Используя мышь опухоли молочной железы клетки научить радиатора Биология понятия: Простой модуль Лаборатория
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
Часто в бакалавриата Общая биология, темы регулирования и рака цикла затронуты, но не детально изучены, потому что широта содержания в этих курсах, оставляет мало времени для глубины. Кроме того, студенты биологии обычно не подвергаются передовых методов, связанных с животным клеточной культуре. Чтобы помочь студентам развить глубокое понимание этих понятий, в то время как применение и анализа, что они узнали, лаборатория активность была разработана как модификация Уолтера Рида Армии института исследований (WRAIR) расширенной деятельности лаборатории 1. Модуль Лаборатория использует поэтапный, экспериментальные стратегии, которая включает растет и характеризующие модель раковых клеток, разработке и реализации методов подсчета клеток, установления оптимального времени курс и дозировки для лечения клетки с анти-пролиферативных агентов, и выявление аберрантных клеток-сигнальных путей , Эксперимент также позволяет открыт-ended запрос.
Большинство методов, необходимых для этой активности может быть достигнуто в типичной биологии-преподавательский лаборатории. Занятие начинается со студентами, характеризующих морфологию и скорости роста опухоли молочной железы мыши (ММТ) клеточной линии, модель человеческого рака молочной железы 2. Рак молочной железы был выбран в качестве модели рака из-за его распространенности в популяции, его знакомство для студентов колледжа возраста, и широко распространенных имеющихся данных. Клеточная линия ММТ был специально выбран потому, что это легко доступны, хорошо изученным, имеет короткое время удвоения и легко выращивать. Кроме того, ММТ клетки эстроген-зависимыми, что согласуется с большинством женщин рака молочной железы. Студенты затем определить аномальные клетки-сигнальных путей в клетках ММТ обработкой клеток с химиотерапевтических препаратов, механизм действия которых хорошо established.The концентрация препаратов и продолжительности лечения разнообразны позволяет студентамоценить влияние этих переменных на скорость деления клеток. Ключ анализа этой деятельности является определение жизнеспособности клеток, который просто требует подсчета клеток, с помощью одного из двух методов. Каждый метод зависит от сильных навыков микроскопии. Студенты определяют жизнеспособность клеток с помощью стандарта, метод гемоцитометре и новый способ фотомикроскопии и предложить. Основываясь на своих выводах, они могут предложить и проверить изменения в деятельности. Затем студенты представляют свои данные и интерпретировать результаты для уточнения своей гипотезы и разрабатывать новые экспериментальные стратегии.
Эта лаборатория деятельность подходит для новичка или на уровне второкурсника студентов, специализирующихся в области биологических наук. Он конденсируется в одну неделю модуля лаборатории, которые могут быть завершены в течение первого года, общая биология или второй год, клеточный / Молекулярная биология курс. Навыки, необходимые для правильного завершения деятельности включают в себя основные арифметические и алгебра, знакомство с массивом Cруды лабораторные навыки (например, пипетки, делая решение, метод стерильных), анализ данных, основной световой микроскопии и управление временем, вместе с инструктором знаний культуры клеток и электронными таблицами. Реагенты, необходимые включают животной модели клеточной линии рака (например, молочной железы мыши опухолевые клетки ММТ 2), химиотерапевтическими агентами (например, тамоксифен, куркумин, метформин, и аспирин), трипанового синего и среда культуры клеток (например, минимальную поддерживающую среду Игла ; ЕМЕМ) с соответствующими дополнениями (например, донор лошадей и эмбриональной бычьей сыворотки). Инструменты, необходимые включают перевернутый оптический микроскоп с цифровой камеры привязанности, компьютер, 100 мм и 24-луночных планшетах для культивирования тканей, СО 2 инкубатора (или эквивалент), биобезопасности кабинета (BSC; Класс II), гемоцитометр и программного обеспечения цифровой микроскопии.
Есть хорошие примеры конкретных лабораторных видов деятельности, которые полагаются на животных клеток культуры TEACСтуденты бакалавриата ч около концепций в области клеточной биологии. 3 Однако многие требуют расходных материалов или методов, которые не легко доступны (например, радиоактивные изотопы, живая ткань животных, современное оборудование изображений 1,4,5), описывают протоколы, которые являются довольно продвинутый (например, подходит для 400 уровня, конечно 6), или требует нескольких неделю или семестр проектов 6,7. Лабораторная работа описана здесь проста и может быть проведена в течение одной недели с общим лабораторного оборудования.
В целом, эта лаборатория модуль эффективно вводит или укрепляет концепции клеточного цикла, клеточных сигнальных путей и рака, а уча основные и дополнительные навыки лаборатории, экспериментальный анализ данных, метод животных клеток культуры и научного процесса. Лабораторный модуль является простым и экономически доступными и обеспечивает гибкость и возможность для открытого состава запрос. Деятельность поощряет студентов творчествопутем предоставления шаблона экспериментальную стратегию, которая действует в качестве руководства, но не рецепт. Самое главное, что деятельность удовлетворяет всех учебных областях таксономии водорослей 8, как это требует запоминания, понимания, применения, анализа, оценки и создания путем привлечения студентов в процесс, который тянет их из учебника и в мире научных исследований.
Protocol
Representative Results
Discussion
Модуль Лаборатория представлены, который направлен преподавать различные темы в области клеточной биологии с помощью развитых методов животных культуры клеток. Модуль достигает этого путем анализа последствий ряда антипролиферативных химических веществ на репликацию клеток, котор…
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).
