Ksenotransplantacja
Kompleksowy przegląd całego eksperymentu i analizy przedstawiono na Rysunku 1, obejmując proces od produkcji embrionów po ocenę postępu choroby poprzez analizę przeżywalności oraz obciążenia chorobowego za pomocą cytometrii przepływowej. Podejście to wprowadza kilka ulepszeń, które zwiększają powtarzalność i skalowalność ksenotransplantacji, a także dodaje nowy sposób oceny obciążenia chorobowego. Sukces tych eksperymentów jest w dużym stopniu zależny od stanu zdrowia transplantowanych komórek, ponieważ komórki niezdrowe lub niewchodzące w fazę logarytmiczną nie namnażają się po transplantacji. Czas trwania sesji iniekcji jest również krytycznym parametrem. Po przygotowaniu komórek nowotworowych kluczowe jest zakończenie iniekcji do rybek zebrafish w ciągu 3-4 h. Metoda zastosowana w tej badaniu umożliwia iniekcję większej liczby embrionów w tym przedziale czasowym dzięki prostej modyfikacji polegającej na układaniu ich bezpośrednio na boku na płytce agarozy i wstrzykiwaniu ich do żółtka (Rysunek 2C,D). Ponadto niezbędny jest wybór optymalnej średnicy otworu igły, aby wstrzyknąć odpowiednią liczbę komórek (400-600 komórek), ale by otwór nie był tak duży, aby uszkodzić embriony. Kolejnym aspektem jest ciśnienie iniekcji. Stwierdzono, że ciśnienia przekraczające 12-13 psi niszczą żółtko embrionów, prowadząc do ich śmierci. Wreszcie, inną zmienną nieodłączną dla tej procedury jest powtarzalność iniekcji. Komórki przeznaczone do wstrzyknięcia osadzają się na końcu igły iniekcyjnej, co utrudnia precyzyjną kontrolę objętości podawanego bolusa. Podczas ksenotransplantacji wszystkie embriony mają potencjał do otrzymania takiego samego bolusa komórkowego, jednak w praktyce tak się nie dzieje (Rysunek 3). Liczba przeniesionych komórek może się znacznie różnić w zależności od zachowania komórek nowotworowych (np. agregacji) oraz poziomu umiejętności operatora. Niepewność tę rozwiązaliśmy poprzez barwienie CM-Dil/znakowanie mCherry, co umożliwia pokontrolną kategoryzację zwierząt, które otrzymały odpowiedni i spójny bolus komórkowy, a także tych, które otrzymały bolus niewystarczający. Barwienie CM-Dil, a jeszcze skuteczniej znakowanie białkiem fluorescencyjnym, daje dodatkową zaletę w postaci ułatwienia monitorowania postępu choroby, zarówno za pomocą mikroskopii, jak i cytometrii przepływowej (Rysunek 4 i Rysunek 5).
Analiza zachowania guza
Postęp rozwoju guza można łatwo monitorować za pomocą prostej mikroskopii fluorescencyjnej skoncentrowanej na RFP (Rycina 4A). Podobnie, tradycyjne monitorowanie przeżywalności można przeprowadzić za pomocą analizy Kaplana-Meiera (test Log-rank i test Wilcoxona) (Rycina 4B). Co istotne, w przeciwieństwie do badań ksenotransplantacyjnych opartych na myszach, w których zazwyczaj stosuje się 8–10 zwierząt na grupę badawczą, przy zastosowaniu opisanej tutaj metody z użyciem rybek zebrafish nie jest trudne uzyskanie grup liczących ponad 60 zwierząt każda (Rycina 4B). Znacznie zwiększa to moc rozdzielczą badań in vivo. Wreszcie zaimplementowaliśmy kolejne podejście do analizy obciążenia chorobowego z wykorzystaniem cytometrii przepływowej. Polega ono na rozdrabnianiu równych liczb embrionów i analizie zawartości komórek nowotworowych w powstałej zawiesinie pojedynczych komórek za pomocą cytometrii przepływowej. Dzięki połączeniu swoistego dla guza markera powierzchniowego komórek z fluorescencyjnym białkiem wskaźnikowym, ksenotransplantowane komórki mysie/ludzkie mogą zostać wiarygodnie zidentyfikowane za pomocą cytometrii przepływowej w celu oceny obciążenia chorobowego (Rycina 5). Do tego celu białka fluorescencyjne czerwone są lepsze, ponieważ białka fluorescencyjne zielone nie zapewniały sygnału powyżej autofluorescencji komórek gospodarza zebrafish. W tym przypadku do znakowania komórek i monitorowania ich w przebiegu ksenotransplantacji do analizy FACS, wraz z CD45, wykorzystano mCherry. Podwójne znakowanie pozwoliło nam zmierzyć różnice w obciążeniu guzem pomiędzy prawidłowym a niewłaściwym wstrzyknięciem bolusa (Rycina 5B,C).

Rysunek 1: Schemat całego procesu ksenotransplantacji i procedur analizy po wstrzyknięciu. (A) Przedstawiono układ rozrodu, pobieranie embrionów oraz morfologię w 2. dniu po zapłodnieniu (dpf). (B) Przygotowanie, barwienie i wstrzykiwanie komórek białaczki do żółtka embrionów rybek zebrafish w celu ksenotransplantacji. (C) Analizy po ksenotransplantacji, w tym przeżywalność i cytometria przepływowa. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Reprezentatywne zdjęcia narzędzi używanych do iniekcji. (A) Wyciągnięte igły na szalce Petriego. (B) Agarozowa płytka do określania stadium rozwoju zarodków. (C,D) Płytka przedstawiająca zarodki przypisane do odpowiednich stadiów (reprezentatywny schemat w panelu C oraz rzeczywiste zarodki (obwiedzione na czerwono) w panelu D) przygotowane do iniekcji na płytce do ładowania zarodków. Wstawka w prawym dolnym rogu panelu D przedstawia powiększony widok zarodków w odpowiednich stadiach rozwoju. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Reprezentatywne obrazy embrionów po ksenotransplantacji. Przedstawiono obrazy w polu jasnym oraz immunofluorescencyjne komórek wybarwionych CM-Dil (czerwony) w żółtku embrionów casper w 1. dobie po zapłodnieniu (obraz całego cyklu). Embriony z dolnym skupiskiem komórek zaznaczono żółtą strzałką, natomiast te o zaburzonej morfologii oznaczono gwiazdką. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 4: Ocena postępu choroby za pomocą obrazowania fluorescencyjnego i analizy przeżywalności. (A) Reprezentatywny obraz embrionów po ksenotransplantacji w 4. i 7. dobie po infekcji (dpi). (B) Wykres Kaplana-Meiera przedstawiający analizę przeżywalności embrionów z dwiema genetycznie odmiennymi liniami białaczki. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 5: Analiza cytometryczna przepływowa obciążenia chorobowego w ksenotransplantowanych danio pręgowanych. (A) Schematyczne przedstawienie przygotowania zawiesiny komórkowej oraz analizy cytometrii przepływowej. W skrócie: embriony w 4. dniu po infekcji (dpi) zostają rozproszone do zawiesin pojedynczych komórek przy użyciu trypsyny i kolagenazy, a następnie poddane cytometrii przepływowej. (B) Reprezentatywne wykresy z analizy cytometrii przepływowej, gdzie lewy obraz w każdym panelu to wykres FSC-A w funkcji SSC-A, a prawy obraz to sygnały CD45 w funkcji mCherry. (C) Wykres słupkowy przedstawiający statystykę komórek ksenotransplantowanych uzyskaną z wykresu CD45 w funkcji mCherry dla embrionów nie wstrzykniętych, zdrowych i wadliwych (n = 45, 40 i 40 dla każdej powtórki (n = 3); wartość p * ≤ 0,05, obliczona przy użyciu nieparzystego testu t z poprawką Welcha w programie GraphPad Prism 9). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.