Method Article

Evaluatie van de invasie van de cel en het migratieproces: een vergelijking van de Video Microscoop gebaseerde kras wond Assay en de bepaling van Boyden kamer

DOI:

10.3791/56337

November 17th, 2017

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze studie meldt twee verschillende methoden voor de analyse van de invasie van de cel en migratie: de bepaling van Boyden kamer en de in vitro video Microscoop gebaseerde wondgenezing bepaling. De protocollen voor deze twee experimenten worden beschreven, en hun voor- en nadelen worden vergeleken.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De invasie en migratie mogelijkheden van tumorcellen zijn grootste bijdragen aan de progressie van kanker en herhaling. Vele studies hebben onderzocht de migratie en invasie capaciteiten om te begrijpen hoe kankercellen verspreiden, met het doel van de ontwikkeling van nieuwe behandelingsstrategieën. Analyse van de cellulaire en moleculaire basis van deze capaciteiten heeft geleid tot de karakterisatie van cel mobiliteit en de fysisch-chemische eigenschappen van het cytoskelet en mobiele communicatie. Voor vele jaren, de bepaling van Boyden kamer en de kras wond assay geweest de standaardtechnieken cel invasie en migratie te gaan studeren. Deze twee technieken hebben echter beperkingen. De bepaling van de kamer Boyden is moeilijk en tijdrovend, en de bepaling van de kras wond heeft lage reproduceerbaarheid. Ontwikkeling van moderne technologieën, met name in microscopie, is de reproduceerbaarheid van de kras wond assay toegenomen. Met behulp van krachtige analysesystemen, kan een "in-incubator" video Microscoop worden gebruikt om automatisch en real-time analyse van cel migratie en invasie. Het doel van deze paper is te rapporteren en vergelijken van de twee tests gebruikt bij het bestuderen van de cel invasie en migratie: de bepaling van Boyden kamer en een geoptimaliseerde in vitro video Microscoop gebaseerde scratch wond assay.

Introduction

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Cel invasie en migratie zijn betrokken bij de verspreiding van kankercellen, die de belangrijkste oorzaak van resistentie tegen behandeling1 en kunnen leiden tot regionale of metastatische herhaling na kanker behandeling2. De epitheliale-mesenchymale overgang (EMT) is het eerste proces van cel invasie-migratie in welke kanker cellen van een epitheelweefsel naar een mesenchymale fenotype overschakelen. E-cadherine is een extracellulaire marker van de epitheliale fenotype-3en verhoogde expressie van N-cadherine en vimentin is kenmerkend voor de mesenchymale fenotype4. Migratie hangt ook de intrinsieke vermogen van kankercellen te vallen van de extracellulaire matrix (ECM) door de werking van matrix metalloproteasen5.

Dit mechanisme invasie-migratie is beschreven voor kanker op vele locaties, met name in hoofd en nek kanker6. Veel onderzoekers hebben gericht op de migratie en invasie processen beter te begrijpen hoe de verspreiding van de kankercellen in de hoop dat deze kennis tot nieuwe behandelingsstrategieën leiden zal. Het is van cruciaal belang dat deze studies worden uitgevoerd met behulp van betrouwbare en reproduceerbare testen.

In vitro analyse van de beweeglijkheid van de cel kan worden uitdagende. Vele jaren geleden ontwikkeld, de bepaling van Boyden kamer wordt beschouwd als de standaard voor invasie – migratie analyse7. Echter, het is tijdrovend en vaak onjuist is. Een tweede test is de wond-genezing assay8, waarbij een kras op een celkweek enkelgelaagde maken en vastleggen van beelden van cel invasie en migratie op vaste tijdstippen. Deze techniek is breed bekritiseerd wegens de grote verschillen tussen de resultaten van twee opeenvolgende tests. De toepassing van moderne technologieën, met name in microscopie, heeft echter de reproduceerbaarheid van de kras wond assay verbeterd. Video microscopen kunnen gemakkelijk worden ingevoerd in voorbroeders en real-time beelden van cel migratie kunnen genereren. Deze apparaten registreren microscopische gegevens en voorzien van automatische analyse van de wond cel samenvloeiing na verloop van tijd. Het doel van deze paper is om de bepaling van Boyden kamer en de geoptimaliseerde kras wond bepaling te beschrijven en te discussiëren over de voordelen en de zwakke punten van elke methode.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opmerking: De Boyden kamer en kras testen zonder opname van de ECM worden aangeduid als de bepaling van de migratie en de dezelfde testen met de ECM wordt aangeduid als de bepaling van de invasie.

1. Boyden kamer Assay

Opmerking: Dit protocol is aangepast voor de cellijn van SQ20B, die is afgeleid van een terugkerende hoofd en nek plaveiselcelcarcinoom (HNSCC) laryngeal kanker en is afkomstig van John Little (Boston, MA, USA).

Dag 1

  1. Cel zaaien
    1. Zaad 2 106 SQ20B cellen in 12 mL gestolde voedingsbodem (CM) in een maatkolf van 175 cm2 72 h vóór dag en laat de cellen om te groeien tot 80% cel samenkomst.
      1. Aanvulling ter voorbereiding CM van SQ20B cellen, Dulbecco van gemodificeerde Eagle medium (DMEM) met 10% foetaal kalfsserum (FCS), 0,04 mg/mL hydrocortison, 100 U/mL penicilline en streptomycine 0.1 g/L.
    2. Trypsinize onder de motorkap van een laminaire flow, de cellen. Verwijderen van het medium, wassen van de cellen met steriele-fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) en voeg 2,5 mL trypsine ethyleendiamminetetra azijnzuuroplossing (NA2EDTA) (0,5 g/L). Incubeer de cellen gedurende 5 minuten bij 37 ° C en vervolgens zet de reactie stop door toevoeging van 12,5 mL CM opgewarmd tot 37 ° C. Het aantal cellen met behulp van een cel counter.
    3. Het zaad van de cellen in een maatkolf van 25 cm2 op een celdichtheid van 6-105 cellen voor elk criterium moet worden geëvalueerd. Incubeer de cellen gedurende 24 uur in 3 mL CM.

Dag 2

  1. Cel honger en voorbereiding van gecoate kamers
    1. De cellen verhongeren door vervanging van het medium in elke kolf met 3 mL laag-foetale runderserum (FBS) medium gebruik van 0,1% bovien serumalbumine (BSA) in plaats van FBS. Verhongeren de cellen gedurende 24 uur in de incubator.
      1. Ter voorbereiding van honger CM (s-CM), een aanvulling DMEM met 0,1% BSA, 0,04 mg/mL hydrocortison, 100 U/mL penicilline en streptomycine 0.1 g/L.
    2. Voor de migratie assay, gaat u naar stap 1.3.
    3. Voor de invasie assay, 12 h voor dag 3, bereiden de gecoate Boyden kamers door toevoeging van 500 μL van s-CM aan elke beklede kamer. Gebruik van commercieel bereid gecoate Boyden kamers en houd hen bij 4 ° C vóór gebruik. Plaats elke kamer Boyden in de metgezel plaat en zet deze in de incubator bij 37 ° C's nachts.

Dag 3

  1. Cel zaaien in de zaal van Boyden
    1. Gebruik de plaat metgezel ter voorbereiding van de chemoattractant. Vul elk van de 24-well metgezel plaat met 750 μL van volledige medium met 10% FBS, 0,04 mg/mL hydrocortison 100 U/mL penicilline en streptomycine 0.1 g/L.
      1. Passen de chemoattractant voor elke cel-regel en de voorwaarde van elke behandeling. Ter voorbereiding van de chemoattractant CM (ca-CM), een aanvulling DMEM met 10% FCS, 0.4 mg/mL hydrocortison, 100 U/mL penicilline en streptomycine 0.1 g/L.
    2. Breng het Hogerhuis in de ingevulde metgezel plaat, verzorgen om te voorkomen dat de bubbels.
    3. Voor de invasie assay, 450 μL van CM zorgvuldig uit elke Boyden kamer te verwijderen.
    4. Trypsinize onder de motorkap van een laminaire flow, de cellen. Verwijderen van het medium, de cellen met steriel PBS wassen Voeg 0,5 mL trypsine EDTA (0,5 g/L) en vervolgens Incubeer de cellen gedurende 5 minuten bij 37 ° C. Zet de reactie stop door het toevoegen van CM opgewarmd tot 37 ° C. Het aantal cellen met behulp van een cel counter.
    5. Zaad 3 104 SQ20B cellen in 500 μL van 0,1% BSA medium, geven een uiteindelijke verdunning van 6 104 cellen/mL.
      Opmerking: De concentratie van de cel moet worden aangepast voor elke regel van de cel.
    6. Plaats de plaat in de incubator bij 37 ° C gedurende 24 uur.

Dag 4

  1. Cel fixatie en kleuring
    1. De cellen herstellen voordat u de verdubbeling keer specifiek voor die cellijn. Fix SQ20B cellen voor 24 h.
    2. Elke toevoeging van de metgezel-plaat verwijderen en verwijder voorzichtig de cellen van de bovenste kamer met behulp van een wattenstaafje. Het is bijzonder belangrijk voor het verwijderen van alle cellen in de bovenste kamer gelegen.
    3. Fix en vlek elke plaats individueel om te verkrijgen van mei-Grunwald Giemsa kleuring9 met behulp van de kleuring kit geleverd. Als alternatief, gebruiken 4% paraformaldehyde in een andere metgezel plaat voor de fixatie van een 30 min.
    4. Houd de inserts in een lege 24-well metgezel plaat onder de motorkap van een laboratorium om te drogen van elke kamer.

Dag 5

  1. Microscopische analyse
    1. Invoegen van de metgezel-plaat met de inzetstukken op een 20 fase contrast-Microscoop en tellen elke gemigreerde cel op het onderste gedeelte van het membraan. Optimaliseren van de positie van de juiste focus door het bewegen van de doelstelling van de bodem naar de top, en stoppen van de positie op het onderste gedeelte van het membraan.
    2. De verhouding tussen het aantal gemigreerde cellen en geplaatste cellen berekenen. Herhaal elke tellen voor elke behandeling voorwaarde in drievoud.

2. Kras wond Assay: Cel migratie

Opmerking: Instructies moeten worden aangepast voor elk type cel.

Dag 1

  1. Cel zaaien
    1. Zaad 2 x 106 SQ20B cellen in 12 mL van CM in een maatkolf van 175 cm2 72 h vóór dag en laat de cellen om te groeien tot 80% cel samenkomst.
    2. Trypsinize onder de motorkap van een laminaire flow, de cellen. Verwijderen van het medium, de cellen met steriel PBS wassen Voeg 2,5 mL trypsine EDTA (0,5 g/L) en Incubeer de cellen gedurende 5 minuten bij 37 ° C. Zet de reactie stop door toevoeging van 12,5 mL CM opgewarmd tot 37 ° C. Het aantal cellen met behulp van een cel counter.
    3. Genereer een prediluted monster bij een celdichtheid van 4 x 105/mL, geven een definitieve dichtheid van 4 104 cellen per 100 μl in elk putje. Deze concentratie moet worden aangepast voor elke regel van de cel en moet in het bereik van 1 x 10,4 tot 6 104 cellen.
    4. Zaad-cellen in ieder putje van een 96-wells-plaat door neerlegging 100 μl van de oplossing bereid in stap 2.1.2.
    5. Laat de plaat bij kamertemperatuur gedurende 5 min. te verspreiden van de cellen gelijkmatig over de bodem van de putten.
    6. Plaats van de plaat in de incubator en laat de cellen zich te houden aan de plaat gedurende 12 tot 16 uur (maximale) bij 37 ° C.

Dag 2

  1. Kras wond assay
    1. Verwijder de platen bereid in stap 2.1 uit de incubator.
    2. Controleer onder de motorkap, een wond met behulp van de commerciële verwonden apparaat volgens protocol van de fabrikant.
    3. Onmiddellijke verwijdering van het medium van elk goed met behulp van een precisiepipet met een aangepast conische tip, zorg niet te raken van de wond.
    4. Het wassen van de cellen tweemaal door het herhalen van de ambitie en het gebruik van 100 μl van CM opgewarmd tot 37 ° C voor elk putje.
    5. Het verwijderen van de CM met behulp van een precisiepipet met een aangepast conische tip na de stappen wassen.
    6. Voeg 100 μl van medium specifiek voor elke behandeling voorwaarde aan elk putje.
    7. Probeer te vermijden dat er luchtbellen in de putjes. Een omgekeerde-pipetting techniek kan hier nuttig zijn. Ook het verwijderen van bubbels met een naald van de spuit.
    8. Plaats de plaat in het aangepast rack van de video Microscoop.
    9. Ter verbetering van de kwaliteit van de afbeelding, kunt u de plaat om te warmen gedurende ten minste 15 minuten voordat de eerste scan om te voorkomen dat condens aan de onderkant van de plaat.
    10. Het programma van de planning scans opgebouwd, met behulp van de video Microscoop software op één afbeelding per putje. Een maximuminterval 2-h is vereist voor een invasie-migratie-experiment. Als het doel van het experiment is om een video te produceren, heeft een interval van 30 minuten maximaal de voorkeur.
    11. Aan het einde van het experiment, het verwonden apparaat zorgvuldig wassen en volg elk van de vier wassen stappen aangegeven door de fabrikant.

Dagen 3, 4 en 5

  1. Analyse van migratie met behulp van de video Microscoop
    1. Gedurende ten minste 24 uur en maximaal 5 dagen, controleren en de cel migratie.
    2. Gebruik een masker van de gewenste cel aangepast voor elk celtype cel migratie analyseren. Voor het verkrijgen van een masker van de cel aangepast voor elke regel van de cel, het genereren van een cel verwerken van definitie van de software met behulp van een bepaalde cel foto collectie.
    3. Sporen van de curven en de gegevens exporteren naar een werkblad, die kan worden gebruikt voor het analyseren en vergelijken van de resultaten.

3. Kras wond Assay: Cel invasie

Opmerking: Instructies moeten worden aangepast voor elk type cel.

Dag 1

  1. Cel zaaien
    1. Hetzelfde protocol gebruiken voor cel zaaien zoals beschreven in stap 2.1.

Dag 2

  1. Voorbereiding van de ECM
    1. Ontdooiing van de matrix voor ten minste 12 uur vóór gebruik bij 4 ° C. Zorg ervoor dat geen aggregaten weergegeven worden. Als aggregaten zichtbaar zijn, houden de matrix bij 4 ° C voor een langere periode tot de aggregaten verdwijnen. Houd de matrix op ijs. Gebruik precooled Pipetteer tips.
      Opmerking: De matrix zal stollen zoniet bewaard bij 4 ° C.
    2. Chill de buizen van de microcentrifuge op het ijs gedurende 5 minuten.
    3. Neem CM gekoeld tot 4 ° C uit de koelkast en de matrix in de buizen van de precooled microcentrifuge om een eindconcentratie van 300 μg/mL verdund.
    4. De microcentrifuge-buizen met prediluted matrix terug te keren naar de koelkast bij 4 ° C.
      Opmerking: Een koeling rack aangepast voor microcentrifuge buizen is nuttig voor het behoud van de buizen bij 4° C gedurende het gehele experiment.

Dag 2

  1. Kras wond Assay en behandeling van de ECM
    1. Verwijder de plaat bereid in stap 3.1 uit de incubator.
    2. Controleer onder de motorkap, de wond met behulp van de commerciële verwonden apparaat volgens protocol van de fabrikant.
    3. Onmiddellijke verwijdering van het medium van elk goed met behulp van een precisiepipet met een aangepast conische tip verzorgen niet te raken van de wond.
    4. Wassen van de cellen tweemaal door de aspiratie procedure herhalen en het gebruik van 100 μl van CM opgewarmd tot 37 ° C.
    5. Na de tweede wash, plaats u de plaat op de 4 ° C incubator aan equilibreer de temperatuur gedurende 5 minuten.
    6. Verwijder het koud medium uit elk putje met de pipet aspiratie met een conische tip, verzorgen Pipetteer zorgvuldig van de rand en te voorkomen dat de wond aan te raken.
    7. Voeg 50 l van prediluted matrix aan elk putje met behulp van precooled conische tips bij 4 ° C.
    8. Plaats de plaat in de incubator bij 37 ° C gedurende 30 minuten.
      Opmerking: Een ondersteuning van het voorverwarmde rek bij 37 ° C is handig voor het versnellen van de opwarming van de aarde van de 96-wells-plaat.
    9. Verwijderen de plaat uit de incubator en voeg 100 μl van de aangepast CM aan elk putje zoals aangegeven voor elke voorwaarde die behandeling.
    10. Probeer te vermijden dat er luchtbellen in de putjes. Een omgekeerde-pipetting techniek kan hier nuttig zijn. Ook het verwijderen van bubbels met een naald van de spuit.
    11. Plaats de plaat in het aangepast rack in de video Microscoop.
    12. Ter verbetering van de kwaliteit van de afbeelding, kunt u de plaat om te warmen gedurende ten minste 15 minuten voordat de eerste scan om te voorkomen dat condens aan de onderkant van de plaat.
    13. Het programma van de planning scans opgebouwd, met behulp van de video Microscoop software op één afbeelding per putje, in de Scratch wond scan-modus. Een maximuminterval 2-h in vereist voor een invasie-migratie-experiment. Als het doel van het experiment is om een video te produceren, heeft een interval van 30 minuten maximaal de voorkeur.
    14. Aan het einde van het experiment, het verwonden apparaat zorgvuldig wassen en volg elk van de vier wassen stappen aangegeven door de fabrikant.

Dagen 3, 4 en 5

  1. Analyse van de invasie van de cel met behulp van een video Microscoop.
    1. Herhaal stap 2.3.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wij rapporteren hier twee verschillende methoden voor het analyseren van de cel invasie en migratie. Figuur 1 toont de Boyden kamer experiment. De inserts zijn geplaatst in een metgezel plaat met chemoattractant medium, en de cellen worden overgeënt in CM. Het membraan kan worden gelamineerd (migratie assay) of bekleed (invasie assay). Cellen worden overgeënt in de bovenste kamer in s-CM. De tweede kamer is gevuld met CM als een chemoattractant. De cellen zij...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wij rapporteren hier twee verschillende modaliteiten te bestuderen van de cel invasie en migratie-proces. De analyse van dit proces is belangrijk voor het begrip van de factoren die betrokken zijn bij gemetastaseerde herhaling, die zou kunnen worden verklaard door de verhoogde motiliteit van een subpopulatie van kankercellen genoemd kanker stamcellen10,11.

Het experiment van Boyden kamer behoort tot de meest gebruikte technieken om te ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze technieken werden ontwikkeld met de steun van LabEx PRIEMGETALLEN (ANR-11-LABX-0063), de Contrat Plan-Etat-regio (CPER) in het wetenschappelijke kader van ETOILE (CPER 2009-2013), en lyrische Grant INCa-DGOS-4664.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Fetal Calf Serum GoldGE HealthcareA15-151
Hydrocortison oplosbaar in waterSigma-AldrichH0396-100MG
Penicilline/Streptomycine 100 XDominique DutscherL0022-100
DMEMGibco61965-026
F12 Nut Mix (1X) + GlutaMAX-IGibco31765-027
EGFPromegaG5021De oplossing moet direct voor gebruik worden bereid omdat deze zeer onstabiel is
Z1 coulter deeltjesBeckman Coulter6605698
Optische microscoopOlympus CKX31
SQ20B cellijnGift from the John Little’s Laboratory-
Wound MakerEssen Bioscience4494Bewaar op een veilige en droge plaats
96-well ImageLock PlateEssen Bioscience4379
CoolBox 96F Systeem met CoolSink 96FEssen Bioscience1500-0078-A00
CoolBox met M30 SysteemEssen Bioscience1500-0078-A00
Boyden InsertDominique Dutcher353097
Boyden Gecoate InsertDominique Dutcher354483Bewaar bij -20 °C
Companion 24-well PlateDominique Dutcher353504
BD Matrigel standaardBD BioScienceBD 354234Bewaar bij -20°C. 
RAL 555 Staining KitRAL Diagnostics 361550Bewaar op een veilige en droge plaats
Microcentrifuge buisjesEppendorf33511

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Friedl, P., Wolf, K. Tumour-cell invasion and migration: diversity and escape mechanisms. Nat Rev Cancer. 3 (5), 362-374 (2003).
  2. Moncharmont, C., et al. Radiation-enhanced cell migration/invasion process: A review. Crit Rev Oncol Hematol. , (2014).
  3. Burdsal, C. A., Damsky, C. H., Pedersen, R. A. The role of E-cadherin and integrins in mesoderm differentiation and migration at the mammalian primitive streak. Development. 118 (3), Cambridge, England. 829-844 (1993).
  4. Chen, C., Zimmermann, M., Tinhofer, I., Kaufmann, A. M., Albers, A. E. Epithelial-to-mesenchymal transition and cancer stem(-like) cells in head and neck squamous cell carcinoma. Cancer Lett. 338 (1), 47-56 (2013).
  5. Nelson, A. R., Fingleton, B., Rothenberg, M. L., Matrisian, L. M. Matrix metalloproteinases: biologic activity and clinical implications. J Clin Oncol. 18 (5), 1135-1149 (2000).
  6. Smith, A., Teknos, T. N., Pan, Q. Epithelial to mesenchymal transition in head and neck squamous cell carcinoma. Oral Oncol. 49 (4), 287-292 (2013).
  7. Chen, H. -C. Boyden chamber assay. Meth Mol Biol. 294, Clifton, N.J. 15-22 (2005).
  8. Rodriguez, L. G., Wu, X., Guan, J. -L. Wound-healing assay. Meth Mol Biol. 294, Clifton, N.J. 23-29 (2005).
  9. Piaton, E., et al. Technical recommendations and best practice guidelines for May-Grünwald-Giemsa staining: literature review and insights from the quality assurance. Ann Path. 35 (4), 294-305 (2015).
  10. Moncharmont, C., et al. Targeting a cornerstone of radiation resistance: cancer stem cell. Cancer lett. 322 (2), 139-147 (2012).
  11. Moncharmont, C., et al. Carbon ion irradiation withstands cancer stem cells’ migration/invasion process in Head and Neck Squamous Cell Carcinoma (HNSCC). Oncotarget. 7 (30), 47738-47749 (2016).
  12. Gilormini, M., Wozny, A. -S., Battiston-Montagne, P., Ardail, D., Alphonse, G., Rodriguez-Lafrasse, C. Isolation and Characterization of a Head and Neck Squamous Cell Carcinoma Subpopulation Having Stem Cell Characteristics. J Vis Exp: JoVE. (111), (2016).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Cell InvasionCell MigrationBoyden Chamber AssayScratch Wound AssayVideo MicroscopyWound Healing AssayCell Confluence AnalysisMembrane StainingChemoattractant TreatmentExtracellular Matrix

Related Articles