Verwenden von Maus-Brusttumorzellen Kern Biology Concepts Lehren: A Simple Lab Module
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
Oft in Bachelor allgemeine Biologie Kurse werden die Themen der Regulation des Zellzyklus und Krebs berührt, aber nicht im Detail untersucht, da die Breite der Inhalte in diesen Kursen lässt wenig Zeit für die Tiefe. Außerdem Bachelor Biologie-Studenten sind normalerweise nicht zu den fortgeschrittenen Techniken mit tierischen Zellkultur ausgesetzt. Die Schüler entwickeln ein tieferes Verständnis dieser Konzepte, während der Anwendung und zu analysieren, was sie gelernt haben, wurde ein Labor-Aktivität als eine Modifikation des Walter Reed Army Institute of Research (WRAIR) erweitert Labortätigkeit 1 entwickelt. Das Labor-Modul verwendet eine stufenweise, experimentelle Strategie, die wachsen und Charakterisierung einer Krebszellmodell die Entwicklung und Durchführung der Zellzählung Methoden zur Einführung optimalen zeitlichen Verlauf und die Dosierungen für die Behandlung von Zellen, die mit anti-proliferative Mittel, und Identifizieren aberrante Zelle-Signalwege umfasst . Das Experiment ermöglicht auch offen-ended Anfrage.
Die meisten Techniken für diese Tätigkeit erforderlich ist, kann in einem typischen Biologie-Unterricht Labor durchgeführt werden. Die Aktivität beginnt mit Studenten Charakterisierung der Morphologie und Wachstumsrate des Maus-Mamma-Tumor (MMT) Zelllinie, ein Modell für die menschliche Brustkrebs-2. Brustkrebs wurde als Modell Krebs wegen seiner Verbreitung in der Bevölkerung, seine Bekanntheit bei den College-Alter Studenten, und den weit verbreiteten Daten ausgewählt. Die MMT-Zelllinie wurde speziell ausgewählt, weil es leicht erhältlich, gut charakterisierte, hat eine kurze Verdopplungszeit und ist einfach zu züchten. Außerdem MMT Zellen sind östrogenabhängigen die im Einklang mit den meisten weiblichen Brustkrebs ist. Studenten dann identifizieren aberrante Zelle-Signalwege in den MMT-Zellen durch Behandlung der Zellen mit Chemotherapeutika, deren Wirkungsmechanismus auch established.The Konzentration von Arzneimitteln und der Länge der Behandlung variiert werden, damit die Schülerum die Wirkung dieser Variablen auf die Geschwindigkeit der Zellteilung zu bewerten. Der Schlüssel-Assay für diese Aktivität ist die Bestimmung der Lebensfähigkeit der Zellen, die einfach erfordert Zellzählung unter Verwendung eines von zwei Verfahren. Jede Methode ist abhängig von starken Mikroskopie Fähigkeiten. Die Schüler bestimmen, die Lebensfähigkeit der Zellen unter Verwendung eines Standard Hämozytometer Verfahren und eine neue Photomikroskopie Verfahren und vorzuschlagen. Auf der Grundlage ihrer Erkenntnisse, sie schlagen und testen Sie Änderungen an der Aktivität. Studenten dann ihre Daten darstellen und die Ergebnisse zu interpretieren, um ihre Hypothese zu verfeinern und entwickeln neue experimentelle Strategien.
Dieses Labor-Aktivität ist für Erstsemester oder College-Student-Ebene Studenten im Hauptstudium der Biologie geeignet. Es ist in einem einwöchigen Labormodul, das in einem ersten Jahres abgeschlossen werden kann, allgemeine Biologie oder zweiten Jahr zellulären / molekularen Biologie natürlich kondensiert. Fähigkeiten für die ordnungsgemäße Beendigung der Tätigkeit erforderlich sind grundlegende Arithmetik und Algebra, Vertrautheit mit einer Reihe von core Labor Fähigkeiten (zB Pipettieren, Lösung Herstellung, steriler Technik), Datenanalyse, Grundlichtmikroskopie und Zeitmanagement, zusammen mit Instructor Wissen der Zellkultur und Tabellenkalkulationssoftware. Erforderliche Reagenzien gehören Tierzellinie Modell für Krebs (zB Maus-Brusttumorzellen, MMT 2), Chemotherapeutika (zB Tamoxifen, Curcumin, Metformin und Aspirin), Trypanblau und Zellkulturmedien (zB Eagles Minimum Essential Medium ; EMEM) mit entsprechenden Ergänzungen (zB Geber Pferd und fötales Rinderserum). Benötigte Instrumente umfassen einen invertierten Lichtmikroskop mit Digitalkamera Anlage, Computer, 100 mm und 24 Gewebekulturplatten, CO 2 Inkubator (oder gleichwertig), Biosicherheitswerkbank (BSC; Klasse II), Hämozytometer und digitale Mikroskopie-Software.
Es gibt gute Beispiele für spezifische Laboraktivitäten, die auf tierische Zellkultur verlassen, um TEACh Studenten über Konzepte in der Zellbiologie 3. Allerdings erfordern viele Lieferungen oder Techniken, die nicht leicht zugänglich sind (zB radioaktive Isotope, Live tierischem Gewebe, moderne bildgebende Geräte 1,4,5), beschreiben Protokolle, die recht weit fortgeschritten (zB für eine 400-Level-Kurs 6) sind, oder erfordern mehrwöchigen oder Semester lang Projekte 6,7. Die hier beschriebene Labortätigkeit ist einfach und kann in einer einzigen Woche mit gemeinsamen Laborausrüstung durchgeführt werden.
Zusammenfassend diese Labormodul effektiv führt oder stärkt die Konzepte der Zellzyklus, zelluläre Signalwege und Krebs beim Unterrichten grundlegende und erweiterte Laborkenntnisse, experimentellen Datenanalyse, die Methode der Tierzellkultur und den wissenschaftlichen Prozess. Das Labor-Modul ist einfach und wirtschaftlich erreichbar und bietet Flexibilität und Gelegenheit für offene Anfrage. Die Aktivität fördert Studenten Kreativitätdurch die Bereitstellung einer Vorlage experimentelle Strategie, die als Leitfaden, aber nicht ein Rezept wirkt. Am wichtigsten ist, die Aktivität erfüllt alle Lerndomänen von Blooms Taxonomie 8, wie es erfordert Erinnerung, Verständnis, Anwendung, Analyse, Bewertung und die Schaffung von durch die Gewinnung Studenten in einem Prozess, der sie aus dem Lehrbuch und in die Welt der wissenschaftlichen Forschung zieht.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ein Labormodul vorgestellt, um eine Vielzahl von Themen in der Zellbiologie durch die fortgeschrittene Techniken der Tierzellkulturen lehren sollen. Das Modul erreicht dies durch die Analyse der Wirkung einer Reihe von anti-proliferative Chemikalien auf die Vermehrung von Zellen, die menschliche Brustkrebsmodell. Der primäre Assay beruht auf der grundlegenden Technik der Zellzählung und stellt einen neuen Weg, um Zellen mittels Mikroskopie-Software zählen. Die Aktivitäten, die das Modul kann mit Instrumenten und Ger…
Disclosures
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
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