Dit protocol schetst de procedure voor het snel dissociëren van tumormonsters van mensen en muizen voor sequencing van enkelcellig RNA.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Dit protocol schetst de procedure voor het snel dissociëren van tumormonsters van mensen en muizen voor sequencing van enkelcellig RNA.
Menselijke tumormonsters bevatten een overvloed aan informatie over hun micro-omgeving en immuunrepertoire. Effectieve dissociatie van menselijke weefselmonsters in levensvatbare celsuspensies is een vereiste input voor de single-cell RNA sequencing (scRNAseq) pijplijn. In tegenstelling tot bulk-RNA-sequencingbenaderingen, stelt scRNAseq ons in staat om de transcriptionele heterogeniteit in tumormonsters op het niveau van één cel af te leiden. Het integreren van deze benadering in de afgelopen jaren heeft geleid tot veel ontdekkingen, zoals het identificeren van cellulaire immuun- en tumortoestanden en programma's die verband houden met klinische reacties op immunotherapieën en andere soorten behandelingen. Bovendien kunnen eencellige technologieën die worden toegepast op gedissocieerde weefsels worden gebruikt om toegankelijk chromatineregio's, T- en B-celreceptorrepertoire en de expressie van eiwitten te identificeren met behulp van DNA-antilichamen met streepjescodes (CITEseq).
De levensvatbaarheid en kwaliteit van het gedissocieerde monster zijn cruciale variabelen bij het gebruik van deze technologieën, aangezien deze de kruisbesmetting van afzonderlijke cellen met omringend RNA, de kwaliteit van de gegevens en de interpretatie dramatisch kunnen beïnvloeden. Bovendien kunnen lange dissociatieprotocollen leiden tot de eliminatie van gevoelige celpopulaties en de opregulatie van een gensignatuur voor stressrespons. Om deze beperkingen te overwinnen, hebben we een snel universeel dissociatieprotocol bedacht, dat is gevalideerd op meerdere soorten tumoren bij mensen en muizen. Het proces begint met mechanische en enzymatische dissociatie, gevolgd door filtratie, rode bloedlysis en verrijking van levende doden, geschikt voor monsters met een lage input van cellen (bijv. biopsieën van naaldkernen). Dit protocol zorgt voor een schone en levensvatbare eencellige suspensie die van het grootste belang is voor het succesvol genereren van Gel Bead-In Emulsions (GEM's), barcodering en sequencing.
Hoewel veel vooruitgang in het kankeronderzoek heeft geleid tot de ontwikkeling en goedkeuring door de FDA van middelen die gericht zijn op remmende receptoren die tot expressie worden gebracht op immuun- en tumorcellen, bekend als checkpointblokkaderemmers, blijven therapieresistentie en het identificeren van mechanismen die de respons van de patiënt stimuleren, een uitdaging1. De complexe uitdaging om tumorheterogeniteit te karakteriseren op basis van zijn moleculaire diversiteit en het ingewikkelde samenspel tussen tumorcellen en de immuunmicro-omgeving vereist nieuwe benaderingen om dit complexe ecosysteem te ontleden met de resolutie van één cel. Het begrijpen van de moleculaire fijne kneepjes in tumoren en hun micro-omgevingen is cruciaal voor het bevorderen van therapeutische strategieën en het ontcijferen van de complexe biologie die ten grondslag ligt aan kankerprogressie2. Single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) is steeds populairder geworden omdat het een analyse met hoge resolutie biedt van individuele cellen in complexe tumormonsters 3,4.
Tumorheterogeniteit, die genetische, epigenetische en fenotypische diversiteiten omvat, vormt een uitdaging bij het blootleggen van de fijne kneepjes van de kankerbiologie5. De conventionele methoden van bulk-RNA-sequencing hebben de neiging om de unieke expressieprofielen en fenotypes van heterogene celpopulaties die in tumoren aanwezig zijn, te verdoezelen, aangezien deze methoden signalen gemiddeld nemen over hele celpopulaties4. ScRNA-seq daarentegen maakt de dissectie van individuele celtypen mogelijk, waardoor diverse genexpressie, onderdrukkingspatronen en cellulaire toestanden worden onthuld die anders over het hoofd worden gezien 4,6. Het uitgangspunt van scRNA-seq ligt in het vermogen om de genetische en moleculaire handtekeningen van individuele cellen te decoderen, wat een enorme belofte inhoudt bij het ontdekken van nieuwe kankertherapieën7.
Door de genexpressieprofielen van tumorcellen en de omringende stromale en immuuncellen te ontcijferen, kunnen onderzoekers nieuwe therapeutische doelen identificeren en strategieën voor genetische precisiegeneeskunde ontwikkelen die zijn afgestemd op individuele patiënten. Bovendien biedt het ontleden van het immuunrepertoire binnen de micro-omgeving van de tumor cruciale inzichten in de wisselwerking tussen tumorcellen en immuuneffectoren, wat de weg vrijmaakt voor immunotherapeutische interventies3. Ondanks de vooruitgang in het gebruik van scRNAseq op klinische monsters, kunnen verschillende uitdagingen tijdens de verwerkingsstappen de RNA-integriteit, levensvatbaarheid en kwaliteit van de gegenereerde gegevens van de cel schaden. Bovendien kan het verwerken van weefsel met een lage cellevensvatbaarheid de omringende RNA-niveaus verhogen in de druppeltjes die worden gegenereerd tijdens de inkapseling van individuele cellen, wat resulteert in kruisbesmetting en onjuiste annotatie van celtypen, terwijl lange dissociatieprotocollen die bij 37 °C worden uitgevoerd, kunnen leiden tot de opregulatie van een stressrespons-gensignatuur in meerdere celtypen 8,9, 10. okt.
De stapsgewijze procedure (figuur 1A) die in dit protocol wordt beschreven, begint met snelle mechanische en enzymatische dissociatie van tumoren, gevolgd door filtratie en verwijdering van dode cellen, afhankelijk van de levensvatbaarheid van elk tumormonster. Op dit moment is deze procedure geverifieerd in melanoom11, colorectaal12, hoofd-hals plaveiselcelcarcinoom13, pancreas- en longtumormonsters (niet-gepubliceerde gegevens). Deze technieken zorgen voor het genereren van levensvatbare celsuspensies van hoge kwaliteit die cruciaal zijn voor downstream-analyses14. Met name het verwijderen van rode bloedcellen, verstoken van gesynthetiseerd RNA, wordt noodzakelijk om het monster te zuiveren15. Daaropvolgende evaluatie van het aantal cellen en de eliminatie van dode cellen dienen als voorwaarde voor een succesvolle 10x Genomics Gel bead-in Emulsion (GEM) generatie, barcodering, en verhogen het herstel van transcripten en gesequencede cellen zonder de uitsluiting van gevoelige populaties (bijv. neutrofielen en epitheelcellen) in gevaar te brengen16. Deze stappen zijn van fundamenteel belang bij het ontsluiten van het potentieel van analyse van eencellige resolutie in tumormonsters 9,10, het blootleggen van nieuwe genexpressieprofielen en immuunsignaturen die nodig zijn voor het stimuleren van innovatieve therapeutische interventies en het identificeren van nieuwe tumorkwetsbaarheden.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Deze studie voldeed aan alle institutionele richtlijnen met betrekking tot het bemonsteren van menselijk weefsel. Er werd geïnformeerde toestemming ontvangen van patiënten en identificeerbare voorbeeldgegevens werden geanonimiseerd. Monsters worden verzameld in de operatiekamer, in een oplossing van RPMI, zoutoplossing of PBS geplaatst en via de afdeling pathologie bevestigd als kanker voordat ze in onderzoek worden gebruikt. Alle stappen, behalve wanneer aangegeven, moeten worden uitgevoerd bij 4 °C of op ijs. Werk in een bioveiligheidskap bij het verwerken van menselijk weefsel. Zie de Materiaaltabel voor meer informatie over alle materialen, reagentia en instrumenten die in dit protocol worden gebruikt.
1. Verkrijgen van de steekproef
2. Mechanische en enzymatische vertering
3. Filteren van monsters
4. Lysis van rode bloedcellen
5. Cellen tellen
6. Verwijdering van dode cellen - Kit 1
OPMERKING: Werk in een bioveiligheidskap wanneer u de reagentia voor het verwijderen van dode cellen gebruikt, omdat deze gemakkelijk besmet kunnen raken.
7. Verwijdering van dode cellen - Kit 2
NOTITIE: Werk in een bioveiligheidskap wanneer u de kitreagentia gebruikt.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Een melanoombiopsie gesuspendeerd in RPMI werd verkregen en onmiddellijk op ijs geplaatst. Het monster werd overgebracht in een microcentrifugebuis van 1,5 ml met 420 μl RPMI en spijsverteringsenzymen, met een schaar in kleine stukjes gehakt en vervolgens gedurende 15 minuten enzymatisch verteerd in een verticaal geplaatste thermische mixer van 37 °C (figuur 1). Na de spijsvertering werd het monster gefilterd door een steriel wegwerpfilter van 50 μm en werd het filter gewassen met verse RPMI...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Dit protocol beschrijft de dissociatie van tumormonsters van mensen of muizen in een eencellige suspensie voor scRNA-sequencing met behulp van het 10x Genomics microfluïdische systeem. Bij het verwerken van weefsels die vaak afkomstig zijn van zeldzame vormen van kanker of die deel uitmaken van lopende klinische onderzoeken of lange experimenten voor muizentumoren, moet het monster tussen alle stappen optimaal en zorgvuldig worden bewaard. Alle stappen moeten snel worden uitgevoerd op ijs of bij 4 °C om de native cellula...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
M.S-F. ontving financiering van Bristol Myers-Squibb, Istari Oncology, en was consultant voor Galvazine Therapeutics.
Deze studie werd ondersteund door de Adelson Medical Research Foundation (AMRF), de Melanoma Research Alliance (MRA) en U54CA224068. Figuur 1, Figuur 4 en Figuur 5 zijn gemaakt met BioRender.com.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 1x PBS | Corning | 21-040-CV | |
| 10 mL serologische pipet | Corning | 357551 | |
| 1000 μL low-retention pipettips | Rainin | 30389213 | |
| 1000 μL low-retention brede pipettips | Rainin | 30389218 | |
| 1000 μL pipettips | Rainin | 30389212 | |
| 10x Magnetic Separator | 10x Genomics | 120250 | |
| 15 mL conische buizen | Corning | 430052 | |
| 2 mL zuigpipet | Corning | 357558 | |
| 20 μL low-retention pipettips | Rainin | 30389226 | |
| 20 μL pipettips | Rainin | 30389225 | |
| 200 μL low-retention pipettips | Rainin | 30389240 | |
| 200 μL pipettips | Rainin | 30389239 | |
| 50 mL Polypropyleen conische buis | Falcon | 352098 | |
| 60 x 15 mm weefselkweekschaal | Falcon | 353004 | |
| ACK Lysing Buffer | Gibco | A10492-1 | |
| BD 1 mL spuit | Becton, Dickinson and Company | 3090659 | |
| Bright-Line Hemocytometer | Hausser Scientific | 551660 | |
| Calcium Chloride Solution | Sigma Aldrich | 2115-100ML | |
| Cell Ranger | 10x Genomics | N/A | https://www.10xgenomics.com/support/software/cell-ranger/latest |
| Celtelling slides voor TC20 celteller | Bio-Rad | 1450015 | |
| CellTrics 30μm steriele wegwerpfilters | Sysmex | 04-004-2326 | |
| CellTrics 50μm steriele wegwerpfilters | Sysmex | 04-004-2327 | |
| Dead Cell removal Kit | Miltenyi Biotec | 130-090-101 | Bewaar bij -20 °C; kit 2 |
| Dissectiepincet, fijne punt | VWR | 82027-386 | |
| DNA LoBind Microcentrifugebuizen, 1.5 mL | Eppendorf | 22431021 | |
| EasySepTM Dead Cell Removal (Annexin V) Kit | STEMCELL Technologies | 17899 | Bewaar bij 4 °C; Kit 1 |
| Eppendorf centrifuge 5425R | Eppendorf | 5406000640 | |
| Eppendorf centrifuge 5910R | Eppendorf | 2231000657 | |
| Eppendorf Easypet 3 elektronische pipetcontroller | Eppendorf | EP4430000018 | |
| Eppendorf Thermomixer F1.5 Model 5384 | Eppendorf | EP5384000012 | |
| FBS | Gibco | 26140-079 | Bewaar bij 4 °C, gebruik in een biologische kap |
| Duitse roestvrijstalen schaar | Fine Science Tools | 14568-12 | |
| Leica Dmi1 Microscoop | Leica Microsystems | 454793 | |
| LS Column | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
| MACS Multistand | Miltenyi Biotec | 130-042-303 | |
| Pipet-Lite LTS Pipet L-1000XLS+ | Rainin | 17014382 | |
| Pipet-Lite LTS Pipet L-200XLS+ | Rainin | 17014391 | |
| Pipet-Lite LTS Pipet L-20XLS+ | Rainin | 17014392 | |
| Quadro MACS Magnet | Miltenyi Biotec | 130-091-051 | |
| RPMI Medium 1640 (1x) | Gibco | 21870-076 | Bewaar bij 4 °C |
| TempAssure 0.2 mL PCR 8-buisjesstrips | USA Scientific | 1402-4700 | |
| Trypan blauwe kleurstof 0,4% | Thermo Fisher Scientific | T10282 | |
| Tumor Dissociatie Kit, Mens | Miltenyi Biotec | 130-095-929 | Bewaar bij -20 °C, bereid enzymen volgens kitinstructies: Reconstitueer gelyofiliseerd Enzym H flacon in 3 mL van RPMI 1640 Reconstitueer gelyofiliseerd Enzym R flacon in 2,7 mL van RPMI 1640 Reconstitueer gelyofiliseerd Enzym A flacon in 1 mL van Buffer A geleverd bij de kit. |
| Tumor Dissociatie Kit, Muis | Miltenyi Biotec | 130-096-730 | Bewaar bij -20 °C, bereid enzymen volgens kitinstructies: Reconstitueer gelyofiliseerd Enzym D flacon in 3 mL van RPMI 1640 Reconstitueer gelyofiliseerd Enzym R flacon in 2,7 mL van RPMI 1640 Reconstitueer gelyofiliseerd Enzym A flacon in 1 mL van Buffer A geleverd bij de kit. |
| UltraPure Gedestilleerde Water | Invitrogen | 10977-015 | Bewaar bij 4 °C |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.