果の生物学的関連性が向上します9,10。しかし、特定の実験に必要な環境がより具体的であればあるほど、その方法論はより複雑になります。基底膜マトリックスによって分離された細胞間の細胞間相互作用を研究するための標準化されたモデルシステムが存在しません。そのため、このプロトコルは基底膜マトリックス上で起こる細胞間相互作用を堅牢かつ再現性の高い方法でシミュレートするよう設計されました。この技術は、既に確立された3D培養モデル11を基に、マトリゲル層(以下ECMゲルと呼ばれる)を用いて、培養中の異なる2種類の細胞を物理的に分離しつつ、分泌因子が通過できるようにします。もともとは脂肪細胞が間葉質乳がん細胞に与える間接的な影響を研究するために設計されましたが、さまざまな細胞タイプに対応するために容易に改変可能です。この方法が特定の実験デザインに適切かどうかは慎重に検討されるべきです。この方法は細胞間直接的な相互作用を許さないため、基底膜マトリックスを介した細胞間の間接的なコミュニケーションを含むin vivoシナリオのモデル化に限定すべきです。例えば、このシステムは細胞傷害性T細胞と腫瘍細胞の相互作用をモデル化するには理想的ではありません。なぜなら、両者は一般的に直接的に相互作用するからです。代わりに、基底膜が自然に関心のある2つの細胞タイプを分離する生物学的シナリオを考えてみましょう。例えば、この方法は浸潤前の腫瘍細胞と血管内皮細胞の相互作用の研究に応用可能です。
一般的な代替的な3D共培養手法としては、特殊なマイクロ流体チップ、すなわち「オルガンオンアチップ(OoC)」の使用があります。OoCシステムは強力で個別の実験に合わせてカスタマイズ可能ですが、チップ設計、材料選定、周辺機器、最適化、データ収集に多大な時間とリソースを投入する必要があります。さらに、現在、基底膜マトリックスの生物学的および物理的手がかりを提供しつつ、マイクロ流体流動を妨げない標準的な材料や方法は存在しません。したがって、基底膜を越えた細胞間相互作用の研究にOoC技術を適用することはさらなる課題を生み出します。このプロトコルで示された方法は、生物学的関連性とアクセス性を維持しつつ標準化された代替案を提供することを目指しています。
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このプロトコル(図1A)は、基底膜マトリックス上で細胞間相互作用を再確認するための3D共培養システムを概説しています。下流解析は、共焦点顕微鏡(図1B)や共培養内の細胞採取(図1C)を用いて可能です。ECMゲルの層を2つの細胞集団の間に挟む「サンドイッチ」構造を使用することで、専門的な装置を必要とせず、現代の細胞培養技術の基礎知識をもとに実施可能です。
1. 3D 共培養調製
注:本プロトコルは、3T3-L1脂肪細胞およびMDA-MB-231乳がん細胞を用いた3D共培養法の代表的な応用を意図しています。異なる細胞タイプの使用には、細胞シーディング密度の最適化とECMゲルロットの事前試験が有効性を確保する必要があります。このプロトコルは、無脂肪細胞コントロールおよびコンディショニングメディアコントロールの使用に対応しています。実験目的によっては、より多くのコントロールが必要になる場合があります。
2. 免疫蛍光
3. 下流解析のための共培養の収穫
注意:細胞や生体分子の採取は免疫蛍光と両立しません。他の下流解析用の共培養は、セクション1および2で述べた同じ細胞濃度と体積を用いて、標準的な24ウェル培養皿で培養することが推奨されます。
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細胞間相互作用の効果を基底膜を越えた研究におけるこのプロトコルの有効性を示すため、 図2 および 図3 は以前の論文(Pallegarら16)から代表的なアウトカムとして再利用されています。 図4 と 図5 は新規データであり、このプロトコルが非乳がん細胞に適応し、共培養環境から細胞を採取して下流で使用することを示すために生成されました。
この方法を用いた共培養に成功すると、関心のある細胞タイプの明確な形態的特徴を測定・解析できる鮮明な画像が得られます(図2)。共培養に選ばれる細胞の同一性や細胞間相互作用の程度によって、形態学的変化は異なる場合があります。形態の変化は、形態...
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従来の細胞培養における複雑な細胞間相互作用の欠如は、薬物反応や疾患進行をより正確に体内で研究するために、臓器や組織モデルの改善の必要性を浮き彫りにしています。3D共培養システムの発展により、細胞間相互作用の結果を生体内研究なしで研究できるようになり、このギャップを埋めるのに貢献しました(9,12)。しかし、これらの方法の多くは機械的に複雑であり、10,12を設置するには多大な資源、時間、技術的経験が必要です。対照的に、私たちのプロトコルは標準化された実験技術を用いており、具体的な技術的経験は最小限で済みます。また、このプロトコルに必要な資料はより一般的に適用可能であり、この方法外でも有用である可能性が高いです。
このプロトコルの鍵となるのは、物理的...
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著者には利益相反を主張するものはありません。
この方法の開発は、がん研究協会の一部によって資金提供されました。GRKは、カナダがん協会のキャロル・アン・コール大学院奨学金から、ビアトリス・ハンターがん研究所のがん研究研修プログラムを通じて資金提供を受けました。PMMBはバレアレス諸島保健研究所(IdISBa)からのMOBILITASプログラム助成金(2024年)の支援を受けています。図1はBioRenderを使って作成されました。
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 24ウェル組織培養プレート | コーニング | 3524 | |
| 24×60mmカバーガラス | アルティデント・サイエンティフィック | 170-C2460 | |
| PBS中の4%パラホルムアルデヒド | インビトロジェン | J61899。AK | 1xPBSで2%まで希釈した |
| 4井戸チャンバー培養スライド | ファルコン | 354114 | |
| Alexa Fluor 647 AffiniPure Fab フラグメント Donkey Anti-Goat IgG(H+L) | ジャクソン免疫研究所 | 705-607-003 | |
| ブライトライン血球計 | ハウサー・サイエンティフィック | 3120 | |
| CellTrace CFSE増殖キット | インビトロジェン | C34570 | |
| セルリカバリーソリューション | コーニング | 354253 | |
| ダピ | シグマ・オルドリッチ・カナダ社 | D9542 | |
| ドンキー抗マウスIgG(H+L)交差吸着二次抗体、DyLight 594 | インビトロジェン | SA5-10168 | |
| ロバウサギ抗IgG(H+L)高交差吸着二次抗体、Alexa fluor 647 | インビトロジェン | A31573 | |
| DMEM/F-12、フェノールレッドなし | ギブコ | 21041025 | |
| ダルベッコ修飾イーグル培地、高グルコース、ピルビン酸 | ギブコ | 11995-065 | |
| 胎児用牛血清、カナダ起源 | ギブコ | 12483-020 | |
| フローミセルストレーナー、40 & micro;M | ベルアート | 136800040 | |
| GEアドバンストシリコーン窓とドア、クリア | ヘンケル・インターナショナル | 2811093 | |
| ヤギ多クローナル抗ZO-1 | サンタクルーズ・バイオテクノロジー | SC8146 | 一次抗体は中止中止 |
| ラットモノクローナルアンチZO-1 | サンタクルーズ・バイオテクノロジー | SC33725 | 廃止されたSC8416抗ZO-1薬の代替一次抗体 |
| 乳腺上皮細胞基底培地 | プロモセル | C-21210 | |
| マトリゲル、フェノールレッドフリー、成長因子低減、LDEVフリー | コーニング | 356231 | タンパク質濃度:9〜9.6 mg/mL |
| マウスモノクローナル抗ビメンチン | シグマ・オルドリッチ・カナダ社 | V2258 | 一次抗体 |
| 新生児の子牛血清、ニュージーランド起源 | ギブコ | 16010159 | |
| ペニシリン・ストレプトマイシン | ギブコ | 15140-122 | |
| リン酸緩衝生理食塩水、pH 7.4 | ギブコ | 10010023 | |
| プロロング ゴールド アンチフェイド マウント | インビトロジェン | P36934 | |
| 精製マウスアンチE-カデリン | BDバイオサイエンス | 610181 | 一次抗体 |
| ラビット多クローナル抗クラウディン7 | アブカム | AB27487 | 一次抗体 |
| RPMI 1640、グルタミン | ギブコ | 11875-093 | |
| サプリミックス | プロモセル | C-39115 | |
| トリパンブルーステイン(0.4%) | ギブコ | 15250-061 | |
| トリプシン 0.25%-EDTA | ギブコ | 25200056 |
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