16 sierpnia 2020
Tutaj prezentujemy protokół przygotowania i hodowli mikrośrodowiska przerzutowego guza bariery krew-mózg, a następnie ilościowego określenia jego stanu za pomocą obrazowania konfokalnego i sztucznej inteligencji (uczenia maszynowego).
Tomografia konfokalna została opracowana w celu uzyskania pełnej gamy zachowań komórek nowotworowych, ponieważ oddziałują one z barierą komórkową i niszą. Metoda ta stanowi podstawę do badania przerzutów w miarę ich występowania. Takie podejście jest przydatne do ilościowego określania zachowania żywych komórek.
Tomografia konfokalna w połączeniu z uczeniem maszynowym jest przydatna w przypadku różnych platform narządów na chipie. Analiza pierwotnego lub nawrotowego guza lub krążących komórek nowotworowych może stanowić ważne narzędzie diagnostyczne do przewidywania przerzutów do mózgu i odróżniania komórek przerzutowych do mózgu od komórek bez przerzutów do mózgu. Aby zmontować mikroprzepływowe urządzenie BBN, należy przenieść urządzenie z eksykatora próżniowego na odpowiednią powierzchnię z wlotami skierowanymi w dół i umieścić cały zestaw w komorze plazmowej.
Umieść cały zestaw w komorze plazmowej i pociągnij próżnię, a następnie potraktuj urządzenie plazmą przez 30 sekund o mocy 80 watów. Pod koniec zabiegu użyj prowadnicy, aby szybko umieścić urządzenie stroną wlotową do góry na szklanym szkiełku na stole laboratoryjnym, aby stworzyć trwałe połączenie między PDM urządzenia a szkiełkiem. Następnie włóż końcówki do pipet o pojemności 200 mikrolitrów, przetnij dwa milimetry od końcówki na wszystkie wloty i wyloty i umieść urządzenie w komorze plazmowej na ośmiominutową obróbkę plazmową o mocy 200 W.
Po ostygnięciu urządzenia umieść je w sterylnym pojemniku wtórnym i w ciągu 15 minut od leczenia plazmidem przenieś 120 mikrolitrów roztworu astrocytów kolagenowych do urządzenia przez końcówkę pipety do dolnej komory. Poczekaj, aż roztwór przepłynie przez komorę do przeciwległej końcówki pipety i napełnij następny kanał urządzenia. Po napełnieniu wszystkich czterech kanałów urządzenia umieść chip w inkubatorze do hodowli komórkowych na jedną godzinę.
Gdy kolagen stwardnieje, przełóż wszystkie końcówki pipet zasilające dolną komorę odpowiednią kompletną pożywką do hodowli komórkowych i pokryj górną komorę matrycą o obniżonym 2% czynniku wzrostu, w kompletnym podłożu śródbłonkowym. Po zakodowaniu obu komór należy umieścić urządzenie w inkubatorze na godzinę przed przepłukaniem górnej komory odpowiednim medium. Naprzemienne końcówki, patrz 30 mikrolitrów od jednej do 10 do szóstej komórki śródbłonka na mililitr odpowiedniej pożywki, przez końcówki do górnej komory co 15 minut, w sumie cztery porcje komórek na końcówkę.
Inkubuj urządzenie między siewami. Gdy wszystkie komórki śródbłonka zostaną wysiane, wypełnij wszystkie końcówki pożywką i włóż urządzenie z powrotem do inkubatora do hodowli komórkowych na 48 godzin. Gdy warstwa śródbłonka dojrzeje, wymień pożywkę w chipie, aby uzupełnić pożywkę do hodowli komórkowej i zasiej każdy kanał górnej komory 30 mikrolitrami od jednego razy 10 do sześciu komórek rakowych na mililitr odpowiedniej pożywki.
Po wysianiu każdej 30 mikrolitrowej porcji komórek, należy umieścić urządzenie z powrotem w inkubatorze na 15 minut, a następnie napełnić wszystkie końcówki odpowiednią pożywką i umieścić urządzenie z powrotem w inkubatorze do hodowli komórkowych na 24 do 48 godzin. Po wyhodowaniu i zobrazowaniu urządzenia, aby zmierzyć fenotyp komórek rakowych, otwórz dostarczone oprogramowanie i wczytaj obraz konfokalny do pamięci. Oprogramowanie zapisze każdy kanał koloru z obrazu konfokalnego 3D w osobnym pliku TIFF.
Wybierz opcję Zmień wartości krycia dla każdego kanału mikroskopu" i dostosuj wartość alfa kanału dla kanałów kolorów obecnych na obrazie, tak aby tło zostało usunięte i pozostały tylko fluorescencje w komórkach. Aby zobrazować efekt, wybierz opcję Wyświetl renderowanie 3D, aby sprawdzić, czy próg jest ustawiony prawidłowo, a jeśli obraz wygląda poprawnie, zapisz wartości krycia w arkuszu kalkulacyjnym śledzenia eksperymentu. Następnie użyj sześcianów marszowych, aby przekonwertować obraz woluminu na pojedyncze trójkątne obiekty 3D z siatką zapisaną w formacie danych VTK.
Aby dopasować płaszczyznę do bariery śródbłonka, najpierw zlokalizuj centroidy komórek. Użyj filtru połączeń polydata, aby iterować po liście siatek w pliku VTK w celu wyodrębnienia regionów, które nie są połączone. Oblicz środek ciężkości każdej siatki i dodaj pomiar do listy centroidów filtrujących siatki, które są zbyt duże lub zbyt małe.
Aby dopasować płaszczyznę do listy centroidów dla komórek śródbłonka, użyj metody minimalizacji błędu, uruchom polecenie Wizualizuj centroidy RFP i dopasowanie płaszczyzny, aby wygenerować i wykreślić dopasowanie płaszczyzny oraz sprawdzić dopasowanie płaszczyzny, dostosowując dopasowanie ręcznie w razie potrzeby. Gdy samolot zostanie prawidłowo dopasowany, zapisz normalną płaszczyzny w pliku śledzenia eksperymentu. Aby zmierzyć każdy fenotyp komórek rakowych po scharakteryzowaniu warstwy śródbłonka za pomocą płaszczyzny, załaduj funkcję analizy komórek i uruchom polecenie Przeczytaj informacje o monitorze eksperymentu i przeanalizuj istniejące kanały"aby iterować i analizować każdy region w pliku VTK.
Dla każdego regionu funkcja przytnie każdą komórkę, tak aby obliczona została siatka poniżej membrany. Aby zmierzyć fenotyp komórkowy, oblicz kształt, objętość i położenie każdej komórki rakowej. Następnie zmierz objętość i położenie każdej przyciętej komórki rakowej, aby obliczyć procent komórek, które wynaczyniły się przez barierę śródbłonka.
Po wykonaniu tych kroków dla kilku eksperymentów uruchom Eksportuj dane jako pojedynczy plik xlsx'aby zapisać dane w arkuszu kalkulacyjnym. Mikroprzepływowy chip BBN z zlewającą się barierą śródbłonkową jest dopuszczalny do eksperymentów, podczas gdy mikroprzepływowy chip BBN ze szczególnie słabym pokryciem śródbłonka nie jest. W tej reprezentatywnej analizie linia komórkowa raka poszukująca mózgu wykazuje subpopulację komórek, które wynaczyniają się przez barierę śródbłonka i migrują w głąb przestrzeni niszy mózgowej mikroprzepływowego chipa BBN Po dwóch i dziewięciu dniach od ekspozycji rodzicielskie komórki rakowe utrzymywały znaczną część komórek na szczycie bariery z dala od przestrzeni niszy mózgowej, podczas gdy populacja komórek rakowych z przerzutami do mózgu utrzymywała odsetek komórek, które były w ponad 100% wynaczynione.
Morfologiczna kwantyfikacja kształtu komórki rakowej wykazała, że komórki rodzicielskie wykazywały mniej komórek o kulistym kształcie pierwszego dnia po wysiewie, podczas gdy po dwóch i dziewięciu dniach interakcji obie linie komórek rakowych miały tendencję do zmniejszania swojej kulistości. Ponadto subpopulacje komórek rakowych, które wynaczyniły się do niszy astricydowej, były mniejsze w porównaniu z komórkami rakowymi, które pozostawały w interakcji z barierą śródbłonkową bez wynaczynienia do mózgu. Linie komórkowe raka poszukujące mózgu i ksenoprzeszczepy pochodzące od pacjentów wykazują fenotypowy wzór w mikroprzepływowym chipie BBN, który można wykorzystać do rozróżnienia między przerzutowymi i nieprzerzutowymi komórkami rakowymi do mózgu za pomocą uczenia maszynowego.
Samodzielna selekcja jest ważna. Komórki śródbłonka o wyższej, niskiej liczbie pasaży wykazywały zmienne zachowania barierowe. Ponadto komórki rakowe i ich ekspresja fluorescencyjna mogą zmieniać się w czasie.
Po tej procedurze naukowcy mogą zastosować profilowanie molekularne domu sekretu lub komórek w urządzeniu w celu zbadania mechanizmów molekularnych przerzutów. Technika ta umożliwia badanie złożonych interakcji między komórkami nowotworowymi a ich mikrośrodowiskami poprzez połączenie zmodyfikowanego mikrośrodowiska z ilościowym obrazowaniem komponentów niszowych w czasie.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Niniejszy artykuł przedstawia protokół przygotowania i hodowli mikrośrodowiska przerzutowego guza z barierą krew-mózg. Szczegółowo opisano również kwantyfikację jego stanu z wykorzystaniem obrazowania konfokalnego oraz sztucznej inteligencji.
Kwantyfikacja dynamiki mikrośrodowiska przerzutów do mózgu wypełnia istotną lukę w preklinicznych modelach onkologicznych, w których ograniczona powtarzalność utrudnia walidację celów terapeutycznych i przesiew leków. Platforma mikrofluidycznej niszy krew-mózg (µBBN) umożliwia wysokoprzepustową, ilościową ocenę ekstrawazacji komórek nowotworowych oraz zmian fenotypowych, co wspiera redukcję ryzyka mechanistycznego we wczesnych etapach odkrywania leków. Dzięki integracji tomografii konfokalnej z uczeniem maszynowym, metoda ta dostarcza obiektywnych i powtarzalnych parametrów potencjału przerzutowego do mózgu, zwiększając pewność prognostyczną przy selekcji projektów w portfolio.
Platforma µBBN wpisuje się w kontinuum odkrywania leków, od walidacji celu po identyfikację związku wiodącego, umożliwiając ilościową ocenę TME przed przesiewaniem związków.