שלב בצילום מואץ, ללא תווית, כמותיים הדמיה המחקר של תאים סרטניים אנושיים רדום ופעיל
Summary
סרטן רדום ופעיל תא פנוטיפים מאופיינים באמצעות הדמיה שלב כמותית. מבחני התפשטות ההעברה, מורפולוגיה תאים משולבים, מנותח בשיטה פשוטה אחת.
Abstract
רכישת פנוטיפ האנגיוגנזה היא מרכיב חיוני של הבריחה מן הגידול תרדמה. למרות מספר הקלאסי במבחנה מבחני (למשל, הפצה, העברה ואחרים) ומודלים ויוו פותחו כדי לחקור ולהעמיד לאפיין פנוטיפים תא האנגיוגנזה, הלא-אנגיוגנזה, שיטות אלו הן זמן עבודה אינטנסיבית, ולעיתים קרובות דורשים ריאגנטים יקר, מכשירים, כמו גם מומחיות משמעותית. במחקר שנערך לאחרונה, השתמשנו תקופה כמותיים הרומן הדמיה (ה-QPI) טכניקה לנהל את אפיוני בצילום מואץ ללא תיוג של תאים KHOS האנושי אוסטאוסרקומה האנגיוגנזה, הלא-אנגיוגנזה. פאנל של פרמטרים הסלולר, כולל תא, התפשטות, חיות וצורות, נמדדו באופן כמותי, נותחה באמצעות ה-QPI. מרומן זה ואף הגישה הכמותית מספקת הזדמנות ללמוד באופן רציף, לא פולשני תהליכים תאיים הרלוונטיים, התנהגויות, ואת מאפייני תאים סרטניים, סוגי תאים אחרים בצורה פשוטה משולב. הדו ח מתאר פרוטוקול הניסוי שלנו, כולל הכנה תא, ה-QPI רכישה של ניתוח נתונים.
Introduction
אחד המחסומים המוקדם התפתחות, התקדמות של גידול מוצק הוא הרכישה של פנוטיפ אנגיוגנזה, סימן היכר של סרטן. התקדמות זו כוללת מגוון רחב של תהליכים הביוכימי והמולקולרי1,2,3. אתגר טכני במחקר של שלב זה מפתח בהתקדמות הגידול היא היעדר כלים כדי לאפיין באופן רציף ולא באופן כמותי להבדיל בין פנוטיפים האנגיוגנזה, הלא-אנגיוגנזה של תאים סרטניים חיים בצורה בלתי לא משוחדת. מבחני מסורתי בשימוש כדי לחקור את התנהגויות הסלולר של תאים האנגיוגנזה ושאינם-אנגיוגנזה בדרך כלל דורשים ריאגנטים יקר וכלי נגינה, למשל, התפשטות/נדידת תאים מבחני4,5, 6,7,8,9,10,11,12,13,14 או משלימים ויוו הערכות4,5,6,8,15,16, וכן הדורשים מומחיות משמעותית לטיפול נמרץ צריכת זמן ודיני.
לאחרונה, שלב כמותיים הדמיה (ה-QPI) התפתחה טכניקה חדשנית המאפשרת הערכת זמן לשגות ללא תיוג מגוון רחב של התא מורפולוגיה והתנהגות פרמטרים17,18,19, 20 , 21 , 22. בניגוד קונבנציונאלי מיקרוסקופ אופטי, ה-QPI מכמתת וריאציות של המופע. ההתחלתי על ידי פיקסל פיקסל אחרי האור עובר דרך עצם אופטי, ומשחזרת הולוגרף עם המומר אופטי עובי ונפח, ובכך מאפשר הישיר ניתוח של תאים חיים, התכונות הבאות: הדמיה (1) כמותית, הדמיה (2) לא פולשנית, זמן לשגות, (3) ללא תווית ההדמיה וה הדמיה multi-parameter (4) בו זמנית. תכונות אלה להפוך את ה-QPI כלי רב עוצמה כדי להעריך ולהבין תהליכים פתולוגיים ברמה התאית.
במחקר שנערך לאחרונה, אנחנו מנוצל ה-QPI לאפיין באופן כמותי, להבדיל בין האנגיוגנזה KHOS-A ושאינם-אנגיוגנזה פנוטיפים KHOS-N של תאים אנושיים אוסטאוסרקומה בצורה שיטתית, תפוקה, שילוב של ניתוח של מורפולוגיה תאים, התפשטות, תנועתיות23. באמצעות תוכנת ניתוח התמונה, פאנל של התא מורפולוגי והתנהגות פרמטרים הושוו באופן כמותי בין תאים אנושיים אוסטאוסרקומה האנגיוגנזה, הלא-אנגיוגנזה וזוהו חמשת ההבדלים האופייני בין שני אלה פנוטיפים. גישה חדשנית זו מספקת פלטפורמה משולבת, כמותיים להערכת מגוון מאפיינים הסלולר רלוונטי מבחינה ביולוגית.
Protocol
Representative Results
Discussion
במחקר זה, אנו מתארים במבחנה, לא פולשנית, ללא תווית שיטה באמצעות ה-QPI לאפיין באופן כמותי את פנוטיפים האנגיוגנזה, הלא-אנגיוגנזה של תאים אנושיים אוסטאוסרקומה. מספר פרמטרים הסלולר יש נותחו בו זמנית בשיטה זו משולבים, תפוקה גבוהה, כולל אזור תא, עובי התא, נפח התאים, קצב התפשטות, הכפלת זמן ההעבר?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מאשר בתודה את התמיכה של הקרן לחקר סרטן השד ועל קרן מחקר רפואי מתקדם.
Materials
| T75 flask | Corning, NY, USA | 353136 | |
| 6-well plates | Corning, NY, USA | 3506 | |
| Dulbecco’s modified Eagle medium (DMEM) | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | 11965092 | |
| Fetal bovine serum (FBS) | Atlanta Biologicals, GA, USA | S11550 | |
| Penicillin Streptomycin | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | 15140122 | |
| Phosphate buffered saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | 10010023 | |
| Beckman Z1 Coulter counter | Beckman Coulter, IN, USA | Z1 | |
| HoloMonitor M4 | Phase Holographic Imaging Phi AB, Lund, Sweden | M4 | Microscope |
| Hololid | Phase Holographic Imaging Phi AB, Lund, Sweden | PHI 8020 | |
| HStudioM4 | Phase Holographic Imaging Phi AB, Lund, Sweden | HStudioM4 | Software |
References
- Folkman, J. Angiogenesis in cancer, vascular, rheumatoid and other disease. Nature Medicine. 1 (1), 27-31 (1995).
- Hanahan, D., Folkman, J. Patterns and emerging mechanisms of the angiogenic switch during tumorigenesis. Cell. 86 (3), 353-364 (1996).
- Harper, J., Moses, M. A. Molecular regulation of tumor angiogenesis: mechanisms and therapeutic implications. EXS. (96), 223-268 (2006).
- Naumov, G. N., et al. A model of human tumor dormancy: an angiogenic switch from the nonangiogenic phenotype. Journal of the National Cancer Institute. 98 (5), 316-325 (2006).
- Fang, J., et al. Matrix metalloproteinase-2 is required for the switch to the angiogenic phenotype in a tumor model. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 97 (8), 3884-3889 (2000).
- Almog, N., et al. Transcriptional switch of dormant tumors to fast-growing angiogenic phenotype. Cancer Research. 69 (3), 836-844 (2009).
- Hu, J., et al. Gene expression signature for angiogenic and nonangiogenic non-small-cell lung cancer. Oncogene. 24 (7), 1212-1219 (2005).
- Harper, J., et al. Repression of vascular endothelial growth factor expression by the zinc finger transcription factor ZNF24. Cancer Research. 67 (18), 8736-8741 (2007).
- Jia, D., et al. Transcriptional repression of VEGF by ZNF24: mechanistic studies and vascular consequences in vivo. Blood. 121 (4), 707-715 (2013).
- Jia, D., Huang, L., Bischoff, J., Moses, M. A. The endogenous zinc finger transcription factor, ZNF24, modulates the angiogenic potential of human microvascular endothelial cells. FASEB journal: official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology. 29 (4), 1371-1382 (2015).
- Almog, N., et al. Prolonged dormancy of human liposarcoma is associated with impaired tumor angiogenesis. FASEB journal: official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology. 20 (7), 947-949 (2006).
- Almog, N., et al. Consensus micro RNAs governing the switch of dormant tumors to the fast-growing angiogenic phenotype. PloS One. 7 (8), e44001 (2012).
- Satchi-Fainaro, R., et al. Prospective identification of glioblastoma cells generating dormant tumors. PloS One. 7 (9), e44395 (2012).
- Almog, N., et al. Transcriptional changes induced by the tumor dormancy-associated microRNA-190. Transcription. 4 (4), 177-191 (2013).
- Gao, D., Nolan, D. J., Mellick, A. S., Bambino, K., McDonnell, K., Mittal, V. Endothelial progenitor cells control the angiogenic switch in mouse lung metastasis. Science. 319 (5860), 195-198 (2008).
- Folkman, J., Watson, K., Ingber, D., Hanahan, D. Induction of angiogenesis during the transition from hyperplasia to neoplasia. Nature. 339 (6219), 58-61 (1989).
- Popescu, G. . Quantitative phase imaging of cells and tissues. , (2011).
- Lee, K., et al. Quantitative Phase Imaging Techniques for the Study of Cell Pathophysiology: From Principles to Applications. Sensors. 13 (4), 4170-4191 (2013).
- Mir, M., Bhaduri, B., Wang, R., Zhu, R., Popescu, G. Quantitative Phase Imaging. Progress in Optics. 57, 133-217 (2012).
- Marrison, J., Räty, L., Marriott, P., O’Toole, P. Ptychography–a label free, high-contrast imaging technique for live cells using quantitative phase information. Scientific Reports. 3, 2369 (2013).
- Falck Miniotis, M., Mukwaya, A., Gjörloff Wingren, A. Digital holographic microscopy for non-invasive monitoring of cell cycle arrest in L929 cells. PloS One. 9 (9), e106546 (2014).
- Popescu, G., et al. Optical imaging of cell mass and growth dynamics. AJP: Cell Physiology. 295 (2), C538-C544 (2008).
- Guo, P., Huang, J., Moses, M. A. Characterization of dormant and active human cancer cells by quantitative phase imaging. Cytometry. Part A: The Journal of the International Society for Advancement of Cytometry. 91 (5), 424-432 (2017).
- Mir, M., Bergamaschi, A., Katzenellenbogen, B. S., Popescu, G. Highly sensitive quantitative imaging for monitoring single cancer cell growth kinetics and drug response. PloS One. 9 (2), e89000 (2014).
- Mir, M., Tangella, K., Popescu, G. Blood testing at the single cell level using quantitative phase and amplitude microscopy. Biomedical Optics Express. 2 (12), 3259-3266 (2011).
- Park, Y., et al. Measurement of red blood cell mechanics during morphological changes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (15), 6731-6736 (2010).
- Pham, H. V., Bhaduri, B., Tangella, K., Best-Popescu, C., Popescu, G. Real time blood testing using quantitative phase imaging. PloS One. 8 (2), e55676 (2013).
- Sridharan, S., Macias, V., Tangella, K., Kajdacsy-Balla, A., Popescu, G. Prediction of prostate cancer recurrence using quantitative phase imaging. Scientific Reports. 5, 9976 (2015).
- Park, H., et al. Measuring cell surface area and deformability of individual human red blood cells over blood storage using quantitative phase imaging. Scientific Reports. 6, 34257 (2016).
- Bishitz, Y., Gabai, H., Girshovitz, P., Shaked, N. T. Optical-mechanical signatures of cancer cells based on fluctuation profiles measured by interferometry. Journal of Biophotonics. 7 (8), 624-630 (2014).
