Neste artigo, propomos um protocolo para fabricação de esferoides híbridos usando pinças ópticas. Este método permite o controle preciso dos estágios iniciais do processo de formação do esferóide, o que é inatingível por outros métodos.
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Artigo de método
Neste artigo, propomos um protocolo para fabricação de esferoides híbridos usando pinças ópticas. Este método permite o controle preciso dos estágios iniciais do processo de formação do esferóide, o que é inatingível por outros métodos.
A cultura de células bidimensionais (2D) ainda está entre os modelos mais comumente usados na pesquisa pré-clínica do câncer. No entanto, os modelos in vitro tridimensionais (3D) parecem avaliar o ambiente in vivo com mais precisão, incluindo uma morfologia arquitetônica, microambiente e respostas a medicamentos mais relevantes.
O aprisionamento óptico usa um ou mais feixes de laser focados para manipular de forma não invasiva a posição, o movimento, a interação e a dinâmica das estruturas em nano e microescala. As pinças ópticas (OT) encontraram inúmeras aplicações em biologia celular; no entanto, seu potencial na pesquisa do câncer ainda é subvalorizado. Neste artigo, recomendamos um protocolo não invasivo para formação de esferoides de células linfoma-estromais com o uso de pinças ópticas. Este método não apenas constrói os esferoides híbridos de novo , mas também permite controlar o número de células anexadas e o tempo de formação da adesão, fornecendo uma importante fonte de informação para a engenharia de tecidos. Além disso, a OT permite o estudo dos estágios iniciais da formação de esferóides híbridos, o que não pode ser alcançado com técnicas padrão em massa. É importante ressaltar que o modelo descrito pode ser usado para estudar as mudanças mínimas na adesão induzidas por drogas anticâncer. Este protocolo pode ser facilmente aplicado a outros tipos de células.
Modelos celulares tridimensionais (3D) estão acelerando a pesquisa do câncer porque se assemelham melhor ao tecido tumoral em várias propriedades funcionais e estruturais. Estes incluem, entre outros, a produção de matriz extracelular, interação entre células, manutenção de gradientes de nutrientes e oxigênio e respostas semelhantes aos tratamentos 1,2,3,4. Recentemente, para refletir melhor as condições in vivo, modelos 3D heterogêneos avançados envolvendo vários tipos de células foram desenvolvidos 5,6,7.
O linfoma não-Hodgkin de células B (LNH-B) é um grupo heterogêneo de neoplasias malignas originadas de linfócitos B, componentes integrais do sistema imunológico8. Caracterizado por uma gama diversificada de apresentações clínicas e características histológicas, o B-NHL abrange um espectro de distúrbios, que vão desde formas indolentes com curso clínico prolongado até variantes agressivas que progridem rapidamente 9,10. A patogênese do B-NHL e outras neoplasias hematológicas está frequentemente ligada ao impacto do microambiente tumoral11,12. Por exemplo, as células do linfoma geralmente se espalham para a medula óssea, resultando potencialmente em complicações com risco de vida13. As células estromais mesenquimais (MSCs), que são os principais componentes do nicho da medula óssea, foram reconhecidas por impactar o crescimento e a progressão do tumor14, em grande parte por meio de interações diretas célula-célula15 , 16 , 17 ; Assim, há uma necessidade urgente de desenvolver modelos que permitam estudar tais interações. Estabelecemos anteriormente que as MSCs, quando co-cultivadas em hidrogéis de agarose com células de linfoma, se autoagregam em esferoides multicelulares, com células estromais formando o núcleo e sendo uniformemente circundadas por células de linfoma18. Neste artigo, apresentamos um protocolo para a fabricação de um modelo 3D híbrido linfoma-células estromais usando pinças ópticas.
Há mais de 35 anos, Ashkin relatou pela primeira vez o fenômeno de aprisionamento óptico não invasivo de vírus e bactérias por feixe de laser focalizado19. Atualmente, as pinças ópticas (TO) têm um impacto dinâmico crescente no campo biomédico, incluindo a pesquisa em biologia celular20 , 21 , 22 , 23 . A OT permitiu estudar não apenas as propriedades físico-mecânicas da célula individual 24,25,26, mas também as interações diretas célula-célula em um único nível de célula, e ainda arranjo e estruturação celular 2D e 3D 27,28,29. A técnica de aprisionamento óptico é baseada nas forças ópticas da ordem de alguns piconewtons exercidas como radiação eletromagnética (fótons), que muda seu momento quando interage com a matéria30. Em conseqüência, usando um ou mais feixes de laser, os operadores podem manipular seletivamente posições, movimento e dinâmica de objetos em micro e nanoescala20. Na prática, a técnica de aprisionamento óptico permite o aprisionamento seletivo e não destrutivo de células vivas, colocando-as em contato com a superfície de outra célula ou molécula e desencadeando o início do processo de adesão31. Usando as funcionalidades acima, primeiro tentamos colocar opticamente uma única célula de linfoma em uma monocamada de células estromais para investigar suas propriedades adesivas. Em seguida, passamos a avaliar a capacidade das pinças ópticas de recriar fisicamente um esferóide multicelular em tempo real33. Para conseguir isso, as células individuais do linfoma foram presas uma a uma e anexadas a um esferóide estromal 3D previamente preparado. Outra aplicabilidade do aprisionamento óptico foi medir o tempo mínimo de adesão célula-célula e avaliar as mudanças mínimas na adesão decorrentes do tratamento antineoplásico34,35. Embora os modelos 3D sejam amplamente utilizados na pesquisa do câncer, estudar os estágios iniciais da formação de esferóides continua sendo um desafio. Isso se deve principalmente à disponibilidade limitada de métodos que permitem que o micromundo seja tocado com alta precisão e impacto minimamente invasivo ao mesmo tempo. Por outro lado, todo o potencial da OT ainda não foi alcançado no âmbito do arranjo e estrutura celular em 3D. Assim, neste artigo, um fluxo de trabalho combinado para gerar a construção do linfoma 3D usando técnicas 3D padrão e manipulações em pinças ópticas é descrito passo a passo. É importante ressaltar que o protocolo pode ser facilmente adaptado para uso com outros tipos de células importantes em neoplasias hematopatológicas.
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1. Fabricação de micromoldes à base de gel de agarose
NOTA: Técnicas assépticas adequadas são essenciais ao manusear todas as culturas de células. Todos os reagentes utilizados neste protocolo estão listados na Tabela de Materiais. Prepare três géis com MSCs para um único experimento, conforme mostrado na Figura 1A.

Figura 1: Preparação de esferóides de células estromais mesenquimais (MSC). (A) Ilustração que descreve a etapa de preparação dos micromoldes de agarose. (B) Semeadura de células estromais mesenquimais (MSCs) e cultivo de esferóides mesenquimais. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
2. Preparação de esferoides de células estromais mesenquimais (MSCs)
3. Cultura de células de linfoma e preparação para aprisionamento óptico
NOTA: As linhagens celulares hematológicas, incluindo as células do linfoma, crescem flutuando livremente nos meios de cultura em frascos concebidos para cultura em suspensão, sem qualquer fixação à placa ou recipiente de cultura. Para manter as propriedades celulares ideais, recomenda-se iniciar a preparação da amostra não antes de 30 minutos antes do procedimento de montagem dos esferóides híbridos usando a pinça óptica. É importante ressaltar que o protocolo descrito nesta seção é para a linha celular de linfoma humano Ri-1, mas um protocolo semelhante se aplica a outras linhas de células de câncer hematológico.
4. Configurando o sistema de pinças ópticas
NOTA: O protocolo abaixo foi desenvolvido especificamente para as pinças ópticas personalizadas36 (Figura 2A). No entanto, este ensaio pode ser usado com outros sistemas de captura disponíveis comercialmente. Independentemente do tipo de equipamento disponível, as etapas básicas para a preparação do sistema (por exemplo, iniciar o laser e o software de computador, montar a amostra e testar a possibilidade de mover a célula em uma armadilha óptica) permanecem as mesmas. Todos os experimentos foram realizados em temperatura ambiente, ou seja, 25 °C.

Figura 2: Um esquema ilustrando o mecanismo de trabalho da geração de esferóides híbridos por pinças ópticas. (A) Configuração de pinças ópticas personalizadas. (B) O processo de anexar células individuais de linfoma à superfície de MSCs esferóides. Uma única célula de linfoma foi opticamente aprisionada e ligada à superfície de um esferóide estromal até que uma conexão estável fosse formada. Esse processo continuou até que toda a superfície do esferóide estromal fosse coberta por células de linfoma. (C) Uma imagem representativa da coloração imuno-histoquímica da seção esferóide híbrida foi obtida usando um anticorpo monoclonal de camundongo anti-CD20 contra CD20. A imunomarcação foi realizada usando um anticorpo monoclonal anti-humano de camundongo contra CD20 em um autocorador (ver Tabela de Materiais), seguindo as instruções do fabricante. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
5. Geração de esferoides híbridos usando pinças ópticas
6. Determinação da viabilidade esferóide
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Nossos resultados anteriores mostraram que as células estromais mesenquimais cultivadas com células de linfoma constituem o núcleo estromal homogêneo ao qual as células cancerígenas se ligam uniformemente18. Neste estudo, projetamos com sucesso o esferóide híbrido humano que consiste em células estromais mesenquimais e células de linfoma usando pinças ópticas personalizadas. A Figura 2B mostra um esferóide representativo em um microscópio de campo claro, uma parte ess...
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Neste estudo, os esferoides híbridos do núcleo estromal mesenquimal e das células do linfoma foram projetados em tempo real com o uso de pinças ópticas. Novas tecnologias baseadas em laser, incluindo sistemas de captura, estão agora disponíveis comercialmente e estão se tornando cada vez mais populares. No entanto, até o momento, a maioria das pinças ópticas continua a ser instrumentos personalizados; Assim, a calibração, os procedimentos de operação e as geometrias experimentais podem v...
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Os autores declaram não haver conflitos de interesse.
Autores sinceros agradecimentos Nicholas Czarnik, cuja edição cuidadosa melhorou significativamente a clareza do estudo.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| µ-Prato 35 mm, fundo de vidro alto | IBIDI | 81158 | |
| 12-256 micro-molde 3D PetriDish | Microtissues Inc., RI, EUA | 12-256TR | |
| 3 µ m microesferas de poliestireno | Polysciences | 17134-15 | |
| anti CD20 anticorpo (clone L26) | Dako | IS604 | |
| Contador de Células Automatizado, EVE | NanoEntek | EVE/ EVE-MC | |
| Autostainer Link 48 | Dako | D09634 | |
| Câmera | Incubadora de CO2 Olympus | U-TV0.63XC | |
| CelCulture | Esco Technologies, Inc. | ||
| , EVE | NanoEntek | NE-EVS | |
| Linha Celular HS-5 | ATCC | CRL-3611 | |
| Linha Celular Ri-1 | DSMZ | ACC 585 | |
| Soro Fetal Bovino | Gibco | A5256701 | |
| Microscópio de Fluorescência | Programa Olympus | BX43 | |
| ImageJ | Institutes of Health, MD, EUA | ||
| Microscópio invertido | Olympus | IX73 | |
| Kit de reagentes vivos/mortos | Thermo Fisher Scientific | L3224 | |
| Penicilina-Estreptomicina (10.000 U/mL) | Gibco | 15140122 | |
| Solução salina tamponada com fosfato, pH 7,4 | Gibco | 10010023 | |
| RPMI 1640 Médio | Gibco | 11875093 | |
| Solução de cloreto de sódio | Sigma-Aldrich | 7647-14-5 | |
| Solução de cloreto de sódio 0,9%, estéril | Reagentes ITW ReITW, S.R.L.agents, S.R.L. | A1671 | |
| Solução de Azul de Tripano, 0,4% | Gibco | 15250061 | |
| Enzima TrypLE Express (1X), sem vermelho de fenol | Gibco | 12604013 | |
| Tripsina-EDTA (0,05%), vermelho de fenol | Gibco | 25300096 | |
| UltraPure Agarose | Invitrogen | 16500500 | |
| Configuração de pinças ópticas | |||
| Espelhos dicróicos | Thorlabs | DMSP805R | |
| Câmera digital | Mikrotron GmbH | MC1362 | |
| Sistema de varredura XY de espelho Galvano | Thorlabs | GVS002 | |
| Microscópio invertido | Lente Olympus | IX71 | |
| 1 | Lente Thorlabs | AC254-050-B-ML | |
| 2 | Lente Thorlabs | AC508-200-B-ML | |
| Nd:YAG 1064 nm laser | Laser Quantum | Ventus |
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