Summary

Crescimento anaeróbico e manutenção de linhas de células de mamíferos

Published: July 21, 2018
doi:

Summary

Aqui, descrevemos um novo método que permite o cultivo de longo prazo anaeróbico de linhagens celulares estabelecidas. O tempo máximo de sobrevivência que foi testado é 17 dias. Este método é adequado para o teste de agentes citotóxicos e explorando a fisiologia da anoxically replicação de células.

Abstract

Mais superfícies mucosas, juntamente com os pontos médios em tumores e nichos de células-tronco são áreas geográficas do corpo que são anóxica. Estudos anteriores mostram que a incubação em normoxic (5% CO2 no ar) ou hipóxia condições (baixos níveis de oxigênio) seguiram por um resultados de incubação anóxica (ausência de oxigênio livre) na viabilidade limitada (2 – 3 dias). Uma nova metodologia foi desenvolvida que permite a um cultivo celular anóxica (pelo menos 17 dias, o tempo máximo testado). O aspecto mais importante desta metodologia é garantir que não há oxigênio é introduzido no sistema. Isso é obtido, a desgaseificação de mídia e por tubos de irrigação, pratos, balões e pipetas com uma mistura de gás anaeróbio (H2, CO2, N2) seguido por permitir que os materiais para equilibrar ao ambiente anóxico (não-oxigênio) antes do uso. Cuidados adicionais devem ser exercido quando adquirir fotomicrografias para garantir que as micrografias obtidas não contêm artefatos. Na ausência de oxigênio, a morfologia celular é significativamente alterada. Dois morfotipos distintos são anotados para todas as células cultivadas anaerobicamente. A capacidade de crescer e manter pilhas mamíferas na ausência de oxigênio pode ser aplicada à análise da fisiologia celular, interações polymicrobial e a caracterização das vias biossintéticas para desenvolvimento de drogas câncer romance.

Introduction

Existem células de tumores sólidos, nichos de células-tronco e aqueles que revestem as superfícies mucosas em ambientes que experimentam níveis reduzidos de oxigênio, incluindo anóxia1,2,3,4. Em Estados fisiológicos normais, oxigenação varia além da hipóxia, anóxia (completa ausência de oxigênio)5,6. A realização que oxigênio atmosférico afeta negativamente a replicação de células de mamíferos e o crescimento de células em vitro pode ser otimizado sob condições de oxigênio empobrecido foi relatada na década de 1970. Richter et al . 7 mostrou que 1-3% dos níveis de oxigênio (hipóxia) reforçada chapeamento eficiência em comparação com o oxigênio atmosférico (20%). A expectativa de vida de célula diploide humana também é estendida na cultura hipóxica condições8.

In vivo, hipóxicos condições ocorrem quando oxigênio lojas estão esgotados (por exemplo, durante o exercício intenso), no qual a produção de ATP é alternada no músculo esquelético da respiração aeróbia de fermentação (respiração anaeróbia) com o produto final de ácido láctico9. Patologicamente, em tumores cancerosos, o interior do tumor, massa é hipóxica para anóxica devido à pobre vascularização10. O efeito da perfusão limitada no interior do tumor independente é validado pelos interiores de tumor colonizadas por anaeróbios obrigatórios1. Mecanicamente, a sobrevivência de células de tumor em hipóxia é pensada para ser unicamente dependente da expressão do gene hypoxia-inducible factor 1-alfa (HIF1-alfa), que é a resposta inicial espontânea de hipóxia4,11 , 12. HIF1-alfa é induzida em condições de hipóxicos por proteínas de choque do calor que ligam o HIF1-alfa promotor e upregulate de transcrição do gene12. Estas proteínas de choque do calor são acreditadas para ajudar na indução dos vários fenótipos visto no microambiente hipóxico do tumor. Estes fenótipos apresentam um aumento da expressão dos transportadores de glicose a membrana celular e a taxa de glicólise (o efeito Warburg)13. O resultado é um interruptor da fosforilação oxidativa mitocondrial para fermentação de lactato.

Anóxica sobrevivência também pode utilizar alternativas para glicose para apoiar o fenômeno de sobrevivência14,15. O melhor exemplo de mamíferos estudado é a toupeira, que podem sobreviver por quase 20 min sem oxigênio através de uma fermentação glicolítico orientado a frutose via14. Uma alternativa adaptação ocorre em certos peixes (por exemplo, carpa [SP.Carassius ], que pode sobreviver por significativamente mais períodos de tempo usando a glicólise com etanol como subproduto o terminal)15. Em ambos os casos, a fermentação impulsiona o metabolismo, permitindo a sobrevivência na ausência de oxigênio. A hipótese atual para sobrevivência anóxica é que tanto tempo como HIF1-alfa é ativado durante a hipóxia, respiração mitocondrial, sem a necessidade de oxigênio, ocorre sob condições anaeróbicas16. Além disso, postula-se que o uso de uma via fermentativa para sobrevivência hipóxica/anóxica aumenta sobrevivência do tumor, desde que as células evitar stress oxidativo que poderia para ser prejudicial para a célula de sobrevivência17. Este postulado é suportado por um estudo recente que mostra que em cardiomyocytes, hipóxia reduz o estresse oxidativo, colocado sobre o tumor de célula17.

Até à data, a natureza essencial de uma via fermentativa para a sobrevivência da pilha mamíferas anóxica tem sido entranhada na literatura, devido, em grande parte, a uma incapacidade de células de mamíferos de cultura na ausência completa de oxigênio por mais de 3 dias. No entanto, uma alternativa à glicólise para a sobrevivência anaeróbica ocorre em bactérias. Em certas bactérias, nitrogênio ou sulfato (entre outros compostos) pode servir como aceitadores de electrões terminal para o sistema do citocromo oxidase na ausência de oxigênio18. Embora a evolução bacteriana e eucariótica ocorreu em paralelo desde divergindo o último ancestral comum universal, estima-se que as mitocôndrias foram fornecendo energia para as células para 1,542 milhões de anos antes da oxigenação dos oceanos19 . Desde que os pesquisadores têm mostrado que as mitocôndrias isoladas podem produzir ATP na ausência de oxigênio, com nitrito como o aceitador terminal do elétron, é razoável supor que as células poderiam funcionar por períodos de tempo mais de 3 dias na ausência de oxigênio 20 , 21 , 22 , 23. a metodologia descrita neste estudo tem uma utilidade para o crescimento da pilha mamífera anaeróbico de numerosas linhas de célula.

Protocol

1. preparar a mídia para cultura anaeróbia de várias linhas de células de mamíferos Fazer o meio de PS-74656 completo para uma cultura de célula anóxica25. Faça a solução estoque de nitrito estéril (5m; x 100) dissolvendo 17,25 g de nitrito em 50 mL de água destilada deionizada e, em seguida, filtrar para esterilizá-lo. Adicionar 0,5 mL da solução estoque de nitrito por 50 mL de glicose baixa DMEM (1 g/L de glicose) com 110 mg/L de L-…

Representative Results

A força deste protocolo encontra-se em seu apoio a longevidade e o crescimento de várias linhagens celulares e o reconhecimento de que há uma alteração profunda e divergência na morfologia celular25. O elemento mais crítico deste estudo é a transferência e a manutenção das células sob anaerobiose estrita. Isto requer uma câmara anaeróbica organizada para maximizar o protocolo (Figura 1) e a garantia de que as células rem…

Discussion

Este método representa pela primeira vez células mamíferas que foram cultivadas por longos períodos de tempo na ausência de oxigênio. Baseado nas observações atuais, o crescimento anóxica capacidade através de um caminho não-fermentativa parecem ser universal entre linhas de células de mamíferos28, onde o crescimento anaeróbico resultou em divergência de fenótipo. Isto foi observado para todas as linhas celulares testadas. Com o cultivo de anaeróbio, aumentar as proporç?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Os autores agradecer o centro-oeste Universidade escritório de pesquisa e programas patrocinados pelo seu apoio.

Materials

Whitney A35 anaerobic chamber Don Whitley Scientific  Microbiology International The ability to remove the front of the chamber makes it easy to put instruments inside without concern about getting them through the portals.
CO2 incubator Fisher Scientific 3531
Tissue Culture Hood Labconco DO55735
pipet aid Drummond 4-000-100
sterile transfer pipets Santa Cruz sc-358867
50cc sterile conical centrifuge tubes DOT 451-PG
vaccum jar Nalgene 111410862889 BTA-Mall 5311-0250
DMEM high glucose (4.5 g/L) CellGro 10-017-CM
DMEM low glucose (1 g/L) CellGro 10-014-CV
FBS VWR 1500-500
HBSS VWR 20-021-CV
trypsin VWR 25-052-CI
gentamicin Gibco 15750-060
sterile pipets CellTreat 229210B, 229205B
Tissue culture flask (T75 or T150) Santa Cruz sc-200263, sc-200264
24 well tissue culture treated dishes DOT 667124
glad ziplock sandwich bags Ziploc Costco
inverted phase microscope (10, 20 40x objectives with camera mont) Nikon Eclipse TS100
trypan blue Invitrogen T10282
hemocytometer Invitrogen C10283
Countess Automated Cell Counter Life Technologies AMQAF1000
Rainin microtiter pipets Mettler Toledo Rainin Classic Pipette PR-100
microtiter tips Santa Cruz Biotechnology sc-213233 & sc-201717 
test tube rack (50cc tubes) The Lab Depot HS29050A
sodium nitrite Sigma https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigald/237213?lang=en&region=US
clear boxes with lids Rosti Mepal Rubber maid
paper towels In House
cell scraper CellTreat 229310
PBS In house prepared
70% Ethanol Fisher Scientific 64-17-5
microcentrifuge tubes sterile Santa Cruz sc-200273
biohazard bags with holder (desktop) Heathrow Scientific HS10320
Nitrile Gloves VWR 89428
oxygen electrode eDAQ EPO354
pH meter Jenway 3510
pH paper/ pHydrion Sigma Aldich Z111813

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Plotkin, B. J., Sigar, I. M., Swartzendruber, J. A., Kaminski, A. Anaerobic Growth and Maintenance of Mammalian Cell Lines. J. Vis. Exp. (137), e58049, doi:10.3791/58049 (2018).

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