
Rycina 1. Schemat postępowania przy przygotowywaniu zawiesiny żywych komórek z próbki chirurgicznej CRC.
1. Dysagregacja próbki klinicznej
Wszystkie próbki zostały pobrane w Royal Prince Alfred Hospital (Camperdown, NSW, Australia) oraz Concord Repatriation Hospital (Concord West, NSW, Australia) za świadomą zgodą pacjentów zgodnie z protokołem nr X08-164.
- Pobrać świeże preparaty raka jelita grubego (CRC) lub gruczolaków, a także normalną błonę śluzową jelita z miejsca oddalonego o co najmniej 10 cm od guza. Próbki przechowywać w zrównoważonym roztworze soli Hanksa pH 7.3 (HBSS) w temperaturze 4°C przez maksymalnie 12 h po resekcji.
- Przestrzegać zasad bezpieczeństwa dotyczących ludzkich patogenów; wszystkie próbki kliniczne przetwarzać w komorze bezpieczeństwa biologicznego klasy II. Posiekać próbki na kostki o boku 2 mm w szalce Petriego, używając dwóch ostrzy skalpela.
- Inkubować tkankę nowotworową i prawidłową w oddzielnych probówkach Eppendorf przez 60 min w temperaturze 37°C z okresowym delikatnym mieszaniem, w równej objętości pożywki RPMI 1640 zawierającej 2% (v/v) kolagenazy typu 4 (Worthington, Lakewood, NJ, USA) oraz 0.1% (w/v) doksyrybonukleazy I z trzustki bydlęcej (DNAse I; Sigma-Aldrich).
- Przecisnąć częściowo strawioną tkankę przez drobne sito z drucianej siatki, używając tłoka z strzykawki 10 mL; wypłukać komórki za pomocą HBSS.
- Przepuścić otrzymaną zawiesinę komórkową przez filtry Filcon 200 μm i 50 μm (BD Biosciences) w celu usunięcia agregatów komórkowych. W tej serii filtracji usuwana jest większość DNA, śluzu oraz agregatów komórkowych.
- Wirować zawiesiny komórkowe przy 400 x g w temperaturze 20° przez 5 min.
- Resuspendować osady komórkowe w inaktywowanym termicznie FCS zawierającym 10% dimetylosulfoksyd (DMSO), zamrozić powoli w krioprobówkach i przechowywać w temperaturze -80°. Proces zamrażania przyczynia się do redukcji zawartości śluzu w próbce oraz lizy krwinek czerwonych.
2. Przygotowanie próbek do wychwytu komórek
- Szybko rozmrozić próbki w łaźni wodnej o temperaturze 37° i resuspender komórki w 10 mL HBSS w celu wypłukania DMSO.
- Odwirować zawiesiny komórkowe przy 410 x g w temperaturze 20° przez 5 min.
- Odlać nadsącz i resuspender osad komórkowy w 500 μL HBSS.
- Traktować próbkę 0,1% (w/v) DNAse I przez 20 min w temperaturze pokojowej.
- Wymieszać 10 μL każdej zawiesiny komórkowej z równą objętością błękitu trypanu i nanieść 10 μL mieszaniny do hemocytometru. Używając mikroskopu świetlnego z powiększeniem 100-krotnym, policzyć żywe komórki, które pozostają bezbarwne dzięki wykluczeniu błękitu trypanu, podczas gdy martwe komórki pochłaniają barwnik. Do wychwytu komórek na mikroarray wymagane jest minimum 4 x 106 żywych komórek.
- Po traktowaniu DNAse resuspender zawiesinę komórkową w 10 mL HBSS i odwirować przy 410 x g w temperaturze 20° przez 5 min.
- Odlać nadsącz i resuspender osady komórkowe w RPMI 1640 do końcowej objętości 200 μL.
3. Wychwytywanie komórek na mikrotablicy przeciwciał
- Nawilżyć macierz przeciwciał DotScan, zanurzając sekcję nitrocelulozową w roztworze soli fosforanowej (PBS) przez około 20 s. Ostrożnie wytrzeć szklane krawędzie macierzy złożonymi chusteczkami Kimwipes, unikając dotykania sekcji nitrocelulozowej.
- Dodać wodę do tacki inkubacyjnej macierzy, aby stworzyć komorę wilgotną. Umieścić macierz w komorze i nanieść pipetą zawiesinę komórek w pożywce RPMI 1640 na wilgotną sekcję nitrocelulozową. Nanieść krople w każdym rogu nitrocelulozy, aby zapewnić równomierne rozprzestrzenienie komórek.
- Inkubować macierze w temperaturze 37°C przez 1 h. Inkubacja pozwala komórkom osiąść i wejść w kontakt z przeciwciałami na macierzy. Komórki wykazujące ekspresję antygenów powierzchniowych odpowiadających przeciwciałom, na których osiadły, zostaną uchwycone.
- Po inkubacji delikatnie i pionowo zanurzyć macierze w trzech korytkach zawierających co najmniej 15 mL PBS, aby wypłukać niezwiązane komórki (20 s na każde płukanie).
- Przygotować 3,7% (w/v) formaldehyd w PBS w celu utrwalenia komórek i przeciwciał poprzez sieciowanie. Delikatnie nanieść pipetą około 1 mL, aby pokryć sekcję nitrocelulozową macierzy. Inkubować przez 20 min w temperaturze pokojowej.
- Następnie zanurzyć macierze w trzech kolejnych porcjach PBS (15 mL; po 30 s każda), aby wypłukać nadmiar formaldehydu.
- Wytrzeć krawędzie i tył szkiełka przedmiotowego chusteczkami Kimwipes i zeskanować macierz za pomocą skanera DotScan, gdy sekcja nitrocelulozowa jest jeszcze wilgotna. Skan optyczny pozwala uzyskać wzór ekspresji antygenów mieszanej populacji komórek, np. komórek CRC, leukocytów i innych komórek zrębu guza.
4. Fluorescencyjne multipleksowanie
- Wyjmij macierz mikroarray ze skanera i nanieś 200 μL buforu blokującego (2% w/v BSA, 2% inaktywowanego ciepłem ludzkiego serum AB, PBS, pH 7.3). Inkubuj w tacy do mikroarray w temperaturze pokojowej przez 20 min.
- Przygotuj roztwór do multipleksowania w probówce Eppendorf owiniętej folią aluminiową: 20 μL Phycoerythrin-anti-CD3 (Beckman Coulter, Gladesville, NSW, Australia, #IM12824; końcowe rozcieńczenie 1/7.5), 10 μL Alexa Fluor 647-anti-EpCAM (Biolegend, San Diego, CA, USA; rozcieńczenie 1/15), 2 μL inaktywowanego ciepłem ludzkiego serum AB (Sigma-Aldrich, Castle Hill, NSW, Australia) oraz 118 μL buforu blokującego.
- Odlej nadmiar buforu blokującego z mikroarray i nanieś pipetą roztwór do multipleksowania na sekcję z nitrocelulozy, rozprowadzając go równomiernie. Inkubuj przez 30 min w ciemności w temperaturze pokojowej.
- Zanurz mikroarray pionowo w trzech korytkach zawierających po 15 ml świeżego PBS (po 30 s w każdym).
- Pozostaw mikroarray do wyschnięcia w ciemności i przechowuj w temperaturze 4°C w pudełku na szkiełka. Mikroarray można przechowywać w ciemności do 3 miesięcy bez utraty fluorescencji.
- Zeskanuj wysuszony mikroarray za pomocą skanera Typhoon FLA 9000 (GE Healthcare, Rydalmere, NSW, Australia) z rozdzielczością ustawioną na 50 (laser 532 nm, filtr emisji 580 BP30 dla PE; laser 633 nm i filtr emisji 670 BP30 dla Alexa 647). Mikroarray są skanowane stroną z nitrocelulozy skierowaną w dół na szklanej tacy skanera.
- Zapisz obrazy fluorescencyjne jako pliki TIFF, a następnie w programie Photoshop ustaw rozmiar obrazu na 17 x 25 cm i rozdzielczość na 72 pixels/cm. Zaimportuj obraz do oprogramowania analitycznego DotScan w celu analizy intensywności plamek.
- Program DotReader rejestruje cyfrowy obraz wzoru wiązania plamek i kwantyfikuje gęstość wiązania komórek na każdej plamce przeciwciała w 8-bitowej skali szarości (1-256 U). Sporadyczne nieswoiste wiązanie kontroli izotypowej odjęto od wartości wiązania dla przeciwciał o odpowiadających im izotypach immunoglobulin. Intensywności fluorescencji plamek dla każdego mikroarray znormalizowano względem najjaśniejszej plamki ustawionej na 100% intensywności. Siła sygnału/plamki została zapisana w pliku .xml (dane surowe) lub przedstawiona w formie wykresu słupkowego w pliku .pdf (raport końcowy).
- Mapy ciepła (heatmaps) i klasteryzacja hierarchiczna mikroarray zostały wykonane przy użyciu programu MultiExperiment Viewer (MeV) wersja 4.4 z pakietu TM4 Microarray Software Suite (http://www.tm4.org/mev.html). Klasteryzację hierarchiczną przeprowadzono na danych skorygowanych o tło za pomocą programu MeV z analizą pełnego wiązania (complete linkage analysis). Jako miarę podobieństwa zastosowano odległość euklidesową. Do wyznaczenia istotności statystycznej wyników użyto dwustronnego testu t Studenta przy założeniu równości wariancji.
5. Reprezentatywne wyniki:
Wyniki z mikroarray DotScan powinny wykazywać spójne wzorce wiązania komórek pomiędzy powtórzonymi macierzami. Silne wiązanie kropek wyrównawczych (CD44/CD29) umożliwia nałożenie siatki na obszar macierzy. Rysunek 2 przedstawia przykład optymalnego wychwytu komórek i multipleksowania. Rysunek 3 przedstawia niektóre typowe problemy napotykane podczas wychwytu komórek oraz możliwe rozwiązania.
Wyniki wiązania komórek w mikrotablicy można ilościowo określić poprzez pomiar intensywności plamek wyrażonej w skali szarości od 1 do 256. Rysunek 4 przedstawia dane numeryczne z 58 chirurgicznych próbek CRC, zabarwionych przeciwciałem EpCAM-Alexa 647, w formie mapy ciepła z klastrowaniem hierarchicznym. Mimo ograniczonej liczby próbek, CRC w tym samym stadium mają tendencję do grupowania się w jednej grupie.

Rysunek 2. Wzór wiązania komórek guza raka jelita grubego z próbki klinicznej (Australian Clinic-Pathological Staging, stopień ACP B1). (a) Legenda przeciwciał DotScan wskazująca lokalizację przeciwciał dla lewej połowy zdublowanej mikrotablicy (obrysowanej). Górna sekcja zawiera oryginalne 82 przeciwciała z mikrotablicy DotScan do białaczek. Dodatkowo dodano 40 przeciwciał odpowiadających specyficznym antygenom powierzchniowym, których nadekspresja została wykazana w literaturze, tworząc „satelitarną” mikrotablicę CRC. Dolna sekcja składa się z przeciwciał kontrolnych izotypowych. (b) Obraz optyczny komórek CRC wiążących się z mikrotablicą. (c) Obraz fluorescencyjny CD showing T-cells. (d) Obraz fluorescencyjny EpCAM wskazujący komórki CRC.

Rycina 3. Przykłady nieprawidłowych wyników DotScan oraz możliwe rozwiązania. (a) Słabe wiązanie komórek; rozwiązanie: upewnij się, że na matrycy znajduje się co najmniej 4x106 żywych komórek (b) Wiązanie kontroli izotypowej i nieswoiste wiązanie komórek; rozwiązanie: przed inkubacją na mikrotablicy dodaj do próbki inaktywowaną ciepłem ludzkie surowicę AB, aby zminimalizować wiązanie kontroli izotypowej. Sporadycznie w próbkach CRC występuje niewielka ilość nieswoistego wiązania komórek do nitrocelulozy, co nie wpływa znacząco na wyniki. (c) Wysychanie nitrocelulozy podczas inkubacji; rozwiązanie: upewnij się, że próbka pokrywa całą sekcję nitrocelulozy, a mikrotablica jest inkubowana na płaskiej powierzchni. (d) Artefakty wysokiego tła; rozwiązanie: upewnij się, że mikrotablica została dokładnie wypłukana po inkubacji.

Rysunek 4. Wykresy słupkowe wygenerowane przez oprogramowanie analityczne DotScan przedstawiające gęstość wiązania komórek w skali szarości od 1 do 256. Liczby na osi odnoszą się do antygenów CD. Pozostałe skróty to: TCR, receptor limfocytów T; κ, λ, lekkie łańcuchy immunoglobulin; sIg, immunoglobuliny powierzchniowe; DCC, białko DCC (deleted in colorectal cancer); EGFR, receptor epidermalnego czynnika wzrostu; FAP, białko aktywacji fibroblastów; HLA-A,B,C i HLA-DR, odpowiednio ludzkie antygeny leukocytarne A, B, C oraz DR; MICA, białko MICA (MHC class I chain-related protein A); MMP-14, metalopeptydaza macierzy 14; PIGR, receptor polimerycznej immunoglobulin; TSP-1, trombospondyna-1; Mabthera, humanizowane przeciwciało anty-CD20. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększony obraz.