Summary

एक समय चूक, लेबल मुक्त, मात्रात्मक और सक्रिय मानव कैंसर कोशिकाओं के गुणात्मक चरण इमेजिंग अध्ययन

Published: February 16, 2018
doi:

Summary

निष्क्रिय और सक्रिय कैंसर कोशिका phenotypes मात्रात्मक चरण इमेजिंग का उपयोग विशेषता थे । सेल प्रसार, प्रवास, और आकृति विज्ञान परख एकीकृत और एक सरल विधि में विश्लेषण किया गया ।

Abstract

angiogenic phenotype के अधिग्रहण ट्यूमर निद्रा से बचने का एक आवश्यक घटक है । हालांकि इन विट्रो परख (जैसे, प्रसार, प्रवास, और अंय) में कई क्लासिक और vivo में मॉडल की जांच करने के लिए विकसित किया गया है और angiogenic और गैर angiogenic सेल phenotypes की विशेषता है, इन तरीकों समय है और गहन श्रम, और अक्सर महंगी एजेंट और उपकरणों की आवश्यकता है, साथ ही महत्वपूर्ण विशेषज्ञता । हाल के एक अध्ययन में, हमने angiogenic और गैर-angiogenic मानव ऑस्टियो खोस कोशिकाओं के समय-चूक और लेबलिंग-फ़्री characterizations का संचालन करने के लिए एक उपंयास मात्रात्मक चरण इमेजिंग (QPI) तकनीक का उपयोग किया । सेल आकृति विज्ञान, प्रसार, और गतिशीलता सहित सेलुलर मापदंडों का एक पैनल, मात्रात्मक मापा और QPI का उपयोग कर विश्लेषण किया गया । इस उपंयास और मात्रात्मक दृष्टिकोण को लगातार और गैर इनवेसिव प्रासंगिक सेलुलर प्रक्रियाओं, व्यवहार का अध्ययन करने का अवसर प्रदान करता है, और कैंसर की कोशिकाओं और एक सरल और एकीकृत तरीके से अंय प्रकार के सेल के लक्षण । यह रिपोर्ट हमारे प्रायोगिक प्रोटोकॉल का वर्णन करती है, जिसमें सेल तैयारी, QPI अधिग्रहण और डेटा विश्लेषण शामिल है ।

Introduction

एक ठोस ट्यूमर के विकास और प्रगति में सबसे जल्द चौकियों में से एक angiogenic phenotype, कैंसर की एक बानगी के अधिग्रहण है । इस प्रगति जैव रासायनिक और आणविक प्रक्रियाओं की एक किस्म शामिल है1,2,3। ट्यूमर प्रगति में इस महत्वपूर्ण कदम के अध्ययन में एक तकनीकी चुनौती उपकरण की कमी के लिए लगातार और मात्रात्मक विशेषताएं और angiogenic और गैर angiogenic phenotypes के बीच एक निष्पक्ष तरीके से जीवित कैंसर कोशिकाओं के अंतर है । पारंपरिक परख के सेलुलर व्यवहार की जांच करने के लिए इस्तेमाल किया जा रहा angiogenic और गैर angiogenic कोशिकाओं को आम तौर पर महंगी रिएजेंट और उपकरणों की आवश्यकता होती है, उदाहरण के लिए, सेल प्रसार/5, 6,7,8,9,10,11,12,13,14 या vivo मूल्यांकन4,5,6,8,15,16, साथ ही महत्वपूर्ण विशेषज्ञता और गहन की आवश्यकता में पूरक समय और श्रम की खपत ।

हाल ही में, मात्रात्मक चरण इमेजिंग (QPI) सेल आकृति विज्ञान और व्यवहार मापदंडों की एक किस्म का समय चूक और लेबलिंग मुक्त मूल्यांकन में सक्षम बनाता है कि एक उपंयास तकनीक के रूप में उभरा है17,18,19, 20 , 21 , 22. पारंपरिक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी के विपरीत, एक ऑप्टिकल वस्तु के माध्यम से प्रकाश गुजरता के बाद पिक्सेल द्वारा चरण shift पिक्सेल के QPI quantifies रूपांतरों, और परिवर्तित ऑप्टिकल मोटाई और मात्रा के साथ एक हाथ को खंगाला, इस प्रकार प्रत्यक्ष सक्षम लाइव कोशिकाओं और निम्नलिखित सुविधाओं का विश्लेषण: (1) मात्रात्मक इमेजिंग, (2) गैर इनवेसिव और समय चूक इमेजिंग, (3) लेबल मुक्त इमेजिंग, और (4) एक साथ बहु-पैरामीटर इमेजिंग. इन सुविधाओं QPI एक शक्तिशाली उपकरण का आकलन करने और सेलुलर स्तर पर रोग प्रक्रियाओं को समझने के लिए बनाते हैं ।

हाल के एक अध्ययन में, हम QPI उपयोग के लिए मात्रात्मक विशेषताएं और angiogenic खोस के बीच अंतर-एक और गैर angiogenic खोस-N एक व्यवस्थित और मात्रात्मक तरीके से मानव phenotypes कोशिकाओं के ऑस्टियो, कोशिका आकृति विज्ञान के विश्लेषण के संयोजन, प्रसार, और गतिशीलता23। छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर, सेल रूपात्मक और व्यवहार मापदंडों का एक पैनल का उपयोग मात्रात्मक angiogenic और गैर angiogenic मानव ऑस्टियो कोशिकाओं के बीच तुलना में थे और पांच विशिष्ट अंतर इन दोनों के बीच की पहचान की गई phenotypes । यह उपंयास दृष्टिकोण जैविक रूप से प्रासंगिक सेलुलर विशेषताओं की एक किस्म का आकलन करने के लिए एक एकीकृत और मात्रात्मक मंच प्रदान करता है ।

Protocol

यहां बताई गई सभी विधियों को बोस्टन चिल्ड्रन अस्पताल की संस्थागत सी-सेफ्टी कमेटी ने मंजूरी दे दी है । 1. सेल की तैयारी गल खोस-ए और एन कोशिकाओं संस्कृति माध्यम गर्म, यानी, Dulbecco सं?…

Representative Results

चित्र 1 एक विशिष्ट कक्ष आकृति विज्ञान के लक्षण चित्रण को दर्शाया गया है । छवियां holographs (चित्र 1a-B) और 2d छवियां (चित्र 1C-D) के रूप में प्रस्तुत की गई है?…

Discussion

इस अध्ययन में, हम एक इन विट्रो, गैर इनवेसिव, और लेबल मुक्त विधि QPI का उपयोग करने के लिए मात्रात्मक angiogenic और मानव ऑस्टियो कोशिकाओं के गैर angiogenic phenotypes की विशेषता का वर्णन । एकाधिक सेलुलर मापदंडों इस एकीकृत, उच…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

लेखक कृतज्ञता स्तन कैंसर अनुसंधान फाउंडेशन और उंनत चिकित्सा अनुसंधान फाउंडेशन के समर्थन स्वीकार करते हैं ।

Materials

T75 flask Corning, NY, USA 353136
6-well plates  Corning, NY, USA 3506
Dulbecco’s modified Eagle medium (DMEM) Thermo Fisher Scientific, MA, USA 11965092
Fetal bovine serum (FBS)  Atlanta Biologicals, GA, USA S11550
Penicillin Streptomycin Thermo Fisher Scientific, MA, USA 15140122
Phosphate buffered saline (PBS) Thermo Fisher Scientific, MA, USA 10010023
Beckman Z1 Coulter counter Beckman Coulter, IN, USA Z1 
HoloMonitor M4 Phase Holographic Imaging Phi AB, Lund, Sweden M4 Microscope
Hololid Phase Holographic Imaging Phi AB, Lund, Sweden PHI 8020
HStudioM4 Phase Holographic Imaging Phi AB, Lund, Sweden HStudioM4 Software

Riferimenti

  1. Folkman, J. Angiogenesis in cancer, vascular, rheumatoid and other disease. Nature Medicine. 1 (1), 27-31 (1995).
  2. Hanahan, D., Folkman, J. Patterns and emerging mechanisms of the angiogenic switch during tumorigenesis. Cell. 86 (3), 353-364 (1996).
  3. Harper, J., Moses, M. A. Molecular regulation of tumor angiogenesis: mechanisms and therapeutic implications. EXS. (96), 223-268 (2006).
  4. Naumov, G. N., et al. A model of human tumor dormancy: an angiogenic switch from the nonangiogenic phenotype. Journal of the National Cancer Institute. 98 (5), 316-325 (2006).
  5. Fang, J., et al. Matrix metalloproteinase-2 is required for the switch to the angiogenic phenotype in a tumor model. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 97 (8), 3884-3889 (2000).
  6. Almog, N., et al. Transcriptional switch of dormant tumors to fast-growing angiogenic phenotype. Ricerca sul cancro. 69 (3), 836-844 (2009).
  7. Hu, J., et al. Gene expression signature for angiogenic and nonangiogenic non-small-cell lung cancer. Oncogene. 24 (7), 1212-1219 (2005).
  8. Harper, J., et al. Repression of vascular endothelial growth factor expression by the zinc finger transcription factor ZNF24. Ricerca sul cancro. 67 (18), 8736-8741 (2007).
  9. Jia, D., et al. Transcriptional repression of VEGF by ZNF24: mechanistic studies and vascular consequences in vivo. Blood. 121 (4), 707-715 (2013).
  10. Jia, D., Huang, L., Bischoff, J., Moses, M. A. The endogenous zinc finger transcription factor, ZNF24, modulates the angiogenic potential of human microvascular endothelial cells. FASEB journal: official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology. 29 (4), 1371-1382 (2015).
  11. Almog, N., et al. Prolonged dormancy of human liposarcoma is associated with impaired tumor angiogenesis. FASEB journal: official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology. 20 (7), 947-949 (2006).
  12. Almog, N., et al. Consensus micro RNAs governing the switch of dormant tumors to the fast-growing angiogenic phenotype. PloS One. 7 (8), e44001 (2012).
  13. Satchi-Fainaro, R., et al. Prospective identification of glioblastoma cells generating dormant tumors. PloS One. 7 (9), e44395 (2012).
  14. Almog, N., et al. Transcriptional changes induced by the tumor dormancy-associated microRNA-190. Transcription. 4 (4), 177-191 (2013).
  15. Gao, D., Nolan, D. J., Mellick, A. S., Bambino, K., McDonnell, K., Mittal, V. Endothelial progenitor cells control the angiogenic switch in mouse lung metastasis. Science. 319 (5860), 195-198 (2008).
  16. Folkman, J., Watson, K., Ingber, D., Hanahan, D. Induction of angiogenesis during the transition from hyperplasia to neoplasia. Nature. 339 (6219), 58-61 (1989).
  17. Popescu, G. . Quantitative phase imaging of cells and tissues. , (2011).
  18. Lee, K., et al. Quantitative Phase Imaging Techniques for the Study of Cell Pathophysiology: From Principles to Applications. Sensors. 13 (4), 4170-4191 (2013).
  19. Mir, M., Bhaduri, B., Wang, R., Zhu, R., Popescu, G. Quantitative Phase Imaging. Progress in Optics. 57, 133-217 (2012).
  20. Marrison, J., Räty, L., Marriott, P., O’Toole, P. Ptychography–a label free, high-contrast imaging technique for live cells using quantitative phase information. Scientific Reports. 3, 2369 (2013).
  21. Falck Miniotis, M., Mukwaya, A., Gjörloff Wingren, A. Digital holographic microscopy for non-invasive monitoring of cell cycle arrest in L929 cells. PloS One. 9 (9), e106546 (2014).
  22. Popescu, G., et al. Optical imaging of cell mass and growth dynamics. AJP: Cell Physiology. 295 (2), C538-C544 (2008).
  23. Guo, P., Huang, J., Moses, M. A. Characterization of dormant and active human cancer cells by quantitative phase imaging. Cytometry. Part A: The Journal of the International Society for Advancement of Cytometry. 91 (5), 424-432 (2017).
  24. Mir, M., Bergamaschi, A., Katzenellenbogen, B. S., Popescu, G. Highly sensitive quantitative imaging for monitoring single cancer cell growth kinetics and drug response. PloS One. 9 (2), e89000 (2014).
  25. Mir, M., Tangella, K., Popescu, G. Blood testing at the single cell level using quantitative phase and amplitude microscopy. Biomedical Optics Express. 2 (12), 3259-3266 (2011).
  26. Park, Y., et al. Measurement of red blood cell mechanics during morphological changes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (15), 6731-6736 (2010).
  27. Pham, H. V., Bhaduri, B., Tangella, K., Best-Popescu, C., Popescu, G. Real time blood testing using quantitative phase imaging. PloS One. 8 (2), e55676 (2013).
  28. Sridharan, S., Macias, V., Tangella, K., Kajdacsy-Balla, A., Popescu, G. Prediction of prostate cancer recurrence using quantitative phase imaging. Scientific Reports. 5, 9976 (2015).
  29. Park, H., et al. Measuring cell surface area and deformability of individual human red blood cells over blood storage using quantitative phase imaging. Scientific Reports. 6, 34257 (2016).
  30. Bishitz, Y., Gabai, H., Girshovitz, P., Shaked, N. T. Optical-mechanical signatures of cancer cells based on fluctuation profiles measured by interferometry. Journal of Biophotonics. 7 (8), 624-630 (2014).
check_url/it/57035?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Huang, J., Guo, P., Moses, M. A. A Time-lapse, Label-free, Quantitative Phase Imaging Study of Dormant and Active Human Cancer Cells. J. Vis. Exp. (132), e57035, doi:10.3791/57035 (2018).

View Video