Ten protokół opisuje użycie elutriacji odśrodkowej do rozdzielania komórek pierwotnej ostrej białaczki limfoblastycznej na różne fazy cyklu komórkowego.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Ten protokół opisuje użycie elutriacji odśrodkowej do rozdzielania komórek pierwotnej ostrej białaczki limfoblastycznej na różne fazy cyklu komórkowego.
Zdolność do synchronizacji komórek była kluczowa dla naszego zrozumienia regulacji cyklu komórkowego. Powszechnie stosowane techniki obejmują deprywację surowicy; substancje chemiczne, które zatrzymują komórki w różnych fazach cyklu komórkowego; lub zastosowanie mitotycznego wstrząsu, który wykorzystuje ich zmniejszone przyleganie. Jednak wszystkie te rzeczy mają wady. Na przykład głód surowicy działa dobrze dla normalnych komórek, ale gorzej dla komórek nowotworowych z upośledzonymi punktami kontrolnymi cyklu komórkowego z powodu aktywacji onkogenu lub utraty supresorów guza. Podobnie, populacje komórek poddane działaniu substancji chemicznej mogą być siedliskiem uszkodzeń wywołanych przez leki i wykazywać zmiany związane ze stresem. Techniką, która pozwala obejść te problemy, jest przeciwprądowa elutriacja odśrodkowa (CCE), w której komórki są poddawane dwóm przeciwstawnym siłom, sile odśrodkowej i prędkości płynu, co skutkuje oddzieleniem komórek na podstawie wielkości i gęstości. Ponieważ komórki przechodzące przez cykl zazwyczaj się powiększają, CCE można wykorzystać do rozdzielenia komórek na różne fazy cyklu komórkowego. Tutaj stosujemy tę technikę do pierwotnych komórek ostrej białaczki limfoblastycznej. W optymalnych warunkach można uzyskać zasadniczo czystą populację komórek w fazie G1 i wysoce wzbogaconą populację komórek w fazach G2/M z doskonałą wydajnością. Te populacje komórek idealnie nadają się do badania zależnych od cyklu komórkowego mechanizmów działania leków przeciwnowotworowych oraz do innych zastosowań. Pokazujemy również, w jaki sposób modyfikacje standardowej procedury mogą prowadzić do nieoptymalnej wydajności i omawiamy ograniczenia tej techniki. Przedstawiona szczegółowa metodologia powinna ułatwić zastosowanie i zbadanie tej techniki w odniesieniu do innych typów komórek.
Hodowane komórki zazwyczaj rosną asynchronicznie, a pojedyncze komórki są obecne w różnych fazach cyklu komórkowego. Niektóre organizmy wykazują naturalnie synchroniczne cykle komórkowe lub mogą być synchronizowane przez określone bodźce fizjologiczne. Na przykład jądra w gigantycznych plazmodiach śluzowca Physarum polycephalum dzielą się w wysoce synchroniczny sposób1, a komórki zielonych alg Desmodesmus quadricauda mogą być synchronizowane przez naprzemienne okresy światła i ciemności2. Chociaż takie organizmy oferują unikalne cechy eksperymentalne, nieodpowiednio modelują złożoność komórek ssaków. Zdolność do sztucznej synchronizacji populacji komórek ssaków ma kluczowe znaczenie dla pogłębienia naszej wiedzy na temat regulacji cyklu komórkowego i molekularnych podstaw punktów kontrolnych cyklu komórkowego. Typowe metody obejmują deprywację surowicy, blokowanie i uwalnianie substancji chemicznych lub wykorzystywanie cech fizycznych3,4. Wycofanie surowicy często powoduje, że komórki przechodzą w stan spoczynku, a ponowne dodanie surowicy sprzyja powrotnemu wejściu cyklu komórkowego w fazę G15. Inhibitory chemiczne obejmują czynniki takie jak nadmiar tymidyny lub hydroksymocznika, które blokują komórki na granicy G1/S, lub inhibitory mikrotubul, które zazwyczaj zatrzymują komórki w fazie M3,4. Podejścia, które wykorzystują cechy fizyczne, obejmują mitotyczne wytrząsanie, które może być wykorzystane do wzbogacenia komórek mitotycznych, ponieważ są one mniej przylegające niż komórki interfazowe6. Jednak wszystkie te techniki mają potencjalne wady. Na przykład nie wszystkie typy komórek zachowują żywotność przy braku surowicy lub obecności inhibitorów chemicznych, a wydajność komórek po mitotycznym wstrząsaniu jest ograniczona bez wcześniejszej synchronizacji z inhibitorami mitotycznymi.
Z wyjątkiem wczesnych cykli komórek embrionalnych, gdzie komórki stopniowo zmniejszają swój rozmiar w miarę podziału7, większość komórek przechodzących przez cykl przechodzi fazy wzrostu i staje się większa. Właściwość ta jest wykorzystywana w technice przeciwprądowej elutriacji odśrodkowej (CCE), która może być używana do rozdzielania komórek różniących się wielkością, a tym samym fazą cyklu komórkowego8,9. Podczas CCE komórki znajdują się pod wpływem dwóch przeciwstawnych sił: siły odśrodkowej, która odpycha komórki od osi obrotu, oraz prędkości płynu (przeciwprądu), która popycha komórki w kierunku osi obrotu (Rysunek 1). Komórki w komorze elutriacyjnej osiągają pozycję równowagi, w której siły te są równe. Kluczowymi czynnikami decydującymi o położeniu równowagi są średnica i gęstość komórki. Wraz ze wzrostem natężenia przepływu roztworu buforowego, a siła oporu przeciwprądowego przeważa nad siłą odśrodkową, ustanawiana jest nowa równowaga, powodująca zmianę położenia komórek wewnątrz komory. Wszystkie komórki są przesuwane w kierunku wyjścia z komory, w wyniku czego mniejsze komórki opuszczają komorę jako pierwsze, podczas gdy większe komórki pozostają w komorze, dopóki natężenie przeciwprądu nie wzrośnie wystarczająco, aby ułatwić ich wyjście. Komórki wydostające się z komory elutriacyjnej wraz z kolejnymi wzrostami szybkości przepływu przeciwprądowego mogą być zbierane w określonych frakcjach, a każda frakcja zawiera komórki o sekwencyjnie rosnących rozmiarach. Zamiast przeprowadzać elutriację ze stopniowym wzrostem natężenia przeciwprądu, sekwencyjne zmniejszanie siły odśrodkowej poprzez zmniejszanie prędkości wirowania przyniesie ten sam wynik. Proces elutriacji wymaga optymalizacji w zależności od typu komórki, zastosowanego bufora elutriacyjnego i zastosowanej aparatury. Szybkość sedymentacji komórek w tych warunkach najlepiej opisuje prawo Stokesa: SV = [d2(ρp-ρ m)/18η].ω2r, gdzie SV = prędkość sedymentacji; d = średnica cząstki; ρp = gęstość cząstki; ρm = gęstość bufora; η = lepkość buforu; ω = prędkość kątowa wirnika; i r = promieniowe położenie cząstki. Tak więc SV jest proporcjonalny do średnicy i gęstości komórki, a ponieważ średnica jest podniesiona do drugiej potęgi, przyczynia się bardziej niż gęstość, która jest na ogół stała przez cały cykl komórkowy.
Ważną zaletą CCE jest to, że komórki nie są poddawane ciężkim warunkom chemicznej obróbki lub deprywacji żywieniowej i mogą być odzyskiwane z doskonałą wydajnością, zasadniczo bez zakłóceń. Wymogiem jest, aby komórki, o których mowa, uległy znacznemu zwiększeniu średnicy, o co najmniej 30%, w miarę przechodzenia przez cykl komórkowy. Główną wadą jest koszt specjalistycznej wirówki, wirnika i akcesoriów. Niemniej jednak zdolność do przygotowania komórek wzbogaconych w określone fazy cyklu komórkowego przez CCE znacznie ułatwiła badania cyklu komórkowego w organizmach od drożdży po komórki ssaków9,10. Co więcej, ostatnie postępy rozszerzają zastosowania na oddzielanie komórek od zdrowej tkanki do tkanki nowotworowej, rozdzielanie różnych typów komórek w heterogenicznych mieszaninach oraz do produkcji określonych typów komórek do immunoterapii9.
Naszym głównym zainteresowaniem było zrozumienie mechanizmu działania środków celujących w mikrotubule (MTA), takich jak alkaloidy barwinka i taksany. Uważano, że leki te działają wyłącznie na mitozę, blokując funkcję mikrotubul wrzeciona11,12, ale ostatnie dowody sugerują, że mogą one również celować w mikrotubule międzyfazowe13,14. Niedawno informowaliśmy, że pierwotne komórki ostrej białaczki limfoblastycznej (ALL) ulegają śmierci w fazie G1 lub w fazie M, gdy są leczone winkrystyną i innymi MTA w sposób zależny od cyklu komórkowego15. Zdolność do rozdzielenia WSZYSTKICH komórek na różne fazy cyklu komórkowego za pomocą CCE odegrała zasadniczą rolę w dojściu do tego wniosku. W tym artykule opisujemy szczegóły techniczne i oferujemy praktyczne wskazówki dotyczące zastosowania CCE do przygotowania pierwotnych komórek ALL w różnych fazach cyklu komórkowego.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Ten protokół został zoptymalizowany dla pierwotnych komórek B-ALL o średnicy od około 8 μm (faza G1) do 13 μm (fazy G2/M). W związku z tym określone prędkości wirówki i natężenia przepływu pompy mogą nie mieć zastosowania do ogniw o różnych zakresach wielkości. Niemniej jednak odpowiednie parametry elutriacji można oszacować za pomocą równania szybkości sedymentacji. Komórki są hodowane w określonym podłożu wolnym od surowicy, zgodnie z opisem16 o optymalnej gęstości 1 - 3 x 106 komórek/ml. Z wyjątkiem zbierania frakcji, które przeprowadza się w temperaturze 4 °C przy użyciu probówek chłodzonych lodem, wszystkie etapy przeprowadza się w temperaturze pokojowej, a wirówkę ustawia się na 20 °C, maksymalnie 24 °C.
1. Przygotowanie buforu elucyjnego i materiałów
2. Montaż systemu elutriacji
3. Gruntowanie systemu elutriacji
4. Przygotowanie próbki komórki
5. Wprowadzenie próbki komórki do systemu elutriacji i pobieranie frakcji
6. Płukanie systemu elutriacji
7. Analiza frakcji i zbieranie pul G1 lub G2/M.
Uwaga: Aby zademonstrować skuteczność elutriacji, każda frakcja jest analizowana pod kątem liczby komórek, średnicy komórki i zawartości DNA, a następnie tworzone są pule komórek w fazach G1 lub G2/M do analiz immunoblot, jak opisano w Reprezentatywnych wynikach. W tej sekcji protokołu opisano sposób tworzenia tych pul i przygotowywania ich do użytku eksperymentalnego.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Pierwotne komórki WSZYSTKIE (3 - 4 x 108) zostały poddane elutriacji odśrodkowej i zebrane na dwie frakcje płuczące i dwadzieścia frakcji głównych, zgodnie z opisem w protokole. W tabeli 1 przedstawiono reprezentatywne dane, w których przedstawiono całkowitą liczbę komórek w każdej frakcji, a także odpowiadającą im prędkość wirnika. Ogólna wydajność wynosiła zazwyczaj ponad 80%. Pomiar średnicy komórki w poszczególnych frakcjach potwierdził, że średnica komórki wzrastała wraz z...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisaliśmy metodę otrzymywania pierwotnych komórek ALL w różnych fazach cyklu komórkowego za pomocą CCE. W optymalnych warunkach można łatwo uzyskać zasadniczo czystą populację komórek w fazie G1 i wysoce wzbogaconą populację komórek w fazach G2/M z doskonałą wydajnością, a w razie potrzeby można również uzyskać komórki wysoce wzbogacone w fazie S. Przedstawione tutaj wyniki uzyskano przy użyciu jednej pierwotnej hodowli ALL (w szczególności ALL-5) i zasadniczo identyczne wyniki uzyskano przy użyciu niezależnej hodowli, ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Anisha Kothari pracuje obecnie na Wydziale Biologii Komórkowej i Molekularnej w Dziecięcym Szpitalu Badawczym św. Judy.
Ta praca była wspierana przez NIH CA109821 (do TCC). Dziękujemy firmie Beckman-Coulter za hojne przekazanie funduszy na pokrycie kosztów publikacji oraz za pomoc techniczną w konfiguracji i eksploatacji systemu elutriacji. Dziękujemy dr Fredowi Falkenburgowi za dostarczenie początkowych pierwotnych kultur WSZYSTKICH.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Zbilansowany roztwór soli Hanksa | Lonza | 10-508Q | Butelka 1 L |
| Płod Plus Serum bydlęce | Atlas Biologicals | FP-0500-A | Butelka 500 ml |
| Kwas 2-naptol-6,8-disulfonowy Sól dipotasowa | Acros Organics | 212-672-4 | 100 g proszek |
| 50 ml probówki | Denville Scientifics | C1062-P | 500/opakowanie |
| Membrana PES 0,22 &mikro; m jednostka filtrująca | Millipore | SLGP033RB | 250 sztuk w opakowaniu |
| Avanti J-26S XPI z Elut. Non-IVD - 50/60 Hz, 200/208/240V | Wirówka Beckman Coulter | B14544 | kompatybilna z systemem elutriacji |
| Zestaw wirnika elutriatora JE 5.0 | Beckman Coulter | 356900 | który zawiera wirnik, klucz imbusowy z rękojeścią T, zespół szybkozłączki (bez komory elutriacyjnej), kotwiący i zestaw stroboskopowy |
| Komora, standardowa, 4 ml, "A" | Beckman Coulter | 356943 | Standardowa komora elutriacyjna |
| Głowica pompy Masterflex L/S Easy-Load | Cole-Parmer | EW-07518-10 | |
| Napęd o zmiennej prędkości Masterflex L/S | Cole-Parmer | EW-07528-10 | |
| Silikonowa rurka do pompy Masterflex BioPharm utwardzana platyną, L/S 16 | Cole-Parmer | EW-96420-16 | |
| 25 G x 1,5 Igła Precision Glide | BD | 305127 | sterylne, jednorazowe igły |
| 10 ml Luer-Lok strzykawka | BD | 309604 | sterylne, jednorazowe strzykawki |
| Vi-Cell XR | Beckman Coulter | 383556 | |
| bufor do barwienia PI/RNazy | BD Pharmingen | 550825 | jodek propidyny/RNaza barwiący |
| bufor cyklina B1 (GNS1) mysie przeciwciało monoklonalne IgG | Santa Cruz Biotechnology | sc-245 | |
| cyklina D1 (DCS-6) mysie przeciwciało monoklonalne IgG | Święty Mikołaj Cruz Biotechnology | sc-20044 | |
| P-Rb (S807/811) (D20B12) Przeciwciało monoklonalne królika XPR | Technologia sygnalizacji komórkowej | 8516s | |
| GAPDH (14C10) królicze przeciwciało monoklonalne | Technologia sygnalizacji komórkowej | 2118s | |
| Kozioł anty-mysi koniugat IgG (H+L)-HRP | BioRad | 170-6516 | |
| Kozioł anty-królik IgG (H+L)-HRP koniugat | BioRad | 170-6515 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie