Ten protokół opisuje procedurę szybkiej dysocjacji próbek ludzkich i mysich guzów do sekwencjonowania RNA pojedynczych komórek.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Ten protokół opisuje procedurę szybkiej dysocjacji próbek ludzkich i mysich guzów do sekwencjonowania RNA pojedynczych komórek.
Próbki ludzkich nowotworów zawierają mnóstwo informacji o swoim mikrośrodowisku i repertuarze immunologicznym. Skuteczna dysocjacja próbek tkanek ludzkich na żywe zawiesiny komórkowe jest wymaganym wkładem do sekwencjonowania RNA pojedynczej komórki (scRNAseq). W przeciwieństwie do masowego sekwencjonowania RNA, scRNAseq pozwala nam wywnioskować niejednorodność transkrypcji w próbkach guza na poziomie pojedynczej komórki. Włączenie tego podejścia w ostatnich latach doprowadziło do wielu odkryć, takich jak identyfikacja stanów immunologicznych i nowotworowych oraz programów związanych z odpowiedziami klinicznymi na immunoterapie i inne rodzaje leczenia. Co więcej, technologie jednokomórkowe stosowane w tkankach zdysocjowanych mogą być wykorzystywane do identyfikacji dostępnych regionów chromatyny, repertuaru receptorów komórek T i B oraz ekspresji białek za pomocą przeciwciał kodowanych kodami kreskowymi DNA (CITEseq).
Żywotność i jakość zdysocjowanej próbki są kluczowymi zmiennymi podczas korzystania z tych technologii, ponieważ mogą one dramatycznie wpłynąć na zanieczyszczenie krzyżowe pojedynczych komórek otaczającym RNA, jakość danych i interpretację. Co więcej, długie protokoły dysocjacji mogą prowadzić do eliminacji wrażliwych populacji komórek i zwiększenia sygnatury genu odpowiedzi na stres. Aby przezwyciężyć te ograniczenia, opracowaliśmy szybki uniwersalny protokół dysocjacji, który został zweryfikowany na wielu typach nowotworów ludzkich i mysich. Proces rozpoczyna się od dysocjacji mechanicznej i enzymatycznej, po której następuje filtracja, liza czerwonej krwi i wzbogacanie żywych zmarłych, odpowiednie dla próbek o niskim wkładzie komórek (np. biopsje rdzenia igłowego). Protokół ten zapewnia czystą i żywotną zawiesinę jednokomórkową, która ma zasadnicze znaczenie dla pomyślnego generowania emulsji żelowych (GEM), kodów kreskowych i sekwencjonowania.
Chociaż wiele postępów w badaniach nad rakiem doprowadziło do opracowania i zatwierdzenia przez FDA środków ukierunkowanych na receptory hamujące wyrażane na komórkach immunologicznych i nowotworowych, znanych jako inhibitory blokady punktów kontrolnych, oporność na terapię i identyfikacja mechanizmów, które kierują reakcją pacjenta, nadal stanowią wyzwanie1. Złożone wyzwanie polegające na scharakteryzowaniu heterogeniczności guza na podstawie jego różnorodności molekularnej i skomplikowanej interakcji między komórkami nowotworowymi a mikrośrodowiskiem immunologicznym wymaga nowych podejść do analizy tego złożonego ekosystemu w rozdzielczości pojedynczej komórki. Zrozumienie zawiłości molekularnych w obrębie nowotworów i ich mikrośrodowisk ma kluczowe znaczenie dla rozwoju strategii terapeutycznych i rozszyfrowania złożonej biologii leżącej u podstaw progresji raka2. Sekwencjonowanie RNA pojedynczej komórki (scRNA-seq) staje się coraz bardziej popularne, ponieważ zapewnia analizę w wysokiej rozdzielczości pojedynczych komórek w złożonych próbkach guza3,4.
Niejednorodność nowotworów, obejmująca różnorodność genetyczną, epigenetyczną i fenotypową, stanowi wyzwanie w odkrywaniu zawiłości biologii nowotworów5. Konwencjonalne metody masowego sekwencjonowania RNA mają tendencję do ukrywania unikalnych profili ekspresji i fenotypów heterogenicznych populacji komórek obecnych w nowotworach, ponieważ metody te uśredniają sygnały w całych populacjach komórek4. W przeciwieństwie do tego, scRNA-seq pozwala na rozbiór poszczególnych typów komórek, ujawniając różnorodną ekspresję genów, wzorce represji i stany komórkowe, które w przeciwnym razie zostałyby przeoczone4,6. Założeniem scRNA-seq jest jego zdolność do dekodowania sygnatur genetycznych i molekularnych poszczególnych komórek, co daje ogromną nadzieję na odkrycie nowych metod leczenia raka7.
Rozszyfrowując profile ekspresji genów komórek nowotworowych oraz otaczających je komórek zrębu i układu odpornościowego, naukowcy mogą identyfikować nowe cele terapeutyczne i opracowywać precyzyjne strategie medycyny genetycznej dostosowane do indywidualnych pacjentów6. Co więcej, analiza repertuaru immunologicznego w mikrośrodowisku guza dostarcza kluczowych informacji na temat wzajemnych oddziaływań między komórkami nowotworowymi a efektorami immunologicznymi, torując drogę do interwencji immunoterapeutycznych3. Pomimo postępów w stosowaniu scRNAseq na próbkach klinicznych, kilka wyzwań na etapach przetwarzania może zaszkodzić integralności RNA komórki, żywotności i jakości generowanych danych. Co więcej, przetwarzanie tkanki o niskiej żywotności komórek może zwiększyć poziom RNA w kropelkach powstających podczas enkapsulacji poszczególnych komórek, powodując zanieczyszczenie krzyżowe i nieprawidłową adnotację typów komórek, podczas gdy długie protokoły dysocjacji wykonywane w temperaturze 37 °C mogą prowadzić do regulacji w górę sygnatury genu odpowiedzi na stres w wielu typach komórek8, 9,10.
Procedura krokowa (Rysunek 1A) opisana w tym protokole rozpoczyna się od szybkiej mechanicznej i enzymatycznej dysocjacji guzów, po której następuje filtracja i usunięcie martwych komórek, w zależności od żywotności każdej próbki guza. Obecnie procedura ta została zweryfikowana w próbkach czerniaka11, colorectal12, rak płaskonabłonkowy głowy i szyi13, próbki guza trzustki i płuc (dane niepublikowane). Techniki te zapewniają generowanie wysokiej jakości żywotnych zawiesin komórkowych, które mają kluczowe znaczenie dla dalszych analiz14. Warto zauważyć, że usunięcie czerwonych krwinek, pozbawionych zsyntetyzowanego RNA, staje się konieczne do oczyszczenia próbki15. Późniejsza ocena liczby komórek i eliminacja martwych komórek stanowią warunek wstępny pomyślnego generowania 10-krotnej emulsji perełkowej (GEM) Genomics Gel Bead-in Emuls, kodów kreskowych i zwiększenia odzysku transkryptów i zsekwencjonowanych komórek bez narażania na ryzyko wykluczenia wrażliwych populacji (np. neutrofili i komórek nabłonkowych)16. Kroki te mają zasadnicze znaczenie dla uwolnienia potencjału analizy rozdzielczości pojedynczej komórki w próbkach nowotworowych9,10, odkrywając nowe profile ekspresji genów i sygnatury immunologiczne niezbędne do prowadzenia innowacyjnych interwencji terapeutycznych oraz identyfikując nowe podatności guza.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
To badanie było zgodne ze wszystkimi wytycznymi instytucjonalnymi dotyczącymi pobierania próbek tkanek ludzkich. Uzyskano świadomą zgodę od pacjentów, a możliwe do zidentyfikowania dane próbki zostały zanonimizowane. Próbki są pobierane na sali operacyjnej, umieszczane w roztworze RPMI, soli fizjologicznej lub PBS i potwierdzane jako rakowe przez oddział patologii przed użyciem w badaniach. Wszystkie czynności, z wyjątkiem przypadków, gdy są one wskazane, powinny być wykonywane w temperaturze 4 °C lub na lodzie. Pracuj wewnątrz kaptura bezpieczeństwa biologicznego podczas przetwarzania tkanek ludzkich. Szczegółowe informacje na temat wszystkich materiałów, odczynników i przyrządów używanych w tym protokole można znaleźć w Tabeli Materiałów.
1. Pobieranie próbki
2. Trawienie mechaniczne i enzymatyczne
3. Filtrowanie próbek
4. Liza czerwonych krwinek
5. Zliczanie komórek
6. Usuwanie martwych komórek - Zestaw 1
UWAGA: Pracuj wewnątrz kaptura bezpieczeństwa biologicznego podczas używania odczynników do usuwania martwych komórek, ponieważ mogą one łatwo ulec skażeniu.
7. Usuwanie martwych komórek - Zestaw 2
UWAGA: Pracuj w kapturze bezpieczeństwa biologicznego podczas korzystania z zestawu odczynników.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Uzyskano biopsję czerniaka zawieszoną w medium RPMI, którą niezwłocznie umieszczono w lodzie. Próbkę przeniesiono do probówki do mikrowirówki o pojemności 1.5 mL zawierającej 420 µL medium RPMI oraz enzymy trawienne, posiekano na małe kawałki za pomocą nożyczek, a następnie poddano trawieniu enzymatycznemu przez 15 min w mieszalniku termicznym ustawionym pionowo w temperaturze 37 ˚C (Rysunek 1). Po trawieniu próbkę przefiltrowano przez sterylny jednorazowy filtr o oczkach 50 µm, a następnie ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół ten opisuje dysocjację ludzkich lub mysich próbek nowotworów w zawiesinę pojedynczej komórki w celu sekwencjonowania scRNA przy użyciu systemu mikroprzepływowego 10x Genomics. Podczas przetwarzania tkanek, które często pochodzą z rzadkich nowotworów lub są częścią trwających badań klinicznych lub długich eksperymentów dotyczących guzów myszy, próbka musi być optymalnie i starannie zachowana między wszystkimi etapami. Wszystkie kroki powinny być przeprowadzane szybko na lodzie lub w temperaturze 4 °C, aby zachowa...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
M.S-F. otrzymał dofinansowanie od Bristol Myers-Squibb, Istari Oncology i był konsultantem Galvazine Therapeutics.
To badanie było wspierane przez Adelson Medical Research Foundation (AMRF), Melanoma Research Alliance (MRA) i U54CA224068. Rysunki 1, Rysunki 4 i Rysunki 5 zostały utworzone za pomocą BioRender.com.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 1x Pipeta | Corning | 21-040-CV | |
| 10 ml | Corning | 357551 | |
| 1000 μ L Końcówki do pipet o niskiej retencji | Rainin | 30389213 | |
| 1000 μ L Szerokie końcówki do pipet o niskiej retencji | Rainin | 30389218 | |
| 1000 μ L końcówki do pipet | Rainin | 30389212 | |
| 10x Separator magnetyczny | 10x Genomics | 120250 | |
| 15 mL probówki stożkowe | Corning | 430052 | |
| 2 mL pipeta aspiracyjna | Corning | 357558 | |
| 20 μ L końcówki do pipet o niskiej retencji | Rainin | 30389226 | |
| 20 μ L końcówki do pipet | Rainin | 30389225 | |
| 200 μ L Końcówki do pipet o niskiej retencji | Rainin | 30389240 | |
| 200 μ L końcówki do pipet | Rainin | 30389239 | |
| 50 ml polipropylenowa rurka stożkowa | Falcon | 352098 | |
| 60 x 15 mm Naczynie do hodowli tkankowych | Falcon | 353004 | |
| ACK Bufor do lizowania | Gibco | A10492-1 | |
| BD 1 ml | Becton, Dickinson and Company | 3090659 | |
| Hemocytometr Bright-Line | Hausser Scientific | 551660 | |
| Roztwór chlorku wapnia | Sigma Aldrich | 2115-100ML | |
| Cell Ranger | 10x Genomics | N/A | https://www.10xgenomics.com/support/software/cell-ranger/latest |
| Szkiełka do liczenia komórek do licznika komórek TC20 | Bio-Rad | 1450015 | |
| CellTrics 30μ m sterylne filtry jednorazowe | Sysmex | 04-004-2326 | |
| CellTrics 50μ m sterylne filtry jednorazowe | Sysmex | 04-004-2327 | |
| Zestaw do usuwania martwych komórek | Miltenyi Biotec | 130-090-101 | Przechowywać przy -20 stopniach; C; zestaw 2 |
| kleszczy preparacyjnych, cienka końcówka | VWR | 82027-386 | |
| Probówki do mikrowirówek DNA LoBind, 1,5 ml | Eppendorf | 22431021 | |
| EasySepTM Zestaw do usuwania martwych komórek (Annexin V) Zestaw | STEMCELL Technologies | 17899 | Przechowywać w temperaturze 4 & st.; C; Zestaw 1 |
| Wirówka Eppendorf 5425R | Eppendorf | 5406000640 | |
| Wirówka Eppendorf 5910R | Eppendorf | 2231000657 | |
| Eppendorf Easypet 3 Elektroniczny kontroler pipet | Eppendorf | EP4430000018 | |
| Eppendorf Thermomixer F1.5 Model 5384 | Eppendorf | EP5384000012 | |
| FBS | Gibco | 26140-079 | Przechowywać w temperaturze 4 & deg; C, użyj w kapturze biologicznym |
| Niemieckie nożyczki ze stali nierdzewnej | Fine Science Tools | 14568-12 | |
| Mikroskop Leica Dmi1 | Kolumna Leica Microsystems | 454793 | |
| LS | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
| MACS Multistand | Miltenyi Biotec | 130-042-303 | |
| Pipeta Pipet-Lite LTS L-1000XLS+ | Rainin | 17014382 | |
| Pipeta Pipet-Lite LTS L-200XLS+ | Rainin | 17014391 | |
| Pipeta Pipet-Lite LTS L-20XLS+ | Rainin | 17014392 | |
| Quadro MACS Magnet | Miltenyi Biotec | 130-091-051 | |
| RPMI Medium 1640 (1x) | Gibco | 21870-076 | Przechowywać w 4 stopniach; C |
| TempAssure 0,2 ml PCR 8-tubkowe | paski USA Scientific | 1402-4700 | |
| Trypan niebieska plama 0,4% | Thermo Fisher Scientific | T10282 | |
| Zestaw do dysocjacji nowotworów, Human | Miltenyi Biotec | 130-095-929 | Przechowywać w temperaturze -20 ° C, przygotuj enzymy zgodnie z instrukcją zestawu: Rozpuść liofilizowaną fiolkę enzymu H w 3 ml RPMI 1640 Rozpuść liofilizowaną fiolkę z enzymem R w 2,7 ml RPMI 1640 Rozpuścij liofilizowaną fiolkę enzymu A w 1 ml buforu A dostarczonej z zestawem. |
| Zestaw do dysocjacji guza, mysz | Miltenyi Biotec | 130-096-730 | Przechowywać pod adresem -20 ° C, przygotuj enzymy zgodnie z instrukcją zestawu: Rozpuść liofilizowaną fiolkę z enzymem D w 3 ml RPMI 1640 Rozpuść liofilizowaną fiolkę z enzymem R w 2,7 ml RPMI 1640 Rozpuść liofilizowaną fiolkę z enzymem A w 1 ml buforu A dostarczonego z zestawem. |
| UltraPure Woda Destylowana | Invitrogen | 10977-015 | Przechowywać w 4 stopniach; Z |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.