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Para demonstrar a capacidade deste método de compensação de fornecer imagens bi e tridimensionais de alta qualidade, esferoides com diâmetros de 300-600 μm foram cultivados a partir de Fluorescent ubiquitination baseado Cell Cycle Indicator (FUCCI) linhas celulares de melanoma transduzidas FUCCI-WM164 e FUCCI-WM983b 9,17 , que expressam a monomérica Kusabira Orange2 (mKO2) e a proteína monomérica Azami Green (mAG) quando em Gap1, e a fase S-phase/Gap2/mitosis precoces do ciclo celular, respectivamente, de acordo com procedimentos previstos na etapa 3 1,3,14. Os esferoides foram então fixados com 4% de solução de formaldeído a 37 °C, permeabilizados, e manchados com anti-p27kip1/anti-coelho Alexa Fluor 647 anti-pimonidazol/anti-mouse Alexa Fluor 647, DAPI ou DRAQ7 (ver Tabela de Materiais) (Figura 2). Todos os arquivos de microscopia são carregados no repositório do GitHub (https://github.com/ap-browning/SpheroidMounting). Em comparação com os esferoides montados em PBS, a solução de compensação fornece imagens de alta clareza com distorção de tamanho mínimo (Figura 2A). O protocolo permite imagens de alta resolução de detalhes de nível celular mais profundamente nos esferoides sem seção histológica, e a imagem transversal foi obtida a partir de um objetivo de ar de 20x (0,7 NA) em uma resolução de 4096 x 4096 px sem costura (Figura 2B). Utilizando uma ampliação mais baixa e um objetivo de abertura numérica mais baixa com uma distância de trabalho mais longa, imagens confocal 3D que fornecem detalhes de nível celular a uma profundidade de pelo menos 200 μm podem ser obtidas (Figura 2C). Os esferoides também foram criosedos e manchados conforme o protocolo de Spoerri et al.4 e comparados com manchas esferoides inteiras (Figura 2D,E). A Figura 2D mostra a região hipóxica do esferoide manchada por pimonidazol, e a Figura 2E mostra manchas p27kip1 que marcam a prisão do ciclo celular (amarelo) e a mancha nuclear DAPI (cinza). A localização da proteína e o padrão de coloração são semelhantes entre a criosecção e a limpeza e, portanto, não são afetados por este método de compensação.
A correção da intensidade do sinal em z permite a imagem de todo o esferoide. No entanto, a dispersão de luz devido ao núcleo necrosado limita a capacidade de imagem do lado distante do esferoide. A penetração mais profunda e a menor dispersão de um fluoróforo vermelho distante, como a mancha nuclear DRAQ7, permitem uma representação ainda maior da estrutura esferoide 3D (Figura 3). O filme 1 mostra a renderização 3D dos esferoides FUCCI manchados com DRAQ7. Uma fatia z mais fina pode permitir uma melhor resolução z, mas isso aumenta significativamente o tempo de imagem e o fotobleachamento dos fluoroforos.
Para determinar se a solução de compensação causa distorção de tamanho, doze esferoides em gel 2% agarose-PBS foram imagedos às 6h, 12h, 24h, 72 h e 168 h após a introdução da solução de compensação. As imagens foram resumidas pela determinação do diâmetro do esferoide, definido com base em uma esfera com a mesma área transversal que o esferoide (Figura 4A). Enquanto os esferoides são observados para um leve aumento de tamanho ao longo das primeiras 6 horas, indicados por uma variação de dobra de diâmetro entre 2% e 6% (Figura 4B), após 24h a 72 h, os esferoides retornam a um tamanho aproximadamente igual ao tamanho correspondente na fixação de PBS pós PFA (Figura 4C).

Figura 1: Ilustração do protocolo de montagem e limpeza de esferoides. Esferoides fixos e manchados são transferidos para um tubo de 500 μL; o excesso de fluido é substituído por 200 μL agarose-PBS gel e centrifusado. Os spheroids são então transferidos para um poço de fundo de vidro em uma placa de 24 poços. Depois que o gel é permitido solidificar, a solução de compensação de 500 μL é adicionada e os esferoides são autorizados a equilibrar. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Comparação de esferoides de melanoma humano FUCCI limpos e não esclarecidos. A coloração indica núcleos celulares positivos para mKO2 (vermelho), o que indica células na lacuna 1; e núcleos celulares positivos para mAG (verde), o que indica células em gap 2. (A) Esferoides cultivados a partir de 5000 células FUCCI-WM983b, colhidas no dia 10 e imagens em gel agarose-PBS e 24 horas após a solução de compensação. Comparar imagens brightfield e confocal antes e depois da solução de compensação mostra uma distorção de tamanho mínimo e um grande ganho de clareza. As imagens são obtidas utilizando-se um objetivo de 10x. (B) Spheroids cultivados a partir de células FUCCI-WM164 permeabilizadas usando Triton X-100 e manchadas com DRAQ7, manchando todos os núcleos celulares. A imagem é obtida utilizando-se um objetivo de 20x (0,75 NA), demonstrando que a solução de compensação permite imagens de alta resolução de detalhes de nível celular. (C) imagens 3D (10x, 0,4 NA) foram obtidas de esferoides FUCCI-WM164 em PBS, e 24 horas após a solução de compensação ser adicionada. Ajustar a potência do laser, tensão e deslocamento em diferentes z-plane permite imagens mais profundas dentro do esferoide. (D,E) Comparação entre criosection e esferoide inteiro limpo manchado para pimonidazol e p27kip1. (D) A coloração de pimonidazol em magenta mostra a região hipóxica nos esferoides. Vermelho e verde indicam FUCCI. (E) Cryosections e esferoide limpo mostrando DAPI (cinza) e p27kip1 (amarelo). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: A limpeza permite imagens mais profundas no esferoide com perda mínima de luz. Imagens de microscopia confocal de um esferoide de melanoma humano FUCCI a 10x de ampliação e na inferior (0,4), permitindo imagens em maior profundidade z com perda mínima de sinal. (A) fatias de 3,88 μm de núcleos esferoides manchados com draq7. (B-D) y/z-resolução nos canais 488 (mAG), 568 (mKO2) e 647 nm (DRAQ7), respectivamente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: A solução de compensação tem impacto mínimo no tamanho do esferoide. (A) Distribuição do tamanho esferoide inicial (diâmetro equivalente) em gel PBS (n = 12 esferoides). (B) Variação de diâmetro ao longo do tempo desde a adição da solução de compensação. Às 0h, os spheroids estão apenas em gel PBS. (C) Distribuição de dobras de diâmetro a 12h, 24 h e 72 h. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Filme 1: Renderização 3D de um esferoide FUCCI manchado com DRAQ7. Clique aqui para baixar este Filme.