Disse protokoller vil hjælpe brugerne med at undersøge mitokondrie energimetabolisme i 3D-kræftcellelinjeafledte sfæroider ved hjælp af Seahorse ekstracellulær fluxanalyse.
Tredimensionelle (3D) cellulære aggregater, kaldet sfæroider, er blevet forkant med in vitro-cellekultur i de senere år. I modsætning til dyrkning af celler som todimensionale, encellede monolag (2D-kultur) fremmer, regulerer og understøtter sfæroid cellekultur fysiologisk cellulær arkitektur og egenskaber, der findes in vivo, herunder ekspression af ekstracellulære matrixproteiner, cellesignalering, genekspression, proteinproduktion, differentiering og proliferation. Betydningen af 3D-kultur er blevet anerkendt inden for mange forskningsområder, herunder onkologi, diabetes, stamcellebiologi og vævsteknik. I løbet af det sidste årti er der udviklet forbedrede metoder til at producere sfæroider og vurdere deres metaboliske funktion og skæbne.
Ekstracellulære flux (XF) analysatorer er blevet brugt til at udforske mitokondriefunktion i 3D-mikrotissuer såsom sfæroider ved hjælp af enten en XF24-ø-indfangningsplade eller en XFe96-sfæroid mikroplade. Imidlertid er forskellige protokoller og optimering af sonderende mitokondrieenergimetabolisme i sfæroider ved hjælp af XF-teknologi ikke beskrevet detaljeret. Dette papir indeholder detaljerede protokoller til sondering af mitokondrieenergimetabolisme i enkelt 3D-sfæroider ved hjælp af sfæroidmikroplader med XFe96 XF-analysatoren. Ved hjælp af forskellige kræftcellelinjer er XF-teknologi påvist at være i stand til at skelne mellem cellulær respiration i 3D-sfæroider af ikke kun forskellige størrelser, men også forskellige volumener, cellenumre, DNA-indhold og type.
De optimale mitokondrie effektor sammensatte koncentrationer af oligomycin, BAM15, rotenon og antimycin A anvendes til at undersøge specifikke parametre for mitokondrie energimetabolisme i 3D sfæroider. Dette papir diskuterer også metoder til normalisering af data opnået fra sfæroider og behandler mange overvejelser, der bør overvejes, når man udforsker sfæroid metabolisme ved hjælp af XF-teknologi. Denne protokol vil hjælpe med at drive forskning i avancerede in vitro sfæroidmodeller.
Fremskridt inden for in vitro-modeller inden for biologisk forskning har udviklet sig hurtigt i løbet af de sidste 20 år. Sådanne modeller omfatter nu organ-on-a-chip-modaliteter, organoider og 3D-mikrotissu-sfæroider, som alle er blevet et fælles fokus for at forbedre translationen mellem in vitro- og in vivo-undersøgelser. Anvendelsen af avancerede in vitro-modeller, navnlig sfæroider, spænder over flere forskningsområder, herunder vævsteknik, stamcelleforskning, kræft og sygdomsbiologi 1,2,3,4,5,6,7 og sikkerhedstest, herunder genetisk toksikologi 8,9,10, nanomaterialer toksikologi11 12,13,14 og lægemiddelsikkerhed og effektivitetstest 8,15,16,17,18,19.
Normal cellemorfologi er afgørende for biologisk fænotype og aktivitet. Dyrkning af celler i 3D-mikrotissue-sfæroider gør det muligt for celler at vedtage en morfologi, fænotypisk funktion og arkitektur, mere beslægtet med den, der observeres in vivo , men vanskelig at fange med klassiske monolagscellekulturteknikker. Både in vivo og in vitro påvirkes cellulær funktion direkte af det cellulære mikromiljø, som ikke er begrænset til cellulær kommunikation og programmering (f.eks. Celle-celle-krydsdannelser, muligheder for at danne cellenicher); celleeksponering for hormoner og vækstfaktorer i de umiddelbare miljøer (f.eks. cellulær cytokineksponering som en del af en inflammatorisk reaktion); sammensætning af fysiske og kemiske matricer (f.eks. om celler dyrkes i stiv vævskulturplast eller et elastisk vævsmiljø) og vigtigst af alt, hvordan cellulær metabolisme påvirkes af ernæring og adgang til ilt samt behandling af metaboliske affaldsprodukter såsom mælkesyre.
Metabolisk fluxanalyse er en kraftfuld måde at undersøge cellulær metabolisme inden for definerede in vitro-systemer . Specifikt giver XF-teknologi mulighed for analyse af levende ændringer i realtid i cellulær bioenergetik af intakte celler og væv. I betragtning af at mange intracellulære metaboliske hændelser forekommer inden for få sekunder til minutter, er funktionelle tilgange i realtid afgørende for at forstå realtidsændringer i cellulær metabolisk flux i intakte celler og væv in vitro.
Dette papir indeholder protokoller til dyrkning af kræftafledte cellelinjer A549 (lungeadenocarcinom), HepG2 / C3A (hepatocellulært carcinom), MCF-7 (brystadenocarcinom) og SK-OV-3 (ovarieadenocarcinom) som in vitro 3D-sfæroidmodeller ved hjælp af tvungen aggregeringsmetoder (figur 1). Det beskriver også (i) detaljeret, hvordan man undersøger mitokondrieenergimetabolisme af enkelt 3D-sfæroider ved hjælp af Agilent XFe96 XF-analysatoren, (ii) fremhæver måder at optimere XF-assays ved hjælp af enkelt 3D-sfæroider og (iii) diskuterer vigtige overvejelser og begrænsninger ved sondering af 3D-sfæroidmetabolisme ved hjælp af denne tilgang. Vigtigst af alt beskriver dette papir, hvordan datasæt indsamles, der gør det muligt at beregne iltforbrugshastighed (OCR) for at bestemme oxidativ phosphorylering og dermed mitokondriefunktion i cellulære sfæroider. Selvom det ikke analyseres for denne protokol, er ekstracellulær forsuringshastighed (ECAR) en anden parameter, der måles sammen med OCR-data i XF-eksperimenter. ECAR fortolkes dog ofte dårligt eller forkert fra XF-datasæt. Vi giver en kommentar til begrænsningerne ved beregning af ECAR efter grundlæggende tilgange fra teknologiproducenten.
Vigtigste resultater og resultater
Dette papir giver en detaljeret protokol til sonde mitokondrie energimetabolisme af enkelt 3D-sfæroider ved hjælp af en række kræftafledte cellelinjer med XFe96 XF Analyzer. En metode er udviklet og beskrevet til hurtig dyrkning af A549, HepG2 / C3A, MCF7 og SK-OV-3 cellulære sfæroider ved hjælp af celleafvisende teknologier til tvungen aggregering. Denne protokol omhandler mange overvejelser om sondering af sfæroidmetabolisme med XF-teknologi, herunder (1) o…
The authors have nothing to disclose.
N.J.C blev støttet af en BBSRC MIBTP CASE Award med Sygnature Discovery Ltd (BB/M01116X/1, 1940003)
A549 | ECACC | #86012804 | Lung carcinoma cell line |
Agilent Seahorse XF RPMI Medium, pH 7.4 | Agilent Technologies Inc. | 103576-100 | XF assay medium with 1 mM HEPES, without phenol red, sodium bicarbonate, glucose, L-glutamine, and sodium pyruvate |
Agilent Seahorse XFe96 Extracellular Flux Analyzer | Agilent Technologies Inc. | – | Instrument for measuring rates of spheroid oxygen uptake in single spheroids |
Antimycin A | Merck Life Science | A8674 | Mitochondrial respiratory complex III inhibitor |
BAM15 | TOCRIS bio-techne | 5737 | Mitochondrial protnophore uncoupler |
Black-walled microplate | Greiner Bio-One | 655076 | For fluorescence-based assays |
CELLSTAR cell-repellent surface 96 U well microplates | Greiner Bio-One | 650970 | Microplates for generating spheroids |
CellTiter-Glo 3D Cell Viability Assay | Promega | G9681 | Assay for the determination of cell viability in 3D microtissue spheroids |
Cultrex Poly-D-Lysine | R&D Systems a biotechne brand | 3439-100-01 | Molecular cell adhesive for coating XFe96 spheroid microplates to facillitate attachment of spheroids |
D-(+)-Glucose | Merck Life Sciences | G8270 | Supplement for cell culture growth and XF assay medium |
Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) | Gibco | 11885084 | Culture medium for HepG2/C3A spheroids |
EVOS XL Core Imaging System | Thermo Fisher Scientific | AMEX1000 | Phase-contrast imaging microscope |
EZ-PCR Mycoplasma test kit | Biological Industries | 20-700-20 | Mycoplasma screening in cell cultures |
FIJI Is Just Image J | Analysis of collated images | ||
Foetal bovine serum | Merck Life Science | F7524 | Supplement for cell culture medium |
HepG2/C3A | ATCC | #CRL-10741 | Hepatic carcinoma cell line, a clonal derivative of the parent HepG2 cell line |
Lactate-Glo | Promega | J5021 | Assay for measurement of lactate within spheorid culture medium |
L-glutamine (200 mM solution) | Merk Life Sciences | G7513 | Supplement for cell culture growth and XF assay medium |
M50 Stereo microscope | Leica Microsytems | LEICAM50 | Stereo dissection micrscope; used for spheorid handling |
MCF-7 | ECACC | #86012803 | Breast adenocarcinoma cell line |
Oligomycin from Streptomyces diastatochromogenes | Merck Life Science | O4876 | ATP Synthase Inhibitor |
Penicilin-Streptomycin | Gibco | 15140122 | Antibiotics added to cell culture medium |
Quant-iT PicoGreen dsDNA Assay Kit | Initrogen | P7589 | Analysis of dsDNA in spehroids |
Rotenone | Merck Life Science | R8875 | Mitochondrial Respiratory Complex I Inhibitor |
RPMI 1640 | Gibco | 21875091 | Culture medium for A549, MCF7, and SK-OV-3 spheroids |
Seahorse Analytics | Agilent Technologies Inc. | Build 421 | https://seahorseanalytics.agilent.com |
Seahorse XFe96 Spheroid FluxPak | Agilent Technologies Inc. | 102905-100 | Each Seahorse XFe96 Spheroid FluxPak contains: 6 Seahorse XFe96 Spheroid Microplates (102978-100), 6 XFe96 sensor cartridges, and 1 bottle of Seahorse XF Calibrant Solution 500 mL (100840-000) |
Serological pipette: 5, 10, and 25 mL | Greiner Bio-One | 606107; 607107; 760107 | Consumables for cell culture |
SK-OV-3 | ECACC | #HTB-77 | Ovarian adenocarcinoma cell line |
Sodium pyruvate (100 mM solution) | Merck Life Science | S8636 | Supplement for cell culture growth and XF assay medium |
T75 cm2 cell culture flask | Greiner Bio-One | 658175 | Tissue culture treated flasks for maintaining cell cultures |
TrypLExpress | Gibco | 12604-021 | Cell dissociation reagent |
Wave controller software | Agilent Technologies Inc. | – | |
Wide orifice tip | STARLAB International GmbH | E1011-8400 | Pipette tips with wide opening for spheroid handling |