Aqui, descrevemos um método de microscopia de lapso de tempo de longo prazo para rastrear longitudinalmente células individuais em resposta à terapêutica anticâncer.
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Artigo de método
Aqui, descrevemos um método de microscopia de lapso de tempo de longo prazo para rastrear longitudinalmente células individuais em resposta à terapêutica anticâncer.
A resposta de células únicas para fármacos anti-cancro contribui significativamente para a determinação da resposta da população, e, portanto, é um factor importante que contribui para o resultado global. Immunoblotting, citometria de fluxo e experimentos com células fixas são frequentemente usados para estudar como as células respondem a drogas anti-câncer. Estes métodos são importantes, mas eles têm várias deficiências. A variabilidade nas respostas ao fármaco entre o cancro e as células normais, e entre células de cancro de origem diferente, e transiente e respostas raras são difíceis de entender utilizando ensaios de média da população e sem ser capaz de controlar directamente e analisá-las longitudinalmente. O microscópio é particularmente bem adequado para células vivas imagem. Os avanços na tecnologia permitem-nos rotineiramente células de imagens em uma resolução que permite não só o acompanhamento de células, mas também a observação de uma variedade de respostas celulares. Nós descrevemos uma abordagem pormenorizada que permita a imagem contínua de lapso de tempo decélulas durante a resposta da droga para, essencialmente, desde que desejado, tipicamente até 96 horas. Utilizando variantes da abordagem, as células podem ser monitorados durante semanas. Com o emprego de codificados geneticamente biossensores fluorescentes numerosos processos, caminhos e respostas pode ser seguido. Mostramos exemplos que incluem acompanhamento e quantificação do crescimento celular e na progressão do ciclo celular, a dinâmica de cromossomas, danos no ADN e morte celular. Discutimos, também, variações da técnica e sua flexibilidade, e destacar algumas armadilhas comuns.
microscopia de células vivas e acompanhamento longitudinal de células individuais não é uma técnica nova. Desde os primeiros microscópios, os entusiastas e cientistas têm observado e estudado células individuais e organismos, seus comportamentos e desenvolvimento 1-3. Um exemplo famoso do falecido David Rogers na Universidade de Vanderbilt na década de 1950 mostra um neutrófilo humano em um esfregaço de sangue perseguindo uma bactéria Staphylococcus aureus e, eventualmente, o processo de fagocitose 4. Este filme-célula viva é um excelente exemplo de como os processos múltiplos podem ser observados e correlacionados em um único experimento: detecção de um gradiente químico, mecânica e velocidade da motilidade celular, celular formas dinâmicas, adesão e fagocitose de um patógeno.
O advento de microscópios totalmente automatizados e câmeras digitais altamente sensíveis resultou em um aumento do número de investigadores por meio de microscopia de fazer perguntas fundamentais em biologia celular variando from como as células mover 5,6 e dividir 7,8 a organela dinâmica e tráfico de membrana 9-11. Não fluorescente, microscopia de campo claro, inclusive de contraste de fase (PC), que recebeu o Prêmio Nobel de Frits Zernike em 1953, e contraste de interferência diferencial (DIC) permitem a observação de células e núcleos, mas também estruturas sub-celulares, incluindo feixes de microtúbulos , cromossomas, nucléolo, dinâmica de organelos, e fibras de actina grossas 12. Geneticamente codificado proteínas fluorescentes e no desenvolvimento de corantes fluorescentes contra organelas têm impactado drasticamente a microscopia de lapso de tempo 13-15. Embora não seja o foco deste artigo, a imagem latente em esferóides celulares e in situ (microscopia intravital) usando confocal e microscopia multiphoton representam uma nova expansão da abordagem, e há artigos pendentes que usam e discutir estas abordagens 16-19.
As respostas de células a anti-Cancer drogas ou produtos naturais são determinados na escala molecular e celular. Compreender as respostas das células e destinos após o tratamento muitas vezes envolve a população ensaios de média (por exemplo., Immunoblotting, medidas bem inteiras), ou pontos de tempo fixos com a detecção de imunofluorescência e citometria de fluxo, que medem células individuais. A heterogeneidade das respostas de células únicas para fármacos dentro de uma população, em especial em tumores, pode explicar alguns dos a variabilidade na resposta observada através de linhas de células e tumores que são tratados com o mesmo fármaco em saturação. A longo prazo abordagens longitudinais seguir uma dada célula individual ou uma população de células é uma abordagem menos comum mas muito poderosa que permite o estudo directo de vias de resposta moleculares, diferentes fenótipos (por ex., Morte celular ou a divisão celular), a observação de variabilidade célula-a-célula dentro de uma população, e como estes factores contribuem para a dinâmica de resposta população 20-22. Optimista, podendopara observar e quantificar respostas de célula única vai ajudar a melhorar a nossa compreensão de como os medicamentos funcionam, por que eles às vezes não, e como melhor utilizá-los.
A técnica de microscopia de longo prazo de lapso de tempo, o acompanhamento longitudinal e análise das respostas de drogas está disponível para muitos investigadores e pode ser simples, usando a luz transmitidas apenas para observar respostas fenótipo 20,21. Os principais componentes da abordagem incluem: preparação adequada das células de interesse, um microscópio automatizado com câmara ambiental, uma câmera integrada com um computador para adquirir e armazenar as imagens e software para analisar o lapso de tempo e medir e analisar as células e quaisquer biossensores fluorescentes. Nós fornecemos um protocolo detalhado com muitas dicas para a realização de microscopia de lapso de tempo de células cultivadas, enquanto vários dias usando claro e / ou microscopia de epifluorescência widefield. Este protocolo pode ser utilizado para qualquer linha de células que podem ser cultivadas em culturapara estudar as suas respostas às terapias anti-câncer. Nós fornecemos exemplos de dados adquiridos e analisados utilizando vários biossensores fluorescentes geneticamente codificados diferentes e um exemplo de microscopia de contraste de fase, discutir brevemente os diferentes tipos de sondas, as vantagens e desvantagens de longo prazo de lapso de tempo e acompanhamento longitudinal, o que pode ser aprendidas para esta abordagem que é difícil de compreender a partir de abordagens não-directos, e algumas variações que esperamos que venha a ser de interesse e valor para pesquisadores inexperientes que não ter considerado usando a abordagem, e para investigadores experientes.
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O protocolo seguinte utiliza parâmetros definidos pelas experiências nas Figuras 4 e 6 com respeito às definições de aquisição e condições experimentais. Muitos destes parâmetros pode ser modificado para caber outras experiências (isto é, os tempos de exposição, binning, canais fluorescentes, etc.). Todos os procedimentos devem aderir às diretrizes e regulamentos institucionais e ser aprovado pela comissão de biossegurança institucional. Web site do fabricante de microscópio contém excelentes informações para imagens de células vivas.
1. Microscópios e Software Imaging
2. A visualização de processos celulares e respostas fenotípicas
3. Preparação de Amostras
4. Câmara Ambiental Set-up
5. Microscópio Set-up
6. Transportando Células de microscópio e para a câmara
7. Configurando Imaging
8. Acabar com a Time-lapse
9. Acompanhamento Longitudinal e Análise de Time-lapse de dados
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Longo prazo microscopia de lapso de tempo e acompanhamento longitudinal direta permite o estudo de muitos efeitos anti-câncer durante a resposta à droga. Seguindo o esquema geral na Figura 1, vários exemplos de células são mostradas expressar repórteres fluorescentes validados que tratada com drogas anti-cancro, rastreados e analisados utilizando diferentes abordagens.
Microscopia de contraste de fase por si...
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Vantagens de Microscopia Time-lapse e Acompanhamento Longitudinal
O microscópio é um instrumento ideal para os estudos longitudinais de resposta à droga, uma vez que permite aos investigadores para rastrear as células individuais e os seus destinos, bem como a totalidade da população. A variabilidade na resposta à droga dentro de uma população de células é uma questão importante para anti-câncer projeto terapêutico. acompanhamento longitudinal de células individuais permite ...
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Os autores não têm conflitos de interesse a divulgar.
Agradecemos a Joshua Marcus pelo suporte técnico e a Jolien Tyler, Ph.D., Diretor do Richard J. McIntosh Light Microscopy Core Facility, pelo aconselhamento técnico. Este trabalho foi apoiado por fundos da University of Colorado Boulder e da University of Colorado Boulder Graduate School para J.D.O. R.T.B. é parcialmente apoiado por uma bolsa de treinamento de pré-doutorado do NIH (T32 GM008759). Agradecemos à Karyopharm Therapeutics, Inc. pelo selinexor e à Merck Serono pelo inibidor de Kinesin-5. Os plasmídeos FUCCI são de Atsushi Miyawaki (RIKEN, Japão) via MTA. mCherry-BP1-2 era de Addgene. HeLa expressando H2b-mCherry e β-tubulina-EGFP são de Daniel Gerlich (IMBA, Academia Austríaca de Ciências, Áustria).
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Taxol (paclitaxel) | Sigma | T7191 | medicamento estabilizador de microtúbulos |
| Etoposídeo | Selleckchem | S1225 | inibidor da topoisomerase II |
| Selinexor | Karyopharm Therapeutics | e | inibidor XPO1/CRM1, presente |
| Inibidor de Kinesina-5 | Merck Serono | e | presente, também disponível na American Custom Chemicals Corporation. CAS 858668-07-2 |
| Meio de crescimento celular | HyClone (Fisher) ou Mediatech | muitas empresas disponíveis | |
| 5% CO2 / ar de equilíbrio, certificado | Airgas | Z03NI7222004379 | |
| 35 mm Prato, fundo de vidro de 20 mm | Cellvis | D35-20-1.5-N | muitas empresas disponíveis |
| 35 mm Prato de 4 poços, fundo de vidro de 20 mm | Cellvis | D35C4-20-1.5-N | muitas empresas disponíveis |
| Prato de 35 mm, fundo de vidro quadriculado | MatTek | P35G-2-14-CGRD | muitas empresas disponíveis |
| Multi-poços, fundo de vidro | Cellvis | P12-1.5H-N | muitas empresas disponíveis |
| Microscópio de epifluorescência invertida Olympus IX81 | Controlador Olympus | ||
| Olympus IX2-UCB Olympus | |||
| PRIOR LumenPro200 | Prior Scientific | Lumen200PRO | |
| PRIOR Proscan III estágio motorizado | Prio Scientific | H117 | |
| STEV câmara | InVivo Scientific | STEV. ECU. Unidade de Controlador Ambiental HC5 STAGE TOP | |
| InVivo Scientific | STEV. ECU. HC5 STAGE TOP | ||
| Hamamatsu ORCA R2 CCD com controlador | Hamamatsu | C10600 | |
| Nikon Eclipse Ti | Nikon | ||
| Nikon lançamento a laser | Nikon | ||
| SOLA motor de luz | lumencor | ||
| iXon Ultra 897 EM-CCD | ANDOR | ||
| TOKAI HIT câmara de inclubation | TOKAI HIT | TIZSH |
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