Çekirdek Biyoloji Kavramları öğretmek için Fare Meme Tümör Hücreleri kullanma: Basit Lab Modülü
Summary
A feasible laboratory module for biology undergraduates that explores advanced cellular and molecular concepts using animal cell culture is described. Students grow, characterize and manipulate a breast cancer cell model by exposure to chemotherapy agents. Cell viability is assayed through cell counting using both a standard and novel method.
Abstract
Undergraduate biology students are required to learn, understand and apply a variety of cellular and molecular biology concepts and techniques in preparation for biomedical, graduate and professional programs or careers in science. To address this, a simple laboratory module was devised to teach the concepts of cell division, cellular communication and cancer through the application of animal cell culture techniques. Here the mouse mammary tumor (MMT) cell line is used to model for breast cancer. Students learn to grow and characterize these animal cells in culture and test the effects of traditional and non-traditional chemotherapy agents on cell proliferation. Specifically, students determine the optimal cell concentration for plating and growing cells, learn how to prepare and dilute drug solutions, identify the best dosage and treatment time course of the antiproliferative agents, and ascertain the rate of cell death in response to various treatments. The module employs both a standard cell counting technique using a hemocytometer and a novel cell counting method using microscopy software. The experimental procedure lends to open-ended inquiry as students can modify critical steps of the protocol, including testing homeopathic agents and over-the-counter drugs. In short, this lab module requires students to use the scientific process to apply their knowledge of the cell cycle, cellular signaling pathways, cancer and modes of treatment, all while developing an array of laboratory skills including cell culture and analysis of experimental data not routinely taught in the undergraduate classroom.
Introduction
Genellikle lisans genel biyoloji derslerinde, hücre döngüsü düzenlenmesi ve kanser konuları değindi ama bu derslerden içeriğin genişliği derinliği için çok az zaman bırakır, çünkü ayrıntılı olarak incelenmiştir değil. Buna ek olarak, lisans biyoloji öğrenciler genellikle hayvan hücre kültürü ile ilişkili gelişmiş teknikler maruz değildir. Uygulanması ve öğrendiklerini analiz ederken öğrencilerin bu kavramları daha derin bir anlayış geliştirmelerine yardımcı bir laboratuvar faaliyeti laboratuvar faaliyeti 1 uzatılmış Araştırma Walter Reed Ordu Enstitüsü (WRAIR) bir modifikasyonu olarak geliştirilmiştir. Laboratuar modülü olarak anormal hücre sinyalizasyon yolları büyüyen bir kanser hücresi modeli karakterize geliştirilmesi ve hücre sayımı yürütme yöntemleri, anti-proliferatif ajanlar ile hücrelerin tedavisi için uygun bir zaman ve dozajların oluşturulması ve tanımlanması içeren bir adım adım, deneysel strateji kullanır . Deney da açık veriyor-ended soruşturma.
Bu etkinlik için gereken teknikleri çoğu tipik biyoloji öğretim laboratuarda gerçekleştirilebilir. aktivitesi, fare meme tümörü (MMT) hücre çizgisinin morfolojisi ve büyüme hızı, insan göğüs kanseri 2 için bir model karakterize öğrenciler ile başlar. Meme kanseri nedeniyle nüfusta yaygınlığı, üniversite çağındaki öğrencilere yönelik aşinalık ve mevcut yaygın veri modeli kanseri olarak seçildi. MMT hücre hattı özellikle de karakterize, kolayca elde edilebilir, çünkü seçilen kısa katlama süresi vardır ve büyümek kolaydır edildi. Buna ek olarak, MMT hücreleri estrojene bağlı en kadın, göğüs kanseri ile tutarlı olan bulunmaktadır. Öğrenciler daha sonra kimin etki mekanizması iyi öğrenciler sağlayan çeşitlidir ilaçlar ve tedavilerin uzunluğu belirlendiğine konsantrasyonu kemoterapi ilaçları ile hücrelerin tedavi ederek MMT hücrelerinde anormal hücre sinyal yolları belirlemekhücre bölünmesi oranı üzerinde bu değişkenlerin etkisini değerlendirmek için. Bu etkinlik için anahtar tahlil sadece iki yöntemden birini kullanarak, hücre sayımı gerektiren hücre canlılığı, belirlenmesidir. Her yöntemin güçlü mikroskopi becerileri bağlıdır. Öğrenciler standart, hemositometre yöntemi ve yeni bir fotomikroskopi yöntemini kullanarak hücre canlılığı belirlemek ve önermek. Onların bulgularına dayanarak, teklif ve aktivite değişiklikleri test edin. Öğrenciler daha sonra kendi veri temsil ve hipotez rafine ve yeni deneysel stratejiler hazırlamak için sonuçları yorumlama.
Bu laboratuvar faaliyeti biyolojik bilimlerde bölümünden birinci veya ikinci sınıf düzeyinde öğrenciler için uygundur. Bu, bir ilk yıl genel biyoloji ya da ikinci yıl, moleküler / hücresel biyoloji dersi tamamlanabilir bir haftalık laboratuvar modülü içine yoğunlaşır. Faaliyetin uygun tamamlanması için gerekli becerileri c bir dizi temel aritmetik ve cebir, aşinalık dahilCevher laboratuvar becerileri (örneğin, pipet, çözüm yapımı, steril tekniği) hücre kültürü ve elektronik tablo yazılımı eğitmen bilgisi ile birlikte, veri analizi, temel ışık mikroskobu ve zaman yönetimi. Gereken belirteçleri (örneğin, fare meme tümörü hücreleri, MMT 2), kemoterapi maddeleri kanser için bir hayvan hücre çizgisi modeli, (örneğin, tamoksifen, kurkumin, metformin, ve aspirin), tripan mavi ve hücre kültür ortamı (örneğin, Eagle Minimum Essential Medium , uygun takviyesi (örneğin, donör At ve fetal inek serumu) ile EMEM). (Sınıf II BSC) hemasitometre ve dijital mikroskopi yazılım gerekli aletler ters ışık dijital kamera eki, bilgisayar, 100 mm ve 24 oyuklu doku kültür plakaları, CO2 inkübatöründe (veya eşdeğeri), biyo-güvenlik kabini ile mikroskop bulunmaktadır.
TEAC hayvan hücre kültürü güveniyor belirli laboratuvar faaliyetlerinin iyi örnekler vardırhücre biyolojisi 3 kavramlar hakkında h lisans öğrencisi. Ancak pek çok (örneğin, radyoaktif izotoplar, canlı hayvan dokusu, ileri görüntüleme donanımları 1,4,5), (400 seviye kurs 6 için uygun gibi) oldukça gelişmiş protokolleri tarif kolay erişilebilir olmayan malzemeleri veya teknikleri gerektiren, ya da çok-haftalık veya dönem uzun projelere 6,7 gerektirir. Burada anlatılan laboratuvar aktivite basittir ve ortak laboratuar ekipmanları ile tek bir hafta içinde yapılabilir.
Özetle, bu laboratuar modülü etkin bir tanıtır ya da temel ve ileri laboratuar becerileri, deneysel veri analizi, hayvan hücre kültürü yöntemi ve bilimsel süreç öğretirken hücre döngüsü, hücresel sinyal yolları ve kanser kavramlarını güçlendirmektedir. Laboratuvar modülü basit ve ekonomik erişilebilir ve açık uçlu soruşturma için esneklik ve fırsat hem de sağlar. etkinlik öğrenci yaratıcılığı teşvikBir reçete rehber olarak değil, hareket eden bir şablon deneysel bir strateji sağlayarak. O hatırlayarak gerektirir En önemlisi, etkinlik tatmin Blooms Taksonomi 8 tüm öğrenme alanları, anlayış, uygulanması, analiz etmek, değerlendirmek ve ders kitabı dışında ve bilimsel araştırma dünyasına onları çeken bir süreçte öğrencilere yaparak yaratır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bir laboratuvar modülü hayvan hücre kültürü gelişmiş teknikler sayesinde hücre biyolojisinde çeşitli konuları öğretmeyi amaçlamaktadır olduğu sunulmuştur. Modül insan göğüs kanseri modelinde hücre replikasyonu üzerindeki anti-proliferatif kimyasal bir dizi etkisini analiz ederek, bu elde edilir. Birincil tahlil hücre sayımı temel tekniği dayanır ve mikroskopi yazılımı kullanarak hücreleri saymak için yeni bir yol sunuyor. modülü içeren faaliyetler aletleri ve çoğu biyoloji programl…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work is supported by the Joseph Alexander Foundation, the ASBMB Undergraduate Research Award, 2013-2014, and a Science Award Grant, Marymount Manhattan College, 2012-2013.
Materials
| Tissue Culture Hood | ESCO Labculture Reliant | Class II Type A2 Biological Safety Cabinet | |
| Waterjactor CO2 Incubator | CEDCO | Model 1510 | |
| Bright-line Hemocytometer | American Optical | with two separate grids | |
| Motic Images Plus | Mac OSX Verison 2.0 or higher | ||
| Gilson Pipetman | Rainin instrument co. inc | P-20D, P-200D, P-1000D | |
| CK30/CK40 Culture Microscope | Olympus | 4 objective inverted light microscope with camera | |
| 200 uL Pipet tips | MidSci | 40200C | |
| 1000 uL Pipet tips | MidSci | AVR4 | |
| 10 mL Seriological Pipets | TPP | TP94010 | |
| 24-well plates | CoStar- Tissue Culture Cluster | 3524 | 24 wells, 16 mm well diameter, Radiation sterilized |
| Trypan Blue Solution 0.4% | Sigma | T8154 | 100 mL, cell culture tested non-haz |
| Bright-line Hemacytometer replacement coverslip, non-haz | Sigma | Z375357 | |
| Mouse Mammary Tumor(MMT) cells | ATCC | CCL-51 | |
| Eagle Minimum Essentail Medium (EMEM) | ATCC | 30-2003 | 500 mL |
| Fetal Bovine Serum | Sigma | F0926 | 500 mL |
| Meformin Hydrochloride | Sigma | PHR1084 | 500 mg |
| Tamoxifen | Sigma | T5648 | white or white-yellow powder |
| Curmumin | Sigma | C1386 | yellow-orange powder |
| Aspirin | Sigma | A2093 | meets USP testing specifications |
References
- Hammamieh, R., et al. Students investigating the antiproliferative effects of synthesized drugs on mouse mammary tumor cells. Cell Biol Educ. 4 (3), 221-234 (2005).
- Sykes, J. A., Whitescarver, J., Briggs, L. Observations on a cell line producing mammary tumor virus. J Natl Cancer Inst. 41 (6), 1315-1327 (1968).
- Palombi, P. S. J., Snell, K. Learning about Cells as Dynamic Entities: An Inquiry-Driven Cell Culture Project. Bioscene: Journal of College Biology Teaching. 33, 27-33 (2008).
- Ledbetter, M. L. S., Lippert, M. J. Glucose Transport in Cultured Animal Cells: An Exercise for the Undergraduate Cell Biology Laboratory. Cell Biology Education. 1 (3), 76-86 (2002).
- Weaver, D. Cardiac Cells Beating in Culture: A Laboratory Exercise. American Biology Teacher. 69, 407-410 (2007).
- Marion, R. E., Gardner, G. E., Parks, L. D. Multiweek cell culture project for use in upper-level biology laboratories. Advances in Physiology Education. 36, 154-157 (2012).
- Mozdziak, P. E. P., James, N., Carson, S. u. s. a. n. D. An Introductory Undergraduate Course Covering Animal Cell Culture Techniques. Biochemistry and Molecular Biology Education. 32 (5), 319-322 (2004).
- Anderson, L. W., et al. . A taxonomy for learning, teaching and assessing: A revision of Bloom’s Taxonomy of educational objectives (Complete Edition). , (2001).
- Centers for Disease Contol and Prevention. . Appendix A – Primary Containment for Biohazards: Selection, Installation and Use of Biological Safety Cabinets. , (2014).
- Davis, J. M. . Basic Cell Culture: A Practical Approach. , (2002).
- Algra, A. M., Rothwell, P. M. Effects of regular aspirin on long-term cancer incidence and metastasis: a systematic comparison of evidence from observational studies versus randomised trials. Lancet Oncol. 13 (5), 518-527 (2012).
- Anand, P., Sundaram, C., Jhurani, S., Kunnumakkara, A. B., Aggarwal, B. B. Curcumin and cancer: an ‘old-age’ disease with an ‘age-old’ solution. Cancer Lett. 267 (1), 133-164 (2008).
- Ararat, E., Sahin, I., Altundag, K. Mechanisms behind the aspirin use and decreased breast cancer incidence. J BUON. 16 (1), 180 (2011).
- Ararat, E., Sahin, I., Altundag, K. Aspirin intake may prevent metastasis in patients with triple-negative breast cancer. Med Oncol. 28 (4), 1308-1310 (2011).
- Blandino, G., et al. Metformin elicits anticancer effects through the sequential modulation of DICER and c-MYC. Nat Commun. 3, 865 (2012).
- Kunnumakkara, A. B., Anand, P., Aggarwal, B. B. Curcumin inhibits proliferation, invasion, angiogenesis and metastasis of different cancers through interaction with multiple cell signaling proteins. Cancer Lett. 269 (2), 199-225 (2008).
- Burstein, D. E., Blumberg, P. M., Greene, L. A. Nerve growth factor-induced neuronal differentiation of PC12 pheochromocytoma cells: lack of inhibition by a tumor promoter. Brain Res. 247 (1), 115-119 (1982).
- Nazarali, S. A., Narod, S. A. Tamoxifen for women at high risk of breast cancer. Breast Cancer (Dove Med Press). 6, 29-36 (2014).
- Cui, J., et al. Cross-talk between HER2 and MED1 regulates tamoxifen resistance of human breast cancer cells). Cancer Res. 72 (21), 5625-5634 (2012).
- Komm, B. S., Mirkin, S. An overview of current and emerging SERMs. J Steroid Biochem Mol Biol. 143C, 207-222 (2014).
- Kaplan, R. M., Satterfield, J. M., Kington, R. S. Building a better physician–the case for the new MCAT. N Engl J Med. 366 (14), 1265-1268 (2012).
