Summary

جيل الماغنيسيوم الفائق الورم ثلاثية الأبعاد لفحص المخدرات

Published: September 05, 2018
doi:

Summary

عبر مجموعة واسعة من مؤشرات المرض، يجري النماذج ذات الصلة أكثر فسيولوجيا المخدرات المتقدمة وتنفذ في اكتشاف البرامج. النظام النموذجي الجديد الموصوفة هنا يوضح الورم ثلاثي الأبعاد كيف يمكن مثقف الماغنيسيوم وفرزهم في نظام القائم على لوحة الفائق 1536-جيدا للبحث عن أدوية جديدة لعلاج الأورام.

Abstract

وقد تم مثقف الخلايا السرطانية بشكل روتيني في بعدين (2D) على سطح بلاستيك. هذا الأسلوب، ومع ذلك، تفتقر إلى البيئة الحقيقية ورم يتعرض فيفو فيكتلة. الأورام الصلبة تنمو ليس كورقة تعلق على البلاستيك، ولكن بدلاً من ذلك كمجموعة من الخلايا الاستنساخ في ثلاثية الأبعاد (3D) مساحة التفاعل مع جيرانهم، ومع الخصائص المكانية متميزة مثل اضطراب الاستقطاب الخلوي العادي. هذه التفاعلات تسبب الخلايا المستزرعة 3D اكتساب الخصائص المورفولوجية والخلوية التي أكثر صلة بأورام في فيفو . بالإضافة إلى ذلك، وجود ورم الشامل في الاتصال المباشر مع سائر أنواع الخلايا مثل الخلايا اللحمية ومحصنة، فضلا عن المصفوفة خارج الخلية من جميع أنواع الخلايا الأخرى. مصفوفة أودعت تتألف من الجزيئات الكبيرة مثل الكولاجين وفيبرونيكتين.

في محاولة لزيادة ترجمة نتائج البحوث في علم الأورام من مقاعد البدلاء إلى جانب السرير، بدأت العديد من المجموعات للتحقيق في استخدام نظم النموذج الثلاثي الأبعاد في استراتيجياتها الإنمائية الخاصة بالمخدرات. ويعتقد أن أكثر فسيولوجيا ذات الصلة نظراً لأنها محاولة لتلخيص البيئة المعقدة وغير متجانسة من ورم في هذه النظم. هذه الأنظمة، ومع ذلك، يمكن أن تكون معقدة جداً، وعلى الرغم من أن قابلة للنمو في تنسيقات 96-جيدا، وبعضها الآن حتى في 384، أنها توفر خيارات قليلة للنمو على نطاق واسع والفرز. ولاحظ هذه الفجوة قد أدى إلى تطوير الأساليب الموصوفة هنا بالتفصيل للثقافة الورم الماغنيسيوم في قدرة الإنتاجية العالية في لوحات 1536-جيدا. هذه الطرق تمثل حلاً وسطا للأنظمة المستندة إلى مصفوفة معقدة للغاية، من الصعب على الشاشة، وفحوصات 2D التقليدية. مجموعة متنوعة من خطوط خلايا السرطان إيواء الطفرات الوراثية مختلفة يتم فحصهم بنجاح، دراسة فعالية مركب باستخدام مكتبة المنسق من مركبات استهداف ميتوجيناكتيفاتيد البروتين كيناز أو MAPK المسار. ثم تتم مقارنة الردود ثقافة كروي لاستجابة الخلايا التي نمت في 2D، ويتم الإبلاغ عن الأنشطة التفاضلية. هذه الأساليب تقديم بروتوكول فريدة لاختبار نشاط المجمع في إعداد 3D الفائق.

Introduction

في العقد الماضي، نفذت دراسات أكثر وأكثر استخدام نماذج الثقافة خلية ثلاثية الأبعاد لفهم المفاهيم التي لا يرد موجز لها تماما بزراعة الخلايا في 2D على البلاستيك. وتشمل أمثلة لهذه المفاهيم المصطنعة في الخلايا الظهارية العادية قطبية1 حيث يتم فقدان التوجه المكاني لطبقات قمي والقاعدية للخلايا، فضلا عن دور المصفوفة خارج الخلية في تنظيم بقاء ومصير الخلية. أبحاث علم الأورام، على وجه الخصوص، قد تستخدم نماذج ثلاثية الأبعاد لفهم البيولوجيا الأساسية للخلايا السرطانية والفروق في 2D و 3D خلية ثقافة النظم3،4. وقد مكن تطوير تقنيات استزراع خلية أكثر تطورا وعلى تكييف إضافية إلى صيغ متعددة جيدا البحث عن عقاقير جديدة في إعدادات ثلاثية الأبعاد. وعلى النقيض من الخلايا التي نمت في ظروف 2D، 3D نماذج من مجموعة الأورام في التعقيد من الطبقات الخلوية نظم5 مجالات نوع واحد من الخلايا ذات أحجام مختلفة، إلى مجالات متعددة سيل من نوع معقد6،7، 8-اكتشاف مركبات جديدة أو البيولوجي التي أظهرت تسبب موت الخلايا في هذه النظم نموذج ثلاثي الأبعاد، بالتالي، ارتفاع الفوائد في حملات التنمية المخدرات. نقاط النهاية لهذه الاختبارات غالباً ما تكون مطابقة لما تم تنفيذه في 2D الثقافات لتقييم التغييرات في تكاثر الخلايا، ولكن عندما تجري في أجواء أكثر فسيولوجيا ذات صلة، أنها قد تكشف عن المستوى الحقيقي لتبعية الجينات المستهدفة أو يجري المسار استجوب.

كما عرضت أعلاه، مجموعة متنوعة من نظم نموذجية قد وضعت لدراسة الردود المخدرات في نظم الاستزراع 3D، ولكن الأغلبية تستخدم أما لوحات microtiter 96 أو 384-جيدا وليست قابلة للتكيف بسهولة إلى صيغ الفرز (HTS) الفائق غالباً ما تستخدم في حملات الفحص اكتشاف المخدرات. تشمل هذه النظم استخدام معلقة التكنولوجيات الحبرية، الثقافات كروي، النبض الخلايا مع جزيئات مغناطيسية للحث على الارتفاع، والثقافات التي تتضمن المواد الهلامية الطبيعية أو الاصطناعية مثل الكولاجين أو ماتريجيل أو البولي إثيلين غليكول (شماعة)2 . نقدم هنا، مفصلاً أساليب تقنية المتقدمة سابقا لإنتاج الثقافات كروي ثلاثي الأبعاد من خطوط خلايا السرطان المنشأة في شكل لوحة 1536-جيدا. في هذا البروتوكول، تستخدم وسيلة محددة بدرجة عالية مما يمنع إلحاق خلية عادة ملتصقة خطوط9. هذا النظام قد القيود (أيأنها لا يمكن أن الخص تماما نظام طراز معقدة للسرطان)، ولكن على الرغم من ذلك، تمكن هذه الاختبارات فرز الفائق لمجموعات كبيرة من الجزيئات الصغيرة وإجراء مقارنات عبر فتحه لاستجابة المخدرات بين الثقافات 2D و 3D ضد مجموعة متنوعة من خطوط الخلايا والمركبات.

خطوط الخلايا المحددة لإظهار الأساليب الموجودة في هذه المقالة كل ميناء الطفرات في الجينات المتصلة ب MAPK إشارات الطريق، طريق الذي هو الغاية dysregulated في السرطان، وتتوفر فيه العديد من العلاجات. العديد من الخطوط بتفعيل النمطان الطفرات في فيروس “ساركومه الفئران كيرستن” يشار إليه أيضا كراس ورأس نيوروبلاستوما أو تجاوزها والسرطاني الفيروس “هارفي الفئران ساركومه” أو HRAS ومؤنزم المرتبطة “فيبروساركوماس التعجيل بسرعة”، المعروف أيضا رافس. الأدب الأخيرة تشير إلى أن مثبطات الفروع المختلفة لهذا المسار فريد أكثر نجاعة في مجموعة فرعية من خطوط الخلايا عندما نمت تحت ظروف 3D9،10. وجدت إحدى الدراسات أن عندما كانت استزراع الخلايا السرطانية مع RAS نشطة في 3D، أنها برهنت على الوعي المتزايد بمثبطات MAPK، وعلاوة على ذلك، أن هذا النهج يمكن أن تحدد مسارات واستهدفت الموانع التي قد تكون أخطأت في 2D التقليدية الإعداد. والهدف من هذه الدراسة تقديم الأساليب المستخدمة لثقافة هذه خطوط الخلايا، وعلاوة على ذلك، تثبت التفاضلية الردود على هذه الموانع التي يمكن ملاحظتها فقط عند استخدام 3D الخلية نظم الثقافة.

Protocol

1-استزراع من الماغنيسيوم الورم 3D 1536-جيدا إعداد ورم 3D طازجة كروي جذعية متوسطة (المتوسطة خلية + خروج المغلوب المصل استبدال الأنسولين-ترانسفيرين-السيلينيوم) عن طريق إضافة الكواشف التالية إلى 500 مل من “تعديل النسور المتوسطة” دولبيكو (DMEM/F12): 1 x البنسلين/ستربتوميسين، 10 نانوغرام/مل من الإنسان …

Representative Results

مجموعة متنوعة من الخلايا السرطانية ثابتة تم اختبار خطوط معروفة لتنمو جيدا في ظل ظروف الثقافة 2D باستخدام الأساليب المذكورة هنا. صور الممثل من مجموعة متنوعة من السرطان متحولة MAPK الخلية خطوط (كالو-6:KRAS، NCI-H1299:NRAS، كورونا-ميل-30:NRAS، وكيلونيوتن-62:HRAS) ينظر في الشكل 1</stron…

Discussion

الأساليب المقدمة هنا إظهار بروتوكول مفصلة حول كيفية إنتاج الماغنيسيوم ورم في لوحات 1536-جيدا لعروض مجمع على نطاق واسع. هذه الأساليب كانت في البداية مقتبسة من العمل في المعهد الوطني للسرطان حيث كانت تزرع الماغنيسيوم ورم في فحوصات الإنتاجية المنخفضة في لوحات 6-جيدا وكذلك 96 طرح أسئلة حول تبعيا…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

الكتاب تود أن تقر مارك فيرير في المركز الوطني للنهوض بالعلوم متعدية الجنسيات، والمعاهد الوطنية للصحة للدعم والتوجيه بشأن تطوير هذه الاختبارات الأولية. وبالإضافة إلى ذلك، نود أن نشكر فريمان أليسون، مارييﻻ جاسكيليوف واكر مايكل، ويعقوب هالينج وفيسيلينا كوك للمدخلات العلمية والمناقشة كأعضاء فريق المشروع.

Materials

Reagents
DMEM Dulbecco`s Modified Eagle Media (DMEM)/F12 ATCC 30-2006 Purchased as a prepared solution. This reciepe was found to be preferred compared to other vendors.
DMEM Dulbecco`s Modified Eagle Media (DMEM)/F12 Lonza 12-604F Purchased as a prepared solution.
Roswell Park Memorial Institute (RPMI) Lonza 12-115Q Purchased as a prepared solution.
Fetal Bovine Serum (FBS) Seradigm 1500-500 Purchased as a prepared solution.
1x 0.25% Trypsin with Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) Hyclone SH30042.01 Purchased as a prepared solution.
1x Penicillin/Streptomycin Gibco 15140 Purchased as a prepared solution.
10 ng/mL Human basic Fibrobast Growth Factor (bFGF) Sigma F0291 Resuspend in sterile water.
20 ng/mL Human Epidermal Growth Factor (EGF) Sigma E9644 Resuspend in sterile water.
0.4% Bovine Serum Albumin (BSA) Sigma A9418 Resuspend in sterile PBS and filter.
1x Insulin Transferrin Selenium (ITS) Gibco 51500056
1% KnockOut (KO) Serum Replacement Gibco 10828-028 Add fresh right before use.
100% Dimethyl sulfoxide (DMSO) Sigma 276855-100ML
CellTiter-Glo Promega G7573 Purchased as a prepared solution.
Consumables
Small Combi Cassette ThermoFisher 24073295
Small Multiflow Cassette BioTek 294085
1536-well sterile TC plates (white) Corning 3727
1536-well sterile TC plates (black) Corning 3893
Scivax Plates MBL International NCP-LH384-10
Equipment
Adhesives seals ThermoFisher AB0718
Spinning Incubator LiCONiC
Stainless Steel Lids The Genomics Institute of Novartis Research Foundation (GNF)
ATS Acoustic Dispensor EDS Biosystems
Echo Acoustic Dispensor Labcyte
Luminometer Envision-Perkin Elmer
Peristaltic Pump- Multidrop Combi ThermoFisher
Liquid Handler-Multiflow FX BioTek

Referências

  1. Lee, M., Vasioukhin, V. Cell polarity and cancer–cell and tissue polarity as a non-canonical tumor suppressor. Journal of Cell Science. 121 (Pt 8), 1141-1150 (2008).
  2. Nath, S., Devi, G. R. Three-dimensional culture systems in cancer research: Focus on tumor spheroid model. Pharmacology & Therapeutics. 163, 94-108 (2016).
  3. Weigelt, B., Ghajar, C. M. The need for complex 3D culture models to unravel novel pathways and identify accurate biomarkers in breast cancer. Advanced Drug Delivery Reviews. 69, 42-51 (2014).
  4. Li, Q., Chow, A. B., Mattingly, R. R. Three-dimensional overlay culture models of human breast cancer reveal a critical sensitivity to mitogen-activated protein kinase kinase inhibitors. The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 332 (3), 821-828 (2010).
  5. Li, L., Lu, Y. Optimizing a 3D Culture System to Study the Interaction between Epithelial Breast Cancer and Its Surrounding Fibroblasts. Journal of Cancer. 2, 458-466 (2011).
  6. Pickl, M., Ries, C. H. Comparison of 3D and 2D tumor models reveals enhanced HER2 activation in 3D associated with an increased response to trastuzumab. Oncogene. 28 (3), 461-468 (2009).
  7. Nyga, A., Cheema, U., Loizidou, M. 3D tumour models: novel in vitro approaches to cancer studies. Journal of Cell Communication and Signaling. 5 (3), 239-248 (2011).
  8. Kimlin, L. C., Casagrande, G., Virador, V. M. In vitro three-dimensional (3D) models in cancer research: an update. Molecular Carcinogenesis. 52 (3), 167-182 (2013).
  9. Mathews Griner, L. A., et al. Large-scale pharmacological profiling of 3D tumor models of cancer cells. Cell Death & Disease. 7 (12), e2492 (2016).
  10. Polo, M. L., et al. Responsiveness to PI3K and MEK inhibitors in breast cancer. Use of a 3D culture system to study pathways related to hormone independence in mice. PLoS One. 5 (5), e10786 (2010).
  11. Hatzivassiliou, G., et al. RAF inhibitors prime wild-type RAF to activate the MAPK pathway and enhance growth. Nature. 464 (7287), 431-435 (2010).
  12. Bhargava, A., et al. Registered report: RAF inhibitors prime wild-type RAF to activate the MAPK pathway and enhance growth. Elife. 5, e09976 (2016).
  13. Mathews, L. A., Hurt, E. M., Zhang, X., Farrar, W. L. Epigenetic regulation of CpG promoter methylation in invasive prostate cancer cells. Molecular Cancer. 9, 267 (2010).
  14. Mathews, L. A., Crea, F., Farrar, W. L. Epigenetic gene regulation in stem cells and correlation to cancer. Differentiation. 78 (1), 1-17 (2009).
  15. Mathews, L. A., et al. Increased expression of DNA repair genes in invasive human pancreatic cancer cells. Pancreas. 40 (5), 730-739 (2011).
  16. Mathews, L. A., et al. A 1536-well quantitative high-throughput screen to identify compounds targeting cancer stem cells. Journal of Biomolecular Screening. 17 (9), 1231-1242 (2012).
  17. Horii, T., Nagao, Y., Tokunaga, T., Imai, H. Serum-free culture of murine primordial germ cells and embryonic germ cells. Theriogenology. 59 (5-6), 1257-1264 (2003).
  18. Sun, L., et al. Epigenetic regulation of SOX9 by the NF-kappaB signaling pathway in pancreatic cancer stem cells. Stem Cells. 31 (8), 1454-1466 (2013).
  19. Mathews, L. A., et al. A 1536-well quantitative high-throughput screen to identify compounds targeting cancer stem cells. Journal of Biomolecular Screening. 17 (9), 1231-1242 (2012).
  20. Mathews Griner, L. A., et al. High-throughput combinatorial screening identifies drugs that cooperate with ibrutinib to kill activated B-cell-like diffuse large B-cell lymphoma cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (6), 2349-2354 (2014).
  21. Herter, S., et al. A novel three-dimensional heterotypic spheroid model for the assessment of the activity of cancer immunotherapy agents. Cancer Immunology, Immunotherapy. 66 (1), 129-140 (2017).
check_url/pt/57476?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Griner, L. M., Gampa, K., Do, T., Nguyen, H., Farley, D., Hogan, C. J., Auld, D. S., Silver, S. J. Generation of High-Throughput Three-Dimensional Tumor Spheroids for Drug Screening. J. Vis. Exp. (139), e57476, doi:10.3791/57476 (2018).

View Video