Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Cancer Research

توصيف آثار مثبطات Migrastatic على غزو الورم 3D Spheroid من قبل عالية الدقة المجهرية البؤرية

doi: 10.3791/60273 Published: September 16, 2019

Summary

تتميز آثار مثبطات الميغراستاتيك على هجرة الخلايا السرطانية في اختبار الغزو ثلاثي الأبعاد (ثلاثي الأبعاد) باستخدام مثبطات الأسيتيليلاز الهيستون (HDAC) بالفحص المجهري البؤري عالي الدقة.

Abstract

ويتزايد الاستناد إلى اكتشاف المخدرات وتطويرها في بحوث السرطان على شاشات المخدرات في شكل ثلاثي الأبعاد. ويجري اكتشاف مثبطات جديدة تستهدف إمكانات الخلايا السرطانية المهاجرة والغازية، وبالتالي الانتشار النقيلي للمرض، وتعتبر علاجات تكميلية في أنواع السرطان الشديدة التوغل مثل الأورام الدبقية. وبالتالي، فإن توليد البيانات التي تمكن من إجراء تحليلات مفصلة للخلايا في بيئة ثلاثية الجوانب بعد إضافة دواء مطلوب. المنهجية الموصوفة هنا، التي تجمع بين اختبار غزو البشيرويد والتقاط الصور عالية الدقة وتحليل البيانات عن طريق الفحص المجهري المسح الضوئي بالليزر (CLSM)، مكنت من توصيف مفصل لآثار مثبطات مكافحة الهجرة المحتملة MI-192 على خلايا الورم الدبقي. تم إنشاء Spheroids من خطوط الخلايا لتجارب الغزو في لوحات 96 جيدا الالتزام منخفضة ومن ثم أعدت لتحليل CLSM. وقد تم تفضيل سير العمل الموصوف على تقنيات أخرى شائعة الاستخدام لتوليد السفيرويد بسبب سهولة واستنساخ. هذا، جنبا إلى جنب مع دقة الصورة المحسنة التي تم تحقيقها عن طريق الفحص المجهري البؤري مقارنة مع النهج التقليدية واسعة المجال، سمح بتحديد وتحليل التغيرات المورفولوجية المتميزة في الخلايا المهاجرة في بيئة ثلاثية الأبعاد بعد العلاج مع المخدرات mi-192 mi.

Introduction

ويتزايد تفضيل التكنولوجيات الثلاثية الأبعاد لاكتشاف المخدرات قبل السريرية وتطوير أدوية السرطان المحتملة على شاشات الأدوية التقليدية؛ وبالتالي، هناك المزيد من التنمية من migrastatic - الهجرة ومنع الغزو - المخدرات. الأساس المنطقي وراء هذه التطورات في علاج السرطان واضحة: 3D sheroid الاختبارات تمثل نهجا أكثر واقعية لفحص الأدوية المضادة للسرطان المحتملة لأنها تحاكي الهندسة المعمارية الورم 3D أكثر إخلاصا من الثقافات الخلية أحادية الطبقة، تلخيص التفاعلات بين المخدرات والورم (الحركية) بشكل أكثر دقة، والسماح بتوصيف نشاط الدواء في بيئة ذات صلة الورم. وبالإضافة إلى ذلك، فإن ارتفاع مقاومة الأدوية السامة للسموم الكيميائية في العديد من أنواع السرطان وارتفاع معدلات الوفيات بين مرضى السرطان بسبب الانبثاث القوى من خلال قدرة الخلايا السرطانية على الهجرة إلى مواقع الورم البعيدة يدعم إدراج عوامل العلاج الكيميائي استهداف إمكانات الهجرة من الخلايا السرطانية كعلاج مساعد في تجارب السرطان السريرية في المستقبل1. وهذا هو الحال بشكل خاص في السرطانات الغازية للغاية، مثل الأورام الدبقية عالية الجودة (GBM). تشمل إدارة GBM الجراحة والعلاج الإشعاعي والعلاج الكيميائي. ومع ذلك، حتى مع الجمع بين العلاج، فإن معظم المرضى الانتكاس في غضون 1 سنة من التشخيص الأولي مع البقاء على قيد الحياة متوسط من 11-15 شهرا2،3. وقد أحرز تقدم كبير في مجال التكنولوجيا 3D على مدى السنوات القليلة الماضية: نظم دوارة، وهياكل مجهقلة والسقالات 3D، ويجري تحسين الاختبارات الفردية الأخرى باستمرار للسماح بإجراء اختبارات روتينية على نطاق واسع 5و6و7. ومع ذلك، يجب تحليل النتائج التي تم الحصول عليها من هذه الاختبارات بطريقة مجدية لأن تفسير البيانات غالباً ما يعوقه محاولات تحليل البيانات التي تم إنشاؤها ثلاثية الأبعاد مع أنظمة تحليل الصور ثلاثية الأبعاد.

وعلى الرغم من أن معظم النظم الواسعة النطاق لا تزال محدودة بموجب القرارعلى الرغم من أنها أفضل من حيث سرعة الحصول على الصور وانخفاض سمية الصورة. وهكذا، وبصرف النظر عن البيانات قراءة الخروج المتعلقة بفعالية المخدرات، والآثار التفصيلية للعمل المخدرات على الهياكل الخلوية 3D من الخلايا المهاجرة تضيع حتما إذا تم تصويرها باستخدام نظام واسع المجال. وعلى العكس من ذلك، يلتقط الفحص المجهري للمسح الضوئي بالليزر (CLSM) صورًا عالية الجودة ومقطعة بصريًا يمكن إعادة بنائها وتقديمها في مرحلة ما بعد الاكتساب ثلاثية الأبعاد باستخدام برامج الكمبيوتر. وهكذا، فإن CLSM ينطبق بسهولة على الهياكل الخلوية ثلاثية الأبعاد المعقدة التصويرية، مما يتيح التحقيق في آثار مثبطات مضادة للميثاستاتيك على الهياكل ثلاثية الأبعاد والتحليلات المتعمقة لآليات هجرة الخلايا. ومما لا شك فيه أن هذا سيوجه تطوير العقاقير الميجراستاتيكية في المستقبل. هنا، يتم وصف سير العمل مجتمعة من جيل spheroid، والعلاج من المخدرات، بروتوكول تلطيخ، والتوصيف عن طريق الفحص المجهري البؤري عالية الدقة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. توليد من Spheroids الخلية

اليوم الأول

  1. إعداد وسط الثقافة القياسية كما هو مطلوب من قبل خط الخلية قيد التحقيق.
  2. تنفيذ جميع الخطوات المرتبطة بزراعة الأنسجة في غطاء محرك السيارة زراعة الأنسجة باستخدام تقنيات المناولة المعقمة.
  3. التجرب وحساب الخلايا السرطانية. استخدام 20 مل من تعليق الخلية لكل لوحة. الحفاظ على تعليق الخلية في أنابيب عالمية معقمة وصفت بوضوح.
  4. إضافة عدد محدد مسبقا من الخلايا إلى كل بئر. كل من العدد الأولي للخلايا وحجم spheroid النهائي المطلوبة يعتمد على معدل انتشار خط الخلية التي يجري التحقيق فيها.
    ملاحظة: لخطوط الخلايا الدبقية الراسخة مثل U251 و KNS4210،5 × 103 خلايا / مل سوف تنتج spheroid مرئية مجهرية (200 أو 800 م) بعد 4 أيام من الحضانة.
  5. إعادة تعليق الخلايا في أنابيب عالمية عن طريق انعكاس لطيف لتجنب تكتل الخلايا. ماصة 200 درجة مئوية من تعليق الخلية في كل بئر من لوحة 96 جيدا. إذا لم تكن جميع الآبار مطلوبة، فمن المستحسن إضافة 200 ميكرولتر من 1X PBS إلى كل بئر فارغة لتجنب التبخر.
  6. حضانة الخلايا في حاضنة طبيعية عند 37 درجة مئوية.
    ملاحظة: خطوط الخلايا مثل خطوط الخلايا السرطانية الورم الدبقي سوف تشكل spheroids في غضون 24 ح. السماح للهندسة الخلوية 3D لتشكيل عن طريق احتضان spheroid لمدة 72 ساعة.

اليوم الثاني

  1. فحص الخلايا عن طريق الفحص المجهري مشرق الميدان بعد 24 ح. اعتمادا على خط الخلية، قد تكون الخلايا قد شكلت spheroid يمكن الكشف عنها في الجزء السفلي من البئر.
    ملاحظة: خطوط الخلايا السرطانية السرطانية الراسخة تشكل بسهولة النفيض في غضون 24 ساعة.

2. الكولاجين غزو ة

اليوم الثالث

  1. ضع الكولاجين، 5X ثقافة المتوسطة، 1 M هيدروكسيد الصوديوم، وأنبوب واحد 20 مل على الجليد.
  2. إضافة بعناية وببطء 10.4 مل من الكولاجين البارد في أنبوب الثقافة المبردة. تجنب فقاعات. هذه الكمية من الكولاجين كافية للوحة واحدة 96 جيدا. الترقية ممكن، ولكن من المستحسن أن يتم إعداد أنبوب واحد 20 مل لكل لوحة في وقت واحد.
  3. إضافة بلطف 1.52 مل من الباردة معقمة 5X وسط الثقافة. تجنب فقاعات.
  4. قبل الاستخدام مباشرة، أضف بلطف 72 ميكرولتر من هيدروكسيد الباردة 1 M هيدروكسيد الصوديوم. الحفاظ على الحل على الجليد.
  5. يُمزج بلطف عن طريق الأنابيب. تجنب فقاعات. خلط فعال يؤدي إلى تغيير اللون (من الأحمر إلى البرتقالي والأحمر (درجة الحموضة 7.4) في المتوسط. يُترك المزيج على الثلج حتى يُترك.
  6. خطوة حاسمة: إزالة 190 درجة مئوية من supernatant من لوحة 96 جيدا أعدت في اليوم 1. كن حذرا جدا لا يزعج spheroids التي شكلت في الجزء السفلي من البئر. استخدام ماصة في زاوية نحو الجانب، وليس مركز، من البئر.
  7. إضافة بلطف 100 درجة مئوية من مزيج الكولاجين إلى كل بئر. لمنع أي اضطراب spheroid، ماصة مزيج أسفل الجانب من البئر. تجنب فقاعات. الحفاظ على أي مزيج الكولاجين المتبقية في أنبوب 20 مل في درجة حرارة الغرفة لتقييم البلمرة.
  8. طبق الحضانة في الحاضنة لمدة 10 دقائق على الأقل للسماح للكولاجين للبلمرة. كمبدأ توجيهي، إذا تم تعيين الكولاجين المتبقي، لتصبح شبه صلبة والإسفنج مثل، وspheroids على استعداد لعلاجمع المانع.
  9. إضافة الأدوية أو مثبطات في تركيز 2X إلى وسط الثقافة. إضافة المتوسطة بلطف إلى كل بئر (100 درجة مئوية لكل بئر). مرة أخرى، ماصة المتوسطة أسفل جانب البئر لتجنب اضطراب spheroid.
  10. مراقبة وصورة كل spheroid عن طريق المجهرية حقل مشرق في بعض الأحيان T = 0 ساعة، 24 ح، 48 ح، و 72 ح لتقييم نشاط المخدرات. ثم اعادة اللوحة الى الحاضنة.
    ملاحظة: اعتمادا على السلوك الغازية من خط الخلية، يمكن ملاحظة الهجرة بعيدا عن جوهر spheroid الأصلي من 24 ساعة فصاعدا.

3. إعداد الكولاجين جزءا لا يتجزأ من Spheroids والخلايا المهاجرة للميكروسكوب البؤري

  1. ضع اللوحة في غطاء محرك السيارة ثقافة الأنسجة وإزالة بلطف supernatant (200 درجة مئوية). مرة أخرى، والحرص على عدم إزعاج spheroid وتجنب لمس الكولاجين، وهذا قد تتداخل مع المكونات الكولاجين.
  2. استبدال supernatant مع 100 درجة مئوية من 1X PBS. كرر هذه الخطوة غسل 3x.
  3. إزالة الغسيل النهائي واستبدال مع 4٪ الفورمالديهايد في 1X PBS (100 درجة مئوية لكل بئر).
    تحذير: الفورمالديهايد هو مسرطن محتمل. التعامل مع الرعاية وفقا للمبادئ التوجيهية للصحة والسلامة.
  4. ضع طبق 96 بئر على مقعد المختبر، وتغطية مع احباط، وترك لمدة 24 ساعة في درجة حرارة الغرفة.
  5. إزالة الفورمالديهايد بعناية واستبدالها 1X PBS. كرر هذا 1X PBS غسل 3X.
  6. إعداد 0.1٪ تريتون X-100 في 1X PBS. قم بإزالة غسل PBS 1x واستبداله بـ 100 ميكرولتر من حل تريتون X-100. الحضانة لمدة 30 دقيقة في درجة حرارة الغرفة. في هذه الأثناء، إعداد حل حجب مع 1X PBS و 0.05٪ مسحوق الحليب منزوع الدسم وتخلط جيدا.
  7. إزالة تريتون X-100 وغسل 3X مع 1X PBS. إضافة 100 درجة مئوية من حل حظر لكل بئر وحضانة لمدة 15 دقيقة.
  8. تمييع الأجسام المضادة الأساسية المطلوبة في حظر المخزن المؤقت عند التركيز المحدد مسبقاً. هنا، استخدم الأجسام المضادة للماوس IgG الأسيتيلاتيتوبين (1:100).
  9. الطرد المركزي الأساسية المضادة حجب الجسم العازلة مزيج لمدة 5 دقائق في 15,682 × ز. قم بإزالة محلول الحظر بعناية وأضف الـ supernatant (25-50 درجة مئوية) إلى كل بئر. الحضانة في الظلام في درجة حرارة الغرفة لمدة 1 ساعة.
  10. إزالة محلول الأجسام المضادة وغسل 3X مع 1X PBS (100 درجة مئوية لكل بئر).
  11. تخفيف الأجسام المضادة الثانوية في المخزن المؤقت حظر في التركيز الموصى بها أو المحددة مسبقا بالإضافة إلى أي بقع الفلورسنت إضافية. هنا، استخدم 1:500 مضاد للماوس فلوروفور-488 جسم مضاد مترافق، phalloidin-594 (1:500) لتلطيخ الأكتين، ووصمة الحمض النووي (DAPI).
  12. مرة أخرى، الطرد المركزي حل الأجسام المضادة الثانوية لمدة 5 دقائق في 13،000 دورة في الدقيقة.
  13. قم بإزالة محلول الحظر من كل بئر وأضف 25-50 درجة مئوية من مزيج الأجسام المضادة الثانوية/الفيلويدين/DAPI. الحضانة في الظلام لمدة 1.5 ساعة في درجة حرارة الغرفة.
  14. إزالة الثانوية المضادة للجسم صبغ الحل وغسل 3X مع 1X PBS (100 درجة مئوية لكل بئر).
  15. رفع بعناية المقابس الكولاجين الفردية عن طريق شفط مع ماصة بلاستيكية (200 درجة مئوية) على وسط شريحة زجاجية عاديعالية الجودة.
  16. إضافة قطرة واحدة من جبل مناسبة إلى قابس الكولاجين، وضمان تغطية المكونات تماما. تجنب فقاعات.
  17. تطبيق غطاء من سمك الأمثل لهدف المجهر التي سيتم استخدامها للتصوير والسماح لتعيين بين عشية وضحاها. تخزين الشرائح في درجة حرارة الغرفة في الظلام.

4. مجهريال الفلورة

  1. التقاط الصور الفلورية باستخدام المجهر البؤري المناسب.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تعمل تقنية spheroid ثلاثية الأبعاد على تعزيز فهم التفاعلات بين المخدرات والورم لأنها أكثر تمثيلاً للبيئة الخاصة بالسرطان. ويمكن تحقيق جيل من spheroids في عدة طرق. تم استخدام لوحات 96 جيدا منخفضة في هذا البروتوكول. بعد اختبار العديد من المنتجات من مختلف الشركات المصنعة، تم اختيار لوحات المستخدمة هنا لأنها أداء باستمرار أفضل من حيث إنتاج spheroid ناجحة والتوحيد. خطوة استبدال, حيث يتم استبدال وسيط النمو مع مصفوفة الكولاجين, هو نقطة حرجة من البروتوكول; يجب توخي الحذر الشديد لإزالة معظم المتوسطة دون إزعاج spheroid نفسها. يمكن النظر في التصوير الآلي لتوصيف الآثار الناجمة عن المخدرات عن طريق الفحص المجهري الواسع النطاق لإزالة أي تحيز في التعامل مع المعالجات، ولكن الأدوات المتاحة تجاريا ً حالياً لا تزال أغلى بكثير من نُهُج التصوير المبينة هنا.

يسمح الفحص المجهري الواسع النطاق لفحص تأثير نشاط المخدرات على هجرة الخلايا والغزو. ومع ذلك، فإن القرار الذي تم التوصل إليه من الفحص المجهري الواسع النطاق ليس جيدا بما فيه الكفاية للسماح بتفسير مفصل للنتائج فيما يتعلق بتأثير المخدرات على مورفولوجيا الخلايا(الشكل 1). هنا، يتم وصف إعداد spheroids الورم الدبقي والخلايا المهاجرة من خلال بروتوكولات تلطيخ قابلة للاستنساخ بسهولة، تليها التصوير باستخدام المجهر البؤري. من تحليل صورة الفحص المجهري الواسع النطاق، كان من الواضح أن تغييرات مورفولوجية مختلفة قد حدثت في خلايا الورم الدبقي بعد العلاج بمثبط MI-192، ولكن لم تكن هناك تفاصيل محددة بوضوح. وقد أكدت الفحص المجهري البؤري النتائج الأولية، وسمحت هذه الصور ذات الدقة الأعلى بتقييم تأثير MI-192 إلى أبعد من ذلك. أصبحت الاختلافات الكبيرة بين spheroids (التحكم) غير المعالجة ، والخلايا المهاجرة (الشكل 2)، وspheroids المعالجة والخلايا (الشكل 3) واضحة. في حين أن خط الخلايا الدبقي الكبار U251 يبدو أن يهاجر في 'المسامير'، يشع بعيدا عن الأساسية spheroid الأصلي مع خلايا واحدة فصل، اعتمد خط خلية الأطفال KNS42 نمط الهجرة مثل ورقة مع عدد قليل من المسامير خلية متميزة. في السابق، لوحظت أنماط هجرة مختلفة بين خطوط الخلايا المختلفة (هنا خط الخلايا الدبقي ة البالغ U251 وخط خلية الأطفال KNS42)، مما يعكس نوع الخلية التي نشأت منها وموقع عزل الورم. وبشكل حاسم، تم الكشف عن زيادة في التبولين الأسيتيل مع زيادة تركيز المثبطات (من 0.1-10 ميكرومتر)، ليس فقط في الخلايا المهاجرة، ولكن أيضا في الخلايا المرتبطة بspheroid. ولم يكن ذلك واضحا في الفحص المجهري الأولي الواسع المجال الذي تم الحصول عليه. ومن شأن المزيد من التصوير أن يسمح أيضا التحليل الكمي لمستويات التعبير البروتينكاستجابة خلوية للعلاج مع مثبطات migrastatic.

في هذه الدراسة، ثبت أن الخلايا تغيرت من الناحية الشكلية استجابة للعلاج. أصبح تقريب الخلايا واضحا مع زيادة تركيزات المثبطات وموت الخلايا في أعلى تركيز مثبط (10 درجة مئوية)، مع التجزؤ النووي واضح في خلايا U251 وmicrotubules المنهارة والتجزؤ النووي في KNS42. وتتماشى هذه النتائج مع الملاحظات السابقة التي مفادها أن النشاط المناهض للهجرة من MI-192 على خطوط الخلايا الدبقية يعتمد على التركيز13و14. يتم تصوير سير العمل الكلي للبروتوكول في الشكل 4.

Figure 1
الشكل 1: غزو الخلايا السفيرويدية إلى الكولاجين الذي يصوره الفحص المجهري الواسع النطاق. وتظهر الصور التمثيلية لخطوط الخلية U251 وKNS42 بعد العلاج مع مثبط MI-192 في تركيز مضاد للهجرة من 1 μM وعلى فترات 24 ساعة. كما يظهر spheroid التحكم مع عدم وجود علاج. يتم الكشف عن الآثار المحتملة المضادة أو المؤيدة للهجرة كما هو موضح (الأسهم). هذا هو ملحوظ بشكل خاص في KNS42 مع ما يبدو أي هجرة في السيطرة أو spheroids المعالجة. تم التقاط جميع الصور في 4X. شريط المقياس = 000 1 م. شريط مقياس في الصور الموسعة لSF188 = 200 ميكرومتر، KNS42 = 1000 متر.

Figure 2
الشكل 2: تأثير مثبط mi-192 على خط الخلايا الدبقية U251 الذي كشف عنه الفحص المجهري البؤري. تعرض الـ spheroids والخلايا المهاجرة ذات الورم الدبقي الثابت والملون الأنماط الظاهرية المتميزة. وتظهر الخلايا المهاجرة القريبة من حواف spheroid الأصلي. تتميز الspheroids الخلية U251 من المسامير يشع بعيدا عن spheroid الأصلي مع زيادة التقريب الخلية في الخلايا واضحة مع زيادة تركيز المانع (السهم يشير إلى ارتفاع الخلية). شريط مقياس = 10 ميكرومتر. التسميات: الأحمر = أكتين، الأخضر = أسيتيلاتين أسيتيل، الأزرق = DAPI. لكل صورة، تم التقاط مقطع بصري تمثيلي واحد مع جميع الإعدادات مع كل من التقاط الصور قبل وبعد الحفاظ عليها لأغراض المقارنة. وقد تمت معالجة جميع الصور في وقت لاحق. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: تأثير مثبط mi-192 المثبط الميغراستاتيكي على خط الخلايا الدبقيKN42 الذي كشفت عنه الفحص المجهري البؤري. تتميز عملية ترحيل KNS42 بنتوءات تشبه الورقمع المسامير في خلية واحدة (يشير السهم إلى ورقة الخلية). في أدنى تركيز مثبط يبدو أن هذا النمط الظاهري واضح ولكن يتم فقدانه مع زيادة تركيز المثبطات (شريط مقياس = 10 ميكرومتر)؛ التسميات: الأحمر = الأكتين، الأخضر = أسيتيل توبولين، الأزرق = DAPI. لكل صورة تم التقاط مقطع بصري تمثيلي واحد، مع الحفاظ على جميع الإعدادات مع التقاط الصور قبل وبعد لأغراض المقارنة. وقد تمت معالجة جميع الصور في وقت لاحق. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: موجز سير العمل. أدرجت في هذا سير العمل هو توليد spheroids، وتضمين في الكولاجين، والعلاج من المخدرات، وتحديد، وتلطيخ، والتصوير عن طريق الفحص المجهري البؤري. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

يتم وصف طريقة جديدة لخلق spheroids الخلايا السرطانية لتحديد نشاط المخدرات migrastatic باستخدام الفحص المجهري البؤري عالية الدقة. وقد سهل استخدام لوحات منخفضة الالتزام على تقنيات أخرى، مثل قطرات شنقا15،وسيلة لتوليد spheroids قابلة للاستنساخ وموحدة لاستخدامها في هجرة الكولاجين وتجارب الغزو. النقاط الحرجة في هذا البروتوكول هي إزالة متوسط النمو من لوحة 96 جيدا قبل دمج spheroid الخلية في مصفوفة الكولاجين والتعامل الدقيق مع المقابس الكولاجين التي تحتوي على spheroids بعد ذلك. وتتوافر الآن تكنولوجيات جديدة مثل السوائل الدقيقةالرقمية 16، ورغم أنها أكثر تكلفة، يمكن أن توفر بديلا للإزالة اليدوية لوسائط الإعلام والسوائل. الحد الرئيسي للبروتوكول الموصوف هو أنه يستغرق وقتا طويلا عندما يتم تصوير spheroids واحدة ومن ثم تحليلها يدويا عن طريق المجهرية حقل مشرق من أجل تقييم نشاط المخدرات المانع. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الكواشف اللازمة لجميع خطوات العملية باهظة الثمن، كما أن هناك حاجة إلى معدات متخصصة، وهي مجهر بؤري عالي الاستبانة. يجب أيضاً تحديد أرقام الخلايا المثلى اللازمة للبذر والوقت الذي يستغرقه الحصول على spheroid الخلية من الحجم المطلوب مسبقاً قبل بدء اختبار غزو الكولاجين.

ويعتمد تطوير العقاقير التي تستهدف الخلايا السرطانية، وفحص العقاقير على نطاق واسع، وتوصيف نشاط المخدرات لتعديل المخدرات وتحسينها، بشكل متزايد على الاختبارات والتكنولوجيا في الخلايا ثلاثية الجوانب. ويمكن تحسين هذا البروتوكول وتكييفه للاستخدام مع الاختبارات التجريبية الأخرى والعديد من أنواع الخلايا الأخرى ذات الأهمية في نظم الأمراض الأخرى. وحتى الآن، أعيق تفسير البيانات المتولدة مجهريًا من خلال تطبيق الفحص المجهري الواسع النطاق، مع الحصول على صور ذات استبانة محدودة ومليئة بطمس الصورة المتأصل الناتج عن الضوء الناشئ خارج منطقة مستوى التركيز. تم الحصول على الصور المجهرية واسعة المجال المعروضة هنا يدويا باستخدام نظام التصوير EVOS، وهي عملية تستغرق وقتا طويلا ويمكن أن تحدث التحيز معالج. التكنولوجيات الجديدة، بما في ذلك محطات العمل الآلية ومنصات التحليل17و18،متاحة الآن ولكنها لا تزال مكلفة، وبالتالي لا تزال غير متاحة للعديد من مختبرات البحوث. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تساعد المزيد من التطورات البرمجيات في تحليل الصور عالية الدقة 3D المقدمة لتحديد بدقة التغيرات الفينوتية مثل تلك المشار إليها هنا، وبالتالي فعالية مثبطات على هجرة الخلايا. وعلاوة على ذلك، فإن تطبيق تقنيات التصوير الفلوري فائقة الدقة التي أصبحت على نحو متزايد القياسية في العديد من مختبرات البحوث سوف توفر المزيد من البصيرة في سلوك الهجرة ومورفولوجيا الخلايا التي نمت في spheroid 3D الهياكل ومعالجتها مع الأدوية المثبطة.

وقد ثبت أنه من الممكن لإصلاح ووصمة عار spheroids، بعد العلاج مع مثبطات migrastatic، عندما جزءا لا يتجزأ من الكولاجين. كان من السهل تنفيذ هذه الطريقة، مع جميع الخطوات التي اكتملت في لوحات 96 جيدا، تليها تركيب المقابس الكولاجين التي تحتوي على spheroids على coverlips للتصوير. في تقييم تأثير نشاط المثبط على مورفولوجيا الخلايا السرطانية ، تم استخدام الفحص المجهري البؤري لتوضيح نشاط الدواء. وقد تأكدت النتائج الأولية بشأن التأثير المضاد للهجرة للمثبط MI-192 من الصور المنخفضة الاستبانة عن طريق الفحص المجهري البؤري عالي الاستبانة. يستهدف هذا المثبط خاصة deacetylase الهيستون 3 (HDAC3). مركبات التنمية البشرية هي إنزيمات تشارك في التنظيم الجيني للتعبير الجيني، وقد كانت في الآونة الأخيرة ذات أهمية متزايدة كأهداف محتملة في تطوير أدوية السرطان. وقد أظهرت التجارب السابقة مع MI-192 أنه، في تركيزات منخفضة، فإنه ينظم أسيتيل من توبولين، مما يؤدي إلى الضجيج وتثبيت microtubules. الأنابيب الدقيقة المستقرة أقل دينامية، مع تأثير محتمل على أنشطة الهجرة من الخلايا. وتم التأكد من أن التأثير الذي لوحظ كان موجوداً في كل من خطوط الخلايا الدبقية التمثيلية للأطفال والبالغين. تم الكشف عن زيادة تعتمد على التركيز في حالة أسيتيل الحوض من كل من خطوط الخلايا الدبقية، وهي النتيجة التي لها آثار على الاختيار الأولي للمرضى عند النظر في العلاج التكميلي مع الأدوية الميغراستاتيكية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

ويعلن صاحبا البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.

Acknowledgments

نود أن نشكر البروفيسور كريس جونز على مساهمته بخط الهاتف KNS42. وZEiss LSM880 المجهر البؤري مع AiryScan المستخدمة في هذا العمل هو جزء من مشروع هادرسفيلد للابتكار والحضانة (HIIP) الممولة من خلال اتفاق النمو شراكة المشاريع منطقة مدينة ليدز (LEP). الائتمان لصورة المجهر الشكل 3: كارل زايس مجهرية GmbH، microscopy@zeiss.com.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Collagen I, rat tail, 100 mg Corning 354236 for glioma invasion assay; this is offered by many distributors/manufacturers and will need to be determined for both the type of assay intended and cell lines used. For glioma cancer cell lines Collagen rat tail type 1 (e.g. Corning) is the preferred choice. Collagen should be stored at 4 °C, in the dark, until required. It is not advisable to mix collagen from different batches as this may affect the consistency of the polymerized collagen.   
Coverslips various various for microscopy imaging
DMEM powder Sigma D5648 needed at 5x concentration for collagen solution for glioma invasion assay;  this may be purchased in powdered form, made up in double distilled water and, depending upon final composition of the growth medium, completed with any additives required. The complete 5x solution should be filtered through a syringe filter system (0.22 μm) before use.
Foetal calf serum Sigma F7524-500ML needed for cell culture of glioma cell lines
Glass slides various various for microscopy imaging
High glucose DMEM Gibco 41965062 needed for cell culture of glioma cell lines
Inhibitor Tocris various various - according to experimental design; inhibitors can be purchased from manufacturers such as Selleckchem and Tocris. These manufacturers offer detailed description of inhibitor characteristics, links to associated references and suggestion of working concentrations. As with all inhibitors, they may be potentially toxic and should be handled according to health and safety guidelines. Inhibitors are prepared as stock solutions as recommended by the manufacturer. As an example we used the migrastatic inhibitor MI-192 to demonstrate the use of such inhibitors. We have tested a range of migrastatic inhibitors in this way with comparable results.
Mountant various various for microscopic imaging
NaOH (1 M) various  various NaOH can be either purchased at the required molarity or prepared from solid form. The prepared solution should be filter sterilized using a syringe filter system. One M NaOH is corrosive and care should be taken during solution preparation.
Paraformaldehyde  various various for fixing spheroids and cells; make up at 4%, caution health hazard, ensure that health and safety regulations are adhered to for collagen solution for invasion assay
Pastettes (graduated pipette, 3 mL) various various for invasion assay, solution removal
PBS, sterile for tissue culture Sigma D1408-500ML   needed for cell culture of glioma cell lines and washes for staining
Pen/strep (antibiotics) Sigma P4333 needed for cell culture of glioma cell lines
Primary antibody, secondary antibody, DAPI, Phalloidin various various there are many manufacturers for these reagents, for secondary labelled antibodies we recommend Alexa Fluor (Molecular Probes). Here we used for primary antibodies mouse anti-acetylated tubulin antibody (1/100, Abcam). For secondary antibodies we used 1/500 anti-mouse Alexa Fluor 488 conjugated antibody, Molecular Probes. For nuclear stain we used DAPI (many manufacturers) and the actin stain Phalloidin (many manufacturers) both used at recommended dilution of 1/500.
Sodium bicarbonate Sigma S5761 needed for collagen solution for glioma invasion assay at 5x concentration
Sodium pyruvate Sigma P5280 needed for collagen solution for glioma invasion assay at 5x concentration
Trypsin Sigma T4049 for trypsinisation
Ultra low attachment plates Sigma/Nunc CLS7007-24EA for glioma invasion assay; a low adherent plate is required, with 96-well plates preferred to allow for large-scale screening of compounds under investigation. There are several low adherence plates commercially available; it is advisable to test a variety of plates for optimum spheroid generation. In our experience Costar Ultra Low Cluster with lid, round bottom, works best for the generation of spheroids from glioma cancer cells in terms of 100% spheroid formation and reproducibility. These plates were also successfully used for the generation of glioma spheroids from patient-derived material, bladder and ovarian cancer cells in our laboratory. In addition, stem or progenitor neurospheres can be used in these plates to facilitate the generation of standardized neurosphere-spheroids
Stripettes (serological pipettes, sterile, 5 mL and 10 mL) various e.g. Costar CLS4488-50; CLS4487-50 for tissue culture and collagen preparation
Various multichannel (50 - 250 μL) and single channel pipettes (10 μL, 50 μL, 200 μL 1 mL) various various for cell and spheroid handling
Widefield microscopy various  various for observation of spheroid generation and spheroid imaging; here wide-field fluorescence images were captured using an EVOS FL cell imaging system (Thermo Fisher Scientific)
Zeiss LSM 880 CLSM equipped with a Plan Apochromat 63x 1.4 NA oil objective Zeiss quote from manufacturer Confocal images were captured using a Zeiss LSM 880 CLSM equipped with a Plan Apochromat 63x 1.4 NA oil objective. Diode 405nm, 458/488/514 nm argon multiline and HeNe 594nm lasers were used to excite Phalloidin 594, Alexa Fluor 488, and DAPI respectively. For each image a single representative optical section were captured, with all settings, both pre- and post-image capture, maintained for comparative purposes. All images were subsequently processed using the associated Zen imaging software and Adobe Photoshop.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Gandalovičová, A., et al. Migrastatics-anti-metastatic and anti-invasion drugs: promises and challenges. Trends in Cancer. 3, (6), 391-406 (2017).
  2. Delgado-López, P. D., Corrales-García, E. M. Survival in glioblastoma: a review on the impact of treatment modalities. Clinical and Translational Oncology. 18, 1062 (2016).
  3. Foreman, P. M., et al. Oncolytic virotherapy for the treatment of malignant glioma. Neurotherapeutics. 14, 333 (2017).
  4. Rodrigues, T., et al. Emerging tumor spheroids technologies for 3D in vitro cancer modelling. Pharmacology and Therapeutics Technologies. 184, 201-211 (2018).
  5. Sirenko, O., et al. High-content assays for characterizing the viability and morphology of 3D cancer spheroid cultures. Assay and Drug Development Technologies. 13, (7), Mary Ann Liebert, Inc. (2015).
  6. Wu, Q., et al. Bionic 3D spheroids biosensor chips for high-throughput and dynamic drug screening. Biomedical Microdevices. 20, 82 (2018).
  7. Mosaad, E., Chambers, K. F., Futrega, K., Clements, J. A., Doran, M. R. The microwell-mesh: a high-throughput 3D prostate cancer spheroid and drug-testing platform. Scientific Reports. 8, 253 (2018).
  8. Jonkman, J., Brown, C. M. Any way you slice it-a comparison of confocal microscopy techniques. Journal of Biomolecular Techniques. 26, (2), 54-65 (2015).
  9. Pontén, J. Neoplastic human glia cells in culture. Human Tumor Cells in Vitro. Springer US. Boston. 175-206 (1975).
  10. Takeshita, I., et al. Characteristics of an established human glioma cell line, KNS-42. Neurologica Medico Chirurgica. 27, (7), 581-587 (1987).
  11. Bance, B., Seetharaman, S., Leduc, C., Boëda, B., Etienne-Manneville, S. Microtubule acetylation but not detyrosination promotes focal adhesion dynamics and cell migration. Journal of Cell Science. 132, (2019).
  12. Bacon, T., et al. Histone deacetylase 3 indirectly modulates tubulin acetylation. Biochemical Journal. 472, 367-377 (2015).
  13. Jackman, L., et al. Tackling infiltration in paediatric glioma using histone deacetylase inhibitors, a promising approach. Neuro-Oncology. 20, i19-i19 (2018).
  14. Bhandal, K., et al. Targeting glioma migration with the histone deacetylase inhibitor MI192. Neuro-Oncology. 19, i12-i12 (2017).
  15. Del Duca, D., Werbowetski-Ogilvie, T. E., Del Maestro, R. Spheroid preparation from hanging drops: characterization of a model of brain tumor invasion. Journal of Neuro-oncology. 67, (3), 295-303 (2004).
  16. Bender, B. F., Aijian, A. P., Garrell, R. L. Digital microfluidics for spheroid-based invasion assays. Lab on a Chip. 16, (8), 1505-1513 (2016).
  17. Vinci, M., et al. Advances in establishment and analysis of three dimensional tumor spheroid-based functional assays for target validation and drug evaluation. BMC Biology. 10, 29 (2012).
  18. Härmä, V., et al. Quantification of dynamic morphological drug responses in 3D organotypic cell cultures by automated image analysis. PLOS ONE. 9, (5), e96426 (2014).
توصيف آثار مثبطات Migrastatic على غزو الورم 3D Spheroid من قبل عالية الدقة المجهرية البؤرية
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Harmer, J., Struve, N., Brüning-Richardson, A. Characterization of the Effects of Migrastatic Inhibitors on 3D Tumor Spheroid Invasion by High-resolution Confocal Microscopy. J. Vis. Exp. (151), e60273, doi:10.3791/60273 (2019).More

Harmer, J., Struve, N., Brüning-Richardson, A. Characterization of the Effects of Migrastatic Inhibitors on 3D Tumor Spheroid Invasion by High-resolution Confocal Microscopy. J. Vis. Exp. (151), e60273, doi:10.3791/60273 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter