$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Hodowla i inkubacja sferoidów komórkowych
- Eksperyment 1: Sferoidy komórkowe inkubowane z lekiem chemioterapeutycznym
- Przygotuj agarozę 1,5% w pożywce hodowlanej, dodając 0,45 g agarozy do 30 ml pożywki hodowlanej (wystarcza na 6 płytek).
- Podgrzać mieszaninę od etapu 1.1.1 do temperatury co najmniej 80 °C, mieszając ją od czasu do czasu.
- Wlać 50 μl podgrzanej mieszaniny z kroku 1.1.2 do każdego dołka 96-dołkowej płytki i pozostawić do zestalenia się w ciągu 1-2 godzin. Przechowywać płytki zamknięte i przykryte w lodówce w temperaturze 5 °C do czasu użycia.
- Wysiewać około 150 komórek raka piersi MCF-7 w każdym dołku przygotowanej 96-dołkowej płytki w zmodyfikowanym pożywce Eagle's Medium (DMEM) firmy Dulbecco z pożywką hodowlaną F-12 Hama uzupełnioną 10% płodową surowicą cielęcą (FCS) i 1% penicyliną/streptomycyną.
- Sferoidy należy hodować przez 5–7 dni do średnicy około 200–300 μm w inkubatorze w temperaturze 5%CO2 i temperaturze 37 °C.
- Inkubować sferoidy komórkowe z antybiotykiem antracyklinowym, chlorowodorkiem doksorubicyny przez 6 godzin w stężeniu w zakresie od 2 μM do 8 μM (w pożywce hodowlanej) w inkubatorze w temperaturze 5% CO2 i temperaturze 37 °C.
- Przed mikroskopią przemyć sferoidy komórek pożywką hodowlaną lub zrównoważonym roztworem soli Earle'a (EBSS).
- Eksperyment 2: Proces utleniania w sferoidach wyrażających czujnik redoks
- Wysiewać około 400 komórek glejaka wielopostaciowego U251-MG-L106 trwale transfekowanych wrażliwym na glutation zielonym fluorescencyjnym czujnikiem redoks Grx1-roGFP2 w studzienkach pokrytych żelem agarozowym (procedura opisana w krokach 1.1.1–1.1.3) 96-dołkowej płytki w pożywce hodowlanej DMEM uzupełnionej 10% FCS, 1% penicyliny/streptomycyny i higromycyny B (150 μg/ml).
- Sferoidy należy hodować przez 5–7 dni do średnicy około 200–300 μm w inkubatorze w temperaturze 5%CO2 i temperaturze 37 °C.
- Dodać 10 μl roztworu nadtlenku wodoru (purum p.a., ≥ 30%) do 990 μl wody bidestylowanej, aby uzyskać 100 mM roztwór podstawowy, który należy zużyć w ciągu 12 godzin.
- Rozcieńczyć roztwór podstawowy od kroku 1.2.3 do 50 μM w EBSS bezpośrednio przed doświadczeniem.
- Podczas pomiaru należy inkubować sferoidy komórek za pomocą układu mikroprzepływowego z nadtlenkiem wodoru 50 μM w EBSS w celu utlenienia czujnika redoks.
- Eksperyment 3: Inicjacja i znakowanie nekrozy komórkowej w sferoidach
- Wysiewać około 400 komórek (np. komórki glejaka U251-MG-L106-Grx1-roGFP2) w studzienkach pokrytych żelem agarozowym (procedura opisana w krokach 1.1.1–1.1.3) z 96-dołkowej płytki w pożywce hodowlanej DMEM uzupełnionej 10% FCS, 1% penicyliny/streptomycyny i higromycyny B (150 mg / ml).
- Sferoidy należy hodować przez 5–7 dni do średnicy około 200–300 μm w inkubatorze w temperaturze 5%CO2 i temperaturze 37 °C.
- Inkubować sferoidy komórkowe z mitochondrialnym inhibitorem transportu elektronów rotenonem przez 3 godziny w stężeniu 1 μM w pożywce hodowlanej w celu wywołania martwicy komórkowej. Dodatkowo należy współinkubować z zielonym barwnikiem cytotoksyczności przez 3 godziny w stężeniu 1 μl w 1 ml pożywki hodowlanej, aby oznaczyć komórki nekrotyczne.
- Przed mikroskopią przemyć sferoidy komórek pożywką hodowlaną lub EBSS.
2. Regulacja arkusza światła
UWAGA: Aby osiągnąć najlepsze wyniki, należy upewnić się, że pas wiązki arkusza światła znajduje się w płaszczyźnie ostrości soczewki obiektywu. Położenie talii belki można wyrównać tylko poprzez obserwację arkusza świetlnego w pozycji pionowej w stosunku do kapilary (patrz kroki 2.5 - 2.8).
- Użyj odwróconego mikroskopu i zamontuj moduł wzbudzenia SPIM, zgodnie z opisem w odnośniku 16, do płyty podstawy stołu pozycjonującego (patrz rysunek 1A).
- Wyposażyć mikroskop w obiektyw mikroskopu 10X/0,3 lub 20X/0,5 oraz odpowiedni filtr długoprzepustowy (np. λ ≥ 515 nm) w ścieżce detekcji mikroskopu.
- Zamontuj kamerę integrującą w porcie wykrywania mikroskopu.
- Użyj równoległej skolimowanej wiązki lasera lub diody laserowej o długości fali wzbudzenia preferencyjnie 470 nm i zastosuj ją do modułu SPIN.
- Obróć soczewkę cylindryczną o 90 stopni, co spowoduje przesunięcie arkusza świetlnego do pozycji pionowej w celu osiowej regulacji talii wiązki arkusza świetlnego.
- Umieścić kapilarę zawierającą ciecz z barwnikiem fluorescencyjnym w uchwycie na próbkę.
- Przymocuj uchwyt próbki z kapilarą do stołu pozycjonującego mikroskopu i wyrównaj położenie kapilary tak, aby była wyśrodkowana, a talia wiązki arkusza światła była ostra.
- Dostosuj talię wiązki, zmieniając położenie osiowe samej soczewki cylindrycznej. Po wyregulowaniu odwróć obiektyw.
3. Aplikacja sferoidów komórkowych i synchronizacja zasilania mikroskopem
- Sferoidy komórek należy umieścić oddzielnie lub w grupach w prostokątnych kapilarnach ze szkła borokrzemianowego16 o wewnętrznym przekroju poprzecznym 600 μm x 600 μm i grubości ścianki 120 μm. Dwie techniki zastosowania sferoidy komórkowej okazały się skuteczne.
- Weź pustą kapilę pionowo kciukiem i środkowym palcem i uszczelnij górny otwór palcem wskazującym. Zbliżyć dolny otwór do sferoidy komórki w otaczającej ją cieczy (EBSS lub pożywce hodowlanej). Zwolnij palec wskazujący z górnego otworu. Ciecz z sferoidą komórkową zostanie natychmiast wchłonięta przez siły kapilarne. Dostosuj położenie sferoidy w wypełnionej kapilarze grawitacyjnie w odpowiednim pionowym położeniu kapilary.
- Alternatywnie, nanieść sferoidę komórkową na kapilarnę za pomocą pipetowania. Należy zwrócić uwagę, aby otwór końcówki pipety był z jednej strony wystarczająco duży w stosunku do wielkości sferoidy, a z drugiej strony mniejszy lub równy wewnętrznej średnicy kapilary.
- Umieść kapilarnę ze sferoidą w specjalnym uchwycie na próbkę do mikroskopii.
- Przymocuj uchwyt próbki z kapilarą do stołu pozycjonującego mikroskopu i wyrównaj położenie sferoidy komórki tak, aby była wyśrodkowana i skupiona.
- Ustaw dopasowanie między arkuszem świetlnym a płaszczyzną ogniskową soczewki obiektywu mikroskopu na ścieżce wykrywania, regulując położenie lustra odbiciowego i soczewki cylindrycznej (patrz śruba regulacyjna na rysunku 1B).
- Wyreguluj mikrometryczną (patrz rysunek 1B) zgodnie ze wskaźnikami załamania światła i aperturą numeryczną soczewki obiektywu, aby skompensować efekt akwarium.
UWAGA: Różne współczynniki załamania światła próbki i ośrodków otaczających soczewkę obiektywu prowadzą do różnicy między przesunięciem soczewki obiektywu a przesunięciem płaszczyzny ogniskowej. Ponieważ arkusz świetlny jest przesuwany przez wieżyczkę obiektywu, niedopasowanie między przesunięciem arkusza światła (odpowiadającym przesunięciu soczewki obiektywu) a przesunięciem płaszczyzny ogniskowej jest kompensowane przez ramię dźwigni (patrz rysunek 1B). Śruba mikrometryczna służy do regulacji odległości między górnym a dolnym kołkiem w celu regulacji przesunięcia arkusza światła zgodnie z aperturą numeryczną soczewki obiektywu i wskaźnikami załamania.

Rysunek 1. (A) Obraz modułu oświetlenia jednopłaszczyznowego zamontowanego na płycie podstawy stołu pozycjonującego mikroskopu odwróconego, (B) ustawienie modułu oświetlenia jednopłaszczyznowego i synchronizacji zasilania mikroskopu w celu skompensowania niedopasowania podnoszenia (efekt akwarium) między płaszczyzną ogniskową a płaszczyzną oświetlenia. Δzo oznacza przesunięcie soczewki obiektywu, a Δzf przesunięcie płaszczyzny ogniskowej i arkusza światła. Wkładka pokazuje przekroje sferoidów zawierających naczynia włosowate. Po lewej: prostokątna kapilara o średnicy wewnętrznej 600 μm (ścianka 120 μm). Po prawej: Konfiguracja używana do obracania. Wewnętrzna okrągła kapila (średnica wewnętrzna 400 μm, średnica zewnętrzna 550 μm) jest obracana w zewnętrznej prostokątnej kapilarze. Przestrzeń między dwiema naczyniami włosowatymi jest wypełniona płynem immersyjnym.
4. Pomiar w dynamicznym środowisku cieczy
UWAGA: Poprzedni protokół jest używany do statycznej inkubacji przed pomiarem, w którym sferoida komórki została wcześniej inkubowana, a następnie utrzymywana w miejscu w kapilarze przez prostą grawitację. Nie ma potrzeby dalszej fiksacji. Jednak w przypadku pomiarów w przepływających ośrodkach, w których pożądana jest dynamiczna inkubacja, a tym samym dynamiczne środowisko, w celu pomiaru kinetyki wychwytu, można wykonać ten podprotokół. Kroki 4.5–4.9 mają kluczowe znaczenie, aby uniknąć przedostania się pęcherzyków powietrza do próbki.
- Wypełnij kapilarę FCS przez 30 minut, aby wspomóc późniejsze przyleganie komórkowe sferoidy komórkowej do wewnętrznej powierzchni szkła.
- Pozostaw pozostałą powłokę FCS w zubożonej kapilarze do wyschnięcia przez co najmniej 12 godzin.
- Wprowadzić sferoidę komórkową do kapilary pokrytej FCS, jak opisano w kroku 3.2.
- Pozostawić kapilarnę w inkubatorze w temperaturze 5% CO2 i temperaturze 37 °C przez dodatkowe 2–4 godziny, aby spowodować zrost komórkowy sferoidy.
- Ustawić część afluksową układu mikroprzepływowego (patrz rysunek 2). Za pomocą pompy perystaltycznej napełnić rurkę (średnica wewnętrzna: 0,89 mm) pożywką hodowlaną zawierającą barwnik fluorescencyjny, lek lub środek.
- Podłączyć część dopływową układu mikroprzepływowego do pułapki pęcherzykowej (patrz rysunek 2).
- Najpierw zaciśnij kapilę bez pęcherzyków powietrza do rurki aflaluksowej, a następnie zaciśnij drugą stronę kapilary do rurki odpływowej.
- Dostosuj temperaturę cieczy w łaźni wodnej do żądanej wartości (np. 37 °C).
- Ustawić pompę perystaltyczną na żądaną prędkość pompy (np. natężenie przepływu: 9 μl/min; prędkość pompy w kapilarze: 25 mm/min).
- Zebrać pompowaną ciecz w odbiorniku (konfiguracja z otwartą pętlą), podać ją z powrotem do źródła (konfiguracja z zamkniętą pętlą) lub wprowadzić bezpośrednio do rurki pompy perystaltycznej (konfiguracja z ciasną pętlą zamkniętą).

Rysunek 2. Konfiguracja mikroprzepływowa (otwarta pętla i ścisła zamknięta pętla); inlay: Oświetlenie sferoidy w mikrokapilarze za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej opartej na arkuszu światła sprzężonej z mikroskopem odwróconym.
5. Akwizycja i analiza danych
- Ustaw moc lasera i czas integracji dla akwizycji obrazu.
- Należy zwrócić uwagę, aby parametry określone w kroku 5.1 nie przekraczały wartości dawki światła około 50–100 J/cm2 dla komórek natywnych lub 10–20 J/cm2 dla komórek inkubowanych z barwnikiem fluorescencyjnym lub transfekowanych plazmidem kodującym białko fluorescencyjne, aby uniknąć fototoksyczności (szczegóły patrz odnośnik 12).
- Ustaw przyrost dla stosu z na ∆z = 5–10 μm, co jest preferowane w przypadku analizy danych 3-wymiarowych, ponieważ grubość jasnego arkusza wynosi około 10 μm.
- Wykonuj pomiary pojedynczych obrazów lub stosów z poprzez zmianę płaszczyzny ogniskowej w sferoidzie komórki.