Celem przedstawionej tutaj metody jest pokazanie, jak mikromacierze mikrośrodowiskowe (MEMA) mogą być wytwarzane i wykorzystywane do badania wpływu tysięcy prostych mikrośrodowisk kombinatorycznych na fenotyp hodowanych komórek.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Celem przedstawionej tutaj metody jest pokazanie, jak mikromacierze mikrośrodowiskowe (MEMA) mogą być wytwarzane i wykorzystywane do badania wpływu tysięcy prostych mikrośrodowisk kombinatorycznych na fenotyp hodowanych komórek.
Zrozumienie wpływu mikrośrodowiska na fenotyp komórek jest trudnym problemem ze względu na złożoną mieszaninę zarówno rozpuszczalnych czynników wzrostu, jak i białek związanych z matrycą w mikrośrodowisku in vivo. Co więcej, łatwo dostępne odczynniki do modelowania mikrośrodowisk in vitro zazwyczaj wykorzystują złożone mieszaniny białek, które nie są w pełni zdefiniowane i podlegają zmienności między partiami. Platforma mikromacierzy mikrośrodowiskowych (MEMA) pozwala na ocenę tysięcy prostych kombinacji białek mikrośrodowiskowych pod kątem ich wpływu na fenotypy komórkowe w jednym teście. MEMA są przygotowywane w płytkach studzienkowych, co pozwala na dodanie pojedynczych ligandów do oddzielnych dołków zawierających zgrupowane białka macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM). Połączenie rozpuszczalnego liganda z każdym wydrukowanym ECM tworzy unikalną kombinację. Typowy test MEMA zawiera ponad 2500 unikalnych mikrośrodowisk kombinatorycznych, na które narażone są komórki w jednym teście. W ramach testu linię komórkową raka piersi MCF7 poszczepiono na platformie MEMA. Analiza tego testu zidentyfikowała czynniki, które zarówno wzmacniają, jak i hamują wzrost i proliferację tych komórek. Platforma MEMA jest bardzo elastyczna i może być rozszerzana o inne zagadnienia biologiczne poza badaniami nad rakiem.
Hodowla linii komórek rakowych na plastiku w dwuwymiarowych (2D) monowarstwach pozostaje jednym z głównych zadań dla badaczy raka. Jednak mikrośrodowisko jest coraz częściej rozpoznawane ze względu na jego zdolność do wpływania na fenotypy komórkowe. Wiadomo, że w przypadku raka mikrośrodowisko guza wpływa na wiele zachowań komórkowych, w tym wzrost, przeżycie, inwazję i odpowiedź na terapię1,2. Tradycyjne jednowarstwowe hodowle komórkowe zazwyczaj nie mają wpływu mikrośrodowiska, co doprowadziło do opracowania bardziej złożonych trójwymiarowych (3D) testów do hodowli komórek, w tym dostępnych na rynku oczyszczonych ekstraktów z błony podstawnej. Jednak te oczyszczone matryce są zazwyczaj skomplikowane w użyciu i cierpią z powodu problemów technicznych, takich jak zmienność partii3 i złożone kompozycje3. W rezultacie, przypisanie funkcji do określonych białek, które mogą mieć wpływ na fenotypy komórkowe, może być trudne3.
Aby rozwiązać te ograniczenia, opracowaliśmy technologię mikromacierzy mikrośrodowiska (MEMA), która redukuje mikrośrodowisko do prostych kombinacji macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) i rozpuszczalnych białek czynnika wzrostu4,5. Platforma MEMA umożliwia identyfikację dominujących czynników mikrośrodowiskowych, które wpływają na zachowanie komórek. Korzystając z formatu tablicy, w jednym eksperymencie można oznaczyć tysiące kombinacji czynników mikrośrodowiska. Opisany tutaj MEMA bada ~2,500 różnych unikalnych warunków mikrośrodowiska. Białka ECM wydrukowane na płytkach studzienkowych tworzą poduszki wzrostu, na których można hodować komórki. Rozpuszczalne ligandy są dodawane do poszczególnych studzienek, tworząc unikalne mikrośrodowiska kombinatoryczne (ECM + ligand) w każdym innym miejscu, na które narażone są komórki. Komórki są hodowane przez kilka dni, a następnie utrwalane, barwione i obrazowane w celu oceny fenotypów komórkowych w wyniku ekspozycji na te specyficzne kombinacje mikrośrodowiska. Ponieważ mikrośrodowiska są prostymi kombinacjami, łatwo jest zidentyfikować białka, które napędzają główne zmiany fenotypowe w komórkach. MEMA zostały z powodzeniem wykorzystane do identyfikacji czynników, które wpływają na wiele fenotypów komórkowych, w tym tych, które wpływają na decyzje dotyczące losu komórek i odpowiedź na terapię4,5,6,7. Odpowiedzi te można zwalidować w prostych eksperymentach 2D, a następnie ocenić w warunkach, które pełniej oddają złożoność mikrośrodowiska guza. Platforma MEMA jest wysoce elastyczna do różnych typów komórek i punktów końcowych, pod warunkiem, że dostępne są dobre biomarkery fenotypowe.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Przegląd całego procesu MEMA, w tym szacowany czas, jest przedstawiony na diagramie przepływu pokazanym w Rysunek 1. Protokół ten szczegółowo opisuje wytwarzanie MEMA w płytkach 8-dołkowych. Protokół może być dostosowany do innych tablic lub prowadnic.
1. Przygotowanie białkowych, rozcieńczalników i barwiących
2. Przygotowanie płyty źródłowej ECM
3. Tworzenie płyty źródłowej za pomocą urządzenia do obsługi cieczy
4. Drukowanie MEMA za pomocą robota drukującego tablicę
UWAGA: Poniższa część protokołu szczegółowo opisuje przygotowanie i użycie MEMA do zbadania wpływu różnych białek mikrośrodowiska na wzrost i proliferację komórek MCF7. Jednak protokół można łatwo dostosować do wykorzystania różnych ligandów, ECM i komórek do badania innych linii komórkowych i punktów końcowych będących przedmiotem zainteresowania.
5. Tworzenie płytek do leczenia ligandami
6. Hodowla komórek na MEMA
7. Naprawianie i barwienie MEMA
8. Obrazowanie MEMA
9. Analiza danych
UWAGA: Analiza danych składa się z normalizacji, korekty zmienności i podsumowania surowych danych pochodzących z CellProfiler. W tym przypadku środowisko R z kodem niestandardowym jest używane do wykonania wszystkich kroków. Jednak każde środowisko statystyczne lub oprogramowanie może być wykorzystane do wykonania równoważnych działań. Przykład niestandardowego kodu open source dla środowiska R do analizy jest dostępny pod adresem: https://www.synapse.org/#!Synapse:syn2862345/wiki/72486.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aby uprościć analizę wpływu mikrośrodowiska na wzrost i proliferację komórek oraz zidentyfikować warunki sprzyjające lub hamujące te procesy, linię komórkową raka piersi MCF7 wysiano na zestaw ośmiu 8-dołkowych MEMA zgodnie z opisem w protokole. W tym badaniu komórki poddano działaniu 48 różnych ECM i 57 różnych ligandów, co dało łącznie 2736 kombinatorycznych warunków mikrośrodowiskowych. Po 71 h hodowli komórki poddano pulsowaniu EdU, utrwaleniu, permeabilizacji oraz barwieniu DAPI, zastosowano reakcję detekcji EdU ora...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Znaczenie "wymiarowości" i kontekstu było czynnikiem motywującym do rozwoju systemów hodowli in vitro jako narzędzi do charakteryzowania komórek nowotworowych poprzez ich interakcję z mikrośrodowiskiem11, a zdolność systemów hodowli in vitro do naśladowania środowiska in vivo jest siłą napędową dążenia do ulepszenia tych systemów hodowli. Systemy in vitro pozostają jednak istotnymi narzędziami badań nad rakiem właśnie ze względu na ich zdolność do destylacji złożonej sytuacji in vivo do uproszczon...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Praca w tym manuskrypcie była wspierana przez NIH Common Fund Library of Network Cellular Signatures (LINCS) grant HG008100 U54 (J.W.G., L.M.H., and J.E.K) oraz NCI Cancer Systems Biology Consortium (CSBC) U54 CA209988grant (J.W.G., L.M.H. i J.E.K.).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Aushon 2470 | Aushon BioSystems | Arrayer używany w protokole | |
| Nikon HCA | System obrazowania o wysokiej zawartości firmy Nikon zaprojektowany w oparciu o mikroskop odwrócony Nikon Eclipse Ti | ||
| EDTA | Invitrogen | 15575-038 | |
| Glicerol | Sigma | G5516 | |
| Triton X100 | Sigma | T9284 | |
| Tween 20 | Sigma | P7949 | |
| Kolliphor P338 | BASF | 50424591 | |
| 384-dołkowa płytka mikromatrycowa, cylindryczna Thermo | Fisher | ab1055 | |
| Nunc 8 dobrze naczynie | Thermo Fisher | 267062 | |
| Roztwór paraformaldehydu 16% | Mikroskopia elektronowa Science | 15710 | |
| BSA | Fisher | BP-1600 | |
| Sondy molekularne | maską sodową | ||
| DAPI | Promo Kine | PK-CA70740043 | |
| ALCAM | R & D Systems | 656-AL | ECM |
| Cadherin-20 (CDH20) | R & D Systems | 5604-CA | ECM |
| Cadherin-6 (CDH6) | R & D Systems | 2715-CA | ECM |
| Cadherin-8 (CDH8) | R & D Systems | 188-C8 | ECM |
| CD44 | R & D Systems | 3660-CD | ECM |
| CEACAM6 | R & D Systems | 3934-CM | |
| ECM Kolagen I | Cultrex | 3442-050-01 | ECM |
| Kolagen typu II | Millipore | CC052 | ECM |
| Kolagen typu III | Milipory | CC054 | ECM |
| Kolagen typu IV | Sigma | C5533 | ECM |
| Kolagen typu V | Millipore | CC077 | ECM |
| COL23A1 | R & D Systems | 4165-CL | ECM |
| Desmoglein 2 | R & D Systems | 947-DM | ECM |
| E-kadheryna (CDH1) | R & D Systems | 648-EC | ECM |
| ECM1 | R & D Systems | 3937-EC | ECM |
| Fibronektyna | R & D Systems | 1918-FN | ECM |
| GAP43 | Abcam | ab114188 | ECM |
| HyA-500K | R & D Systems | GLR002 | ECM |
| HyA-50K | R & D Systems | GLR001 | ECM |
| ICAM-1 | R & D Systems | 720-IC | ECM |
| Laminin | Sigma | L6274 | ECM |
| Laminin-5 | Abcam | ab42326 | ECM |
| Lumican | R & D Systems | 2846-LU | ECM |
| M-CAD (CDH15) | R & D Systems | 4096-MC | ECM |
| Nidogen-1 | R & D Systems | 2570-ND | ECM |
| Osteoadheryna/OSAD | R & D Systems | 2884-AD | ECM |
| Osteopontyna (SPP) | R & D Systems | 1433-OP ECM | |
| P-Kadheryna (CDH3) | R & D Systems | 861-PC | ECM |
| PECAM1 | R & D Systems | ADP6 | ECM |
| Tenascin C | R & D Systems | 3358-TC | ECM |
| VCAM1 | R & D Systems | ADP5 | ECM |
| Witronektyna | R & D Systems | 2308-VN | ECM |
| Biglycan | R & D Systems | 2667-CM | ECM |
| Decorin | R & D Systems | 143-DE | ECM |
| Periostin | R & D Systems | 3548-F2 | ECM |
| SPARC/osteonektyna | R & D Systems | 941-SP | ECM |
| Trombospondyna-1/2 | R & D Systems | 3074-TH | ECM |
| Brevican | R & D Systems | 4009-BC | ECM |
| Elastyna | BioMatrix | 5052 | ECM |
| Fibrylina | Lynn Sakai Lab OHSU | NIE DOTYCZY | ECM |
| ANGPT2 | RnD_Systems_Own | 623-AN-025 | Ligand |
| IL1B | RnD_Systems_Own | 201-LB-005 | Ligand |
| CXCL8 | RnD_Systems_Own | 208-IL-010 | Ligand |
| IGF1 | RnD_Systems_Own | 291-G1-200 | Ligand |
| TNFRSF11B | RnD_Systems_Own | 185-OS | Ligand |
| BMP6 | RnD_Systems_Own | 507-BP-020 | Ligand |
| FLT3LG | RnD_Systems_Own | 308-FK-005 | Ligand |
| CXCL1 | RnD_Systems_Own | 275-GR-010 | Ligand |
| DLL4 | RnD_Systems_Own | 1506-D4-050 | Ligand |
| HGF | RnD_Systems_Own | 294-HGN-005 | Ligand |
| Wnt5a | RnD_Systems_Own | 645-WN-010 | Ligand |
| CTGF | Life_Technologies_Own | PHG0286 | Ligand |
| LEP | RnD_Systems_Own | 398-LP-01M | Ligand |
| FGF2 | Sigma_Aldrich_Own SRP4037-50UG | Ligand | |
| FGF6 | RnD_Systems_Own | 238-F6 | Ligand |
| IL7 | RnD_Systems_Own | 207-IL-005 | Ligand |
| TGFB1 | RnD_Systems_Own | 246-LP-025 | Ligand |
| PDGFB | RnD_Systems_Own | 220-BB-010 | Ligand |
| WNT10A | Genemed_Own | 90009 | Ligand |
| PTN | RnD_Systems_Own | 252-PL-050 | Ligand |
| BMP3 | RnD_Systems_Own | 113-BP-100 | Ligand |
| BMP4 | RnD_Systems_Own | 314-BP-010 | Ligand |
| TNFSF11 | RnD_Systems_Own | 390-TN-010 | Ligand |
| CSF2 | RnD_Systems_Own | 215-GM-010 | Ligand |
| BMP5 | RnD_Systems_Own | 615-BMC-020 | Ligand |
| DLL1 | RnD_Systems_Own | 1818-DL-050 | Ligand |
| NRG1 | RnD_Systems_Own | 296-HR-050 | Ligand |
| KNG1 | RnD_Systems_Own | 1569-PI-010 | Ligand |
| GPNMB | RnD_Systems_Own | 2550-AC-050 | Ligand |
| CXCL12 | RnD_Systems_Own | 350-NS-010 | Ligand |
| IL15 | RnD_Systems_Own | 247-ILB-005 | Ligand |
| TNF | RnD_ Systems_Own | 210-TA-020 | Ligand |
| IGFBP3 | RnD_Systems_Own | 675-B3-025 | Ligand |
| WNT3A | RnD_Systems_Own | 5036-WNP-010 | Ligand |
| PDGFAB | RnD_Systems_Own | 222-AB | Ligand |
| AREG | RnD_Systems_Own | 262-AR-100 | Ligand |
| JAG1 | RnD_Systems_Own | 1277-JG-050 | Ligand |
| BMP7 | RnD_Systems_Own | 354-BP-010 | Ligand |
| TGFB2 | RnD_Systems_Own | 302-B2-010 | Ligand |
| VEGFA | RnD_Systems_Own | 293-VE-010 | Ligand |
| IL6 | RnD_Systems_Own | 206-IL-010 | Ligand |
| CXCL12 | RnD_Systems_Own | 351-FS-010 | Ligand |
| NRG1 | RnD_Systems_Own | 378-SM | Ligand |
| IGFBP2 | RnD_Systems_Own | 674-B2-025 | Ligand |
| SHH | RnD_Systems_Own | 1314-SH-025 | Ligand |
| FASLG | RnD_Systems_Own | 126-FL-010 | Ligand |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.