والأنسجة المشتركة 3D هندسيا * These authors contributed equally

Bioengineering

Your institution must subscribe to JoVE's Bioengineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Göttlich, C., Müller, L. C., Kunz, M., Schmitt, F., Walles, H., Walles, T., Dandekar, T., Dandekar, G., Nietzer, S. L. A Combined 3D Tissue Engineered In Vitro/In Silico Lung Tumor Model for Predicting Drug Effectiveness in Specific Mutational Backgrounds. J. Vis. Exp. (110), e53885, doi:10.3791/53885 (2016).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

في هذه الدراسة، ونحن معا في المختبر 3D الرئة نموذج الورم مع في نموذج سيليكون لتحسين التنبؤات من الاستجابة للدواء على أساس خلفية طفرة وراثية معينة. يتم إنشاء نموذج على سقالة الخنازير decellularized أن يستنسخ خصائص الأنسجة محددة بشأن تكوين مصفوفة خارج الخلية والهندسة المعمارية بما في ذلك الغشاء القاعدي. نحن موحدة عبارة عن بروتوكول يتيح توليد أنسجة الورم الاصطناعي في غضون 14 يوما بما في ذلك ثلاثة أيام من العلاج من تعاطي المخدرات. تقدم مقالنا عدة وصفا تفصيليا ل3D-تلا تقنيات الفحص مثل تحديد مؤشر انتشار Ki67 تلطيخ، وموت الخلايا المبرمج من supernatants بواسطة M30-ELISA وتقييم الظهارية للانتقال الوسيطة (EMT)، والتي هي أدوات مفيدة لتقييم فعالية المركبات العلاجية. نحن يمكن أن تظهر مقارنة ثقافة 2D الحد من الانتشار النووي في نموذجنا الورم 3D الذي هو تعصبإد إلى الحالة السريرية. وعلى الرغم من هذا الانتشار أقل من ذلك، توقع نموذج EGFR الردود المخدرات -targeted بشكل صحيح وفقا لحالة العلامات البيولوجية كما يتضح من المقارنة بين خطوط الخلايا السرطانية في الرئة HCC827 (-mutated EGFR، KRAS من النوع البري) وA549 (EGFR من النوع البري، KRAS - تحور) تعامل مع gefitinib التيروزين كيناز المانع (TKI). للتحقيق استجابات المخدرات من الخلايا السرطانية أكثر تقدما، ونحن يسببها EMT عن طريق العلاج طويل الأمد مع TGF-بيتا-1 وفقا لتقييم فيمنتين / تلطيخ المناعي لعموم cytokeratin. كان يعمل A-مفاعل حيوي تدفق لضبط الثقافة إلى الظروف الفسيولوجية، مما أدى إلى تحسن الجيل الأنسجة. وعلاوة على ذلك، نقدم لك مجموعة من التكامل الردود المخدرات على العلاج gefitinib أو مركب بيتا-1 التحفيز - موت الخلايا المبرمج، مؤشر انتشار وEMT - إلى منطقية في نموذج سيليكون. بالإضافة إلى ذلك، نفسر ردود كيف المخدرات من الخلايا السرطانية مع خلفية طفرة وراثية معينة والعدerstrategies ضد المقاومة يمكن التنبؤ. ونحن على ثقة بأن لدينا 3D في نهج المختبر وخاصة مع التوسع في سيليكون ويوفر قيمة إضافية لاختبار المخدرات قبل السريرية في ظروف أكثر واقعية مما كانت عليه في خلية ثقافة 2D.

Introduction

تواجه صناعة الأدوية معدلات الاستنزاف عالية تصل إلى 95٪ في مجال علاج السرطان في المرحلة السريرية تسبب التكاليف الباهظة 1-5. وأحد أسباب هذا العجز هو حقيقة أنه في الوقت الراهن يتم تقييم فعالية من المركبات الجديدة المحتملة في العروض على نطاق واسع في مزارع الخلايا 2D من خطوط الخلايا السرطانية أو في النماذج الحيوانية. نماذج حيوانية لديها تعقيد أعلى ولكن هناك اختلافات مهمة بين الفئران والرجال 6،7. في العقد الماضي، تم إنشاء السرطان نماذج 3D باستخدام أساليب مختلفة من أجل سد الفجوة بين الثقافة 2D من خطوط الخلايا السرطانية ومجمع في 6،8،9 الجسم الحي الورم. وقد تبين أن تأثير البيئة 3D على تمايز الخلايا وأيضا على إشارات في العديد من الدراسات منذ سنوات (على سبيل المثال، عن طريق ميناء بيسيل) 10،11. اليوم، تتوفر العديد من النماذج ثقافة الخلية 3D مثل الثقافات كروي، الهلاميات المائية أو رقائق ميكروفلويديك 12-16. على الرغم من تساالنماذج الإلكترونية تعزز التعقيد مقارنة بأنظمة ثقافة 2D التقليدية، أنها تفتقر في الغالب المكروية الأنسجة التي من المعروف أن يكون لها آثار الداعمة للورم، وكذلك آثار المخدرات فعالية.

لمعالجة هذه المسألة، ولدت لنا نموذجا الورم 3D بناء على سقالة بيولوجية تسمى SISmuc (-الأمعاء الدقيقة، تحت المخاطية + الغشاء المخاطي) مشتق من الصائم الخنازير decellularized. وبالتالي، فإن هيكل الأنسجة وعناصر هامة من ECM مثل الكولاجين مختلفة فضلا عن هيكل الغشاء القاعدي يتم الاحتفاظ 17. هذه الميزة الفريدة أمر حاسم لتوليد نموذج ورم من الأورام السرطانية التي تنشأ من ظهائر ويشكلون نحو 80٪ من الأورام الصلبة. وعلاوة على ذلك، يتم خفض معدل انتشار في نموذجنا ورم الأنسجة المهندسة بالمقارنة مع معدلات مرتفعة بشكل مصطنع المحرز في ثقافة 2D. كما الانتشار هو معيار مهم في تقييم فعالية الدواء، يتم تمكين اختبار المخدرات في نموذجنا في أكثر مماثلةالشروط في الجسم الحي الأورام 17.

من أجل تقييم إمكانات نموذجنا للتنبؤ نجاعة الأدوية التي تعتمد على العلامات البيولوجية بشكل صحيح، ونحن البيانات الحالية هنا لمدة لمختلف خطوط الخلايا السرطانية في الرئة التي تختلف في حالة EGFR -biomarker بهم. وقد بدأ هذا الوضع تغيري يتم تحديدها بشكل روتيني للمرضى NSCLC. العلاجات المستهدفة مع TKIs مثل EGFR -inhibitor gefitinib ضد الأورام التي تحمل لتفعيل EGFR طفرة تظهر نتائج متفوقة مقارنة مع تلك البلاتيني العلاج الكيميائي 18-21.

أنشأنا عدة تقنيات تلا التي هي ذات الصلة لتقييم فعالية مركب. وعلاوة على ذلك، بعد TGF-بيتا-1 التحفيز ونحن قادرون على تحقيق أعمال المجمع في الخلايا السرطانية التي بدأت عملية EMT، والتي يعتقد أن تكون خطوة هامة في التحول السرطاني 22،23 والتي يتم توصيلها إلى resistan المخدراتم 24.

نموذج الورم 3D تسمح بمراقبة استجابات معينة من الخلايا للعلاجات مستهدفة، والعلاج الكيميائي، أو مزيج المخدرات مع التناقضات جيدة. لتعزيز وتسريع المخدرات الفرز ولمواجهة المقاومة، وهذا ما تكملها في محاكاة سيليكون. وبناء على عدد قليل من التجارب، واستجابة الورم يمكن التنبؤ في سيليكون بشأن نتائج لمجموعة كاملة من المخدرات ومجموعاتها.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. ثنائي الأبعاد (2D) خلية ثقافة

  1. تجاريا الحصول على خط الخلايا السرطانية HCC827 (DSMZ). ثقافة الرئة خط الخلية غدية HCC827 (EGFR تحور، KRAS من النوع البري) في RPMI-1640 تستكمل مع 20٪ FCS. تغيير المتوسطة كل 2-3 أيام. انقسام الخلايا مرتين في الأسبوع. وتستخدم الخلايا حتى يتم التوصل مرور 20.
  2. تجاريا حصول ورم خط الخلية A549 (DSMZ). ثقافة سرطان الرئة خط الخلية A549 (EGFR من النوع البري، KRAS تحور) في RPMI-1640 تستكمل مع 10٪ FCS. نفذ الثقافة كما هو مذكور أعلاه. وتستخدم الخلايا حتى يتم التوصل مرور 20.
  3. اختبار الخلايا بشكل منتظم (كل 4-6 أسابيع) لالتلوث مثل التلوث الميكوبلازما.
  4. زراعة A549 أو HCC827 الخلايا على coverslips الزجاج
    1. ضع 1 ساترة زجاجية معقمة في كل بئر من 24 لوحة جيدا باستخدام الملقط.
    2. البذور 50،000 الخلايا السرطانية من كل من خطوط الخلايا في حجم 500 ميكرولتر في الآبار معوcoverslips الزجاج، على التوالي.
    3. ثقافة الخلايا حتى تصل إلى confluency من 70٪ في ظل ظروف ثقافة القياسية (37 درجة مئوية، 5٪ CO 2). خلال هذا الوقت، ونضح المتوسط ​​القديم باستخدام ماصة باستور وإضافة 500 ميكرولتر متوسطة جديدة كل 2-3 أيام للثقافة.

2. جيل من أنظمة ورم اختبار على البيولوجية الكولاجين سقالة

  1. ثابت شروط الثقافة
    1. توليد decellularized الصغيرة الأمعاء، تحت المخاطية + الغشاء المخاطي (SISmuc) وإصلاحه بين اثنين من حلقات معدنية، ما يسمى التيجان الخلية، كما هو موضح في نشرة السابق 25.
    2. البذور 100،000 خلايا إما HCC827 أو خلايا A549 في إجمالي حجم 500 ميكرولتر على جانب التجويف السابقة للامعاء الثابتة في التيجان الخلية.
    3. تسمح للخلايا السرطانية الالتزام لمدة 2 ساعة على 37 درجة مئوية، 5٪ CO 2. إضافة 1 مل المتوسطة داخل التاج خلية و 1 مل خارج.
    4. ثقافة الورمنموذج في ظل ظروف ثابتة عند 37 درجة مئوية، و 5٪ CO 2 في الحاضنة لمدة 14 يوما. تغيير الثقافة المتوسطة كل 2-3 أيام. لذلك، نضح في والمتوسطة باستخدام ماصة باستور وماصة 1 مل RPMI جديدة مع كمية مناسبة من FCS (A549: 10٪، HCC827: 20٪) داخل التاج الخلية و 1.5 مل من نفس المتوسطة خارج.
  2. شروط الثقافة ديناميكية
    1. إعداد نظام اختبار الورم مع المصفوفة decellularized داخل التيجان الخلايا والبذر الخلايا كما هو موضح تحت القسم الفرعي 2.1.1 إلى 2.1.3.
    2. ثقافة نموذج ورم في ظل ظروف ثابتة 37 درجة مئوية، و 5٪ CO 2 في الحاضنة لمدة 3 أيام.
    3. تجميع مفاعل حيوي تعقيمها وإدراج SISmuc المصنف كما نشرت سابقا 25.
    4. ماصة 45 مل RPMI مع كمية مناسبة من FCS (A549: 10٪، HCC827: 20٪) في قارورة وتوصيل جهاز أخذ العينات خالية من الإبرة إلى نظام الأنابيب بين مفاعل حيوي وقارورة متوسطة.
    5. وضع مفاعل حيوي في الحاضنة، لأنه ربط مضخة والثقافة نموذج الورم لمدة 14 يوما إضافية مع تدفق المتوسط ​​ثابت (3 مل / دقيقة) عند 37 درجة مئوية، و 5٪ CO 2.
    6. تغيير مستنبت كامل بعد 7 أيام. لذلك، نقل مفاعل حيوي من الحاضنة تحت غطاء تدفق الصفحي. نضح في المتوسط ​​في قارورة وسائل الإعلام باستخدام ماصة باستور. رفع مفاعل حيوي بينما الشفط للتخلص من المتوسط ​​في نظام الأنابيب. ماصة 45 مل متوسطة جديدة في قارورة. وضع مفاعل حيوي العودة إلى الحاضنة وتوصيله إلى المضخة.

3. علاج من ورم نموذج ثابت مع Gefitinib

  1. ثقافة نموذج ورم كما هو موضح في القسم 2.1.
  2. في يوم 11 من الثقافة، وإعداد RPMI / FCS مع 1 ميكرومتر gefitinib (2.5 مل لكل تاج الخلية). نضح في المتوسط ​​القديم من الآبار باستخدام ماصة باستور وإضافة 1 مل من استعداد RPMI / FCS / gefitinib داخل رانه خلية تاج و 1.5 مل من نفس المتوسطة خارج.
    ملاحظة: يمكن تخزين محلول المخزون gefitinib إذابة عند 4 درجة مئوية لمدة أسبوع واحد.
  3. تغيير المتوسطة في يوم 13 كما هو موضح تحت القسم الفرعي 3.2.

4. تحفيز للنموذج ورم ثابت مع TGF-بيتا-1 لEMT التعريفي

  1. ثقافة نموذج ورم كما هو موضح في القسم 2.1.
  2. في يوم 3 من الثقافة، وإعداد RPMI / FCS مع 2 نانوغرام / مل TGF-بيتا 1 مع الناقل (2.5 مل لكل تاج الخلية). نضح في المتوسط ​​القديم من الآبار باستخدام ماصة باستور وإضافة 1 مل من استعداد RPMI / FCS / TGF-بيتا-1 داخل التاج الخلية و 1.5 مل من نفس المتوسطة خارج. التغيير تستكمل المتوسطة مع TGF-بيتا-1 كل 2-3 أيام حتى يوم 14، كما هو موضح تحت 4.2.

5. قراءة الرافضة

  1. أخذ العينات للقياسات ELISA
    1. أخذ عينات من supernatants الساكنة (القسم 2.1) وديناميكية (القسم 2.2) الثقافة خلالالعلاج مع gefitinib (القسم 3) في أيام 11-14 من الثقافة كما هو مبين في الشكل (2). بالإضافة إلى ذلك، أخذ عينة قبل العلاج (T0).
    2. في ظل ظروف ثقافة ثابتة، تأخذ 100 عينة ميكرولتر من داخل التاج الخلية. في ظل ظروف ثقافة ديناميكية، المسمار الحقنة على جهاز أخذ العينات واتخاذ 1 مل المتوسطة من نظام مفاعل حيوي. تخزين جميع supernatants التي تم جمعها في -80 درجة مئوية حتى يتم تنفيذ ELISA.
  2. M30-ELISA لموت الخلايا المبرمج الكمي
    1. لتحديد الخلايا في supernatants أداء الفحص موت الخلايا وفقا لتعليمات الشركة الصانعة. السماح لجميع الكواشف لتصل إلى RT قبل إجراء الفحص.
    2. دوامة جميع الكواشف. حل قرص غسل في 500 مل من الماء منزوع الأيونات الطازجة. تمييع HRP الاقتراني مع 9.2 مل من الاقتراني التخفيف العازلة والمزيج. ماصة 25 ميكرولتر من معيار أو عينة لكل بئر.
    3. إضافة 75 ميكرولتر من برنامج الصحة الإنجابية Conju المخففحل بوابة لكل بئر. تغطية لوحة واحتضان على شاكر لمدة 4 ساعات في RT. غسل لوحة يدويا، 5 مرات مع 250 ميكرولتر من محلول الغسيل أعد.
    4. إضافة 200 ميكرولتر من 3،3 '، 5،5'-Tetramethylbenzidine (TMB) الركيزة على كل جانب. احتضان في الظلام في RT لمدة 20 دقيقة. إضافة 50 ميكرولتر من توقف حل كل بئر. يهز صفيحة لمدة 10 ثانية وترك صفيحة لمدة 5 دقائق قبل قراءة الامتصاصية. تحديد الامتصاصية في 450 نانومتر في قارئ صفيحة. حساب منحنى القياسية والتركيزات في العينات باستخدام برنامج مناسب لمعالجة البيانات نوع ELISA مثل المنشأ.
  3. تلطيخ عينة
    1. تحديد، البارافين التضمين وإعداد القسم من نموذج 3D
      1. إصلاح SISmuc المصنف باستخدام 2.5 مل 4٪ بارافورمالدهيد (PFA) في تاج خلية لمدة 2 ساعة وتضمين ذلك في البارافين
      2. إعداد 3 ميكرومتر أقسام الأنسجة لتلطيخ كما نشرت سابقا25.
    2. تحديد الخلايا نمت في 2D شروط الثقافة
      1. عندما يتم التوصل إلى 70٪ التقاء، وغسل الخلايا المستزرعة coverslips على الزجاج في 24 لوحة جيدا مرة واحدة مع برنامج تلفزيوني واصلاحها مع 500 ميكرولتر 4٪ PFA / جيد لمدة 10 دقيقة.
      2. إزالة PFA وتخزين coverslips الزجاج في لوحة جيدا مغطاة برنامج تلفزيوني في 4 درجات مئوية حتى يتم تنفيذ تلطيخ.
    3. H & E تلطيخ
      1. وصمة عار على أقسام ممهى مع الهيماتوكسيلين / يوزين باعتبارها تلطيخ الشامل وفقا لبروتوكولات موحدة.
    4. تلطيخ مناعي من نموذج 3D
      1. لتلطيخ مناعي، إجراء استرجاع مستضد عن طريق وضع الشرائح deparaffinized وممهى في طنجرة البخار مع العازلة سترات مسخن (الرقم الهيدروجيني 6.0) لمدة 20 دقيقة.
        ملاحظة: انظر جدول المواد والمعدات وإعداد العازلة سيترات.
      2. نقل الشرائحلغسل العازلة (0.5 M عازلة برنامج تلفزيوني + 0.5٪ توين)، أقسام دائرة بالقلم PAP لتقليل حجم المطلوب للحلول تلطيخ ووضع الشرائح في غرفة الرطوبة.
      3. منع أقسام الأنسجة مع 5٪ مصل من الأنواع المضيفة من الأجسام المضادة الثانوية المستخدمة في القسم الفرعي 5.3.4.6 لمدة 20 دقيقة في RT.
      4. إزالة الحجب المصل من خلال استغلال بلطف الشرائح لالمناديل الورقية وتطبيق الأجسام المضادة الأولية للأقسام المحاصرة في تخفيف وفقا لتعليمات الشركة الصانعة (أرنب مكافحة Ki67 1: 100، أرنب مكافحة فيمنتين 1: 100، والماوس المضادة لعموم cytokeratin 1 : 100). احتضان O / N عند 4 درجات مئوية. لالمزدوج تلطيخ، الأجسام المضادة الأولية من الأنواع المضيفة مختلفة يجب أن تستخدم.
      5. تغسل بعناية من الأجسام المضادة غير منضم مع العازلة غسل ثلاث مرات لمدة 5 دقائق.
      6. للكشف عن الارتباطات محددة ضد مستضد، وتطبيق الأجسام المضادة الثانوية في التخفيف 1: 400 إلى أقسام واحتضانها في RT لمدة 1 ساعة.
      7. يغسل بنك الاتحاد الوطنيالأجسام المضادة س اوند مع العازلة غسل ثلاث مرات لمدة 5 دقائق.
      8. جبل الشرائح مع الوسط المائي تحتوي على دابي إلى مباين نوى والسماح لهم الجاف O / N.
    5. تلطيخ مناعي من 2D الخلايا المستزرعة
      1. إزالة برنامج تلفزيوني وتغطية المصنفة زلات غطاء زجاجي مع 0.2٪ تريتون-X100 في برنامج تلفزيوني لمدة 5 دقائق لpermeabilization. غسل زلات غطاء زجاجي مع غسل العازلة (0.5 M عازلة برنامج تلفزيوني + 0.5٪ توين) لمدة 5 دقائق.
      2. تنفيذ الخطوات 5.3.4.3 ل5.3.4.7. تنفيذ جميع الخطوات في لوحة جيدا على منصة هزاز وإزالة المواد الكيميائية التي كتبها قلب اللوحة.
      3. لتركيب، بقعة قطرة من الوسط المائي تحتوي على دابي إلى مباين نوى على شريحة زجاجية غير المصقول ونقل زلة تغطية إليها مع الخلايا التي تواجه المتوسطة المتزايدة باستخدام ملقط. اتركها لتجف قبل التصوير.
  4. تقرير مؤشر انتشار
    1. أداء مناعيتلطيخ ضد Ki67 وفقا للبند 5.3.4. أو 5.3 5.
    2. التقاط صور الفلورسنت من المقاطع الأنسجة أو الخلايا المستزرعة 2D مع مجهر مقلوب. استخدام مرشحات مختلفة لالتقاط الصور من stainings دابي وstainings Ki67. لتقدير، استخدم 10 صور من أقسام 3D أو 5 صور 2D الثقافات (التكبير 20X) لكل حالة من أجزاء غير متداخلة من العينة.
    3. تحديد عدد من النوى وعدد من النوى إيجابية لKi67 في 2D
      1. عدد Ki67 النوى إيجابية يدويا باستخدام العداد الخلية المساعد للبرمجيات فيجي 26. لذلك، فتح الصورة وانقر على "الإضافات" → "تحليل" → "خلية مكافحة". اضغط على "تهيئة" وحدد نوع العداد. انقر على كل نواة إيجابية Ki67. يظهر عدد النقرات المقبل لنوع العداد المحدد.
      2. لعد الخلايا التلقائي من العدد الكلي للنواة إنشاء ماكرو باستخدام فيجي 27،28. صفةأوست الماكرو لكل تلطيخ وخلية الخط. التالية، مشاهدة مثال كيفية إنشاء ماكرو.
        1. بدء مسجل الماكرو. فتح دابي الصورة وتحويله إلى تنسيق 8 بت بالنقر على "صورة" → "النوع" → "8 بت". انقر على "تعزيز النقيض"، تعيين "المشبعة" ك "1" و "تطبيع".
        2. ضبط "unsharp قناع" لشحذ الصورة. استخدام "نصف قطر" من "1" و "قناع" من "0.60". انقر على "عتبة السيارات"، اختر الطريقة "RenyiEntropy" مع "كائنات بيضاء على خلفية سوداء" لbinarise الصورة.
        3. انقر على "الإضافات" → "BioVoxxel" → "ملامح غير منتظمة مستجمعات المياه" مع دائرة نصف قطرها تآكل "5" لفصل الخلايا. انقر فوق "تحليل" → "تحليل الجزيئات" وتعيين "حجم" إلى "0.02-إنفينيتي".
          ملاحظة: عدد الجسيمات / الخلاياهو مبين في الجدول الموجز كما التهم الموجهة إليه.
        4. انقر فوق "إنشاء" لحفظ ماكرو لتحليل مزيد من الصور.
    4. تحديد عدد من النوى وعدد من النوى إيجابية للKi67 في 3D يدويا كما هو موضح في القسم الفرعي 5.4.3.1.
    5. حساب مؤشر متوسط ​​انتشار (PI) وفقا للمعادلة التالية:
      Equation1
      n = عدد الصور (3D: 10، 2D: 5)

6. في السيليكو ورم نموذج الجيل ومحاكاة العلاج اريسا مكافحة في خلايا HCC827

  1. شبكة الجيل باستخدام برنامج تحليل الشبكات
    1. استخدام قواعد البيانات المعروفة مختلفة لتوليد شبكة الورم على أساس تجريبية المعلمات الهامة تلا والخلفية طفرية من خط الخلية HCC827.
    2. فتح برنامج تحليل الشبكة 21 لتصورشبكة.
      1. انقر فوق "ملف" → "جديد" نوع → "نماذج JoVE_tumor '→ انقر على زر" موافق "لتوليد شبكة جديدة. انقر على "ساحة المقربة الشمالية" → "موافق" لتصور مستقبلات في غشاء مزدوج. انقر على "البروتين عام" لتصور العقد (= البروتينات) على شكل مستطيلات → نوع 'EGFR' → انقر على زر "موافق". كرر ذلك لكل عقدة في الشبكة.
      2. تسمية العقد في الشبكة: انقر بزر الماوس الأيمن → "تغيير اللون والشكل ..." → حدد لعقد EGFR و (EGF-EGFR) رمز اللون "255،0،0" (اللون الأحمر)؛ لعقد ج-MET و (ج-MET) رمز اللون "0،255،0" (اللون الأخضر)؛ لرمز اللون gefitinib "255،255،0" (اللون الأصفر)؛ لرمز اللون PI3K-يلعنه "204204204" (لون رمادي فاتح)؛ لرمز اللون مجاهدي خلق، INH "102102102" (لون رمادي غامق). لجميع العقد الأخرى في الشبكة حدد رمز اللون4؛ 255،255،255 "(اللون الأبيض).
      3. انقر على "النمط الظاهري" لتصور معلمات تلا كما السداسي → 'انتشار' نوع → انقر على زر "موافق" → انقر بالزر الأيمن → "تغيير اللون والشكل ..." → حدد رمز اللون "255204204" (سمك السلمون اللون)؛ كرر هذا لموت الخلايا المبرمج المعلمة → حدد رمز اللون "255،51،204" (اللون البنفسجي).
      4. تصور الحواف (= التفاعلات): انقر فوق "الانتقال الدولة" لتنشيط (الأسهم)، اضغط على "المنع" لالموانع (الأسهم اضعافها)؛ كرر ذلك لكل التفاعل في الشبكة.
    3. انقر فوق "ملف" → "حفظ باسم ..." → نوع 'JoVE_tumor models.xml' → انقر على "حفظ" لحفظ شبكة الإشارات ولدت ك XML الشكل.
  2. في السيليكو محاكاة باستخدام SQUAD
    ملاحظة: SQUAD تمثل عشرالبريد طوبولوجيا الشبكة كنظام منفصل منطقي منطقي (AND، OR، NOT) ويقوم بتحليل حالة مستقرة. يعكس تحليل حالة الثبات والتوازن النظام والمسؤولية الملقاة على المحفزات الإنذار (على سبيل المثال، طلب الدواء أو الطفرة).
    1. فتح SQUAD 17 البرامج، انقر على زر "تحميل شبكة الاتصال" → تحميل "JoVE_tumor models.xml 'الملف. انقر على "تحليل تشغيل":
      ملاحظة: التالي، والتشكيلات تنطبق الدالة الأسية أن أقحم اتصال الشبكة المنطقية، والذي يسمح المحاكاة الديناميكية لسلوك الشبكة على مدار الساعة (الملونة منحنيات النشاط السيني).
    2. انقر على "خيارات متقدمة" → "Perturbator" لكتابة بروتوكول المحاكاة. محاكاة المقاومة المضادة EGFR: انقر فوق "بروتوكول تحرير"
      1. انقر على "اضطراب" → استخدام معيار "initialstate = SS-4" (حالة مستقرة 4) → انقر على "أضف" لإضافة "نبض المستمر جديد '→ سيlect المعلمة "دولة" → حدد الهدف "FLIP" → حدد الوقت "0" → قيمة الاختيار "0.4" → انقر على "موافق".
      2. كرر هذه: انقر على "أضف" → حدد المعلمة "دولة" → حدد الهدف "ج-MET" → وقت "0" → قيمة تحديد الاختيار "0.4" → انقر على "موافق". انقر على "أضف" → حدد المعلمة "دولة" → حدد الهدف "gefitinib" → حدد الوقت "0" → قيمة الاختيار "1" → انقر على "موافق".
      3. تعيين قيمة الدولة إلى عقدة النشطة (EGF-EGFR): انقر فوق "activenode" → انقر على "تحرير" → الدولة اختر "0.8" → انقر على "موافق". لجميع العقد الأخرى: انقر على "تحرير" → اختر الدولة "0" → انقر على "موافق". انقر على زر "موافق" لحفظ البروتوكول.
      4. عرض منحنيات معينة: انتقل إلى لوحة "خيارات" → حدد "(EGF-EGFR)"، "* (EGF-EGFR)"، "* مجاهدي خلق"، "caspases"، "(ج-MET)"، "PI3K" "gefitinib"، "موت الخلايا المبرمج"، "الانتشار"، "مجاهدي خلق-يلعنه" و "PI3K-يلعنه" لتمثيل رسومي. انقر على "تهيئة" → "تشغيل" لبدء محاكاة كاملة من استجابة النظام. انقر فوق "إعادة تعيين" لبدء محاكاة جديدة.
    3. محاكاة PI3K جنبا إلى جنب ومنظمة مجاهدي خلق العلاج المانع: انقر فوق "بروتوكول تحرير"
      1. استخدام المعلمة العقدة نفسها كما هو موضح تحت 6.2.2.1 - 6.2.2.3. انقر على "اضطراب" → انقر على "أضف" لإضافة "نبض المستمر جديد '→ حدد المعلمة" دولة "→ حدد الهدف" PI3K-يلعنه "→ حدد الوقت" 0 "→ قيمة الاختيار" 1 "→ انقر على" موافق ". انقر على "أضف"لإضافة "نبض المستمر جديد '→ حدد المعلمة" دولة "→ الهدف اختر" مجاهدي خلق-يلعنه "→ حدد الوقت" 0 "→ قيمة الاختيار" 1 "→ انقر على" موافق ".
      2. انقر على زر "موافق" لحفظ البروتوكول. انتقل إلى لوحة "خيارات": استخدام نفس العقد لتمثيل رسومي كما هو موضح تحت 6.2.2.4. انقر على "تهيئة" → "تشغيل" لبدء محاكاة كاملة من استجابة النظام. انقر على "إعادة تعيين" لإنهاء المحاكاة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

على أساس من السقالة SISmuc (الشكل 2A لC)، أنشأنا بروتوكول التشغيل الموحدة للتوليد والتحفيز والعلاج من نظام اختبار الورم 3D (الشكل 2D). هذا النموذج يمكن تحديد مؤشر انتشار والكمي لموت الخلايا المبرمج باستخدام M30-ELISA كما هو مبين في الشكل (1) والشكل (3)، على التوالي. ويبين الشكل 3 ممثل H & E تلطيخ A549 وHCC827 النماذج وقياس موت الخلايا المبرمج ممثل واحد مع gefitinib. تم تصميم نموذج يعرض هنا باستخدام المثال من EGFR NSCLC -mutated التي يتم التعامل بنجاح مع مثبطات المستهدفة في العيادة. في المقابل، -mutated فقط EGFR HCC827 الخلايا وليس الخلايا A549 الرد على تثبيط EGFR من قبل gefitinib TKI في نموذجنا حسب تقييم الزيادة من موت الخلايا المبرمج الشكل 4 الشكل 5C والتطوير. أيضا في ظل ظروف ثقافة ديناميكية gefitinib له تأثير قوي على EGFR HCC827 -mutated (الشكل 5D).

ويبين الشكل 6 طوبولوجيا شبكة (الشكل 6A) ومفصلة في المحاكاة سيليكون لمكافحة مقاومة العلاج اريسا في HCC827 الخلايا (الشكل 6B، C). تم إنشاء شبكة الإشارات باستخدام قواعد البيانات الأدب المعروفة مثل HPRD، موسوعة كيوتو للجينات والمجينات وQIAGEN (الجينات ومسارات)، مما أدى إلى طوبولوجيا من 42 نقاط و 55 حواف، تصور مع برنامج CellDesigner 26. محاكاة الطفرة EGFR سائق المعروفة (باللون الأحمر) وج-MET شارك في تفعيل (باللون الأخضر، قيمة حول 0.7) يظهر زيادة prolمعدل iferation (منحنى سمك السلمون) وانخفاض معدل موت الخلايا المبرمج (منحنى البنفسجي) مع مرور الوقت مما يعكس gefitinib (باللون الأصفر) المقاومة في HCC827 خلايا تسير جنبا إلى جنب مع تفعيل منظمة مجاهدي خلق وPI3K (الشكل 6B، الأخضر الداكن والأزرق السماوي). نمذجة PI3K جنبا إلى جنب ومنظمة مجاهدي خلق المانع (الظلام ومنحنيات رمادي فاتح) النتائج في الارتداد من تأثير مكافحة المقاومة EGFR، ويقلل من انتشار الأسلحة النووية ويستحث موت الخلايا المبرمج (الشكل 6C).

الشكل 1
وخفضت الرقم 1. انتشار في معدل 3D بالمقارنة مع خلية ثقافة 2D الخلايا HCC827-Ki67 إيجابي (الحمراء في A و B) كانت ملطخة في الثقافة 2D الخلية (أ) وزراعة الخلايا 3D على SISmuc (B). احصي الخلايا HCC827 وخلايا A549 وهي مصممة مؤشر انتشار (النسبة المئوية للخلايا إيجابية Ki67) (C </ قوي>، أحد الممثلين عد من أصل خمسة). الحانات النطاق في A و B: 100 ميكرون الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2. SISmuc سقالة الصرف وجدول العلاج مع TKI Gefitinib هي المصنفة خلايا في SISmuc الذي يتكون من مخاطية الأمعاء الدقيقة (SIS) + الغشاء المخاطي (A: brightfield، B: خلايا دابي الملون على رأس SISmuc، C: تراكب من A و B) ويتم إصلاحها في التيجان خلية في اليوم 0. يظهر مخطط العلاج في D: التغييرات متوسطة (MC) يتم تنفيذ كل 2 إلى 3 أيام. في يوم 11 يبدأ العلاج. يتم جمع Supernatants واستخدامها لM30-ELISA من أجل تحديد الخلايا مع مرور الوقت (الأسهم الأزرق ومربعات). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. Gefitinib معالجة التغييرات نمو الخلايا على SISmuc ويستحث موت الخلايا المبرمج في HCC827، ولكن ليس في نماذج ورم A549 3D وبدون أي علاج، سواء خطوط الخلايا تشكل أحادي الطبقة على SISmuc (A و B)، وكذلك تسوية هياكل سرداب السابقة. في حين لم يتم تغيير نمط نمو الخلايا A549 بعد العلاج مع gefitinib (C)، وخفضت يرافقه عدد من HCC827 الخلايا عن طريق تغيير على شكل الخلية ممدود (D). ويتسبب موت الخلايا المبرمج من قبل gefitinib في HCC827 نماذج كما يراها القياسات M30-ELISA من supernatants الثقافة (E D: 100 ميكرون لألف إلى دال الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الشكل 4. TGF-بيتا-1 يقنع EMT في HCC827 خلايا في SISmuc. HCC827 الخلايا المستزرعة في 3D تظهر التعبير الشامل لعموم cytokeratin (PCK) (الخضراء في A1)، ولكن الخلايا واحدة فقط تعبر عن فيمنتين (الأحمر في A2). بعد TGF-بيتا 1 تحفيز الخلايا تتغير التشكل على شكل ممدود ويزداد التعبير عن فيمنتين بقوة (الأحمر في B2)، في حين يتم الاحتفاظ التعبير عن PCK (الأخضر في B1). شريط النطاق في ب: 100 ميكرون ل A وباء. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الرقم 5. زراعة الخلايا الحيوية يعزز الأنسجة الجيل، وعندما مثقف في ظل ظروف 3D في مفاعل حيوي (B)، أحادي الطبقة من نموذج ثابت (A، H & E تلطيخ) التغييرات من أحادي الطبقة (A) إلى الأنسجة متعدد الطبقات (C، H & E تلطيخ ). تظهر HCC827 خلايا الاستجابة للدواء قوية على العلاج gefitinib (تلطيخ H & E). شريط النطاق في D: 100 ميكرون لA، C، و D الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (6)
تين. 6. في السيليكو ورم نموذج الجيل ومحاكاة طوبولوجيا مكافحة EGFR العلاج المقاومة. شبكة من الخلايا السرطانية مع العقد إشارات رئيسية في الحمراء (EGFR الطريق) والأخضر (ج-MET) والعقد من المصب. ويمثل الورم مميزة معلمات تلا انتشار (في سمك السلمون) وموت الخلايا المبرمج (في اللون البنفسجي) كما مسدس. تشير الأسهم التنشيط، السهام أضعفت كبت. وتتمثل الأهداف العلاجية التي كتبها المستطيلات الرمادية الداكنة والفاتحة، يظهر عن طريق تثبيط gefitinib باللون الأصفر (A). المحاكاة الديناميكية بواسطة وظائف البريد الإلكتروني (منحنيات ملونة) أقحم اتصال الشبكة المنطقية (AND، OR، NOT). EGFR وج-MET شاركت في التعبير يسبب مقاومة gefitinib كما يدل على زيادة الانتشار (منحنى سمك السلمون) والإعلانecrease من موت الخلايا المبرمج (منحنى البنفسجي) بعد نحو تعسفي الوقت النقطة 8 (B). يتناول المحتملة العلاج على حد سواء PI3K ومنظمة مجاهدي خلق من مثبطات (تحت منحنى الأصفر، نفس تفعيل، انظر البروتوكول). (C) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

أنشأنا جنبا إلى جنب في المختبر / في SILICO نظام اختبار الورم للتنبؤات العلاج الموجهة العلامات البيولوجية. نموذج في المختبر بتقييم مختلف الجوانب الهامة من الإجراءات مركب مثل التغيرات من انتشار الخلايا السرطانية والخلايا على خلفية طفرة وراثية محددة يمكن أيضا أن يكون محاكاة في سيليكون 17. هنا، نقدم بروتوكول موحد ل3D توليد نموذج الورم واختبار مركب بما في ذلك تقدير حجم انتشار وموت الخلايا المبرمج وإنشاء التنبؤية في نموذج سيليكون. ويستند هذا النموذج الورم 3D على خطوط الخلايا السرطانية التي تحمل طفرات معينة. تزرع الخلايا على مصفوفة الأنسجة decellularized في التيجان الخلية. وقد تصور مصفوفة decellularization، تثبيت بين اثنين من حلقات معدنية (التيجان الخلية)، وتجميع للنظام مفاعل حيوي وكذلك البذر من سقالة في إن الرب قبل 25 عاما.

في المختبر 3D ورم نموذج
ترجمة النتائج التي تحققت هنا في عيادة يتطلب الاختيار الدقيق للخلايا الورم مناسبة تحمل طفرات من الفائدة من أجل تصنيف المرضى وفقا لالمؤشرات الحيوية للأدوية المستهدفة المختارة. للطب الطبقية، وتحديد الطفرات سائق druggable من الجيل القادم التسلسل هو مصدر قلق كبير خصوصا في NSCLC وسوف تكشف نأمل علامات وراثية جديدة في المستقبل 29. لفي التجارب المختبرية، يجب أن مجمع الفائدة استهداف أحد المواقع التي تنشط بشكل كبير في خط الخلية المختارة أو في الخلايا الأولية. هنا، تم اختيار خطوط الخلايا HCC827 وA549 نظرا لفارق حالتهم EGFR طفرة وذكرت فرط الحساسية (HCC827 خلايا) والحساسية المتوسطة (خلايا A549) نحو gefitinib TKI في الثقافة 2D 30-32. في خطوة هي الأولى من 3D توليد نموذج الورم، وعدد الخلايا والثقافة الفترة من الورم اختيار لها الخلايا المراد adjuSTED إذا تم استخدام خلايا مختلفة من ذكرها هنا. للعثور على تركيز مركب الأمثل، فإنه من المستحسن لتحديد قيمة IC50 مع مساعدة من فحص جدوى متاحة تجاريا في 2D. وبناء على هذا الاختبار، يجب استخدام المركب في تركيز IC50 وتركيز أعلى المقبل في نماذج 3D. لقد اخترنا ثلاثة أيام من العلاج على يد واحدة من أجل الحصول على النتائج في غضون أسبوعين إلى ثلاثة أسابيع وللمقارنة سهلة لأنظمة اختبار الورم 2D من ناحية أخرى. ومع ذلك، وفترات العلاج يمكن أن تمتد إلى التحقيق في الأجل الآثار طويلة. ومع ذلك، ينبغي النظر إلى أن العلاج طويل الأمد أو جرعات عالية من مركب اختبار يمكن أن يسبب فقدان الخلية كاملة وبالتالي منع تقييم الانتشار أو غيرها من علامات المناعى.

لتحليل الشبكة إشارات يمكن الاعتماد عليها، وردود الورم على العلاج مع مركب معين يجب أن تحلل التمييز بين انتشار و APOإطراق. هذه الرافضة قراءة ترتبط بشكل مختلف في شبكة الإشارات. وهكذا، تحليل مميز من كلا المعلمات يتيح فهما أفضل للعمل الدواء والتنبؤ الهدف اللاحق. كما ذكرت من قبل، يتم تقليل انتشار الخلايا السرطانية في نموذج 3D لدينا مقارنة لظروف ثقافة 2D، وبالتالي، يجب الحد من النتائج الإيجابية الكاذبة من مركبات تثبيط الخلايا التي تم اختبارها. لتحديد مؤشر انتشار، فإن العدد الإجمالي للنوى وعدد من النوى إيجابية للKi67 تلطيخ يجب أن يكون كميا باستخدام فيجي البرمجيات على سبيل المثال. وهذا يمكن أن تكون مبسطة عن استخدام وحدات الماكرو في الثقافات 2D من الخلايا السرطانية التي، مع ذلك، لم يكن ممكنا إذا تشكل خلايا المجاميع الضيقة لأن هذا يؤدي إلى أرقام أقل أو أعلى من نوى، على التوالي. في جميع الحالات، لديها إعدادات الماكرو إلى تعديل بعناية لكل خط الخلية وتلطيخ. موت الخلايا المبرمج ويمكن قياس غير جراحية من supernatants قياس-المشقوق كاسباس cytokeratin 18، ذوي الخوذات البيضاءيقتصر التراث الثقافي غير المادي لخلايا ذات الخصائص الظهارية، وذلك باستخدام M30-ELISA. وهذا له العديد من المزايا: أنا) لأنها تتيح لمراقبة فعالية العلاج مع مرور الوقت وتحديد نقطة الانطلاق لعلاج فعال. لا يتم تدمير الثاني) عينات، ويمكن استخدامها لغيرها من تقنيات تلا. III) طلائي موت الخلايا المبرمج يمكن تمييزها عن الخلايا الوسيطة، التي هي الأمثل في إعدادات ثقافة مشتركة. هذه التقنية، ومع ذلك، يمكن أن تكون غير ملائمة للخلايا السرطانية التي خضع EMT، وبالتالي فقدان ملامحهم الظهارية. وبالتالي، يجب التأكد من صحتها التعبير عن cytokeratin 18 من كل سطر الخلايا السرطانية التي يستخدمها stainings المناعى قبل أن يتم تطبيق هذه التقنية. اختبار المركبات يمكن أيضا أن يؤديها في أكثر الأورام الجذعية تشبه الخلايا النمط الظاهري. عادة في اختبار المخدرات تهمل مراحل الغازية مختلفة على الرغم من أن معظم الأدوية المستهدفة، مثل TKIs يتم تطبيقها في مراحل الورم أكثر تقدما. لدينا نموذج يمكن التحقيق في الغازية أو لاالخلايا السرطانية ن الغازية، ويرجع ذلك إلى الغشاء القاعدي الحفاظ عليها 17 التي لديها خلايا لعبور خلال عملية الغزو. خطوة حاسمة نحو حركية الخلية والغزو هي EMT التي يمكن أن يتسبب في نماذج مختلفة سرطان الرئة التحفيز مع TGF-بيتا-1 17،33. هذا، ومع ذلك، ويقلل من انتشارها وبالتالي عدد الخلايا على منصة الاعدام. هذه الآثار الجانبية السلبية يمكن التحايل من تطبيق الشروط الثقافة الديناميكية التي يزيد بقوة كثافة الخلايا السرطانية في نماذج 3D. على الرغم من أن مفاعل حيوي يضبط الثقافة إلى الظروف الفسيولوجية، فإنه لابد من النظر أن خصائص الخلية وإشارات يمكن أن تتأثر التعرض للإجهاد القص 25.

اختبار استخدام في السيليكو المحاكاة لتسريع خط خلية محددة المخدرات
على الرغم فقط نصف الكمية، على غرار تسلسل الأحداث بشكل صحيح لدينا في نموذج سيليكون والرعايهالنظر تماما الطفرات المعروفة لكل خط خلية معينة. وهذا يشمل خط خلية تعديلات محددة لمختلف مستويات تنشيط مستقبلات، والمدى الذي تشارك تحركات يتم تنشيطها ومتى ومتى انتاج الشبكة مثل موت الخلايا المبرمج أو انتشار أمر متوقع. على سبيل المثال، يمكن للمرء أن ينظر يعرف سريريا التكبير ج-MET التي يعتقد أنها تحدث في حوالي 20٪ من المكتسبة EGFR مكافحة العلاج المقاومة 30. وفي وقت لاحق، ونموذج في سيليكون ويحسب سلوك الشبكة المقابلة مع مرور الوقت، على سبيل المثال، تطوير مقاومة gefitinib ممثلة زيادة انتشار وانخفض موت الخلايا المبرمج. في نموذجنا، حددنا مجاهدي خلق وPI3K كما المرشحين الهدف الواعدة. ونتيجة لذلك، والجمع العلاجية المحتملة جديد يمكن بسرعة قبل تقييم في سيليكون، التي هي بمثابة الأساس لمزيد من التجارب المختبرية. وبالإضافة إلى ذلك، فإن بيانات الناتج من التجارب في المختبر يمكنأن تستخدم لصقل في نظام سيليكون والتي التعديلات الشبكة التي تتلاءم مع النتائج التجريبية أفضل. نصف الكمية في الاستراتيجيات سيليكون لها بعض القيود فيما يتعلق بحجم شبكة (حوالي 100 تفاعلات البروتين البروتين يمكن اعتبار). وعلاوة على ذلك، من المهم جدا لدمج كافة العقد البروتين الرئيسية في هيكل الشبكة من أجل تحقيق نتائج واقعية. وبالتالي هذا النموذج في سيليكون ويعطي فقط تقريبي للشبكة الموجودة في الخلايا السرطانية المعيشة. ومع ذلك، وهذا الرأي تركيزا يسمح لنا لمحاكاة تغييرات محددة من الفائدة، على سبيل المثال، تأثير نوعين من الدواء على الخلفيات طفرة وراثية مختلفة في خط الخلية. هذا يساعدنا على فهم منهجي لتعقيد هذه الشبكات السرطان الإشارات وكذلك استنباط استراتيجيات علاجية جديدة.

في الختام، نحن مقتنعون بأننا قد وضعت الأنسجة مفيدة هندستها في المختبر أداة التي يمكن أن يتكامل بسهولة مع precliاختبار nical على فعالية المركبات الدوائية واحدة ومجموعاتها. للحد من التكاليف والوقت في الاختبار، ويكمل هذا النموذج الورم علاوة على ذلك من قبل في أداة التنبؤ سيليكون والسماح لتمديد البيانات التي تم جمعها إلى خلية من نوع التنبؤ معين من آثار المخدرات والدواء المركب بما في ذلك العلاجات الموجهة عيادة المستهدفة أو لاعبين جدد للنظر (على سبيل المثال، miRNAs).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

وقد رعت هذا البحث من قبل مركز التخصصات السريرية البحوث (IZKF، منحة BD247) من مستشفى جامعة فورتسبورغ وبرنامج بايرن صالح (الممنوحة لهايكه اليس).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Bioreactors Chair of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, Würzburg (GER) Bioreactor setup
BioVoxxel Toolbox (ImageJ / Fiji) Jan Brocher, Thorsten Wagner, https://github.com/biovoxxel/BioVoxxel_Toolbox
Cell crowns Chair of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, Würzburg (GER) for static 3D culture
CellDesigner http://www.celldesigner.org/ - This software was used for drawing the network.
Citrate buffer stock solution (10x) in house production 42 g/L Citric acid monohydrate, 17.6 g/L Sodium hydroxide pellets in deionized water, pH 6.0, stored at RT. 
Citrate buffer working solution in house production 10% Citrate buffer stock solution in demineralized water, stored at RT.
Citric acid monohydrate VWR, Darmstadt (GER) 1002441000 used for the citrate buffer
Cover slips VWR, Darmstadt (GER) 631-1339
DAPI Fluoromount-GTM SouthernBiotech, Birmingham (USA) SBA-0100-20
Databases such as KEGG, HPRD and QIAGEN (Genes & Pathways) http://www.genome.jp/kegg/pathway.html; http://www.hprd.org/; https://www.qiagen.com/de/geneglobe/ - Different known literature databases were used for generating the network topology.
Female Luer Lug Style Tee Mednet, Münster (GER) FTLT-1 Bioreactor setup
Female Luer Thread Style with 5/16" Hex to 1/4-28 UNF Thread Mednet, Münster (GER) SFTLL-J1A  Bioreactor setup
Fetal Calf Serum Bio&SELL, Feucht (GER) FCS.ADD.0500 not heat-inactivated
Gefitinib Absource Diagnostics GmbH, München (GER) S1025-100 mg 100 mM stock solution with DMSO
Glas flask (Schott, GER) provided with glas hose connection Weckert, Kitzingen (GER) custom made
Histofix 4% (Paraformaldehyd) Carl Roth, Karlsruhe (GER) P087.1
Hose coupling Mednet, Münster (GER) CC-9 Bioreactor setup
Incubator for bioreactors Chair of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, Würzburg (GER) Bioreactor setup
M30 CytoDeathTM ELISA Peviva, Bromma (SWE) 10900
Male Luer Integral Lock Ring Mednet, Münster (GER) MTLL230-J1A Bioreactor setup
Moisture chamber custom made
Mouse anti Pan-Cytokeratin Sigma-Aldrich, Munich (GER)   C2562-2ML Clone C-11+PCK-26+CY-90+KS-1A3 +M20+A53-B/A2, used 1/100 for immunofluorescence
Needlefree Swabable Valve Female Luer Mednet, Münster (GER) NVFMLLPC Bioreactor setup, for sampling, gamma-sterilized
O-Ring MVQ 10 red 37 x 3 mm Arcus Dichtelemente, Seevetal (GER) 21444 O-ring large, Bioreactor setup
O-Ring MVQ 70 red 27 x 2.5 mm Arcus Dichtelemente, Seevetal (GER) 19170 O-ring small, Bioreactor setup
PAP pen Dako, Hamburg (GER) S002
Paraffin Carl Roth, Karlsruhe (GER) 6642.6
Peristaltic pump Ismatec, Wertheim-Mondfeld (GER) Bioreactor setup
Phosphate Buffered Saline Sigma-Aldrich, Munich (GER)   D8537-6x500ml
Pump tubing cassette Ismatec, Wertheim (GER) IS 3710 Bioreactor setup
Rabbit anti Ki67 Abcam, Cambridge (UK) ab16667 Clone SP6, used for 1/100 for IF
Rabbit anti Vimentin Abcam, Cambridge (UK) ab92547 used 1/100 for IF
RPMI-1640 medium Life technologies, Darmstadt (GER) 61870-044 warm in 37 °C waterbath before use
Silicone tube Carl Roth GmbH, Karlsruhe (GER) HC66.1 Bioreactor setup
Sodium Hydroxide Sigma-Aldrich, München (GER) 30620-1KG-R used for the citrate buffer
SQUAD http://sbos.eu/docu/docu/SQUAD/doku.php.htm - This software was used for performing the semiquantitative simulations.
Sterile air filter, pore size 0.2 µm Sartorius Stedium Biotech, Göttlingen (GER) 16596-HYK Bioreactor setup
Syringe Luer Lok 5 ml BD Biosciences, Heidelberg (GER) 309649 for bioreactor sampling
Tissue culture test plates: 6-,      12-, 24-, 96- well TPP Techno Plastic Products AG, Trasadingen (GER) 92006, 92012, 92024, 92048 
Transforming growth factor-beta 1 (TGF-β1) with carrier Cell Signaling, Frankfurt (GER) 8915LC stock solution in sterile citrate buffer pH 3.0
Triton X-100 Sigma-Aldrich, München (GER) X100-1L
Tween-20 Sigma-Aldrich, München (GER) P7949-500ml for washing buffer of immunofluorescent staining

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Bhattacharjee, Y. Biomedicine Pharma firms push for sharing of cancer trial data. Science. 338, 29 (2012).
  2. Kola, I., Landis, J. Can the pharmaceutical industry reduce attrition rates? Nat Rev Drug Discov. 3, 711-715 (2004).
  3. Arrowsmith, J. Trial watch: Phase II failures: 2008-2010. Nat Rev Drug Discov. 10, 328-329 (2011).
  4. Arrowsmith, J. Trial watch: phase III and submission failures: 2007-2010. Nat Rev Drug Discov. 10, 87 (2011).
  5. Arrowsmith, J., Miller, P. Trial watch: phase II and phase III attrition rates 2011-2012. Nat Rev Drug Discov. 12, 569 (2013).
  6. Pampaloni, F., Reynaud, E. G., Stelzer, E. H. The third dimension bridges the gap between cell culture and live tissue. Nat Rev Mol Cell Biol. 8, 839-845 (2007).
  7. Hartung, T. Toxicology for the twenty-first century. Nature. 460, 208-212 (2009).
  8. Stratmann, A. T., Dandekar, G., Nietzer, S. L. Three-dimensional in vitro tumor Models as an Alternative for Animal Models in Preclinical Studies. Pharm Ind. 75, 485-489 (2013).
  9. Stratmann, A. T., Dandekar, G., Nietzer, S. L. Three-dimensional in vitro tumor Models as an Alternative for Animal Models in Preclinical Studies. Pharm Ind. 75, 675-680 (2013).
  10. Gudjonsson, T., Ronnov-Jessen, L., Villadsen, R., Bissell, M. J., Petersen, O. W. To create the correct microenvironment: three-dimensional heterotypic collagen assays for human breast epithelial morphogenesis and neoplasia. Methods. 30, 247-255 (2003).
  11. Weaver, V. M., Fischer, A. H., Peterson, O. W., Bissell, M. J. The importance of the microenvironment in breast cancer progression: recapitulation of mammary tumorigenesis using a unique human mammary epithelial cell model and a three-dimensional culture assay. Biochem Cell Biol. 74, 833-851 (1996).
  12. Antoni, D., Burckel, H., Josset, E., Noel, G. Three-dimensional cell culture: a breakthrough in vivo. Int J Mol Sci. 16, 5517-5527 (2015).
  13. Kim, J., Tanner, K. Recapitulating the Tumor Ecosystem Along the Metastatic Cascade Using 3D Culture Models. Front Oncol. 5, 170 (2015).
  14. Worthington, P., Pochan, D. J., Langhans, S. A. Peptide Hydrogels - Versatile Matrices for 3D Cell Culture in Cancer Medicine. Front Oncol. 5, 92 (2015).
  15. Tanner, K., Gottesman, M. M. Beyond 3D culture models of cancer. Sci Transl Med. 7, 283ps9 (2015).
  16. Stadler, M., et al. Increased complexity in carcinomas: Analyzing and modeling the interaction of human cancer cells with their microenvironment. Semin Cancer Biol. (2015).
  17. Stratmann, A. T., et al. Establishment of a human 3D lung cancer model based on a biological tissue matrix combined with a Boolean in silico model. Mol Oncol. 8, 351-365 (2014).
  18. Mok, T. S., et al. Gefitinib or carboplatin-paclitaxel in pulmonary adenocarcinoma. N Engl J Med. 361, 947-957 (2009).
  19. Maemondo, M., et al. Gefitinib or chemotherapy for non-small-cell lung cancer with mutated EGFR. N Engl J Med. 362, 2380-2388 (2010).
  20. Rosell, R., et al. Erlotinib versus standard chemotherapy as first-line treatment for European patients with advanced EGFR mutation-positive non-small-cell lung cancer (EURTAC): a multicentre, open-label, randomised phase 3 trial. Lancet Oncol. 13, 239-246 (2012).
  21. Sequist, L. V., et al. Phase III study of afatinib or cisplatin plus pemetrexed in patients with metastatic lung adenocarcinoma with EGFR mutations. J Clin Oncol. 31, 3327-3334 (2013).
  22. Lee, J. M., Dedhar, S., Kalluri, R., Thompson, E. W. The epithelial-mesenchymal transition: new insights in signaling, development, and disease. J Cell Biol. 172, 973-981 (2006).
  23. Wells, A., Yates, C., Shepard, C. R. E-cadherin as an indicator of mesenchymal to epithelial reverting transitions during the metastatic seeding of disseminated carcinomas. Clin Exp Metastasis. 25, 621-628 (2008).
  24. Janne, P. A., et al. AZD9291 in EGFR inhibitor-resistant non-small-cell lung cancer. N Engl J Med. 372, 1689-1699 (2015).
  25. Moll, C., et al. Tissue engineering of a human 3D in vitro tumor test system. J Vis Exp. (2013).
  26. Funahashi, A., et al. CellDesigner 3.5: A Versatile Modeling Tool for Biochemical Networks. Proceedings of the IEEE. 96, 1254-1265 (2008).
  27. Auto Threshold(ImageJ)v.v1.15. Source: http://fiji.sc/Auto_Threshold (2013).
  28. BioVoxxel Toolbox (ImageJ / Fiji). Source: http://fiji.sc/BioVoxxel_Toolbox (2015).
  29. Buettner, R., Wolf, J., Thomas, R. K. Lessons learned from lung cancer genomics: the emerging concept of individualized diagnostics and treatment. J Clin Oncol. 31, 1858-1865 (2013).
  30. Engelman, J. A., et al. MET amplification leads to gefitinib resistance in lung cancer by activating ERBB3 signaling. Science. 316, 1039-1043 (2007).
  31. Mukohara, T., et al. Differential effects of gefitinib and cetuximab on non-small-cell lung cancers bearing epidermal growth factor receptor mutations. J Natl Cancer Inst. 97, 1185-1194 (2005).
  32. Noro, R., et al. Gefitinib (IRESSA) sensitive lung cancer cell lines show phosphorylation of Akt without ligand stimulation. BMC Cancer. 6, 277 (2006).
  33. Gill, B. J., et al. A synthetic matrix with independently tunable biochemistry and mechanical properties to study epithelial morphogenesis and EMT in a lung adenocarcinoma model. Cancer Res. 72, 6013-6023 (2012).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics