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ここでは、三次元での正常組織片をリビングへの腫瘍細胞の浸潤を研究するためのプロトコルを提示します。この器官培養技術は、主にin vitroで 、潜在的に抗浸潤薬をテストするために適用されます。
ニワトリ心臓アッセイの目的は、三次元で腫瘍浸潤を研究するための関連する器官培養方法を提供することです。アッセイは、侵襲的および非侵襲的な細胞とを区別し、腫瘍浸潤に対する試験化合物の効果の研究を可能にすることができます。癌細胞は - のいずれかの凝集体または単一細胞として - ニワトリ胚の心臓の断片に直面しています。数日または数週間のための懸濁液中の器官培養した後に直面している培養物を固定し、組織学的分析のためにパラフィンに包埋しました。癌細胞と正常組織との間の三次元相互作用は、その後、ヘマトキシリン - エオシンで、または心臓組織内のエピトープまたは対向癌細胞に対する免疫組織化学的染色後の染色連続切片から再構築されます。アッセイは、癌浸潤は、癌細胞とその隣接する間質ホスト要素(筋線維芽細胞、endoth間の分子間相互作用の結果であることを最近の概念と一致していますelial細胞、細胞外マトリックス成分、等)。ここで、この間質環境は、生体組織片などの癌細胞に提供されます。アッセイの妥当性への支援の側面が複数あります。時間と宿主組織の空間の漸進的占領と交換、および直面細胞の生体内での侵襲性および非侵襲性は、一般的に、アッセイの結果と相関する:アッセイにおける侵入は癌浸潤の基準に従うものです。さらに、 インビボでの細胞の浸潤パターンは、病理学者によって定義されるように、アッセイでの組織学的画像に反映されています。多数の潜在的抗浸潤有機同族化合物を用いて得られた結果の定量的構造活性関係(QSAR)分析は、診療所で使用されるフラボノイドおよびカルコン、および既知の抗転移薬のための構造-活性関係( 例えば、微小管阻害剤の研究を可能にしました)ならびにアッセイに侵入を阻害します。 HoweveR、アッセイは、アカウントに癌浸潤に対する免疫学的貢献を取ることはありません。
侵略は、悪性腫瘍の特徴です。この活動は、周囲の組織の破壊につながるだけでなく、転移形成に関与しているだけでなく。癌患者は、浸潤および転移によって死亡し、効率的な抗侵襲治療はまだ不足しているので、腫瘍細胞の浸潤を模倣する実験用アッセイが開発されています。ニワトリ心臓アッセイの目的は、三次元で腫瘍浸潤を研究するための関連する器官培養方法を提供することです。アッセイは、侵襲的および非侵襲的な細胞とを区別し、腫瘍浸潤に対する試験化合物の効果を研究することを可能にすることができます。
アッセイの使用の理論的根拠は、腫瘍は、腫瘍細胞が継続的に間質(宿主細胞と細胞外マトリックス)と相互作用し、かつ、これらの分子相互作用を介して侵入を微調整1である生態系であり、実際の概念です。そのため、アッセイにおいて腫瘍細胞をliviに直面しています腫瘍細胞による浸潤のための基質として、また間質細胞とマトリックス要素の異なるタイプの供給源として働くだけでなく、ngのニワトリ胚の心臓断片2、。ニワトリの心臓は、筋細胞、線維芽細胞および内皮細胞を含む、細胞外マトリックスはラミニン、フィブロネクチンおよびコラーゲンの異なる種類で構成されています。このように、三次元器官培養技術は、患者の腫瘍の浸潤に関与する多くの細胞および分子間相互作用を覆います。
ニワトリの心臓アッセイの主な利点は、間質効果の実装です。この局面は、基底膜3または間質マトリックス4分子からなる非生物ゲルに腫瘍細胞の浸潤に基づいて、in vitroで他の浸潤アッセイよりも完全です。器官培養実験に見られるように、腫瘍細胞と正常な生体宿主組織との間の対立の概念は、いくつかによって導入されましたイギリス6、およびドイツ7のシュライヒでウルフとシュナイダーフランス5で、イースティとイースティ含む作者。引用された方法に比べて、ニワトリの心臓浸潤アッセイの二つの技術的利点は、フラグメントの量を簡単に標準化することができること、およびそれらが器官培養中に機能の完全性の監視を可能に収縮、残っていることです。それらは容易に卵の無菌内容から切除することができるのでさらに、鳥類の胚が好ましいです。アッセイは、腫瘍細胞に周囲の複雑な間質を提供することにより、ニワトリ漿尿膜の膜アッセイ8に概念的な類似性を有しています。
アッセイは、正常にかかる9およびHCT-8(大腸)10細胞株ファミリーMCF-7(乳房)と同様のヒト腫瘍の浸潤性および非浸潤性細胞の変異体を区別するために適用されています。技術は、同様に、潜在的に抗浸潤化合物を試験するのに有用です 11,12。さらに説明されるように、それは小有機分子の構造 - 活性関係を確立するために使用することができます。アッセイは、しかし、アカウントに癌浸潤に対する免疫学的細胞の寄与を取ることはありません。それは技術があるため操作の数が多い、検定実行の限られた数(最大30文化)と長いターンアラウンドタイム(約1ヶ月)の、ハイスループット分析システムとみなすことはできないことを強調すべきです。
別のアッセイ工程の1概観図。 この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。
前培養ハートフラグメントの調製(たPHF)
摘出スプーンで卵から胚を持ち上げ図2。 この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。
球状試験細胞集合体の調製と対決
のPHFの周りの余分な水分の図3.吸引 。八のPHFは発生学的時計皿で半固体寒天上に配置され、そして過剰な流体は、小さな三角形のピースオペアンプ濾紙で除去します。矢印は8個々のPHFを示している。 この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。
gyrotory SHAKの上に4小さな三角フラスコ図。ER培地1.5 mlのフラスコ中にガスを備えたシリコーン栓で密封されている-と出口針、37℃で120rpmで移動します。ガスは、(3,4)、分散個々の対向ペアと培地を含む小さなフラスコにさらに滅菌リンゲル塩溶液で満たされた大きな三角フラスコ(2)への入口チューブ(1)によって導かれ、(5および6)。最後に、使用済みのガスは、滅菌水トラップを大きなフラスコに回収された(7)、それが空気中に逃げることができ、そこから(8)。図は、自家製のプラットフォームプレートの上に培養電池の二組を示している。 この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。
直面文化の3組織学
4.免疫組織化学
検定結果の5評価
注:本アッセイでは、侵入が対向試験細胞によるPHFの進行職業として定義されています。対峙培養からのすべての連続切片の顕微鏡分析は、試験細胞集合体と三次元でのPHFとの間の相互作用の再構成を可能にします。
対向する癌細胞とのPHFとの間の相互作用の5例図 。文化が直面しているの組織切片は、ヘマトキシリン - エオシン(左パネル)またはimmunohistochemicallいずれか染色しましたニワトリの心臓(右パネル)に対する抗体を用いたY。インタラクショングレードは、プロトコルのテキストで定義されています。 (H:心臓組織、T:腫瘍細胞)。 この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。
薬品による治療後6毒性評価
直面文化の7成長評価
図5に示すように、組織切片は、成功した多数のアッセイの最終結果を示しています。培養物の組織学的音、生細胞を示し、腫瘍細胞と正常組織との間の相互作用を解析することを可能にします。さらに、正常組織からの免疫反応は、免疫拒絶システムが開発される前に、例えば、使用されるニワトリ胚の正確な年齢を確認する、観察することができません。培養期間中(グロス)の汚染がないことを示している目に見える細菌は、ありません。最後のセクションの丸みを帯びた周囲は三角フラスコの壁に(一時的な)接着性の兆候なしに懸濁液中で培養を確認します。
多くの化合物は、このアッセイで試験されています。薬物は、一般に対向PHF /腫瘍集合対が小さな三角フラスコ(ステップ2.7)に転送される時点で培地に供給されます。いくつかは、で知られている(ツールとして使用されましたhibitorsおよび活性化)は、腫瘍の浸潤の過程に関与する経路およびエフェクター分子を解明します。構造的に関連した他の化合物については、定量的構造活性相関(QSAR)は、ニワトリの心臓浸潤アッセイの結果に基づいて設立されました。そのため、関連ポリフェノールための計算記述子の数は、アッセイにおけるそれらの抗浸潤活性の予測を可能にするために使用されました。 15年間にわたって139の異なる類似体は、アッセイにおけるそれらの可能な抗浸潤効果について試験し、その活動は、4つのクラスに分類しました。トレーニングと93は、それぞれ、これらのポリフェノールの46で構成される検証セットをランダムに選択しました。 QSAR人工ニューラルネットワークによって検証セットの結果が予測され、実験的抗浸潤活性17( 図6参照)との間に明確な相関を示しました。
データは、目の堅牢性を示します電子ニワトリ心臓浸潤アッセイ、予測結果と実験結果との相関関係は、15年にわたって有効であり、異なるポリフェノールとの最近の(未発表)予測調査で確認されたからです。 図6に示す混同行列は、弱さとグラフィカルアッセイの強さをまとめたものです。それは精度と再現性の大まかな表現を提供します。このグラフの解釈は、アカウントに器官培養を生きた生物学的変動、および浸潤結果の半定量的なスコアを取る必要があります。
ニワトリの心臓浸潤アッセイにおける小分子の活性の予測QSARモデル(人工ニューラルネットワーク)の図6.外部検証 。このモデルの出力は、化合物の抗浸潤活性クラスです。このような4つのクラスが定義されている、のreprCHIアッセイにおける分子は、抗浸潤活性を発揮する最低濃度( すなわち、侵入グレードIまたはII)をesenting:クラス4(1μMまでアクティブ)、クラス3(10μM)、クラス2(100μM)クラス1(100μMという高濃度でない抗浸潤活性)。図示の混同行列を予測し、実験的に検証セットの化合物の抗浸潤活性のクラスを決定し比較します。検証セットは、46の化合物を含んで、トレーニングは93モデル予測は、単に分子構造から計算記述子に基づいており、したがって、仮想的な化合物を得ることができるセット。このように、合成努力がインシリコ活動に有望で分子に焦点を合わせることができる。 この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。
たPHFの準備中に、断片は懸濁液中に滞在しないかもしれないが、血管壁に付着します。これは、培養培地の体積を増加させることによって克服することができます。たPHFの数が少なすぎるとそのサイズが大きすぎる場合には、培地の容積を減少させます。集約する試験細胞の障害は、温度または微生物感染に対する変動に起因する可能性があります。あるいは、集約することができないことは、細胞の本質的な特性であってもよいです。 PHFへの凝集体の取り付けの際、接着不良は、半固体寒天培地の上またはろ紙の吸収により培養物の周りに複数の液体培地を除去することにより、インキュベーション時間を延長することによって克服することができます。この場合の微生物汚染についても確認してください。切片中の困難がパラフィンブロックの崩壊に起因する可能性があります。ブロックの保存期間が(再びパラフィンを融解)が長すぎるされている場合に発生します。アートをセクショニングするとifactsは、ミクロトームナイフの整合性を発生し、固定された培養物中のコーパスのエリーナの不在をチェックする必要があります。培養物中の壊死領域が悪く、培養条件の兆候です。これらの領域は、文化の中心に制限されている場合は、1が大きすぎる対立の音量を疑うべきです。 PHFおよび細胞凝集体の体積の適切な選択は確かに重要な要因です。不適切なpH制御、微生物汚染や固定アーティファクトに向かっしかし、より一般的な壊死ポイント。セクションでは、あまりにも暗く見えるとき最後に、ヘマトキシリンで浸漬時間が長すぎる可能性があります、またはセクションでは、(> 8μm)の厚すぎる場合があります。
ニワトリの心臓アッセイの多くの変形が侵入試験で正常に適用されてきました。これらの変化は、宿主組織、対向試験細胞の提示、及びインキュベーション条件の起源に関する。種からのハート断片ひよこ18以外の、そのような肝臓19、20肺、および脳21のような組織からは、検討されています。代わりに凝集体、生検標本22単層断片23、および細胞懸濁液は、器官培養におけるPHFに直面するために使用されています。懸濁培養は、しばしば半固体基板24の上に静的培養によって置換され、そして無血清対立セル25の特定のタイプの実行可能なことが示されています。一般的に、相互作用がしかし、コンピュータ支援自動画像解析システムも27,28を開発されている半定量的スケール26に従って説明します。後者の目的は、腫瘍細胞の浸潤の程度に関する定量的情報を提供します。
ニワトリの心臓アッセイが生きている宿主組織を含むように、セットアップは、 生体内での状況を再現しようとする、と明らかにOと比較していくつかの関連性がありますin vitroでの THERシステム(導入部を参照してください)。しかし、このアッセイは、天然の腫瘍、例えば、免疫学的因子が癌細胞の浸潤性挙動に影響を与えることができる環境に存在microecosystemのすべての要素を包含することができないことを認識すべきです。少なくとも一つの研究では、アッセイにおけるそのような要因が存在しないことは、ニワトリの心臓アッセイ29の結果と動物モデル30のものとの間に矛盾する結果につながっています。
将来のアプリケーションは、アッセイにおける心筋前駆細胞の研究になります。これらの細胞は、心臓病患者の梗塞ゾーンに治療的に注入することができるが、それらは心筋に統合することができる必要があります。ニワトリ心臓アッセイにおいて前駆細胞は、ニワトリの心臓断片に直面され、それらの遊走および分化を分析します。
The authors declare that they have no competing financial interests.
We thank Marleen De Meulemeester for demonstrating the assay technique in the video film. B. I. R. is a Postdoctoral Research Fellow of the Research Foundation – Flanders (FWO – Vlaanderen). L.M.M. is a recipient of an Emmanuel van der Schueren grant from the Flemish League against Cancer (Vlaamse Liga tegen Kanker).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Ringer's salt solution | Braun | CEO123 | |
Bacto-agar | Becton Dickinson | 214010 | |
Tris-(hydroxymethyl)-aminomethaan Analar | VWR | 103157P | |
BSA : albumin from bovine serum, cohn V fract. | Sigma | A4503-500G | |
MEM-Rega 3 | Life Technologies | 19993013 | |
Gyrotory shakers | New Brunswick Scientific | G10 and G33 | |
Erlenmeyer flasks 50 ml | Novolab | 92717 | |
Glass Petri dishes | Novolab | 68516 | |
Iridectomy scissors | Rumex | 11-0625 | |
Macroscope with calibrated ocular grid | Wild | 157702 | |
Paraffin wax | International Medical products | 8599956 | |
Eosin Y | Sigma | 230251-25g | |
Harris' hematoxylin | Sigma | HHS32-1L | |
Coverslipping resin (Tissue-Tek) | Sakura | 4494 | |
Paraffin melting apparatus | GFL | 1052 | |
Microtome for paraffin sectioning | Reichert | ||
Stppers for Erlemeyer flasks with gas in- and outlets | Novolab | 2602421 and 260243 | |
Diaminobenzidine | Sigma | D8001 | |
REAX rocking table | Heidolph | 54131 | |
24-well tissue dishes | VWR | NUNC142475 | |
Ophtalmological enucleation spoon | Rumex | 16-060 | |
Sharp forceps | Rumex | 4-111T | |
Blunt forceps | Nickel-Electro LTD | 7112 | |
Erlenmeyer flasks 5 ml | Novolab | 211901 | |
Microscope slides washed and degreased | International Medical products | 8613908 |
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