Summary
휴면 및 활성 암 세포 고기 양적 위상 이미징 사용 하 여 특징 이었다. 셀 확산, 마이그레이션, 및 형태 분석 통합 되었고 한 간단한 방법을 분석.
Abstract
신생 표현 형의 인수 종양 휴면에서 탈출의 필수적인 구성 요소입니다. 여러 클래식 체 외에서 분석 실험 (예를들면, 확산, 마이그레이션, 등)와 모델 vivo에서 조사 하 고 신생 및 비 신생 셀 고기 특성화 개발 되었습니다 있지만이 메서드는 시간 노동 집약적인, 그리고 종종 필요한 상당한 전문 지식 뿐만 아니라 비싼 시 약 및 악기. 최근 연구에서 우리 신생 및 비 신생 인간 다리 KHOS 셀의 시간 경과 및 라벨 무료 characterizations을 소설 양적 위상 이미징 (QPI) 기법을 사용. 셀 형태, 운동 성, 확산, 등 세포 매개 변수 패널 양적 측정 되었다 고 QPI를 사용 하 여 분석. 이 소설과 양적 접근 지속적으로 및 비 접촉 관련 세포 프로세스, 행동, 그리고 암 세포의 특성 및 다른 세포 유형 간단 하 고 통합 된 방식으로 공부 하는 기회를 제공 합니다. 이 보고서에서는 셀 준비, QPI 수집 및 데이터 분석을 포함 하 여 우리의 실험 프로토콜을 설명 합니다.
Introduction
개발 및 단단한 종양의 진행 초기 검사점 중 신생 표현 형, 암 홀 마크의 인수입니다. 이 진행 포함 다양 한 생 화 학적 및 분자 프로세스1,2,3. 종양 진행이 키 단계 연구에서 기술 도전 도구를 지속적으로 하 고 양적 특성화 고 편견으로 라이브 암 세포의 신생 및 비 신생 고기 구별의 부족 이다. 보통 신생 및 비 신생 세포의 세포질 행동을 조사 하는 데 사용 되는 전통적인 분석 필요 비싼 시 약 및 기기, 예를 들어 셀 확산/마이그레이션 분석4,5, 실험 6,7,,89,10,11,12,13,14 또는 상당한 전문성과 집중을 요구 뿐만 아니라 보완 vivo에서 평가4,5,6,8,,1516, 시간과 노동 소비입니다.
최근, 양적 위상 이미징 (QPI) 다양 한 세포 형태 및 동작 매개 변수17,18,19, 의 시간 경과 및 라벨 무료 평가 가능 하 게 소설 기법으로 떠오르고 있다 20 , 21 , 22. 기존의 광학 현미경과 달리 QPI 단정 위상 변화에 의해 픽셀의 빛 광 개체를 통해 전달 되 고 변환 된 광학 두께와 볼륨, 자필을 재구성 한 후 직접 활성화 라이브 셀 및 다음 기능 분석: (1) 양적 이미징, (2) 비-침략 적 및 시간 경과 영상, (3) 라벨 무료 이미징, 및 (4) 동시 다중 매개 변수 영상. 이러한 기능을 평가 하 고 세포 수준에서 병 적인 프로세스를 이해 하는 강력한 도구 QPI를 확인 합니다.
최근 연구에서 활용 하는 양적 특성 및 신생 구별 QPI KHOS A 및 세포 형태학의 분석을 결합 하 여 체계적이 고 정량적으로 인간의 다리 셀의 비 신생 KHOS N 고기 확산, 그리고 운동 성23. 이미지 분석 소프트웨어, 패널을 사용 하 여 셀 형태학과 행동의 매개 변수가 양적 신생 및 비 신생 인간 다리 셀 사이의 비교 했다 그리고 5 특성 차이이 두 사이 발견 했다 고기입니다. 이 새로운 접근 방식을 다양 한 세포 생물학 관련 특성을 평가 하기 위한 통합 및 양적 플랫폼을 제공 합니다.
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Protocol
여기 설명 하는 모든 방법은 보스턴 어린이 병원 기관 Biosafety 위원회에 의해 승인 되었습니다가지고.
1. 세포 준비
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녹고 KHOS-A 및-N 셀
- 따뜻한 문화 매체, 즉, 최대 Dulbecco의 10% (vol/vol) 태아 종 아리 혈 청 (FBS)와 1% (vol/vol) 페니실린/스 보충이 글 중간 수정.
- 액체 질소 탱크에서 세포의 극저온 튜브를가지고, 37 ° C 물 욕조에 따뜻한 물에 튜브의 하단을 담가 그리고 부드럽게 녹고 프로세스를 가속 화 하기 위해 극저온 병을 흔들어. 오염을 방지 하기 위하여 물 접촉에서 극저온 튜브의 뚜껑을 유지. 최대한 빨리 셀은 해 동, 70% 에탄올 솔루션을 분사 하 고 유리병을 닦는 여 극저온 유리병을 소독.
- 층 류 두건에서 즉시 극저온 유리병에서 세포 현 탁 액을 발음 하 고 부드럽게 따뜻하게 10 mL의 배양 (1.1.1에서 설명)에 일시 중단 합니다. 5-7 분 약 200 x g에서 셀 정지 원심
- 예 열 10 mL 문화 매체와 셀 펠 릿 resuspend 그리고 T75 플라스 크로 전송. 부드럽게 균등 하 게 10 mL를 피펫으로 사용 하 여 셀 중단 여러 번 플라스틱.
- 5% (vol/vol) CO2 와 습도 분위기 37 ° C 배양 기에 플라스 크를 놓습니다. 셀 12 h 이상에 대 한 연결을 허용 합니다.
- 80-100% 합칠 때까지 약 3-7 일에 대 한 셀을 품 어. 2-3 일 마다 문화 매체를 변경 합니다.
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분할 KHOS-A 및-N 셀
- 플라스 크에서 문화 미디어를 제거 합니다.
- 5 mL 살 균 PBS로 세포 세척 (1x) 칼슘과 마그네슘, 비 부착 셀 또는 제거 없이.
- 플라스 크에 1 mL 0.05% 트립 신-EDTA 솔루션을 추가 하 고 간단히 트립 신-EDTA 균등 하 게 분산 되도록 플라스 크를 소용돌이.
- 37 ° C 배양 기에서 2-3 분 또는 실 온에서 3-5 분에 대 한 플라스 크를 품 어. 에 셀은 반올림 하 고 분리 되도록 약 400 배 확대 현미경으로 세포를 확인 합니다.
- 세포 분리는 일단 10 mL 문화 매체를 추가 하 고 부드럽게 헤어 10ml 피펫으로 사용 하 여 단일 셀 서 스 펜 션으로 셀 집계 여러 번 왔다 갔다 매체 플라스틱.
- 셀 카운터를 사용 하 여 셀을 계산 합니다. 2 × 106 세포의 밀도 또는 1: 4의 비율에서 새로운 T75 플라스 크에 세포 현 탁 액을 시드하십시오.
- QPI 실험에 뿌리기 전에 80-100% 합류에 성장 하는 셀 수 있습니다.
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시드 KHOS-A 및-N QPI 셀
- 씨 KHOS-A 및-N 셀의 50000-300000 셀/셀 카운터로 계산 후 5 mL 문화 매체와 밀도에서 6 잘 플레이트에
참고: 시드 밀도에 따라 달라 집니다 셀 확산 속도 이미징 기간 하려면 < 이미징 수집 하는 동안 100% 합류. - 첨부 파일을 허용 하도록 적어도 12 h에 대 한 셀을 품 어.
- QPI를 수행 하기 전에 신선한 미디어와 매체를 변경 합니다.
- 씨 KHOS-A 및-N 셀의 50000-300000 셀/셀 카운터로 계산 후 5 mL 문화 매체와 밀도에서 6 잘 플레이트에
2. QPI 수집
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커버 슬립 설정
- 커버 슬립 이온 물로 여러 번 헹 궈 서 깨끗 하 고 건조 살 균 층 류 두건으로 커버 슬립을 넣어 15 분에 대 한 침수에 의해 75% 에탄올 용액으로 소독.
- 신중 하 게 커버 슬립을 분명 거품을 피하기 위해 6-잘 접시에 놓습니다. 커버 슬립의 하단 문화 미디어 (최소 5 mL/음)에 몰입 됩니다 확인 하십시오.
- (37 ° C, 5% CO2, 그리고 습도 분위기) 적어도 15 분 동안 equilibrate 인큐베이터에 접시를 놓습니다. 커버 슬립에 안개 형성 하는 경우에 멸 균 면봉을 사용 하 여 그것을 깨끗 하 게 닦아.
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현미경으로 세포 이미징
- 노출 시간, 패턴 대비 및 홀로그램 잡음의 자기 보정을 포함 하 여 시스템을 초기화 하기 위해 소프트웨어를 엽니다. 값은 허용 (녹색 또는 노란색 범위에 표시 된) 다는 것을 확인 하십시오.
- 6 잘 플레이트 QPI 현미경의 스테이지에 배치 합니다.
- "라이브 캡처," 클릭 하 고 "소프트웨어 초점."에서 "수동"을 선택 개의 "현미경 설정"에서 작업 거리를 조정 하 여 셀의 위상 이미지를 초점 셀 단계 이미지에 대 한 개요를 얻을. "소프트웨어 초점."에서 "자동"으로 변경
- "새로운 실험"를 클릭 하 여 새 실험 만들기를. 숫자 패드에 마우스 또는 화살표 키를 사용 하 여 이미지 수집 위치의 선택으로 시작 합니다. 각 선택 후 "저장"을 클릭 합니다. 일반적으로 3-5 위치 각 샘플에 대 한 선택 됩니다.
- "Timelapse" 섹션에서 이미징 간격 및 기간을 설정 합니다.
참고: 명확 하 게 암 세포를 추적, 간격 이어야 한다 짧은 보다 5 분 48 시간 조합 QPI 분석 기간으로 설정 됩니다. - 자동으로 집중 하 고 설정 시간 지점에서 이미지를 "캡처"를 클릭 하 여 실험을 시작 합니다.
3. 데이터 분석
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셀 형태 분석
- "셀을 식별 합니다." 클릭 셀 영역 배경 잡음 으로부터 잘 구분 되는 "배경 임계값"에 대 한 숫자 설정을 조정 합니다. "개체 크기"에 대 한 설정을 조정할 각 셀 한 핵에 있는지 확인 합니다. 이 마지막 지역 및 볼륨 측정에 영향을 미칠 수 있습니다 비교 될 필요가 있는 샘플에 대 한 일치 매개 변수를 유지 합니다. 필요한 경우 수동으로 "수동 변경,"를 사용 하 여 셀 세그먼트 수정 합니다.
- 셀을 분석 하는 소프트웨어에서 "데이터 분석" 함수를 사용 합니다. "새로운 분석."를 클릭 하 여 새로운 데이터 분석 시작 선택 된 이미지는 "소스 프레임" 탭 및 세포 형태학 매개 변수 셀 영역 (µ m2), 광학 두께 (µ m), 및 모든 개별 셀에 대 한 볼륨 (µ m3)을 포함 하 여 끕니다. 분산형 플롯 또는 히스토그램 모드 및 내보내기 데이터를 테이블 또는 그림을 선택 합니다.
-
세포 확산 분석
- 다른 시간 포인트 (예, 초기, 12 h, 24 h, 36 h 및 48 h) 적어도 5 이미지를 선택 합니다. 소프트웨어에 의해 제공 되는 레코드 셀 번호.
- 배로 시간을 추정, 초기 숫자 정상화 후 핸드폰 번호를 플롯 하 고 지 수 성장 곡선에 맞게.
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셀 모션 분석
- 소프트웨어에 "셀 추적" 기능을 사용 합니다. "새로운 분석"을 클릭 하 여 새로운 데이터 분석을 시작 하. 선택한 기간 동안 (예를 들어, 24 h 부 화 후 4 h) "소스 프레임" 탭에는 이미지의 드래그 시리즈는 임의로 "셀 추가" 선택 모드에서 셀을 클릭 하 여 10-30 셀을 선택 합니다. 가장자리와 보기의 필드 밖으로 이동에 셀을 제외 합니다.
- 신중 하 게 이미지의 시리즈에서 추적을 확인 하십시오. 시스템 셀의 트랙을 잃거나 잘못 된 셀을 추적는 수동으로 조정 추적 셀 셀을 식별 하기 위해 "확인"을 클릭 하거나 "위치 수정"을 클릭 하 여 셀 위치를 수정 하려면 "선택" 모드.
- "플롯 운동" 셀 궤적의 장미 줄거리 또는 줄거리는 다른 모션 관련 매개 변수에 대 한 운동 속도 (µ m/h), 운동 (µ m), 마이그레이션 (µ m), 및 마이그레이션 똑 바 름 같은 "플롯 기능"에서 선택 하십시오. 테이블 또는 수치 데이터를 내보냅니다.
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Representative Results
그림 1 전형적인 세포 형태학 특성 묘사. 이미지는 holographs (그림 1A-B)와 2D 이미지 (그림 1C-D)로 표시 됩니다. 광 셀 두께 (계산 고 굴절률 광학 경로 길이에서) 라인 프로 파일 또는 전체 셀 측정을 통해 정량은. KHOS-A의 두께 면적의 점도 그림 1E-G,이 두 고기 다른 배포 패턴을 표시 하는 위치에서 KHOS N 셀 전체 셀 측정 표시 했다. 히스토그램 (그림 1 H-M) 또는 내보낸된 파일에서 평균 숫자 KHOS-A 셀 작은 셀 영역 및 KHOS N 셀 보다 큰 두께 설명 했다.
셀 카운터 함수를 사용 하 여 셀 확산 프로 파일 (그림 2)를 획득 했다. 이러한 KHOS-A 사이 상당한 차이가 표시 되지 않았다 및-N 세포. 또한, 시간을 두 배로 셀은 또한 큰 차이가 나타나지 않았다 (즉, 24-26 h), 확산 곡선에서 추정 될 수 있습니다.
그림 3A -D KHOS A의 일반적인 추적을 표시 하 고 비 방향 (무작위)-N 셀 모션 모드, 해당 궤도. 평균 세포 운동 성 (그림 3E-F), 운동 속도 (그림 3G-H), (그림 3I마이그레이션 거리-J), 및 마이그레이션 똑 바 름 (그림 3 K-L) 녹화 시간 대 표시 했다. KHOS-N 셀에 비해, KHOS-A 셀 큰 운동 속도를, 운동 성 및 더 긴 거리의 결과로 나타났다.
그림 1: 세포 형태학 특성. (A-B) KHOS-A (A) 와 앤 셀 (B) 양적 대표 holographs 이미징 단계. 스케일 바는 191.4 µ m. 너비 오른쪽 하단 모서리에 이미지에 그려진 파란색 라인에 대 한 광학 두께의 양적 선 프로 파일을 표시 합니다. (C-D) KHOS-A (C) 와 앤 셀 (D)에 대 한 셀 세분화의 대표 QPI 이미지. 눈금 막대는 100 µ m. 셀 가장자리는 정량화에 대 한 제외 했다. (E-G) KHOS-A 및-N (E) 세포 (F)의 개별 셀에 대 한 지역 대 측정된 두께입니다. 각 점 개별 셀을 나타냅니다 (n = 200-300). 오버랩 플롯 (G) KHOS에 대 한 다른 분산 패턴을 보여줍니다-A 및-N 세포. (H-M) 히스토그램 셀 두께의 (H-나), 지역 (J-K), 그리고 볼륨 (L M) 배포 (H, J, L) KHOS-A 및-N (I, K, M)세포. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2: 세포 확산 특성. 상단 패널 셀 숫자를 계산에 대 한 대표적인 셀 분할을 보여 줍니다. 눈금 막대는 100 µ m. 하단 패널은 해당 계산된 셀 확산 속도를 보여줍니다. 데이터는 평균 ± 표준 편차로 표시 됩니다. 학생의 t 시험 (홀, 양측) 통계 분석을 위해 사용 되었다. 테스트 결과 고려 되었다 중요 한 때 p < 0.05. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3: 동작 특성을 셀. (A-B) 대표 셀 추적 세포 (B) (A) KHOS-A 및-N에 대 한 이미지. 눈금 막대는 100 µ m. 선택한 셀에 서로 다른 색상으로 개설 된다. 세포 운동 성 기간 4 h에 기록 된 해당 색된 선으로 표시 됩니다. (C-D) KHOS-A 및-N (C) (D) 셀의 셀 궤적 플롯 원점 (0, 0)에서. 각 줄은 개별 셀을 나타냅니다. KHOS-A 셀 KHOS-N 세포에 비해 더 분산된 패턴을 보였다 (n = 10). (E-L) KHOS-A의 셀 동작에 대 한 조사 기간 동안 양적 매개 변수를 기록 (E, G, I, K) -N (F, H, J, L) 포함 하 여 셀 세포 운동 성 (E-F), 운동 속도 (G-H), 이동 거리 (나-J ), 및 마이그레이션 똑 바 름 (K-L). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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Discussion
이 연구에서 우리는 생체 외에서비-침략 적, 레이블 없는 방법과 양적 특성 인간 다리 세포의 신생 및 비 신생 고기 QPI를 사용 하 여 설명 합니다. 여러 세포 매개 변수는이 메서드에서 통합, 높은 처리량, 확산 속도, 시간, 마이그레이션 똑 바 름, 운동 속도, 마이그레이션, 및 운동 성을 두 배로, 셀 볼륨, 셀 간격, 셀 영역을 포함 하 여 동시에 분석 되었습니다 했습니다.
셀 형태학 및 세포 행동을 평가 하는 기존의 분석 실험에 비해,이 방법은 뿐만 아니라 저장 시간과 노동, 하지만 또한 더 정확 하 고 자세한 정보를 제공 합니다. 예를 들어 (내부 셀 인큐베이터) QPI 시스템의 위치 주변 환경 (실내 온도 분위기)23에 촬영 하는 등 환경 변화에서 소요를 감소 시킨다. 또한, 광학 셀 두께 볼륨, 위상 변화에서 변환 수으로 얻을 수 QPI, 반면만 셀 영역 전통적인 세포 이미징 프로세스에 의해 측정 됩니다. QPI의이 기능은 다른 셀 고기의 양적 비교에 대 한 자세한 정보를 생성합니다.
관심사의 세포의 적절 한 시드 밀도 현재 방법에 중요 합니다. 영상 수집 단계 셀이 일관 된 QPI 기술 그 수집 이미징만 수행할 수 1 포커스 패널, z에 일부 정보를 잃을 수 있습니다의 제한으로 인해 confluent 단층 보다 작을 것으로 예상 된다 방향 (즉, 중첩된 셀). 또한, characterizations QPI를 사용 하는 세포 외 매트릭스에서 z 방향에서 셀 침공에 대 한 최적의 2D 형식으로 제한 됩니다. 미래 QPI 방법론 개발을 위한 여러 개의 미리 설정 된 초점 길이 필요 합니다.
셀 계산, QPI 이미징 또한 제공 합니다 유익한 이미지를 추가 라벨21,,2324없이 세포 유사 분열을 공부. 세포 분열 셀 영역 및 볼륨의 확실 한 감소에 의해 쉽게 인식 되었다, 하는 동안 능력을 객관적으로 그리고 양적 정의 하 고 단일 셀에 대 한 세포 주기 단계 차별화 아직 설정할 수 있다. 이 기능은 셀 줄기 세포 분화, 약물 반응 및 세포 주기 검거에 대 한 분석에 관하여 연구를 용이 하 게 크게 것 이다.
양적, 레이블, 자유롭고 사용 하기 쉬운의 장점으로 인해이 방법 또한 유용한 임상 응용25,26,,2728,29,30 있을 수 있습니다. . 예를 들어이 시스템 인간의 종양에 휴면 하 고 활성 셀을 포함 하 여 다른 유형의 세포 인구의 특성에 이용 될 수 있습니다. 휴면 및 활성 암 세포 간의 특징이 셀 형태학 및 행동 차이 기본 인간 암에 있는 종양 휴면 하는 분자 메커니즘을 해독 잠재적으로 사용할 수 있습니다.
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Disclosures
관심 없음 충돌 선언.
Acknowledgments
저자는 유방암 연구 재단 및 고급 의료 연구 재단의 지원을 인정 하는 기꺼이.
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
T75 flask | Corning, NY, USA | 353136 | |
6-well plates | Corning, NY, USA | 3506 | |
Dulbecco’s modified Eagle medium (DMEM) | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | 11965092 | |
Fetal bovine serum (FBS) | Atlanta Biologicals, GA, USA | S11550 | |
Penicillin Streptomycin | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | 15140122 | |
Phosphate buffered saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | 10010023 | |
Beckman Z1 Coulter counter | Beckman Coulter, IN, USA | Z1 | |
HoloMonitor M4 | Phase Holographic Imaging Phi AB, Lund, Sweden | M4 | Microscope |
Hololid | Phase Holographic Imaging Phi AB, Lund, Sweden | PHI 8020 | |
HStudioM4 | Phase Holographic Imaging Phi AB, Lund, Sweden | HStudioM4 | Software |
References
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