מהדור בתפוקה גבוהה תלת מימדי הגידול Spheroids להקרנה סמים
Summary
במגוון רחב של מחלות אינדיקציות, דגמים רלוונטיים יותר מבחינה פיזיולוגית מתנהג הסמים מפותחת, מיושמים לתוך גילוי תוכניות. המערכת החדשה דגם המתוארים כאן מדגים איך תלת מימדי הגידול יכול להיות תרבותי ולא הוקרן תפוקה גבוהה 1536-ובכן צלחת מערכת מבוססת לחיפוש תרופות חדשות אונקולוגיה spheroids.
Abstract
תאים סרטניים יש באופן שגרתי תרבותי בשני מימדים (2D) על משטח פלסטיק. טכניקה זו, עם זאת, חסרה את הסביבה נכון גידול בנפח גדול חשוף vivo בתוך. גידולים מוצקים גדלים לא כמו סדין המצורפת פלסטיק, אבל במקום כאוסף של תאים המשובטים תלת מימדי (3D) מרחב אינטראקציה עם שכניהם, ועם מאפיינים המרחבי ברורים כגון שיבוש קוטביות סלולרית רגילה. אינטראקציות אלה לגרום תלת-ממד תרבותי תאים לרכוש מאפיינים מורפולוגיים הסלולר רלבנטיות יותר ויוו גידולים. בנוסף, גידול בנפח גדול עומד בקשר ישיר עם סוגי תאים אחרים כגון תאי סטרומה ואת המערכת החיסונית, כמו גם של מטריצה חוץ-תאית של כל סוגי תאים אחרים. המטריקס שהופקדו מורכבת של מקרומולקולות כגון קולגן fibronectin.
בניסיון להגביר את התרגום של ממצאי המחקר באונקולוגיה מן הספסל אל מיטתה, קבוצות רבות החלו לחקור את השימוש במערכות דגם התלת-ממד באסטרטגיות הפיתוח שלהם סמים. מערכות אלו נחשבים רלבנטי יותר מבחינה פיזיולוגית, כי הם מנסים לסכם את הסביבה הטרוגנית ומורכבת של הגידול. מערכות אלו, עם זאת, יכול להיות מורכב למדי,, למרות נוטה צמיחה בשנת 96-ובכן תבניות, וחלק עכשיו אפילו ב- 384, והם מציעים מספר אפשרויות הצמיחה בקנה מידה גדול, הקרנה. זה נצפתה הפער הוביל להתפתחות של השיטות המתוארות כאן בפירוט כדי תרבות גידול spheroids בתפקיד תפוקה גבוהה ב- 1536-ובכן צלחות. שיטות אלה מייצגים פשרה למערכות מורכבות מאוד מבוסס-מטריקס, אשר קשה מסך וקונבנציונאלי מבחני 2D. מגוון רחב של שורות תאים סרטן מחסה מוטציות גנטיות שונות מוקרנים בהצלחה, בחינת היעילות מורכבים באמצעות ספריית אצר של תרכובות מיקוד מסלול Mitogen-Activated קינאז או MAPK. התגובות תרבות ספרואיד משווים לאחר מכן על התגובה של התאים גדלו ב 2D, פעילויות דיפרנציאלית מדווחים. שיטות אלה מספקים פרוטוקול ייחודי לבדיקת פעילות מורכבת בסביבה תלת-ממד תפוקה גבוהה.
Introduction
בעשור האחרון, יותר ויותר מחקרים יש ליישם את השימוש תא תלת-ממד מודלים תרבות כדי להבין את המושגים לא recapitulated באופן מלא על ידי גידול התאים ב- 2D על הפלסטיק. דוגמאות של מושגים אלה כוללים מסעה קוטביות תאים אפיתל רגיל1 שבו יאבדו הכיוון המרחבי של הפסגה, הבסיס שכבות של תאים, כמו גם את התפקיד של מטריצות בוויסות הישרדות, גורל. המחקר האונקולוגי, בפרט, השתמשה דגמי תלת-ממד כדי להבין את הביולוגיה בסיסי של תאים סרטניים, ההבדלים בין 2D and 3D תא תרבות מערכות3,4. הפיתוח של טכניקות מתוחכמות יותר של תרבות תא ושל שלהם התאקלמות נוספת לתבניות רב טוב אפשרה את החיפוש אחר תרופות חדשות הגדרות תלת-ממד. בניגוד לתאים לגדול בתנאים 2D, 3D מודלים של גידולים בטווח המורכבות של מערכות סלולריות בשכבות5 באופן חד-תא-type כדורים בגדלים שונים, הספירות מולטי-cell-סוג מורכב6,7, 8. הגילוי של תרכובות הרומן או תכשירים זה מנע בעוצמה לגרום מוות תאי במערכות אלו דגם התלת-ממד היא, אפוא, עניין גבוהה סמים פיתוח קמפיינים. נקודות הקצה של מבחני אלה הם לעתים קרובות זהים לאלו שבוצעו בתרבויות 2D להעריך שינויים התפשטות תאים, אבל כאשר התנהלה באווירה רלוונטי יותר מבחינה פיזיולוגית, לחפור רמת התלות של ג’ין היעד או מסלול להיות אמיתי חקרו.
כפי שהובאו לעיל, מגוון רחב של מערכות מודל פותחו כדי ללמוד תגובות סמים במערכות תרבות תלת-ממד, אך הרוב להשתמש גם צלחות microtiter 96 או 384-ובכן, אינם בקלות לצורכי תפוקה גבוהה ההקרנה (HTS) התבניות המשמשות לעתים קרובות ב קמפיינים ההקרנה של גילוי סמים. מערכות אלה כוללות שימוש תלוי droplet טכנולוגיות, ספרואיד תרבויות, רוטט תאים עם חלקיקים מגנטיים לזירוז ריחוף, תרביות ג’ל טבעי או סינתטי כגון קולגן, Matrigel או פוליאתילן גליקול (PEG)2 . כאן, אנו מציגים את השיטות מפורט של טכניקה מפותחת בעבר כדי לייצר של שורות תאים סרטן הוקמה בתבנית 1536-ובכן צלחת תרבויות ספרואיד תלת-ממד. ב פרוטוקול זה, מדיום מאוד מוגדרים משמש אשר מונע את הקובץ המצורף של שורות תאים בדרך כלל חסיד9. מערכת זו יש מגבלות (כלומר, זה לא מסכם את הדברים באופן מלא מערכת מודל מורכב של סרטן), אבל בכל זאת, מבחני אלה לאפשר הקרנה תפוקה גבוהה של אוספים גדולים של מולקולות קטנות והשוואות חריץ בצורת הצלב של סמים תגובה בין תרבויות 2D and 3D נגד מגוון רחב של שורות תאים וחיבורים.
הקווים התא שנבחר כדי להדגים השיטות במאמר זה כל הנמל מוטציות בגנים הקשורים את MAPK איתות, שביל אשר הוא מאוד dysregulated ב סרטן, עבור הרפוי רבים אשר הינם זמינים. רבים מן הקווים יש הפעלת מוטציות oncogenic הווירוס קירסטן עכברוש סרקומה המכונה גם קראס, RAS נוירובלסטומה או NRAS, אונקוגן וירוס את הארווי עכברוש סרקומה או HRAS ו של kinases המשויך במהירות מואצת Fibrosarcomas, הידוע גם בשם RAFs. הספרות האחרונות עולה כי מעכבי של צמתים שונים של מסלול זה הן באופן ייחודי יותר אפקטיבי בקבוצת משנה של הקווים התא כאשר גדל תחת תנאים 3D9,10. מחקר אחד מצא כי כאשר תאים סרטניים עם ראס הפעיל היו תרבותי ב- 3D, הם הפגינו רגישות מוגברת של מעכבי MAPK, יתר על כן, כי גישה זו יכולה לזהות מסלולים, ממוקד מעכבי עלול לפספס ב דו-ממדי מסורתי הגדרה. מטרת מחקר זה היא להציג את שיטות השתמשו כדי תרבות שורות תאים אלה, עוד יותר, כדי להדגים את האבחנות השונות התגובות האלה מעכבי אשר יכול להיות שנצפו רק בעת שימוש 3D תא מערכות התרבות.
Protocol
Representative Results
Discussion
השיטות המובאות כאן מדגימים פרוטוקול מפורט על איך לייצר spheroids הגידול ב- 1536-ובכן לוחות עבור הקרנות מתחם בקנה מידה גדול. שיטות אלה היו בתחילה ממאמרו של עבודה במכון הסרטן הלאומי שבו הגידול spheroids גדלו במבחני בתפוקה נמוכה ב- 6-ובכן, 96-ובכן צלחות לשאול שאלות אודות יחסי תלות גנטית וגם רגישות מתחם<sup cl…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים רוצה להכיר מארק פרר המרכז הארצי לקידום מדעי Translational, מכוני הבריאות הלאומיים שלו תמיכה והדרכה על ההתפתחות הראשונית של מבחני אלה. בנוסף, ברצוננו להודות אליסון פרימן, Mariela Jaskelioff, מיכאל אקר, ג’ייקוב Haling ו- Vesselina קוק קלט מדעי ודיון שלהם כמו פרויקט חברי צוות.
Materials
| Reagents | |||
| DMEM Dulbecco`s Modified Eagle Media (DMEM)/F12 | ATCC | 30-2006 | Purchased as a prepared solution. This reciepe was found to be preferred compared to other vendors. |
| DMEM Dulbecco`s Modified Eagle Media (DMEM)/F12 | Lonza | 12-604F | Purchased as a prepared solution. |
| Roswell Park Memorial Institute (RPMI) | Lonza | 12-115Q | Purchased as a prepared solution. |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Seradigm | 1500-500 | Purchased as a prepared solution. |
| 1x 0.25% Trypsin with Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Hyclone | SH30042.01 | Purchased as a prepared solution. |
| 1x Penicillin/Streptomycin | Gibco | 15140 | Purchased as a prepared solution. |
| 10 ng/mL Human basic Fibrobast Growth Factor (bFGF) | Sigma | F0291 | Resuspend in sterile water. |
| 20 ng/mL Human Epidermal Growth Factor (EGF) | Sigma | E9644 | Resuspend in sterile water. |
| 0.4% Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma | A9418 | Resuspend in sterile PBS and filter. |
| 1x Insulin Transferrin Selenium (ITS) | Gibco | 51500056 | |
| 1% KnockOut (KO) Serum Replacement | Gibco | 10828-028 | Add fresh right before use. |
| 100% Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma | 276855-100ML | |
| CellTiter-Glo | Promega | G7573 | Purchased as a prepared solution. |
| Consumables | |||
| Small Combi Cassette | ThermoFisher | 24073295 | |
| Small Multiflow Cassette | BioTek | 294085 | |
| 1536-well sterile TC plates (white) | Corning | 3727 | |
| 1536-well sterile TC plates (black) | Corning | 3893 | |
| Scivax Plates | MBL International | NCP-LH384-10 | |
| Equipment | |||
| Adhesives seals | ThermoFisher | AB0718 | |
| Spinning Incubator | LiCONiC | ||
| Stainless Steel Lids | The Genomics Institute of Novartis Research Foundation (GNF) | ||
| ATS Acoustic Dispensor | EDS Biosystems | ||
| Echo Acoustic Dispensor | Labcyte | ||
| Luminometer | Envision-Perkin Elmer | ||
| Peristaltic Pump- Multidrop Combi | ThermoFisher | ||
| Liquid Handler-Multiflow FX | BioTek |
References
- Lee, M., Vasioukhin, V. Cell polarity and cancer–cell and tissue polarity as a non-canonical tumor suppressor. Journal of Cell Science. 121 (Pt 8), 1141-1150 (2008).
- Nath, S., Devi, G. R. Three-dimensional culture systems in cancer research: Focus on tumor spheroid model. Pharmacology & Therapeutics. 163, 94-108 (2016).
- Weigelt, B., Ghajar, C. M. The need for complex 3D culture models to unravel novel pathways and identify accurate biomarkers in breast cancer. Advanced Drug Delivery Reviews. 69, 42-51 (2014).
- Li, Q., Chow, A. B., Mattingly, R. R. Three-dimensional overlay culture models of human breast cancer reveal a critical sensitivity to mitogen-activated protein kinase kinase inhibitors. The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 332 (3), 821-828 (2010).
- Li, L., Lu, Y. Optimizing a 3D Culture System to Study the Interaction between Epithelial Breast Cancer and Its Surrounding Fibroblasts. Journal of Cancer. 2, 458-466 (2011).
- Pickl, M., Ries, C. H. Comparison of 3D and 2D tumor models reveals enhanced HER2 activation in 3D associated with an increased response to trastuzumab. Oncogene. 28 (3), 461-468 (2009).
- Nyga, A., Cheema, U., Loizidou, M. 3D tumour models: novel in vitro approaches to cancer studies. Journal of Cell Communication and Signaling. 5 (3), 239-248 (2011).
- Kimlin, L. C., Casagrande, G., Virador, V. M. In vitro three-dimensional (3D) models in cancer research: an update. Molecular Carcinogenesis. 52 (3), 167-182 (2013).
- Mathews Griner, L. A., et al. Large-scale pharmacological profiling of 3D tumor models of cancer cells. Cell Death & Disease. 7 (12), e2492 (2016).
- Polo, M. L., et al. Responsiveness to PI3K and MEK inhibitors in breast cancer. Use of a 3D culture system to study pathways related to hormone independence in mice. PLoS One. 5 (5), e10786 (2010).
- Hatzivassiliou, G., et al. RAF inhibitors prime wild-type RAF to activate the MAPK pathway and enhance growth. Nature. 464 (7287), 431-435 (2010).
- Bhargava, A., et al. Registered report: RAF inhibitors prime wild-type RAF to activate the MAPK pathway and enhance growth. Elife. 5, e09976 (2016).
- Mathews, L. A., Hurt, E. M., Zhang, X., Farrar, W. L. Epigenetic regulation of CpG promoter methylation in invasive prostate cancer cells. Molecular Cancer. 9, 267 (2010).
- Mathews, L. A., Crea, F., Farrar, W. L. Epigenetic gene regulation in stem cells and correlation to cancer. Differentiation. 78 (1), 1-17 (2009).
- Mathews, L. A., et al. Increased expression of DNA repair genes in invasive human pancreatic cancer cells. Pancreas. 40 (5), 730-739 (2011).
- Mathews, L. A., et al. A 1536-well quantitative high-throughput screen to identify compounds targeting cancer stem cells. Journal of Biomolecular Screening. 17 (9), 1231-1242 (2012).
- Horii, T., Nagao, Y., Tokunaga, T., Imai, H. Serum-free culture of murine primordial germ cells and embryonic germ cells. Theriogenology. 59 (5-6), 1257-1264 (2003).
- Sun, L., et al. Epigenetic regulation of SOX9 by the NF-kappaB signaling pathway in pancreatic cancer stem cells. Stem Cells. 31 (8), 1454-1466 (2013).
- Mathews, L. A., et al. A 1536-well quantitative high-throughput screen to identify compounds targeting cancer stem cells. Journal of Biomolecular Screening. 17 (9), 1231-1242 (2012).
- Mathews Griner, L. A., et al. High-throughput combinatorial screening identifies drugs that cooperate with ibrutinib to kill activated B-cell-like diffuse large B-cell lymphoma cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (6), 2349-2354 (2014).
- Herter, S., et al. A novel three-dimensional heterotypic spheroid model for the assessment of the activity of cancer immunotherapy agents. Cancer Immunology, Immunotherapy. 66 (1), 129-140 (2017).
