利用成像质谱技术捕获组织与细胞之间的小分子通信
Summary
提出了一种新的样品制备方法, 以适应细胞和组织共培养, 以检测小分子交换使用成像质谱。
Abstract
成像质谱 (IMS) 通常应用于三种类型的样品: 组织切片、球体和微生物菌落。使用矩阵辅助激光分离/飞行时质谱 (ALDI-TOF MS) 对这些样本类型进行了分析, 以可视化蛋白质、脂质和代谢物在感兴趣的生物样品中的分布。我们开发了一种新的样品制备方法, 该方法结合了前三个应用的优势, 通过将哺乳动物细胞培养播种成琼脂糖, 解决了一种未被充分探索的方法, 用于识别癌症中的化学通信。与健康组织一起共培养, 然后对样品进行干燥处理。哺乳动物组织和细胞在近距离被培养, 允许通过组织和细胞之间的扩散进行化学交流。在特定的时间点, 琼脂样品的干燥方式与为 IMS 分析准备的微生物菌落相同。我们的方法是建立模型的沟通之间的高水平浆液卵巢癌从输卵管, 因为它与卵巢在转移过程中的相互作用。样品制备的优化导致去甲肾上腺素作为卵巢微环境中的关键化学成分的鉴定。这种新开发的方法可以应用于其他生物系统, 这些系统需要了解相邻细胞或组织之间的化学通信。
Introduction
成像质谱 (ims) 经过优化, 可在组织切片、球体和微生物菌落 1、2、3三中表征分子特征的空间分布。组织切片可用于评估代谢物在宿主生物条件下的定位, 无论是有针对性的还是在特定的质量范围内的非目标。然而, 当一个健康的组织与疾病, 例如肿瘤相比时, 分子特征之间的差异是最显著和最明显的。这种 IMS 方法特别适用于检测疾病生物标志物, 然而, 在疾病进展的离散阶段 (如肿瘤等级) 获取组织样本, 排除了对启动疾病的重要性信号的识别。疾病。通过空间交换信息是许多生物系统普遍存在的特征, 组织切片无法捕获这种动态化学继电器。一种能够可视化化学交换和扩散的技术是在琼脂板上生长的微生物菌落的 IMS;小分子能够通过琼脂扩散, 并可通过矩阵辅助激光去光电离 (MALDI-TOF) 质谱4捕获。这种生长装置可用于识别离散生物实体 (菌落) 之间交换的分子, 也可以确定代谢物生产的方向性。最初为微生物菌落生长设计的平台被用来探索哺乳动物细胞生长的组织外植体的初级代谢, 并利用 IMS 对体外哺乳动物系统中的动态化学交换进行了评价。
在过去的几年里, 很明显, 高级浆液性卵巢癌 (hgsoc) 通常起源于输卵管上皮 (fte), 然后在疾病早期发展5,6,7.,8. 肿瘤性 fte 细胞扩散到卵巢的原因目前尚不清楚, 卵巢最终形成并进一步转移了大肿瘤。此前的研究主要集中在卵巢蛋白在卵巢原发转移中的作用;然而, 最近已经证明, 从健康组织到致瘤组织的转变会导致细胞代谢的大规模破坏, 并改变小分子9,10,11的产生。因此, 我们假设 FTE 和卵巢之间交换的小分子可能是 HGSOC 原发转移的部分原因。
利用我们新开发的 IMS 程序, 我们已经确定, 肿瘤致动 FTE 和健康卵巢组织的共培养诱导从卵巢产生去甲肾上腺素。然而, 其他细胞类型或正常的 FTE 细胞并没有引起这种效果。这种方法的一个非凡的好处是, 代表真实分子的分子产生和信号交换可以可视化, 因此即使在共业中, 也可以确定信号的来源。与对所有空间信息都丢失的同质化样品进行分析相比, 这是一个优势。在我们的模型系统中, 我们能够清楚地将去甲肾上腺素的产生分配给卵巢。去甲肾上腺素与卵巢癌的转移和化学耐药有关, 我们对这种分子的检测已经证实, 新的 ims 方法可以发现生物相关分子12,13 ,14. 这一验证使我们能够提出, IMS 的这一新应用对试图识别共培养环境中的小分子和了解影响细胞转化的早期事件的研究小组特别有帮助和转移。该方法的总体目标是阐明小分子在组织和器官间交换过程中的身份和空间分布, 这些组织和器官以体外三维细胞培养或体外组织为代表。
Protocol
Representative Results
Discussion
越来越多的证据表明, 去甲肾上腺素在 hgsoc12、17、18 中的作用, 这种技术提供了更多的机械信息。由于同一幻灯片上至少有8个生物条件, 该方法可以解释基因和细胞特异性等生物控制, 以及单一 IMS 运行中的媒体控制。虽然该方法经过优化, 以评估在 HGSOC 原发转移模型中交换的小分子, 任何细胞或组织类型, 可以放置在琼脂糖, 以…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
芝加哥生物医学联合会在芝加哥社区信托基金 (c-076) (l. m. s.) 的支持下提供了资金;伊利诺伊大学芝加哥创业基金分校 (l. m. s.);卵巢癌研究基金联盟提供543296赠款 (医学博士);和 U3 ES029073 (j. e. b.) 和国家卫生研究所国家促进转化科学中心, 通过 UL1TR002003 (JEB & LMS) 赠款。
Materials
| 15 mL Falcon tubes | Denville | C1017-O | To collect cells |
| 8-well chamber (Millipore EZ-slide chamber) | Millipore | PEZGS0816 | Repurposed from Millipore Millicell EZ-slide chamber slide |
| Acetonitrile | Sigma-Aldrich | 34998-4L | Solvent for sprayed matrix |
| Alpha Minimum Essential Medium (αMEM) | Fisher | 10-022-CV | Cell culture media |
| Autoflex speed MALDI-TOF LRF | Bruker | For IMS data analysis | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5810 R | To collect cells and remove supernatant |
| CHCA Matrix | Bruker Daltonic | 8201344 | Matrix sprayed onto dried slide |
| DHB Matrix | Bruker Daltonic | 8201346 | Matrix sprayed onto dried slide |
| Disposable Scalpels | Fisher | 22-079-707 | For removal of the ovaries |
| Dissecting Scissors | Fisher | 13-804-6 | For removal of the ovaries |
| DMEM Media | Gibco | 11995-065 | Media mixed with agarose |
| epidermal growth factor | Peprotech Inc. | 100-15 | Cell culture media supplement |
| Eppendorf tubes | Genesee Scientific | 22-282 | For agarose aliquots |
| Estradiol-17β | Simga-Aldrich | E2758 | Cell culture media supplement |
| Fetal Bovine Serum | Denville | fb5001 | Cell culture media supplement |
| FlexControl 3.4 | Bruker Daltonic | IMS data acquisition software | |
| FlexImaging 4.1 | Bruker Daltonic | IMS data analysis software | |
| Forceps (fine) | Fsiher | 22-327379 | For removal of the ovaries |
| Gentamycin | Cellgro | 30-005-CR | Cell culture media supplement |
| Insulin, Transferrin, Selenium (ITS) | Sigma-Aldrich | 11074547001 | Cell culture media supplement |
| ITO-coated slide | Bruker | 8237001 | Platform for co-culture incubation |
| Leibovitz's L-15 Medium | Gibco | 11415064 | Media used during tissue dissection |
| L-glutamine | Gibco | 25030-081 | Cell culture media supplement |
| Low-melting agarose | Sigma-Aldrich | A9414-10G | Mixed with media for plating |
| Media basin | Corning | 4870 | Used to cut plastic dividers for divided chambers |
| Penicillin-streptomycin | Gibco | 15140-122 | Cell culture media supplement |
| Peptide Calibration Standard | Bruker Daltonic | 8206195 | Calibrant for medium mass range |
| Phophorus red | Sigma-Aldrich | 343-242-5G | Calibrant for low mass range |
| SCiLS Lab 2015 | Bruker Daltonic | IMS data statistical analysis | |
| Surgical Forceps (blunt) | Fisher | 08-875-8B | For removal of the ovaries |
| TFA | Fisher Technologies | A116-50 | Added to matrix solution |
| TM Sprayer | HTX Technologies | For applying matrix |
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