Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Cancer Research

Скрининг наркотиков первичного пациента, полученных опухоли Xenografts в зебрафиш

Published: April 10, 2020 doi: 10.3791/60996

Summary

Модели ксенотранспланта зебрафиш позволяют проводить скрининг с высокой пропускной мощностью и флуоресцентную визуализацию раковых клеток человека в микроокружении in vivo. Мы разработали рабочий процесс для крупномасштабного, автоматизированного скрининга лекарственных средств на образцах лейкемии, полученных от пациента, у зебры с помощью автоматизированного флуоресцентного микроскопа, оборудованного блоком визуализации.

Abstract

Пациент производные модели ксенотрансплантата имеют решающее значение в определении того, как различные виды рака реагируют на лечение наркотиками в системе in vivo. Мыши модели являются стандартом в этой области, но зебрафиш стали альтернативной моделью с рядом преимуществ, в том числе возможность высокой пропускной способности и недорогих наркотиков скрининга. Зебрафиш также позволяют для in vivo скрининга наркотиков с большими номерами репликации, которые ранее были доступны только с системами in vitro. Возможность быстро выполнять крупномасштабные экраны наркотиков может открыть возможность для персонализированной медицины с быстрым переводом результатов обратно в клинику. Модели ксенотрансплантата зебрафиш также могут быть использованы для быстрого скрининга на действия мутаций на основе реакции опухоли на целевую терапию или для выявления новых противораковых соединений из крупных библиотек. В настоящее время основным ограничением в этой области является количественное и автоматизация процесса, с тем чтобы экраны наркотиков можно было сделать в более широком масштабе и быть менее трудоемким. Мы разработали рабочий процесс для ксенотрансплантации первичных образцов пациентов в личинки зебры и выполнения крупномасштабных экранов наркотиков с помощью флуоресцентного микроскопа оборудованный блок визуализации и автоматизированный блок сэмплер. Этот метод позволяет стандартизировать и количественно привязать область опухоли и ответ на медикаментозное лечение в большом количестве личинок зебры. В целом, этот метод является выгодным по сравнению с традиционной клеточной культуры скрининга наркотиков, как это позволяет для роста опухолевых клеток в среде in vivo на протяжении всего лечения наркотиками, и является более практичным и экономически эффективным, чем мышей для крупномасштабных in vivo наркотиков экранов.

Introduction

Xenografting первичных раковых заболеваний пациента или раковых клеток человека линий в модель организмов является широко используемым методом для изучения прогрессирования опухоли и поведения in vivo, реакция опухоли на лечение наркотиков, и взаимодействие раковых клеток с микросредой, среди других. Традиционно, клетки ксенопригватом в иммунно-компрометированных мышей, и это остается стандартом в этой области. Тем не менее, эта модельная система имеет ряд ограничений, таких как высокая стоимость, низкие цифры репликации, трудности в точной количественной опухолевой нагрузки in vivo, и длительное время, которое требуется для опухолей, чтобы привить и тестирование на наркотики, которые должны быть завершены. В последние годы, зебравый стали альтернативной модели ксенотрансплантата, с первым сообщается в 2005 году, с зеленым флуоресцентным белком (GFP) помечены человеческой меланомы клеточных линий пересажены в бластулы стадии эмбрионов1,2. Совсем недавно, 2 дня после оплодотворения (dpf) личинки зебры были использованы в качестве получателей ксенотрансплантата, чтобы обеспечить контроль анатомического расположения инъекций и для использования в высоком разрешении in vivo изображений взаимодействия опухоли с окружающей микросредой3,4.

Зебрафиш предлагает много преимуществ в качестве модели ксенотрансплантата. Во-первых, взрослых зебры можно разместить и быстро разводить в больших количествах по относительно низкой цене. Каждая пара взрослых зебр ы может производить сотни личинок рыбы в неделю. Из-за их небольшого размера, эти личинки зебры могут быть сохранены в 96-колодцев для высокой пропускной связи наркотиков скрининга. Larvae не должны быть поданы в ходе типичного эксперимента ксенотрансплантата, так как их желток-мешок обеспечивает питательные вещества для поддержания их в течение первой недели жизни. Кроме того, зебрафиш не имеют полностью функциональной иммунной системы до 7 dpf, а это означает, что они не требуют облучения или иммуносупрессивных схем до инъекции ксенотрансплантата. Наконец, оптически четкие линии зебры позволяют с высоким разрешением изображения опухолево-микроэкологических взаимодействий.

Возможно, наиболее перспективным применением зебры в качестве модели ксенотрансплантата является способность выполнять высокопроизводительный скрининг наркотиков на образцах рака человека таким образом, что это невозможно с помощью любого другого модельного организма. Larvae поглощают наркотики из воды через кожу, повышая легкость введения препарата5. Поскольку животные поддерживаются в 96-колодцах, как правило, в 100-300 л воды, экраны требуют меньших количеств наркотиков по сравнению с мышами. В настоящее время существует несколько различных методов стандартизации и количественной оценки влияния препаратов на бремя опухолей человека у зебры, некоторые из которых являются более практичными, чем другие, для масштабирования одного тестирования на наркотики для скрининга с высокой пропускной стоимостью. Например, некоторые группы разъединяют рыбу на одноклеточные суспензии и количественно флуоресцентно помечены или окрашенные опухолевые клетки путем визуализации отдельных капель подвески и количественной флуоресценции с помощью полуавтоматическогоМакро-4ImageJ . Полуавтоматический метод визуализации цельноликов был разработан, в котором личиночные рыбы были зафиксированы в 96-колодцах пластин и изображены с помощью перевернутого флуоресцентного микроскопа перед перегруппировкой композитных изображений и количественной оценкой очагов опухолевых клеток6. Оба эти анализы являются довольно трудоемкими методами количественной оценки, которая сделала действительно высокой пропускной способ скрининга наркотиков в модели ксенотрансплантата зебра непрактично.

Этот вопрос был решен в результате разработки Vertebrate Автоматизированная технология скрининга (VAST) Bioimager и большой частицы (LP) Sampler, флуоресценция микроскоп оборудованный блок визуализации и автоматизированный блок сэмплер (Рисунок 1 и таблица материалов), который является действительно автоматизированным методом для высокой пропускной записи личинки зебры7,8,9. С помощью этого устройства, рыбы под анестетом, взяты автоматически из 96-колодец пластины, расположенные в капилляре и вращается в набор ориентации на основе заданных предпочтений пользователя, изображения, а затем либо помещены обратно в тот же колодец нового 96-ну пластины для дальнейших исследований или отбрасываются. Сочетание этой технологии визуализации с зебрафиш ксенотрансплантатов может позволить возможность персонализированной медицины, которая использует высокой пропускной связи скрининга наркотиков крупных библиотек соединения наркотиков против отдельных опухолей пациента. Кенотранспланты зебрафиш также предлагают крупномасштабный и недорогой метод для проверки токсичности и эффективности новых соединений in vivo. Зебрафиш может быть использован в качестве предварительного шага скрининга, прежде чем приступить к мыши ксенотрансплантат модели.

Мы разработали обтекаемый рабочий процесс для ксенотрансплантации первичных клеток лейкемии пациента в зебрафиш и выполнения высокой пропускной записи наркотиков экраны с автоматизированной визуализации и количественной оценки, которые могут быть применены к любой другой первичной опухолевых клеток пациента или раковой линии клеток. Этот рабочий процесс использовал флуоресцентный микроскоп оборудованный блок визуализации и автоматизированный блок сэмплердля для улучшения текущих методов стандартизации и количественной оценки и предлагает автоматизированную альтернативу предыдущим, более трудоемким методам количественной оценки опухолевой массы in vivo.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Все процедуры, описанные в этом протоколе, были одобрены Институциональным комитетом по уходу и использованию животных Университета Кентукки (протокол 2015-2225). Образцы пациентов были собраны в рамках Институционального совета по обзору Университета Кентукки (протокол 44672). Все эксперименты на животных, проводимые в соответствии с этим протоколом, должны быть одобрены Комитетом по институциональному уходу и использованию животных.

1. Таяние первичного пациента Острый лимфобластный лейкоз клеток

  1. Оттепель первичных пациентов периферических клеток периферии крови (PBMCs) из замороженных запасов в 37 градусов по Цельсию водяной бане. Сразу же после того, как клетки разморозились, переносите клетки в их замораживающие носители (90% FBS и 10% диметилсульфодки (DMSO) в коническую трубку 15 мл с медленным пипеткой, избегая пузырьков воздуха. Добавьте 10 мл предварительно разогретых 37 градусов по Цельсию оттаивательных носителей (25% сыворотки крупного рогатого скота плода (FBS) в модифицированной средней «IMDM» Компании Искова (примерно 2 с 3 с на мл) к клеткам в конической трубке 15 мл.
    ПРИМЕЧАНИЕ: ПБМК были собраны из образцов крови пациента во время постановки диагноза. Буффи пальто было разделено плотности центрифугирования и клетки были промыты 2x в RPMI 1640 и 10% FBS. Клетки были подсчитаны и 107 клеток были заморожены на криовиальный в 1 мл замораживания средств массовой информации, и хранится на -80 градусов по Цельсию.
  2. Клетки центрифуги при 100 х г в течение 10 мин и аспирные носители из клеточной гранулы. Повторите добавление оттепели, центрифугация, и стремление еще раз, чтобы удалить любые остаточные DMSO.
  3. Отстегивайте клетки в 5 мл фосфатно-буферизированного сольятого раствора (PBS) и удалите 10 л для подсчета на автоматизированном счетчике клеток или гемоситометре. Добавьте 10 зл и немного синего трипана до 10 злител клеток, удаленных для подсчета. Подсчитайте количество ячеек на мл и запишите, чтобы позже рассчитать объем для повторной приостановки клеток для ксенотрансплантации (см. шаг 2.5).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Как правило, 500 клеток ксенопригируются на личиночных зебры. Например, 5 х 105 клеток необходимы для введения 1000 зебры. Выживаемость должна быть йgt;85% использовать для ксенотрансплантации. В этом эксперименте жизнеспособность клеток составила 96% после оттаивания, оцениваемых трипаном синего окрашивания.

2. Флуоресцентно маркировка клеток с DiI

  1. Центрифуга желаемого номера ячейки в 5 мл PBS на 200 х г в течение 5 мин и аспир супернатант. Пятно минимум 2 х 106 клеток в случае слипания или проблемы загрузки иглы во время инъекции.
  2. Сделать 1,1'-диокецикл-3,3,3',3',3'-тетраметилиндокарбоциана перхлората (DiI) окрашивающий раствор (5 мл PBS, содержащий 4 л на мл пятна DiI, Таблица материалов) и повторно вникать в растворе окрашивания.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Плотность клеток не должна превышать 2 х 106 клеток/мл при повторном походе в растворе окрашивания.
  3. Инкубировать клетки при 37 градусах Цельсия защищены от света в течение 20 минут, вихрь мягко, затем инкубировать клетки на льду в течение 15 минут защищены от света.
  4. Клетки центрифуги при 200 х г в течение 5 мин и аспирсупернат. Вымойте клетки с 5 мл PBS, центрифуга на 200 х г в течение 5 мин и аспир супернатант. Повторите мытье, центрифугацию и стремление еще раз.
  5. Повторное перетаскивание клеток в 1 Л ПБС на 250 000 живых клеток и передача в микроцентрифугную трубку 1,5 мл. Держите resuspended клетки на льду в темноте и немедленно продолжайте микроинъекции.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Это гарантирует, что 500 клеток пациента вводятся в зебры с каждым инъекционным насосом 2 nL объема.

3. Микроинъекционные личинки зебрафиш

ПРИМЕЧАНИЕ: Микроинъекции должны быть завершены в течение 1'3 ч окрашивания для повышения жизнеспособности клеток.

  1. До окрашивания клеток и инъекций, сделать агарозные пластины для инъекций, заливки 25 мл 3% агарозы в 1x Tris/borate/EDTA (TBE) в чашку Петри и дать ему затвердеть. Храните тарелки при 4 градусах по Цельсию в течение 2 недель.
  2. Кроме того, до окрашивания клеток и инъекций, dechorionate 2 dpf зебрафиш с помощью щипц под рассекающим микроскопом. Для ручного дехорионации, тянуть с противоположных концов защитного хориона зебры с щипками, пока хорион слезы и зебрафиш становится unокудный10.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Дехорионация также может быть выполнена с помощью ферментативного лечения с проназе, как ранее описано10. Каспер (рой---;nacre-/-) зебрабыли были использованы для этих экспериментов11. Любой штамм личинки зебры может быть использован для ксенотрансплантации. Если пигмент мешает визуализации или визуализации, пропилтиурацил (PTU) лечение может быть использовано для блокирования синтеза меланина, если оптически четкие штаммы зебры не доступны12.
  3. Прешилхилл иглы при 4 градусах Цельсия или на льду, чтобы предотвратить слипание клеток во время микроинъекции. Загрузите 5 зЛ окрашенных клеток в охлажденную нефилатустную боросиликатную стеклянную иглу с помощью наконечников пипетки microloader.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Микроинжетор и методы установки иглы были ранее опубликованы13.
  4. Загрузите иглу в руку микроинжектора. Освящите кончик иглы стерильным лезвием бритвы. Измерьте размер капли в минеральном масле с помощью микрометра стадии, сохраняя объем капель последовательно на 2 nL (диаметр 0,15 мм) во всем.
  5. Используйте 350 л 4 мг/мл трикаина-S для обезврежения 30 дехорионированных 2 dpf зебры в чашке Петри, содержащей 25 мл E3 средств массовой информации. После 1 мин перенесите анестезированные личинки на плоскую поверхность инъекционной пластины (3% агарозы в чашке Петри) и вводят личинки одним насосом окрашенных клеток в нужном месте инъекции (например, желток или перикард; см. Рисунок 2A,B).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Место инъекций должно быть выбрано на основе цели эксперимента. Наиболее распространенным местом инъекции является желток. Чтобы получить клетки, циркулирующие в крови, перикард, проток Кювье, перивителин пространства, или ретро-орбитального пространства могут быть использованы в качестве инъекций сайтов. Ортотопические инъекционные участки также могут быть использованы, такие как мозг.
  6. Вымойте личинки с пластины инъекций в 10 см2 Петри блюдо (30 личинок на тарелку), содержащий E3 сми14 без метилена синий и инкубировать при 28 градусов по Цельсию в течение 1 ч период восстановления. Продолжайте инъекционные до желаемого количества личинок были введены.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В идеале вводят в 2,2 раза больше личинок, необходимое для экспериментов. Там будет некоторое вымирание личинок из-за стресса от инъекций и повышенной температуры инкубации. Как правило, после практики с техникой, 800-1500 личинок зебры могут быть введены одним человеком в течение 1 х 3 ч, когда окрашенные клетки должны быть введены.
  7. Переместите пластины впрыскиваемых личинок в инкубатор 34 градусов по Цельсию. Не помещайте блюда Петри из личинок прямо на металлическую полку в инкубаторе, чтобы предотвратить перегрев воды Е3. Например, поместите пустое блюдо Петри между полкой и петри блюдо личинок выступать в качестве буфера. Удалить мертвых личинок зебры после 24 и 48 часов после инъекции (hpi).

4. Настройка экрана наркотиков с Xenografted зебрафиш

  1. На 48 hpi, экран личинки зебры для флуоресценции / опухоли прививок и здоровья(рисунок 2C,D). Удалите всех мертвых или пороков зебры и выберите зебры с аналогичным ит-х разыгранием(рисунок 2C,D, 1'3 и 1'3'). Удалите неприваемых зебры(рисунок 2C, D, 5 и 5').
    1. Для желтка вводят рыбу, удалить рыбу, где границы желтка не может рассматриваться вокруг привитой клеточной массы(рисунок 2C, 4), как это делает количественную оценку трудно. Для перикарда вводят рыбу, удалить рыбу, где вводили клеточной массы посягает на желточный мешок(рисунок 2D, 4').
  2. Добавьте зебры в 96-колодую тарелку. Для этого, отрежьте кончик от 200 qL пипетка отзыв, просто достаточно большой для 4 dpf зебрафиш, чтобы соответствовать до конца. Аспир 150 л E3 носителей с одной зебры из пластины с помощью пипетки P200, и добавить к пустой колодец плоским дном 96-колой пластины.
  3. Разбавить препарат для тестирования в необходимом объеме E3 средств массовой информации, на 150 Л л на скважину. Приготовьте препарат в 2 раза больше нужной концентрации. Например, подготовить 20 км препарата в E3, если желаемая конечная концентрация составляет 10 мкм, так как половина от общего объема в каждой скважине состоит из раствора препарата. Для контрольной группы DMSO добавьте DMSO в том же объеме, что и препарат.
  4. Добавьте 150 л раствора 2x разбавленного препарата к каждому хорошо содержащему личинки зебры в 150 Зл E3, для окончательного объема 300 Зл с 1x лекарственным раствором на скважину.
  5. Инкубировать тарелку при 34 градусах Цельсия. Проверяйте на наличие мертвых зебры ежедневно. Через 2 дня, при желании, освежите препарат, удалив 200 л жидкости из каждой скважины из 96-хорошей пластины и заменив 200 ЛЛ 1x разбавленного лекарственного раствора или ДМСО в E3 media.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Лучшие результаты были найдены после 3 дней медикаментозного лечения для этого эксперимента; однако продолжительность медикаментозного лечения может варьироваться от 2 до 4 дней и, возможно, потребуется оптимизировать сядр на основе проводимого эксперимента или использования лекарств.

5. Imaging Xenografted зебрафиш с помощью флуоресцентного микроскопа оборудованный imaging блок и автоматизированный блок образца

  1. Приготовьте 1 л свежих 4 мг/мл трикаина и 1,5 л E3-носителей. Заполните медиа-бутылку 1 с E3 СМИ и медиа бутылку 2 с трикаином.
  2. Удалите все нежелательные флуоресцентные каналы в программном обеспечении для визуализации и добавьте нужный канал (DiI для этого эксперимента). Проверьте желаемый флуоресцентный канал, так как изображение будет взято только для каналов с галочкой. Также выберите, как будут приниматься изображения (z-stacks, автоматизация, циклы в серии и т.д.).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для этого эксперимента, фокус был вручную установлен для каждой рыбы изображения, чтобы получить наибольшее количество изображений с оптимальной фокусировки.
  3. Изображение DMSO управления рыбой перед наркотиками обработанных рыб, так что соответствующее время воздействия может быть установлено в изображении программного обеспечения. После установки экспозиции не изменяйте время экспозиции в течение всего эксперимента.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Фокус может быть либо скорректирован вручную для каждого зебры, чтобы убедиться, что нет вне фокусизображения, или для полностью автоматизированной визуализации, тот же фокус может быть использован между рыбой с из фокуса изображения отбрасываются или рыбы reimaged до выполнения анализа. Кроме того, этот эксперимент может быть проведен с помощью любого флуоресцентного изображения с последующим количественной оценкой флуоресценции с помощью программного обеспечения ImageJ.

6. Количественная оценка флуоресценции с использованием ImageJ

  1. Открытое программное обеспечение ImageJ.
  2. Перейти к файлу Откройте и выберите нужный файл .czi. Программное обеспечение будет воспитывать окно вариантов импорта.
    1. Для просмотра стека выберите Hyperstacks,проверьте Открытые файлы индивидуально,проверьте Autoscale,и проверить Сплит каналов. Для варианта цвета выберите Цветные.
  3. Нажмите на плагины Макрос Запись.
  4. Нажмите изображение (ru) Отрегулируйте (англ.) Пороговый . Выберите тип изображения в виде красного цвета в меню выпадения с правой стороны порогового окна. Отрегулируйте минимальный порог до тех пор, пока программное обеспечение не выделяет только области с флуоресценцией(рисунок 3A)и нажмите Apply. Программное обеспечение преобразует фотографию в черно-белую, с выбранной областью в черном цвете.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте один и тот же порог для каждого изображения на экране препарата, чтобы сохранить результаты стандартизированы и сопоставимы.
  5. Нажмите Анализ (ru) Мера. Программное обеспечение подтянет окно результатов, содержащее флуоресцентную область для этого изображения.
  6. Нажмите Создать на окне Макро рекордер. Это откроет новое окно с кодом для макроса. Выделите все желаемые изображения для анализа и откройте как в шаге 6.2.
  7. Выберите Выполнить на окне с макросом. Окно результатов теперь будет содержать область для каждого изображения.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Анализ изображения может быть сделан индивидуально без записи и запуска макроса, а также путем повторения вышеуказанных шагов для каждого изображения.
  8. Копирование измеренных данных в электронную таблицу. Средняя суммарная флуоресценция всех контрольных (DMSO) образцов. Рассчитайте процентную разницу, используя следующую формулу: :(средняя площадь DMSO - экспериментальная область)/средняя площадь DMSO х 100%(рисунок 3B).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

В соответствии с протоколом, описанным выше, зебрабыли были ксеноприжированы в желток и перикард с первичным пациентом PBMCs, которые были первоначально изолированы от Т-клеток острого лимфобластного лейкоза (T-ALL) пациента при диагностике и накренился как жизнеспособный, замороженный образец. На 48 hpi, ксенотрансвированные рыбы были проверены на флуоресцентно помечены опухолевые клетки(Рисунок 2C,D) и лечение химиотерапией (дексаметазон или винкристин) или DMSO. Рыбы были изображены на 7 dpi, после 3 дней на медикаментозное лечение с помощью флуоресцентного микроскопа оборудованы imaging единицы и автоматизированного блока сэмплер(Рисунок 3A).

Флуоресцентная область / опухолевая нагрузка была измерена для каждой рыбы, изображенной с помощью ImageJ и сравненных между различными группами лечения наркомании и DMSO(рисунок 3B). В целом, ксенопригированная рыба, обработанная винкристином, показала самое большое и последовательное снижение ксенопригватой клеточной массы по сравнению с обработанными DMSO рыбами. Дексаметазон обработанных рыб показал около половины сокращения в области опухоли по сравнению с винкристином, но все же показали снижение в области опухоли по сравнению с DMSO (Рисунок 3). Это имитировало то, что было замечено у пациента, так как их лейкемия быстро отреагировала на терапию сочетанием дексаметазона и винкристин. Эти результаты демонстрируют способность моделей ксенотранспланта зебры поддаются скринингу наркотиков и автоматизированной визуализации и количественной оценке, обеспечивая платформу для тестирования различных образцов пациентов или клеточных линий с различными препаратами или комбинациями лекарств.

Figure 1
Рисунок 1: Экран препарата Xenograft и процесс визуализации. Схема рабочего процесса ксенотрансплантации личинок зебры и выполнения скрининга наркотиков, в том числе изображения на флуоресценционном микроскопе оборудованный блок визуализации и автоматизированный блок сэмплеров. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 2
Рисунок 2: Место инъекций и репрезентативные изображения скрининговой ксенопригированных рыб. Изображения микроинъекционной иглы во время инъекций в желток (A) или перикарда (B) 2 dpf личинки зебры. Представитель изображения скрининга на 2 dpi изображают выбор зебры для экрана наркотиков (C,D). Зебрафиш с аналогичным ими (1'3 и 1'3') должны быть выбраны, неприваемые зебры (5 и 5') должны быть удалены. Для желтка вводят рыбу, удалить рыбу, где границы желтка не может рассматриваться вокруг привитой клеточной массы (4), как это делает количественную оценку трудно. Для перикарда вводят рыбу, удалить рыбу, где вводили клеточной массы посягает на желточный мешок (4'). Шкала бар 0,5 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 3
Рисунок 3: Медикаментозное лечение может уменьшить ксенопригированную область опухоли in vivo. Репрезентативные изображения зебры, вводимых в перикард или желток после 3 дней лечения ДМСО или препаратами, либо винкристином, либо дексаметазоном. Площадь привяженной опухолевой массы была количественно определена путем установления порога флуоресценции с помощью ImageJ, выбора всех пикселей выше установленного порога, а также измерения площади и средней флуоресценции выбранных регионов. Пиксели выше выбранного порога отображаются черным цветом, в то время как пиксели ниже порога отображаются белым цветом. Пиксели измерялись как в желтке, так и в перикарде, вводили изображения зебры(A). Лечение винкристином привело к уменьшению привяженной области опухоли по сравнению с контролем DMSO с n и 4 рыб, обработанных на группу (B). SD - стандартное отклонение. Шкала бар 250 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

В этом исследовании мы продемонстрировали стандартизированный метод оттаивания и инъекции первичных клеток лейкемии пациента в зебрафиш в качестве модели ксенотрансплантата. Мы также установили протокол для высокой пропускной записи наркотиков скрининга ксенотрансвированных зебры с помощью флуоресцентного микроскопа оборудованный блок визуализации и автоматизированный блок сэмплер. Ранее, ксенотрансплантаты были зарегистрированы с человеческими клеточными линиями, и количественная оценка ксенотрансвированных опухолей в высокой пропускной форме была проблемой в этой области. Этот метод служит основой для исследований, чтобы использовать флуоресцентный микроскоп оборудованный блок визуализации и автоматизированный блок сэмплера как способ автоматизации изображения ксенотрансвированных зебры, с конечной целью выполнения высокой пропускной записи наркотиков экраны, чтобы предсказать, какие препараты рака конкретного пациента может реагировать на, открывая возможность для более персонализированной медицины.

Несмотря на возможность автоматизации большей части этого протокола, по-прежнему существует много технических проблем, которые не следует упускать из виду. Во-первых, очень важно, чтобы клетки вводили в зебрафиш как можно быстрее после окрашивания, чтобы предотвратить слипания клеток и клеточной смерти. Larvae должны быть dechorionated до выполнения протокола окрашивания клеток. Стеклянная нить иглы также должны быть холодными до загрузки иглы, чтобы уменьшить засорение иглы. Кроме того, использование эмбрионов, производимых здоровыми взрослыми зебрафишами в возрасте от 6 месяцев до 1 года, имеет решающее значение для обеспечения наилучшей жизнеспособности ксенотрансвированных личинок. Наконец, ксенотрансвированные рыбы должны быть тщательно проверены на опухоль прививок, и только те, с аналогичными объемами опухоли должны быть использованы в скрининге наркотиков, чтобы уменьшить изменчивость в окончательных результатах.

Хотя мы использовали первичный пациент лейкемии PBMCs для наших экспериментов, этот протокол может быть выполнен с любой тип опухоли или раковой линии клеток. Для клеточных линий в культуре, адепт клетки должны быть trypsinized, а затем промывают в PBS, прежде чем приступить к окрашивания протокола. Важно также отметить, что темпы прививок могут варьироваться от одной выборки к другой и между типами выборки15. Например, в нашей выборке PBMC, 90% циркулирующих ПБМК были лейкемические взрывы, но это число может значительно варьироваться от одного пациента к другому, что может повлиять на скорость прививок. Поскольку результаты сравниваются с контролем DMSO в пределах одного и того же типа образца, существует внутренний контроль скорости привить, но это изменение должно быть принято во внимание при принятии решения о том, сколько клеток вводить на зебры. Мы нашли успех при использовании 250-1000 клеток, вводимых на животное, при этом 500 из них были оптимальными для наших исследований. Хотя наши эксперименты пришли к выводу, когда личинки были 7 dpf, мы не ожидаем, ксенотрансплантатов, чтобы выжить у животных в течение более длительных временных точек, как иммунная система начинает развиваться в этой точке, и, вероятно, приведет к отторжению человеческих клеток. Иммунные скомпрометированные линии зебры были созданы, с prkdc-/-;il2rga-/- зебрафиш, способных привязать раковые клетки человека16,17, которые могут быть полезны для более долгосрочной перспективе ксенотрансплантатов или оценки рецидива опухоли после лечения наркотиками. Тем не менее, эти иммунодефицитные линии должны быть сохранены как гетерозиготы, поэтому личинки должны быть генотипированы перед использованием. Гомозиготная рыба также должна рассматриваться с помощью лекарств для истощения макрофагов, чтобы обеспечить надежное прививочение клеток человека, что может осложнить результаты скрининга на наркотики. В настоящее время эти линии не являются ни практичными, ни необходимыми для крупномасштабного скрининга наркотиков на личинках, которые могут быть завершены до того, как иммунная система полностью функционал при 7 dpf18.

Наши репрезентативные результаты сосредоточены на инъекциях клеток в перикард и желток для удобства и скорости инъекций и повышения жизнеспособности; однако, раковые клетки могут быть введены во многих других анатомических местах, и мы имели успех, используя этот рабочий процесс на других участках, в том числе проток Кювье, мозг, ретро-орбитальный, и perivitelline мешок. Кроме того, трудно оценить, сколько из каждого препарата личинки рыбы поглощают; если используется несколько препаратов, в идеале экран токсичности в различных дозах (обычно от 0,1 до 25 мкм) будет выполнен до крупномасштабного асссседля для определения максимально допустимой дозы (МТД). Мы решили использовать МТД для каждого препарата для нашего анализа, однако, 10 км наркотиков обычно используется в области зебры в качестве стартовой концентрации для высокой пропускной пробы наркотиков скрининга и, как правило, хорошо переносится. Комбинации препаратов в бассейнах могут быть использованы в качестве первоначального экрана, а также, чтобы повысить эффективность скрининга через большой объем соединения библиотеки19.

Хотя этот подход является более автоматизированным и эффективным, чем ранее сообщалось рабочих процессов, это по-прежнему трудоемкий и технически сложный протокол для тех, кто не имеет предварительного опыта в микроинъекционных зебры. Скрининг наркотиков в зебрафиш xenografts вряд ли когда-либо достичь легкости и эффективности in vitro скрининга сложных библиотек и не хватает некоторых преимуществ мыши ксенотрансплантат моделей. Например, одним из основных ограничений с зебрафиш xenografts является то, что раковые клетки не могут быть легко извлечены из рыбы после ксенотрансплантации на полезные цифры для клеточного банкинга или большинство экспериментов вниз по течению. Даже если бы это было возможно, раковые клетки человека росли бы в течение нескольких дней при нефизиологических температурах и средах и не были бы практичны для использования в более поздних приложениях. Влияние немного ниже физиологической температуры на кинетику препарата и реакцию опухолевых клеток также не известно, и может привести к смешанным результатам. Несмотря на эти предостережения, зебрафиш xenografts заполнить пустоту в том, более практичным и экономически эффективным методом для выполнения большего масштаба in vivo наркотиков экраны, чем это возможно в мыши ксенотрансплантат моделей. Кроме того, зебрафиш ксенотрансплантаты требуют гораздо меньше клеток для инъекций, чем мыши модели, так что небольшое количество пациентов образца могут быть распространены среди сотен до тысяч зебры, что позволяет наркотиков экраны с большим исчислением образцов. С флуоресцентной маркировки, опухолевые клетки могут контролироваться с момента их ксенотрансплантации в личиночных зебры, обеспечивая некоторую стандартизацию между животными, используемыми в наркотиков экранов. Сочетание этих преимуществ зебры ксенотрансплантатов с возможностью автоматизированной визуализации и количественной оценки привяженных клеток открывает много возможностей для того, чтобы сделать высокосквозной скрининг лекарств пациентов опухолей для персонализированной медицины реальностью.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторам нечего раскрывать.

Acknowledgments

Это исследование было поддержано V Фонд V Стипендиат премии и NIH Гранты DP2CA228043, R01CA227656 (J.S. Блэкберн) и NIH Обучение Грант T32CA165990 (М.Г. Хэйни).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
10x TBE Liquid Concentrate VWR 0658-5L
96-well plate, flat bottom CELLTREAT 229195 VAST is compatible with a variety of standard or deep well 24, 48, or 96 well plates
Agarose Fisher Scientific BP160-500
Borosilicate Glass Capillary without Filament Sutter Instrument Company B100-50-10
Dexamethasone Enzo Life Sciences BML-EI126-0001
DMSO Sigma-Aldrich D2438-5X10ML
E3 media N/A 5 mM NaCl, 0.17 mM KCl, 0.33 mM CaCl2, 0.33 mM MgSO4
Femtotips Microloader Tips Eppendorf 930001007
Fetal Bovine Serum (Premium Heat Inactivated) Atlanta Biologicals S11150H
ImageJ FIJI N/A https://imagej.net/Fiji
Iscove's Modified Dulbecco's Medium STEMCELL Technologies 36150
Large Particle (LP) Sampler Union Biometrica N/A automated sampler unit http://www.unionbio.com/copas/features.aspx?id=8
Methotrexate Sigma-Aldrich A6770-10MG
Mineral Oil Fisher Scientific BP26291
Phosphate Buffered Saline (1x) Caisson labs PBL06-6X500ML
Stage Micrometer (400-Stage) Hausser Scientific 400-S
Tricaine-S Pentair Aquatic TRS1
Trypan Blue Thermo Fisher T10282
VAST Bioimager Union Biometrica N/A fluorescent equipped microscope imaging unit https://www.unionbio.com/vast/
Vincristine Sulfate Enzo Life Sciences BML-T117-0005
Vybrant DiI Stain Thermo Fisher V22885

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Lee, L. M., Seftor, E. A., Bonde, G., Cornell, R. A., Hendrix, M. J. The fate of human malignant melanoma cells transplanted into zebrafish embryos: assessment of migration and cell division in the absence of tumor formation. Developmental Dynamics. 233 (4), 1560-1570 (2005).
  2. Topczewska, J. M., et al. Embryonic and tumorigenic pathways converge via Nodal signaling: role in melanoma aggressiveness. Nature Medicine. 12 (8), 925-932 (2006).
  3. Haldi, M., Ton, C., Seng, W. L., McGrath, P. Human melanoma cells transplanted into zebrafish proliferate, migrate, produce melanin, form masses and stimulate angiogenesis in zebrafish. Angiogenesis. 9 (3), 139-151 (2006).
  4. Corkery, D. P., Dellaire, G., Berman, J. N. Leukaemia xenotransplantation in zebrafish--chemotherapy response assay in vivo. British Journal of Haematology. 153 (6), 786-789 (2011).
  5. Rennekamp, A. J., Peterson, R. T. 15 years of zebrafish chemical screening. Current Opinion in Chemical Biology. 24, 58-70 (2015).
  6. Ghotra, V. P., et al. Automated whole animal bio-imaging assay for human cancer dissemination. PLoS One. 7 (2), 31281 (2012).
  7. Chang, T. -Y. Y., Pardo-Martin, C., Allalou, A., Wählby, C., Yanik, M. F. Fully automated cellular-resolution vertebrate screening platform with parallel animal processing. Lab On a Chip. 12 (4), 711-716 (2012).
  8. Pardo-Martin, C., et al. High-throughput in vivo vertebrate screening. Nature Methods. 7 (8), 634-636 (2010).
  9. Pulak, R. Tools for automating the imaging of zebrafish larvae. Methods. 96, 118-126 (2016).
  10. Henn, K., Braunbeck, T. Dechorionation as a tool to improve the fish embryo toxicity test (FET) with the zebrafish (Danio rerio). Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology. 153 (1), 91-98 (2011).
  11. White, R. M., et al. Transparent adult zebrafish as a tool for in vivo transplantation analysis. Cell Stem Cell. 2 (2), 183-189 (2008).
  12. Paatero, I., Alve, S., Gramolelli, S., Ivaska, J., Ojala, P. Zebrafish Embryo Xenograft and Metastasis Assay. Bio-Protocol. 8 (18), (2018).
  13. Rosen, J. N., Sweeney, M. F., Mably, J. D. Microinjection of zebrafish embryos to analyze gene function. Journal of Visualized Experiments. (25), e1115 (2009).
  14. Cold Spring Harbor Laboratory Press. E3 medium (for zebrafish embryos). Cold Spring Harbor Protocols. 2011 (10), (2011).
  15. Wertman, J., Veinotte, C. J., Dellaire, G., Berman, J. N. The Zebrafish Xenograft Platform: Evolution of a Novel Cancer Model and Preclinical Screening Tool. Advances in Experimental Medicine and Biology. 916, 289-314 (2016).
  16. Tang, Q., et al. Optimized cell transplantation using adult rag2 mutant zebrafish. Nature Methods. 11 (8), 821-824 (2014).
  17. Moore, J. C., et al. Single-cell imaging of normal and malignant cell engraftment into optically clear prkdc-null SCID zebrafish. The Journal of Experimental Medicine. 213 (12), 2575-2589 (2016).
  18. Yan, C., et al. Visualizing Engrafted Human Cancer and Therapy Responses in Immunodeficient Zebrafish. Cell. 177 (7), 1903-1914 (2019).
  19. Kawahara, G., et al. Drug screening in a zebrafish model of Duchenne muscular dystrophy. Proceedings of the National Academy of Sciences of United States of America. 108 (13), 5331-5336 (2011).

Tags

Исследования рака выпуск 158 зебрафиш пациент полученных ксенотрансплантат высокая пропускная их часть экран наркотиков лейкемия автоматизированная
Скрининг наркотиков первичного пациента, полученных опухоли Xenografts в зебрафиш
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Haney, M. G., Moore, L. H.,More

Haney, M. G., Moore, L. H., Blackburn, J. S. Drug Screening of Primary Patient Derived Tumor Xenografts in Zebrafish. J. Vis. Exp. (158), e60996, doi:10.3791/60996 (2020).

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