على طريقة تجميع خلية فعالة ومرنة ل3D كروي الإنتاج
Summary
Here, we describe a rapid and flexible protocol for the formation of 3D cell spheroids through cell aggregation. This is easily adapted to multiple cell types and is suitable for use in a variety of applications including cell migration, invasion, or anoikis assays, and for imaging and quantifying cell-matrix interactions.
Abstract
ثقافة الخلية أحادي الطبقة لا نموذجا كاف السلوك في الجسم الحي من الأنسجة، الذي ينطوي على خلية خلية وخلية مصفوفة التفاعلات المعقدة. ثلاثي الأبعاد تقنيات زراعة (3D) الخلية هي ابتكار حديث وضعت لمعالجة أوجه القصور في زراعة الخلايا الملتصقة. بينما العديد من التقنيات لتوليد نظائرها الأنسجة في المختبر تم وضعها، وهذه الأساليب هي في كثير من الأحيان معقدة ومكلفة لتأسيس، تتطلب معدات متخصصة، وتقتصر عموما التوافق مع فقط أنواع الخلايا معينة. هنا، نحن تصف بروتوكول سريع ومرن لتجميع الخلايا في الأجسام الشبه الكروية 3D متعددة الخلايا من حجم ثابت متوافق مع نمو مجموعة متنوعة من الأورام وخطوط الخلايا العادية. نحن نستخدم تركيزات مختلفة من المصل وميثيل السليلوز (MC) لتشجيع جيل كروي مستقل مرسى ومنع تشكيل الطبقات الوحيدة الخلية بطريقة استنساخه للغاية. الظروف المثلى لالكلاسيكي فرديخطوط الخلايا idual لا يمكن أن يتحقق من خلال تعديل MC أو تركيزات مصل في المتوسط تشكيل كروي. الأجسام الشبه الكروية 3D المتولدة يمكن جمعها لاستخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك إشارات الخلية أو دراسات التعبير الجيني، مرشح فحص المخدرات، أو في دراسة العمليات الخلوية مثل غزو الخلايا السرطانية والهجرة. كما تكييف بروتوكول بسهولة لتوليد الأجسام الشبه الكروية نسيلي من الخلايا واحدة، ويمكن تكييفها لتقييم النمو المستقل مرسى وanoikis المقاومة. وعموما، يوفر بروتوكول لدينا وسيلة للتعديل بسهولة لتوليد واستخدام الكروية خلية 3D من أجل تلخيص المكروية 3D الأنسجة ونموذج للنمو في الجسم الحي من الخلايا الطبيعية والسرطانية.
Introduction
تقييم بيولوجيا السلوك الخلايا السرطانية يتحدى باستخدام ثنائي الأبعاد (2D) منهجيات زراعة الخلايا التقليدية، في جزء منه لأن هذه لا تعكس بشكل كاف المكروية الخلايا الموجودة في الجسم الحي. النهج البديلة تتضمن مكونات المصفوفة خارج الخلية في الثقافة (على سبيل المثال، بويدن المقايسات غرفة) هي ممثلة أكثر من الناحية الفسيولوجية للفي الجسم الحي بيئة الأنسجة. ومع ذلك، فإنها يمكن أن تقتصر على تقييم سلوك الخلية الفردية، وليس تلخيص مجمع في مجموعات المجراة من خلية مصفوفة وخلية خلية التفاعلات التي تساهم في الأنسجة أو الورم النمو 1، 2، 3.
استخدام الكروية المتعددة الخلايا هو نهج مؤخرا أن يستنسخ أكثر دقة الهندسة المعمارية المدمجة في الجسم الحي نمو الخلايا 1،4. الكروية يمكن استخدامها لتحقيق التفاعلات خلية مصفوفة من الخلايا الطبيعية، ولكن يمكن أن تعمل أيضا نظائرها ورم لنموذج خصائص تطور الورم، مثل النمو المتنقل أو المقاومة للأدوية (4).
ويمكن تشكيل الأجسام الشبه الكروية من انتشار الخلايا واحد جزءا لا يتجزأ من مصفوفة 5 أو أكثر بسرعة، من خلال تشجيع تجميع خلايا متعددة لتشكيل كتلة خلية واحدة (على سبيل المثال، والشنق قطرة، وأساليب الطرد المركزي) 6 و 7. قد تتطلب تقنيات خلية تجميع القائمة مواد مكلفة أو المعدات المتخصصة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن هذه الأجسام الشبه الكروية لديها مجموعة واسعة من الأحجام والأشكال التضاريسية وقد يكون من الصعب إنتاج بكميات كبيرة، مما يجعل المقارنات بين ظروف النمو أو العلاجات الصعبة. وأخيرا، يمكن الكروية التي تولدها هذه الأساليب يكون من الصعب عزل من extracel البروتينيةمصفوفة lular التي هي جزء لا يتجزأ من أجل الاستخدام في تطبيقات أخرى.
هنا، نحن تصف منهجية خلية تجميع قوية وسهولة التعديل على الإسراع في تشكيل الأجسام الشبه الكروية خلية الحجم باستمرار باستخدام لوحات المتاحة تجاريا U-أسفل الخلية طارد ومصفوفة تعزيز التصاق الخاملة، ميثيل السليلوز. تشكلت مرة واحدة، يتم عزل هذه الأجسام الشبه الكروية المتعددة الخلايا بسهولة لاستخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات. كما تكييفها بروتوكول بسهولة لتوليد الأجسام الشبه الكروية من خلال تكاثر الخلايا، والتي يمكن استخدامها لتقييم عمليات الخلايا الأخرى. هنا، وتبين لنا المقايسات غزو الخلايا، كميا عن طريق تلطيخ المناعي، وفحص anoikis، كمثال تطبيقات هذين مختلف البروتوكولات تشكيل كروي.
Protocol
Representative Results
Discussion
نقدم طريقة سريعة ومرنة لإنتاج الأجسام الشبه الكروية خلية 3D في تصميم نموذج لهندسة الأنسجة في الجسم الحي باستخدام الكواشف مكلفة ومتاحة على نطاق واسع. بروتوكول لدينا يستغل الخصائص غير السامة للخلايا وتعزيز التصاق MC 8 و 9 للتوسط تجمي?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank M. Gordon of the Queen’s University Biomedical Imaging Centre for assistance. This work was supported by operating grants from the Cancer Research Society of Canada (19439) and the Canadian Institutes for Health Research (MOP-142303) (LMM), and by Ontario Graduate Scholarships and studentships from the Terry Fox Research Institute Training Program in Transdisciplinary Cancer Research (SMM, EYL), and by a Craig Jury Summer Studentship (SMM).
Materials
| Buffers | |||
| 10x Phosphate buffered saline | Thermo Fisher Scientific | AM9625 | |
| Calcium Chloride Solution | Sigma-Aldrich | 21114 | Used for PBS* wash buffer; Do not autoclave PBS* wash buffer upon addition of calcium chloride |
| Magnesium Chloride Solution | Sigma-Aldrich | M1028 | Used for PBS* wash buffer; Do not autoclave PBS* wash buffer upon addition of magnesium chloride |
| Name | Company | Catalog number | Comments |
| For Spheroid Formation | |||
| 96-well U-bottom Cell-Repellent Plate | Greiner Bio-One | 650970 | |
| Dulbecco's Modified Eagle's Medium | Sigma-Aldrich | D5546 | For culturing SH-SY5Y, PANC-1, TPC-1 cell lines |
| F12K Medium | Thermo Fisher Scientific | 2112722 | For culturing TT cell line |
| Fetal Bovine Serum | Sigma-Aldrich | F1051 | Filter prior to use to remove particulate contaminants |
| Methyl cellulose | Sigma-Aldrich | M7027 | Prepare in water to 100 mg/mL |
| Roswell Park Memorial Institute Medium | Sigma-Aldrich | R8758 | For culturing HCT-116, BxPC-3 cell lines |
| TrypLE Express | Thermo Fisher Scientific | 12605028 | Dissociation buffer |
| Name | Company | Catalog number | Comments |
| For Invasion Assay | |||
| Bovine Type I Collagen | Corning Incorporated | 354231 | Stock 3.1mg/ml; Maintain on ice when in use |
| DMEM Phenol Red Free Low Glucose | Thermo Fisher Scientific | 11054-20 | Less background fluorescence compared to Phenol Red supplemented medium |
| Glial Cell Line Derived Neurotrophic Factor | Peprotech | 450-10 | Chemoattractant |
| Name | Company | Catalog number | Comments |
| For Immunofluorescence Microscopy | |||
| #1.5 Coverglass | Electron Microscopy Sciences | 72225-01 | For mounting excised spheroids |
| Alexa-Fluor 488 Phalloidin | Thermo Fisher Scientific | A12379 | Used to stain actin at 1:200 |
| Bovine Serum Albumin | Bioshop Canada Incorporated | ALB001 | Used in BSA blocking buffer |
| Dabco 33-LV | Sigma-Aldrich | 290734 | Antifade |
| Glycerol | Bioshop Canada Incorporated | GLY001 | Used in MOWIOL mounting medium |
| ImageJ Software | Freeware, NIH | – | Used for image analysis |
| Microslides | VWR International | 48312-024 | For mounting excised spheroids |
| MOWIOL 4-88 | EMD-Millipore | 475904 | Used in MOWIOL mounting medium |
| Paraformaldehyde | EMD-Millipore | PX0055-3 | Used in fixation buffer |
| Triton X-100 | Bioshop Canada Incorporated | TRX777 | Used in permeabilization buffer |
References
- Zimmermann, M., Box, C., Eccles, S. A. Two-dimensional vs. three-dimensional in vitro tumor migration and invasion assays. Methods Mol Biol. 986 (986), 227-252 (2013).
- Albini, A., Noonan, D. M. The ‘chemoinvasion’ assay, 25 years and still going strong: the use of reconstituted basement membranes to study cell invasion and angiogenesis. Curr Opin Cell Biol. 22 (5), 677-689 (2010).
- Pampaloni, F., Reynaud, E. G., Stelzer, E. H. K. The third dimension bridges the gap between cell culture and live tissue. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 8 (10), 839-845 (2007).
- Fennema, E., Rivron, N., Rouwkema, J., van Blitterswijk, C., de Boer, J. Spheroid culture as a tool for creating 3D complex tissues. Trends Biotechnol. 31 (2), 108-115 (2013).
- Carletti, E., Motta, A., Migliaresi, C. Scaffolds for tissue engineering and 3D cell culture. Methods Mol Biol. 695, 17-39 (2011).
- Foty, R. A simple hanging drop cell culture protocol for generation of 3D spheroids. J Vis Exp. (51), (2011).
- Handschel, J. G., et al. Prospects of micromass culture technology in tissue engineering. Head Face Med. 3, 4 (2007).
- Stuckhoff, A. P., DelValle, L., Amini, S., White, M. K. . Neuronal Cell Culture Methods and Protocols Vol. 1078 Methods in Molecular Biology. 1078, 119-132 (2013).
- Stewart, G. J., Wang, Y., Niewiarowski, S. Methylcellulose protects the ability of anchorage-dependent cells to adhere following isolation and holding in suspension. Biotechniques. 19 (4), 598-604 (1995).
- Vinci, M., et al. Advances in establishment and analysis of three-dimensional tumor spheroid-based functional assays for target validation and drug evaluation. BMC Biol. 10, 29 (2012).
- Nagelkerke, A., Bussink, J., Sweep, F. C. G. J., Span, P. N. Generation of multicellular tumor spheroids of breast cancer cells: How to go three-dimensional. Anal. Biochem. 437 (1), 17-19 (2013).
