핵심 생물학 개념을 가르치는 마우스 유방 종양 세포를 사용 : 간단한 랩 모듈
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
종종 학부 일반 생물학 과정에서, 세포주기 조절과 암의 주제에 감동하고 있지만이 과정에서 콘텐츠의 폭이 깊이 약간의 시간이 나뭇잎 때문에 자세히 살펴 없습니다. 또한, 학부 생물학 학생들은 일반적으로 동물 세포 배양과 관련된 고급 기술에 노출되지 않습니다. 적용하고 그들이 배운 것을 분석하면서 학생들이 이러한 개념의 깊은 이해를 개발하기 위해, 실험실 활동은 실험실 활동 1을 확장 연구의 월터 리드 육군 연구소 (WRAIR)의 변형으로 개발되었다. 랩 모듈은 비정상적인 세포 신호 전달 경로를 성장 및 암세포 모델을 특성화 개발 및 셀 카운팅 방법을 실행하는, 항 증식 제와 세포를 치료하기위한 최적의 시간 과정 및 투여 량을 설정하고, 식별하는 단계를 포함 단계적 실험 전략을 사용 . 실험은 오픈 가능-ended 질문.
이 작업에 필요한 대부분의 기술은 전형적인 교시 생물학 실험실에서 수행 될 수있다. 활성은 마우스 유방 종양 (MMT) 세포주의 성장 속도 및 형태, 인간 유방암 2 모델을 특성화 학생들 시작한다. 유방암은 때문에 인구의 유병률, 대학 세 학생들의 친숙하고 사용할 수있는 광범위한 데이터 모델 암으로 선택되었다. MMT 세포주는 특별히 잘 특징으로 쉽게 얻을 수 있기 때문에, 선택된 짧은 배가 시간을 갖는 성장이 용이 하였다. 또한, MMT 세포가 에스트로겐 의존성 가장 여성의 유방암과 일치하는이다. 학생들은 그 행동의 메커니즘을 잘 학생들을 가능하게 변화하고있는 약물과 치료의 길이의 established.The 농도 화학 요법 약물로 세포를 처리하여 MMT 세포에서 비정상적인 세포 신호 전달 경로를 식별세포 분열의 속도에 이러한 변수의 효과를 알아보고자 하였다. 이 활동에 대한 키 분석은 단순히 두 가지 방법 중 하나를 사용하여, 세포 계수를 필요 세포 생존의 판정이다. 각 방법은 강력한 현미경 기술에 따라 달라집니다. 학생들은 표준 혈구 방법 및 신규 photomicroscopy 방법을 사용하여 세포 생존을 결정하고 제안한다. 자신의 연구 결과를 바탕으로, 그들은 제안 할 수 및 활동에 수정을 테스트합니다. 학생들은 그들의 데이터를 표현하고 그 가설을 수정하고 새로운 실험 전략을 고안하는 결과를 해석한다.
이 연구소의 활동은 생물 과학 전공 신입생 또는 학년 수준의 학생에 적합합니다. 그것은, 첫 해에 일반 생물학 또는 두 번째 해, 분자 / 세포 생물학 과정을 완료 할 수있는 한 주간의 실험 모듈로 응축된다. 활동의 적절한 완료에 필요한 기술은 C의 배열과 기본 산술 및 대수, 익숙 포함광석 실험실 기술 (예를 들면, 피펫, 솔루션 제작, 멸균 기술) 세포 배양 및 스프레드 시트 소프트웨어의 강사에 대한 지식과 함께, 데이터 분석, 기본 광학 현미경 및 시간 관리,. 필요한 시약 (예, 마우스 유방 종양 세포, MMT 2), 화학 요법 제를 암 동물 세포주 모델을 포함한다 (예를 들어, 타목시펜, 커큐민, 메트포르민, 아스피린), 트립 판 블루 및 세포 배양 배지 (예, 이글 최소 필수 중간 ; 적절한 보조제 (예를 들면, 도너 말 및 소 태아 혈청)와 EMEM). (; 클래스 II BSC), 혈구, 디지털 현미경 소프트웨어를 필요 인스트루먼트는 역 광 디지털 카메라 부착, 컴퓨터, 100mm 24 잘 조직 배양 플레이트, CO 2 배양기 (또는 동급), 바이오 안전성 캐비닛 현미경을 포함한다.
TEAC하는 동물 세포 배양에 의존하는 특정 실험실 활동의 좋은 사례가있다세포 생물학 3의 개념에 대한 H 학부 학생. 그러나 많은 사람들이 (예, 방사성 동위 원소, 라이브 동물 조직, 첨단 영상 장비 1,4,5가), (400 레벨 코스 6에 적합, 예를 들어) 상당히 진보 프로토콜을 설명 쉽게 접근 할 수없는 공급 또는 기술을 필요로하거나, 멀티 주 학기 긴 프로젝트 6, 7을 필요로한다. 여기에 설명 된 실험 활동 간단하고 일반적인 실험실 장비 단일 주에 수행 될 수있다.
요약하면,이 실험 모듈 효과적으로 도입 또는 기본 및 고급 실험실 기술, 실험 데이터 분석, 동물 세포 배양 방법 및 과학적 프로세스를 가르치는 동안 세포주기, 세포 신호 전달 경로와 암의 개념을 강화한다. 실험실 모듈은 간단하고 경제적으로 액세스 할 수 있으며 개방형 질문에 대한 유연성과 기회를 모두 제공합니다. 활동은 학생들의 창의력을 장려조리법 가이드로하지만 역할을하는 템플릿 실험 전략을 제공함으로써. 그것은 기억 필요로 가장 중요한 활동 만족 개화 분류 8의 모든 학습 영역은, 이해, 적용, 분석은 평가하고 교과서에서 과학 연구의 세계로 끌어 과정에서 학생들의 결합에 의해 생성.
Protocol
Representative Results
Discussion
실험실 모듈은 동물 세포 배양의 고급 기술을 통해 세포 생물학의 다양한 주제를 가르 칠 목적으로 그 표시됩니다. 모듈은 인간 유방암 모델 세포 복제에 대한 항 증식 화학 물질의 수의 효과를 분석함으로써이를 달성한다. 주요 분석은 세포 계수의 기본 기술에 의존하고 현미경 소프트웨어를 사용하여 세포를 계산하는 새로운 방법을 소개합니다. 모듈을 더 포함하는 활동은 악기와 가장 생물학 …
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
- 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).
