Nowatorska metoda przygotowania próbki została opracowana w celu dostosowania kokultury komórek i tkanek do wykrywania wymiany małych cząsteczek za pomocą obrazowania spektrometrii mas.
Artykuł metodologiczny
Nowatorska metoda przygotowania próbki została opracowana w celu dostosowania kokultury komórek i tkanek do wykrywania wymiany małych cząsteczek za pomocą obrazowania spektrometrii mas.
Obrazowanie spektrometrii mas (IMS) jest rutynowo stosowane do trzech typów próbek: skrawków tkanek, sferoid i kolonii drobnoustrojów. Te typy próbek zostały przeanalizowane przy użyciu spektrometrii mas czasu przelotu wspomaganej desorpcją/jonizacją laserową (MALDI-TOF MS) w celu wizualizacji rozmieszczenia białek, lipidów i metabolitów w badanej próbce biologicznej. Opracowaliśmy nowatorską metodę przygotowania próbek, która łączy mocne strony trzech poprzednich zastosowań, aby zająć się niedostatecznie zbadanym podejściem do identyfikacji komunikacji chemicznej w raku, poprzez wysiewanie kultur komórek ssaków do agarozy w kokulturze ze zdrowymi tkankami, a następnie suszenie próbki. Tkanki i komórki ssaków są hodowane w bliskim sąsiedztwie, co umożliwia komunikację chemiczną poprzez dyfuzję między tkanką a komórkami. W określonych punktach czasowych próbka na bazie agarozy jest suszona w taki sam sposób, jak kolonie drobnoustrojów przygotowane do analizy IMS. Nasza metoda została opracowana w celu modelowania komunikacji między surowiczym rakiem jajnika o wysokim stopniu złośliwości pochodzącym z jajowodu, który oddziałuje z jajnikiem podczas przerzutów. Optymalizacja przygotowania próbki pozwoliła na zidentyfikowanie noradrenaliny jako kluczowego składnika chemicznego w mikrośrodowisku jajników. Ta nowo opracowana metoda może być zastosowana do innych systemów biologicznych, które wymagają zrozumienia komunikacji chemicznej między sąsiednimi komórkami lub tkankami.
Spektrometria mas obrazowania (IMS) została zoptymalizowana w celu scharakteryzowania przestrzennego rozkładu cech molekularnych w trzech szeroko stosowanych zastosowaniach: plastry tkanek, sferoidy i kolonie drobnoustrojów1,2,3. Wycinki tkanek można wykorzystać do oceny lokalizacji metabolitów w kontekście warunków biologicznych w gospodarzu, zarówno ukierunkowanych, jak i niedocelowych w określonym zakresie masy. Jednak różnice między cechami molekularnymi są najbardziej znaczące i oczywiste, gdy porównuje się zdrową tkankę ze stanem chorobowym, na przykład guzem. To podejście IMS jest szczególnie przystosowane do wykrywania biomarkerów choroby, jednak pobieranie próbek tkanek na dyskretnych etapach progresji choroby (takich jak stopień zaawansowania nowotworu) wyklucza identyfikację sygnałów, które mogą być ważne dla zainicjowania choroby. Wymiana informacji w przestrzeni jest wszechobecną cechą wielu systemów biologicznych, a wycinki tkanek nie są w stanie uchwycić tego dynamicznego przekaźnika chemicznego. Jedną z technik, która jest w stanie uwidocznić wymianę chemiczną i dyfuzję, jest IMS kolonii drobnoustrojów wyhodowanych na płytkach agarowych; małe cząsteczki są zdolne do dyfuzji przez agar i mogą być wychwytywane za pomocą spektrometrii mas z desorpcją/jonizacją laserową wspomaganą matrycą (MALDI-TOF)4. Ten układ wzrostu może być wykorzystany do identyfikacji cząsteczek wymienianych między odrębnymi jednostkami biologicznymi (koloniami), a także może określić kierunkowość produkcji metabolitów. Platforma, pierwotnie zaprojektowana do hodowli kolonii drobnoustrojów, została przystosowana do badania pierwotnego metabolizmu eksplantatów tkanek hodowanych z komórkami ssaków, a IMS wykorzystano do oceny dynamicznej wymiany chemicznej w systemie ssaków in vitro.
W ciągu ostatnich kilku lat stało się jasne, że surowiczy rak jajnika wysokiego stopnia (HGSOC) często pochodzi z nabłonka jajowodu (FTE), a następnie daje przerzuty do jajnika we wczesnym stadium rozwoju choroby5,6,7,8. Powód, dla którego rakotwórcze komórki FTE rozprzestrzeniają się do jajnika, gdzie ostatecznie tworzą się duże guzy i dają dalsze przerzuty, jest obecnie niejasny. Wcześniejsze badania koncentrowały się na roli białek jajnika w pierwotnych przerzutach do jajnika; Jednak ostatnio wykazano, że przejście od tkanki zdrowej do nowotworowej powoduje ogromne zakłócenie metabolizmu komórkowego i zmienia produkcję małych cząsteczek9,10,11. Dlatego postawiliśmy hipotezę, że małe cząsteczki wymieniane między FTE a jajnikiem mogą być częściowo odpowiedzialne za pierwotne przerzuty HGSOC.
Korzystając z naszej nowo opracowanej procedury IMS, ustaliliśmy, że kokultura rakotwórczego FTE i zdrowej tkanki jajnika indukuje produkcję noradrenaliny z jajnika. Jednak inne typy komórek lub normalne komórki FTE nie wywoływały tego efektu. Niezwykłą zaletą tej metody jest to, że można wizualizować molekularną produkcję i wymianę sygnałów, które reprezentują rzeczywiste cząsteczki, dzięki czemu nawet w kokulturze możliwe jest określenie źródła sygnału. Jest to przewaga nad analizą próbek homogenizowanych, gdzie traci się wszystkie informacje przestrzenne. W naszym systemie modelowym byliśmy w stanie jednoznacznie przypisać produkcję noradrenaliny do jajnika. Noradrenalina została powiązana z przerzutami i chemoopornością raka jajnika, a nasze wykrycie tej cząsteczki potwierdziło, że nowa metoda IMS może odkryć biologicznie istotne cząsteczki12,13,14. Ta walidacja pozwala nam zasugerować, że to nowe zastosowanie IMS może być szczególnie pomocne dla grup badawczych, które próbują zidentyfikować małe cząsteczki w środowiskach kokulturowych i zrozumieć wczesne zdarzenia, które wpływają na transformację komórek i przerzuty. Ogólnym celem tej metody jest wyjaśnienie tożsamości i rozmieszczenia przestrzennego małych cząsteczek podczas wymiany między tkankami i narządami, reprezentowanych przez hodowle komórkowe 3D in vitro lub tkanki ex vivo.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury na zwierzętach były zgodne z wytycznymi National Institutes of Health dotyczącymi opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych i zatwierdzone przez komitet Institutional Animal Use and Care (IACUC) na Uniwersytecie Illinois w Chicago.
1. Przygotowanie odczynników
2. Usuwanie kolonii myszy i jajników
3. Ustawianie i inkubacja zjeżdżalni poddanej ITO dla kokultur
4. Suszenie szkiełka i przygotowanie do MALDI-TOF MS
5. Akwizycja danych z obrazowania spektrometrii mas
6. Przetwarzanie danych IMS
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Optymalnie wysuszony preparat ITO spowoduje, że próbka będzie płaska, wysuszona z minimalnymi lub żadnymi zmarszczkami na powierzchni agarozy i kawałkami agarozy, które zachowują przestrzenną separację na szkiełku (Rysunek 3). Rysunek 3A pokazuje optymalne suszenie, podczas gdy Rysunek 3B pokazuje zmarszczki, których należy unikać. Ta optymalizacja wymaga uważnego monitorowania suwaka w piekarniku, ponieważ do...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Istnieje coraz więcej dowodów, które sugerują rolę noradrenaliny w HGSOC 12,17,18, a ta technika przyczyniła się do uzyskania większej ilości informacji mechanistycznych. Z co najmniej ośmioma warunkami biologicznymi obecnymi na tym samym szkiełku, metoda może uwzględniać kontrole biologiczne, takie jak specyficzność genów i komórek, a także kontrole pożywek w jednym przebiegu IMS. Chociaż metoda została zoptymalizowana pod kąte...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia
Finansowanie zostało zapewnione przez Chicago Biomedical Consortium przy wsparciu Searle Funds z The Chicago Community Trust (C-076) (L.M.S.); Fundusze startowe Uniwersytetu Illinois w Chicago (L.M.S.); Grant 543296 z Sojuszu Funduszy Badań nad Rakiem Jajnika (M.D.); i UG3 ES029073 (J.E.B.) oraz przez National Center for Advancing Translational Sciences, National Institute of Health, poprzez UL1TR002003 grantowe (& LMS).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 15 ml probówki Falcon | Denville | C1017-O | Do zbierania komórek |
| Komora 8-dołkowa (komora Millipore EZ) | Millipore | PEZGS0816 | Ponownie wykorzystana z Millipore Szkiełko komorowe Millicell EZ-slide |
| Acetonitryl | Sigma-Aldrich | 34998-4L | Rozpuszczalnik do natryskiwanej matrycy |
| Alpha Minimum Essential Medium (α MEM) | Fisher | 10-022-CV | Pożywka do hodowli komórkowych |
| Prędkość Autoflex MALDI-TOF LRF | Bruker | Do analizy danych IMS | |
| Wirówka | Eppendorf | 5810 R | Do zbierania komórek i usuwania supernatantu |
| CHCA Matrix | Bruker Daltonic | 8201344 | Matrix natryskiwany na wysuszone szkiełko |
| DHB Matrix | Bruker Daltonic 8201346 | Matrix w sprayu na wysuszone szkiełko | |
| Jednorazowe skalpele | Fisher | 22-079-707 | Do usuwania jajników |
| Nożyczki preparacyjne | Fisher | 13-804-6 | Do usuwania jajników |
| DMEM Media | Gibco | 11995-065 | Pożywka zmieszana z |
| naskórkowym czynnikiem wzrostu agarozy | Peprotech Inc. | 100-15 | Pożywki do hodowli komórkowych suplement |
| Probówki Eppendorfa | Genesee Scientific | 22-282 | Dla podwielokrotności agarozy |
| Estradiol-17β | Simga-Aldrich | E2758 | Suplement pożywki do hodowli komórkowych |
| Surowica bydlęca | płodu Denville | fb5001 | Suplement pożywki do hodowli komórkowych |
| FlexControl 3.4 | Oprogramowanie do akwizycji danych | Bruker Daltonic | |
| FlexImaging 4.1 | Oprogramowanie do analizy danych Bruker Daltonic | IMS | |
| Kleszcze (cienkie) | Fsiher | 22-327379 | Do usuwania jajniki |
| Gentamycyna | Cellgro | 30-005-CR | Pożywka do hodowli komórkowych |
| Insulina, transferyna, selen (ITS) | Sigma-Aldrich | 11074547001 | Suplement do pożywek do hodowli komórkowych |
| Szkiełko z powłoką ITO Platforma | 8237001 | do | inkubacji kohodowli |
| L-15 firmy Leibovitz | Gibco | 11415064 | Pożywki stosowane podczas wytwarzania tkanek rozwarstwienie |
| L-glutaminy | Gibco | 25030-081 | Suplement pożywki do hodowli komórkowych |
| Niskotopliwa agaroza | Sigma-Aldrich | A9414-10G | Zmieszany z podłożem do powlekania |
| Basen na media | Corning | 4870 | Służy do cięcia plastikowych przegród do dzielonych komór |
| Penicylina-streptomycyna | Gibco | 15140-122 | Suplement pożywki |
| do hodowli komórkowychWzorzec kalibracji peptydów | Bruker Daltonic | 8206195 | Kaliberant dla średniego zakresu mas |
| Phophorus red | Sigma-Aldrich | 343-242-5G | Kalibert dla niskiego zakresu mas |
| SCiLS Lab 2015 | Bruker Daltonic | IMS analiza statystyczna danych | |
| Kleszcze chirurgiczne () | Fisher | 08-875-8B | Do usuwania jajników |
| TFA | Fisher Technologie | A116-50 | Dodano do roztworu matrycowego |
| Urządzenie natryskowe TM HTX | Technologies Do | nakładania matrycy |
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