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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Descrevemos um protocolo de xenotransplante na gema de embriões transparentes de peixe-zebra que é otimizado por um método de estadiamento simples e rápido. As análises pós-injeção incluem sobrevida e avaliação da carga da doença de células xenotransplantadas por citometria de fluxo.
Estudos in vivo do comportamento do tumor são um elemento básico da pesquisa do câncer; no entanto, o uso de camundongos apresenta desafios significativos em custo e tempo. Aqui, apresentamos o peixe-zebra larval como um modelo de transplante que apresenta inúmeras vantagens sobre os modelos murinos, incluindo facilidade de manuseio, baixo custo e curta duração experimental. Além disso, a ausência de um sistema imunológico adaptativo durante os estágios larvais evita a necessidade de gerar e usar cepas imunodeficientes. Embora existam protocolos estabelecidos para xenotransplante em embriões de peixe-zebra, apresentamos aqui um método aprimorado envolvendo o estadiamento embrionário para transferência mais rápida, análise de sobrevivência e o uso de citometria de fluxo para avaliar a carga da doença. Os embriões são preparados para facilitar a injeção rápida de células na gema das larvas e a marcação celular para monitorar a consistência do bolo celular injetado. Após a injeção, a análise de sobrevivência do embrião é avaliada até 7 dias após a injeção (dpi). Finalmente, a carga da doença também é avaliada marcando as células transferidas com uma proteína fluorescente e análise por citometria de fluxo. A citometria de fluxo é possibilitada por um método padronizado de preparação de suspensões celulares de embriões de peixe-zebra, que também pode ser usado no estabelecimento da cultura primária de células de peixe-zebra. Em resumo, o procedimento descrito aqui permite uma avaliação mais rápida do comportamento das células tumorais in vivo com maior número de animais por braço de estudo e de maneira mais econômica.
A análise do comportamento dos tumores em resposta à alteração genética ou ao tratamento medicamentoso in vivo é um elemento essencial da pesquisa do câncer 1,2,3,4. Tais estudos geralmente envolvem o uso de modelos de camundongos imunocomprometidos (Mus musculus)5; No entanto, os estudos de xenotransplante em camundongos são limitados em muitos aspectos, incluindo capacidade limitada, duração prolongada, despesas significativas e a necessidade de equipamentos de imagem sofisticados para monitorar a progressão de tumores internos 6,7. Por outro lado, o modelo zebrafish (Danio rerio) permite maior capacidade, menor duração, menor gasto e, devido à sua transparência, monitoramento simples da progressão da doença 8,9.
O peixe-zebra é um sistema modelo de vertebrado bem desenvolvido com desenvolvimento ex-útero e alta fecundidade, com fêmeas individuais produzindo mais de 100 embriões10. Além disso, os embriões de peixe-zebra são transparentes, permitindo fácil visualização dos processos de desenvolvimento usando técnicas relacionadas à fluorescência, como repórteres. Finalmente, a conservação de processos críticos de desenvolvimento os torna um modelo ideal para muitos tipos de estudos, incluindo o comportamento de células malignas transplantadas 11,12. Os embriões de peixe-zebra do tipo selvagem desenvolvem melanócitos, que os tornam opticamente opacos às 2 semanas de idade, mas isso foi superado pela geração de embriões de casper (roya9; mitfaw2), que permanecem transparentes ao longo da vida13. Devido às suas propriedades ópticas, o peixe-zebra casper é um receptor ideal de células tumorais transplantadas 14,15,16. O xenotransplante de células tumorais em peixe-zebra ganhou importância nas últimas 2 décadas 17,18,19,20,21. Os embriões de peixe-zebra têm imunidade inata; no entanto, eles carecem de imunidade adaptativa durante o estágio larval, tornando-os funcionalmente imunocomprometidos, o que lhes permite servir como hospedeiros eficazes para xenoenxertos tumorais transplantados22.
Protocolos foram desenvolvidos para enxerto tumoral em embriões de peixe-zebra, bem como em adultos, que consideraram uma série de variáveis diferentes 23,24,25,26,27. Estes exploraram vários locais de deposição tumoral em peixe-zebra, incluindo injeções na gema, espaço perivitelino e coração e em diferentes estágios de desenvolvimento 16,28. A temperatura ambiente da aquicultura para xenoenxertos de peixe-zebra também é importante, pois a criação de peixe-zebra normalmente ocorre a 28 ° C, enquanto as células de mamíferos crescem a 37 ° C. Consequentemente, uma temperatura de compromisso deve ser empregada que seja tolerada pelos peixes, mas que suporte o crescimento do tumor, e 34 ° C parece atingir ambos os objetivos29. A análise do comportamento e progressão dos tumores após o xenotransplante é outra área importante de foco, e isso envolve o uso de uma variedade de modalidades de imagem, bem como a análise de sobrevida30. Uma das principais vantagens do modelo de peixe-zebra é a disponibilidade de um grande número de animais de estudo para fornecer imenso poder estatístico aos estudos in vivo do comportamento do tumor; no entanto, as abordagens anteriores limitaram severamente esse potencial devido à necessidade de procedimentos de montagem tediosos para injeções.
Aqui, abordamos essa limitação por meio do desenvolvimento de um método simples e rápido para estadiar embriões que permite alto rendimento e monitoramento da qualidade da injeção usando a linha transparente de peixe-zebra. Isso envolve a injeção de xenoenxertos no saco vitelino dos embriões de peixe-zebra casper 2 dias após a fertilização (dpf). Observamos a sobrevivência de embriões após xenotransplante como parte da análise do comportamento tumoral. Mostramos ainda a avaliação da carga da doença após o xenotransplante por meio de suspensões de células únicas e análise por citometria de fluxo (Figura 1).
A manutenção, alimentação e criação do peixe-zebra ocorreram em condições padrão de aquicultura a 28,5 ° C, conforme descrito31. Todos os experimentos relacionados ao peixe-zebra foram feitos nessa temperatura; no entanto, após o xenotransplante, os animais foram cultivados a 34 °C durante o experimento, de acordo com os procedimentos aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais (IACUC).
1. Reprodução (3 dias antes da injeção)
2. Coleta de embriões (2 dias antes da injeção)
3. Manutenção do embrião e preparação da ferramenta para injeções (1 dia antes da injeção)
4. Preparação e marcação de células de leucemia com CM-Dil (dia da injeção)
5. Descorionação
6. Configurando o microinjetor e a agulha
7. Preparação de embriões para injeção
8. Procedimento de injeção
9. Análise de sobrevivência
10. Suspensão unicelular de embriões para análise por citometria de fluxo
NOTA: A carga da doença pode ser avaliada por análise de citometria de fluxo após xenotransplante; no entanto, isso requer uma marcação indelével das células tumorais. A proteína fluorescente vermelha (RFP) ou mCherry fornecida retroviral ou lentiviralmente é eficaz, pois fornece um bom sinal sobre a autofluorescência das células do peixe-zebra, o que obscurece o sinal da proteína fluorescente verde.
11. Classificação de células ativadas por fluorescência (FACS): Coloração e classificação de células xenotransplantadas
12. Citometria de fluxo
Xenotransplante
Uma visão abrangente de todo o experimento e análise é representada na Figura 1, abrangendo desde a produção de embriões até a avaliação da progressão da doença por análise de sobrevivência e carga de doença por citometria de fluxo. Essa abordagem traz várias melhorias que aumentam a reprodutibilidade e escalabilidade do xenotransplante, além de adicionar uma nova maneira de avaliar a carga da doença. O sucesso desses experimentos é altamente dependente da saúde das células transplantadas, pois as células que não são saudáveis e estão em fase logarítmica não se propagam após o transplante. A duração da sessão de injeção também é um parâmetro crítico. Depois que as células tumorais são preparadas, é fundamental completar a injeção no peixe-zebra dentro de 3-4 h. A abordagem usada neste estudo permite que um número maior de embriões seja injetado durante esse período de tempo por meio da simples modificação de colocá-los diretamente de lado em uma placa de agarose e injetá-los na gema (Figura 2C, D). Além disso, é imperativo que o orifício ideal da agulha seja selecionado para que células suficientes sejam injetadas (400-600 células), mas que o orifício não seja tão grande que os embriões sejam feridos. Outra consideração é a pressão de injeção. Descobrimos que pressões superiores a 12-13 psi rompem a gema dos embriões, causando a morte. Por fim, outra variabilidade inerente a esse procedimento é a consistência da injeção. As células a serem injetadas se depositam na extremidade da agulha de injeção, dificultando o controle preciso do bolus de injeção. Quando as células são xenotransplantadas, todos os embriões têm o potencial de receber o mesmo bolus de injeção, mas, na prática, não (Figura 3). O número de células transferidas pode diferir amplamente, dependendo do comportamento das células tumorais (por exemplo, aglomeração) e do nível de habilidade do operador. Abordamos essa incerteza por meio da coloração CM-Dil / marcação mCherry, que permite a categorização pós-injeção de animais que receberam um bolo celular apropriado e consistente, bem como aqueles que receberam um bolo inferior. A coloração CM-Dil, mas a marcação mais eficaz com uma proteína fluorescente, tem o benefício adicional de facilitar o monitoramento da progressão da doença, seja por microscopia ou por citometria de fluxo (Figura 4 e Figura 5).
Análise do comportamento tumoral
A progressão do tumor pode ser facilmente monitorada usando microscopia de fluorescência simples focada em RFP (Figura 4A). Da mesma forma, o monitoramento tradicional da sobrevida pode ser realizado pela análise de Kaplan-Meier (Log-rank e teste de Wilcoxon) (Figura 4B). Impressionantemente, em contraste com os estudos de xenotransplante baseados em camundongos, onde normalmente há 8 a 10 animais por braço de estudo, usando o método do peixe-zebra descrito aqui, não é difícil obter braços de estudo com mais de 60 animais cada (Figura 4B). Isso aumenta acentuadamente o poder de resolução dos estudos in vivo . Finalmente, implementamos outra abordagem para análise de carga de doenças usando citometria de fluxo. Isso implica a interrupção de números equivalentes de embriões e a análise do conteúdo de células tumorais da suspensão unicelular resultante por citometria de fluxo. Ao combinar um marcador de superfície celular específico do tumor com o indicador de proteína fluorescente, os camundongos / células humanas xenotransplantados podem ser identificados com segurança por citometria de fluxo como uma abordagem para avaliar a carga da doença (Figura 5). Para este propósito, as proteínas fluorescentes vermelhas são superiores, uma vez que as proteínas fluorescentes verdes não conseguiram fornecer um sinal sobre a autofluorescência das células hospedeiras do peixe-zebra. Aqui, o mCherry foi empregado para marcação e monitoramento celular durante o curso de xenotransplante para análise de FACS junto com CD45. A dupla marcação nos permitiu medir as diferenças na carga tumoral entre a inoculação em bolus bom e inferior (Figura 5B, C).

Figura 1: Esquema de todos os procedimentos de análise de xenotransplante e pós-injeção. (A) A configuração de reprodução, coleta de embriões e morfologia de 2 dias pós-fertilização (dpf) é esquematizada. (B) Preparação, coloração e injeções de células de leucemia para xenotransplante na gema de embriões de peixe-zebra. (C) Análises pós-xenotransplante, incluindo sobrevida e citometria de fluxo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Imagens representativas das ferramentas usadas para as injeções. (A) Agulhas puxadas em uma placa de Petri. (B) A placa de agarose para estadiamento de embriões. (C, D) Uma placa mostrando embriões estagiados (diagrama representativo no painel C e embriões reais (circundados em vermelho) no painel D) para injeções na placa de carregamento de embriões. A inserção no canto inferior direito do painel D mostra uma visão de maior ampliação dos embriões estadiados. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Imagens representativas de embriões xenotransplantados. Imagens de campo claro e imunofluorescentes são mostradas de células positivas para coloração CM-Dil (vermelho) na gema dos embriões de casper a 1 dpi (imagem de embreagem). Embriões com bolo inferior são indicados com seta amarela, enquanto aqueles com morfologia perturbada são indicados com asterisco. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Avaliação da progressão da doença por imagem de fluorescência e análise de sobrevida. (A) Imagem representativa de embriões xenotransplantados a 4 dpi e 7 dpi. (B) O gráfico de Kaplan Meier mostrando a análise de sobrevivência de embriões com duas linhas de leucemia geneticamente distintas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5: Análise por citometria de fluxo da carga de doença em peixe-zebra xenotransplantado. (A) Representação esquemática da preparação da suspensão celular e análise por citometria de fluxo. Resumidamente, os embriões a 4 dpi são desagregados em suspensões unicelulares usando tripsina e colagenase, seguidas de citometria de fluxo. (B) Gráficos representativos para a análise de citometria de fluxo, onde a imagem da esquerda em cada painel é FSC-A v / s SSC-A e a imagem da direita é CD45 v / s sinais mCherry. (C) Gráfico de barras mostrando as estatísticas celulares para células xenotransplantadas obtidas do gráfico de mCherry CD45 v/s para embriões não injetados, bons e inferiores (n = 45, 40 e 40 para cada repetição (n = 3); valor de p * ≤ 0,05, calculado usando o teste t não pareado com correção de Welch no GraphPad Prism 9). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os autores declaram não haver interesses conflitantes.
Descrevemos um protocolo de xenotransplante na gema de embriões transparentes de peixe-zebra que é otimizado por um método de estadiamento simples e rápido. As análises pós-injeção incluem sobrevida e avaliação da carga da doença de células xenotransplantadas por citometria de fluxo.
Este trabalho foi apoiado por doações do NIH R37AI110985 e P30CA006927, uma dotação da Comunidade da Pensilvânia, da Sociedade de Leucemia e Linfoma e do Fundo Bishop. Este estudo também foi apoiado pelas principais instalações da Fox Chase, incluindo Cultura de Células, Citometria de Fluxo e Instalações de Animais de Laboratório. Agradecemos à Dra. Jennifer Rhodes por manter a instalação de peixe-zebra e microinjeção na FCCC.
| 1-fenil 2-tioureia (PTU) | Sigma | P7629 | |
| Filtro de células de 70 mícrons | Corning | CLS431751-50EA | |
| 90 mm Placa de Petri | Thermo Fisher Scientific | S43565 | |
| Agarose | Apex bioresearch | 20-102GP | |
| APC APC anti-mouse CD45.2 Anticorpo Biolegend | 109814 | ||
| BD FACSymphony A5 Cell Analyzer | BD Biosciences | BD FACSymphony A5 | |
| calibration capillaries | Sigma | P1424-1PAK | |
| Rastreador de células CM-dil corante | Invitrogen | C7001 | |
| Collageanse IV | Gibco | 17104019 | |
| Dumont fórceps número 55 | Ferramentas de ciência fina | 11255-20 | |
| FBS | Corning | Microscópio de fluorescência 35-015-CV | |
| Nikon modelo SMZ1500 | |||
| capilares de vidro (borossilicato) | Instrumentos de precisão mundiais | 1B100-4 | |
| HBSS | Corning | 21-023-CV | |
| Helix NP Blue | Biolegend | 425305 | |
| Instant Ocean Sea Salt | Instant Ocean | SS15-10 | |
| Microscópio de luz | Nikon | modelo SMZ1000 | |
| Azul de metileno | Microloader Sigma | M9140-100G | |
| (pontas longas para células de laoding) | eppendorf | 930001007 | |
| P1000 extrator de micropipetas | Sutter instruments | modelo P-97 | |
| PM Microinjetor de 1000 células | MicroData Instruments, Inc. (MDI) | PM1000 | |
| Tricaine methanesulphate (Ethyl 3-aminobenzoate methanesulphate) | Sigma | E10521-10G | |
| Trypsin-EDTA (0,5%), sem vermelho de fenol | Gibco | 15400054 | |
| Zebrafish dieta irradiada para adultos (ração seca) | Zeigler | 388763 |