コア生物学の概念を教えるために、マウス乳腺腫瘍細胞を用いた：簡単なラボ·モジュール
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
多くの場合、学部一般生物学コースでは、細胞周期調節および癌のトピックは触れているが、これらのコースの内容の幅は深さのために少し時間を残しているため、詳細に調査していません。また、学部生物学の学生は、通常、動物細胞培養に関連した高度な技術にさらされていません。適用すると、彼らが学んだことを分析しながら学生は、これらの概念のより深い理解の開発を支援するために、実験室での活動は、研究室の活動1を拡張研究のウォルターリード陸軍研究所 （WRAIR）の変形例として開発されました。ラボモジュールは、成長および癌細胞モデルを特徴付ける、細胞計数法を開発し、実行する、抗増殖剤で細胞を処置するための最適な時間経過および用量を確立し、そして異常な細胞シグナル伝達経路を識別することを含む段階的、実験的な戦略を使用して。実験はまた、オープンを可能にします-ended問い合わせ。
この活性のために必要な技術のほとんどは、一般的な生物学教授の研究室で行うことができます。活動は、学生が、ヒト乳癌2のモデルをマウス乳癌（MMT）細胞株の形態と成長速度を特徴づけることから始まります。乳癌は、その集団における有病率、大学中年学生にその親しみやすさ、および利用可能な広範囲のデータのモデルガンとして選択しました。それは十分に特徴づけられ、容易に得られるので、MMT細胞株を特異的に選択された、短い倍加時間を有しており、成長するのは簡単です。また、MMT細胞は、エストロゲン依存性、最も女性の乳癌と一致するあります。学生はその後、その作用機序だけでなく、学生を可能に変えている薬や治療の長さのestablished.The濃度である化学療法剤で細胞を処理することにより、MMT細胞における異常な細胞シグナル伝達経路を特定します細胞分裂の速度に対するこれらの変数の影響を評価しました。このアクティビティのキーアッセイは単に2つの方法のいずれかを使用して、細胞計数を必要とする細胞生存率の決意です。それぞれの方法は、強力な顕微鏡のスキルに依存します。学生は、標準的な、血球計法および新規顕微鏡撮影法を用いて細胞生存率を決定し、提案します。それらの知見に基づいて、彼らは活動への変更を提案し、テストすることができます。生徒はその後、自分のデータを表し、それらの仮説を洗練して、新しい実験的な戦略を考案する結果を解釈します。
この研究室での活動は、生物科学専攻新入生や年生レベルの生徒に適しています。これは、最初の年に、一般的な生物学または二年、分子/細胞生物学のコースを完了することができる1週間のラボ·モジュールに凝縮されています。活動の適切完了するために必要なスキルは、基本的な算術と代数、Cの配列に精通を含みます鉱石ラボのスキル（ 例えば 、ピペッティング、解決策作り、滅菌技術）細胞培養や表計算ソフトのインストラクターの知識を持つに沿って、データ分析、基本的な光顕微鏡と時間管理、。必要な試薬（ 例えば 、マウス乳腺腫瘍細胞、MMT 2）、化学療法剤は癌の動物細胞株モデルを含む（ 例えば 、タモキシフェン、クルクミン、メトホルミン、アスピリン）、トリパンブルーおよび細胞培養培地（ 例えば 、 イーグルの最小必須培地 ;適切なサプリメント（ 例えば 、ドナー馬とウシ胎児血清）とEMEM）。 、血球計数器、およびデジタル顕微鏡ソフトウェア、必要な楽器は、デジタルカメラの取り付け、コンピュータ、100ミリメートル、24ウェル組織培養プレート、CO 2インキュベーター（または同等）、安全キャビネット（クラスII BSC）と倒立光学顕微鏡を含みます。
TEACする動物細胞培養に依存して、特定のラボ活動の良い例があります。細胞生物学3における概念に関する時間学部学生。しかし、多くは、（ 例えば、放射性同位体、生きている動物の組織、高度な画像処理装置1,4,5）は 、（400レベルのコース6に適した、 例えば ）はかなり高度なプロトコルを記述し、容易にアクセスできない物資や技術を必要としますか、マルチ週間の学期長いプロジェクト6,7を必要とします。ここで説明する実験室の活動は簡単であり、一般的な実験室機器と1週間で実施することができます。
要約すると、このラボモジュールを効果的に導入したり、基本的で高度な研究室のスキル、実験データ解析、動物細胞培養の方法と科学的なプロセスを教えている間、細胞周期、細胞シグナル伝達経路および癌の概念を強化します。実験用モジュールは、シンプルかつ経済的にアクセス可能で、オープンエンドの問い合わせに対応する柔軟性と機会の両方を提供します。活動は、学生の創造性を奨励しますレシピガイドとしてではなく、機能するテンプレート実験戦略を提供することによって。それは覚え、理解、適用、分析、評価し、教科書のうち、科学研究の世界にそれらを引っ張る過程で学生を係合することによって作成を必要とする最も重要なことは、活動を満たすには、すべての咲く分類8のドメインを学びます。
Protocol
Representative Results
Discussion
ラボ·モジュールは、動物細胞培養の高度な技術を介して、細胞生物学のさまざまなトピックを教えることを目指し、その提示されています。モジュールは、モデルヒト乳癌細胞の複製に対する抗増殖性化学物質の数の影響を分析することによって、これを達成します。一次アッセイは細胞計数の基本的な技術に依存しており、顕微鏡ソフトウェアを用いて細胞数を計測するための新しい方?…
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 |
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