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시험관내 세포 침습 분석기는 단백질 매트릭스를 함유하는 세포 배양 삽입을 사용하여 침입 및 이동을 위한 세포 전이를 정량화함으로써 암 전이의 잠재력을 측정하는데 사용된다. 세포는 단백질 매트릭스와 다공성 막을 통해, 화학유도제를 향해, 그 때 가벼운 현미경 검사법에 의해 정량화되기 위하여 도전됩니다.
시험관 내 침범 분석술은 보이든 챔버에서 단백질이 풍부한 매트릭스를 사용하여 암세포 전이의 초기 단계와 유사한 과정에서 배양된 세포가 매트릭스 및 다공성 막을 통과하는 능력을 측정한다. 시험된 세포는 유전자 발현을 위해 변경되거나 억제제로 처리되어 침략 잠재력의 변화를 테스트할 수 있다. 이 실험은 마우스 유방 종양 세포의 공격적인 표현형을 시험하여 세포 침입을 촉진하는 잠재적인 종양 유전자를 발견하고 특성화합니다. 그러나 이 기술은 다재다능하고 다양한 응용 분야에 적용될 수 있습니다. 실험 자체는 하루에 할 수 있고 결과는 하루 안에 가벼운 현미경 검사법에 의해 얻어집니다. 결과는 비교 및 분석을 위한 침입 세포의 수의 수를 포함합니다. 시험관 내 침범 분석법은 생체 외 분석법에 더 관여하기 전에 초기 평가로서 사용될 수 있는 배양에서 세포 거동을 결정하기 위한 신속하고 저렴하며 명확한 방법이다.
시험관 내 침범 분석은 전이의 첫 번째 단계와 유사하게 단백질 코팅 막을 통해 이동하는 세포의 능력을 측정할 때 유용한 도구가 될 수 있습니다. 악성 암세포의 주요 특징은 인근 조직을 통해 이동하고 침입하는 능력입니다. 퍼지거나 전이한 암은 더 많은 처리 도전을 제기하고 현지화한 종양이 취급하기 쉽고 장기 생존의 더 높은 비율이 있는 동안 장기 생존의 더 낮은 비율이 있습니다. 전이하기 위하여는, 암세포는 1 차적인 종양을 떠나 순환계 또는 림프계로 이동해야 합니다, 세포외 매트릭스 및지하 막을 통과하는 것을 요구하는 프로세스 1. 상피 중간엽 전이 (EMT)라고하는 과정에서 종양 세포는 세포 접촉을 끊고, 방향을 마이그레이션하고, 근처의 혈액 이나 림프관을 침범해야합니다. 이 전이 폭포의 초기 단계는 이 단계가 암을 치명적으로 만들 수 있는 무슨이기 때문에 큰 관심사입니다. 전이의 초기 단계에 관여하는 유전적 및 후생유전학적 요인은 많은 양의 연구의 초점이지만, 정확하고 신뢰할 수 있는 실험 도구는 생체 내 및 시험관 내에서 이러한 초기 단계를 테스트하는 데 필요합니다.
연한 한천 분석실험과 같은 3D 환경에서 상처 치유(스크래치) 분석또는 성장과 같은 세포 이동의 변화를 측정하는 도구는 전이의 초기 단계를 측정하는 실험적 방법의 필요성을 부분적으로 해결할 수 있지만, 침략을 측정하는 분석법은 프로세스가 복잡한 종양 미세 환경 내의 바디에서 생기기 때문에 더 도전적입니다. 침범 및 전이에서 중요한 인자를 결정하기 위해 약물 또는 유전자 변경을 스크리닝하기 위한 목적으로, 배양된 세포와 함께 시험관내에서 사용할 수 있고생체 내에서 전이성 세포가 직면한 과제를 모방할 수 있는 시스템은 침략 분석2, 3. 유방암은 여자에 있는 암의 가장 일반적으로 진단된 모형이고 여자에 있는 암 죽음의 두 번째 주요한 원인, 그래서 유방암 세포 침략 및 전이에 책임 있는 유전자를 이해하는 것은 공중 위생을 위해 매우 중요합니다. 더욱이, 마우스 세포는 유방암과 그것의 진행을 공부하기위한 유용한 모델 시스템입니다.
시험관 내 침략 분석제는 성장 매체의 2개의 약실이 다공성 막3에의해 분리되는 Boyden 챔버 어셈블리를 기반으로 합니다. 종양 미세 환경을 모방하기 위해, 단백질이 풍부한 겔은 또한 다른 한 챔버에서 화학력으로부터 세포를 분리하고 지하 막 장벽으로 작용하기 위해 포함된다. 화학 유착제로 이동하기 위하여는, 세포는 먼저 단백질이 풍부한 방벽을 통과하고 다공성 막을 통과해야 합니다 - 전이성 세포가 기질을 통해 이동하는 방법과 유사한 프로세스. 단백질이 풍부한 겔은 실험의 필요에 따라 변경될 수 있지만, 일반적으로 콜라겐, 또는 지하 막 추출물(예를들어, 마트리겔)4로 구성된다. 단백질, 프로테오글리칸 및 성장 인자의 복잡한 혼합물이지만 대부분 라미닌과 콜라겐 IV 4,5로구성됩니다. 세포는 일반적으로 폴리 카보네이트, 폴리 에스테르 또는 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 (PTFE)로 만들어진 다공성 멤브레인을 통과해야합니다. 멤브레인은 단백질 겔(전형적으로 콜라겐)의 유무에 관계없이 상업적으로 구입될 수 있거나, 또는 겔을 별도로 구입하여 첨가할 수 있다. 기공 크기는 세포 크기에 따라 조정할 수 있습니다. 공극 크기는 0.4 - 8.0 μm에서 사용할 수 있지만 3.0 - 8.0 μm의 기공만 세포 이동에 충분히 큽합니다. 침략 분석은 세포가 이동하고 침입하는 능력에 대한 억제제의 효과를 결정하는 데 사용되었습니다. 생체 내에서 존재하는 정확한 종양 미세 환경이 부족하면서, 시험관내 침습 분석실험은 동물 모델의 필요성을 최소화하면서 짧은 시간에 많은 조건을 스크리닝하는 데 유리하다. 이러한 실험의 목적은 의심되는 종양유전자의 유전자 발현을 비교하고 시험관내 침범 분석 및 기타 검사를 사용하여 암세포 행동 및 질병 공격성에 미치는 영향을 결정하는 것이다. 전반적으로, 침략 분석법은 상대적으로 저렴하고 간단하며 적응 가능한 방법인 동시에 전이성 전위를 결정하기 위한 일관되고 정량적이며 신속한 결과를 제공합니다.
모든 실험과 방법은 빌라노바 대학 기관 동물 관리 및 사용위원회 (IACUC)에 의해 승인으로 수행되었다.
1. 배양 마우스 유방 종양 세포에서 유전자 발현
2. 체외 침공 분석
3. 이미징 및 분석
단백질 매트릭스를 통한 시험관내 침습의 이러한 방법은 아연 핑거 단백질 ZC3H8 8의 변경된 발현을 가진 마우스 유방 종양세포의 공격적인 표현형 및 종양발생 세포 거동을 평가하기 위해 사용되었다. 또한 3D 환경에서 세포 이동 및 성장을 검사하는 다른 접근법과 함께, 종양 세포주에서 Zc3h8의 발현 수준이 높거나 플라스미드에서 프로모터 매개 발현에 의해 세포의 빠른 속도를 초래한다는 것을 발견했습니다. 증식, 빠른 이동, 3D 환경에서의 성장, 시험관 내침략 분석에서의 침입 증가 8. 반대로, shRNA 구문에 의한 발현 감소는 덜 공격적인증식, 마이그레이션 및 침략 8. 이러한 결과는 Zc3h8의 높은 발현이 급속히 나타난 더 큰 종양을 생산하는 생체 내에서 확인되었으며, 감소된 발현은 더 작고 덜 빈번한 종양을 더 적게 생산하였다8.
이러한 작업을 확장하기 위해, Zc3h8 발현의 shRNA 매개 녹다운을 구출할 수 있는 발현 플라스미드는 마우스 유방 세포에서 안정적으로 형질전환되어 공격적인 세포 성장 및 행동이 이들 세포에서 재확립될 수 있는지 를 평가하였다. 표현의 모든 녹다운 및 구조는 서부 얼룩 또는 RT-qPCR8에의해 확인되었다. 침략 분석은 24 웰 접시에 챔버 당 5,000 세포와 함께 사용되었고 그림 1 및 그림 2에도시된 바와 같이 사진으로 문서화되었습니다. 도 3은 Zc3h8 식의 shRNA 붕괴 시 세포 침이 어떻게 감소했는지를 보여주는 침략 분석의 결과를 나타내지만, 발현이 구출될 때 그 침략이 구출된다. 이러한 데이터는 침략 분석이 더 비싸고 긴 접근법에 착수하기 전에 시험관내에서 세포주를 시험하기 위한 신속한 방법을 제공할 수 있음을 보여준다.
그림 1: 침략 분석 구성 요소. (A) 24웰 조직 배양 접시용 보이든 챔버 인서트를 삽입한다. (B) 세포로 배양한 후 22시간 배양 후 고정, 염색 및 세척에 사용되는 24웰 조직 배양 접시. 숫자 1, 2 및 3은 단일 세포주 복제체입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 시간 척도가 있는 침공 분석 순서도입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 3: Zc3h8의 발현을 위해 변경된 마우스 유방 종양 세포의 샘플 침입 분석 결과는 종양발생 표현형을 변화시다. (A,B) 마우스 유방 종양으로부터 분리된 세포는 mRNA의 대조군 서열을 표적화하거나 Zc3h8 mRNA를 표적화하는 shRNA로 안정적으로 형질감염되었다. (C) 이후세포주들은 shRNA에 의해 영향을 받지 않게 설계된 재조합 Zc3h8을 발현하여 구출하였다. 세포는 크리스탈 바이올렛으로 염색되고 가벼운 현미경을 사용하여 10 배 배율로 캡처됩니다. 스케일 바 = 500μm. (D) Zc3h8의 발현 감소가 침입 세포의 수 및 전이 전위를 감소시켰는것을 보여주는 정량화. 유전자 발현의 구조는 세포 침략의 더 높은 비율을 구출합니다. 값은 24웰 침입 분석 서인에서 침입 셀의 총 수를 나타냅니다. 실험에서 각 복제에 대해, 침입 세포의 평균 수를 계산하였다. 이것은 3개의 실험을 위해 반복되었다. 오류 막대는 평균의 표준 오류를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
시험관 내 침범 분석법은 암세포 침입을 촉진하는 요인을 연구하기 위한 저렴하고, 신속하고, 정량적이며, 간단한 방법이다. 유방암은 여자 중 가장 일반적으로 진단된 암입니다. 유방암의 3개의 중요한 특수형의, 삼중 음성, (또는 ER-, PR-, HER2/neu -), 가장 공격적이고, 전이할 가능성이 가장 높으며, 가장 치명적인9. 따라서 전이를 초래하는 유전자와 발현을 이해하면 질병에 대한 새로운 치료 표적 및 유전 적 마커를 찾는 데 도움이 될 수 있습니다. 암세포 침입 및 전이에 중요한 많은 유전자가 확인되고 특성화되었지만, 전이 동인대 전이 억제제의 발현 수준 및 활성은 질병 진행의 중요한 양상일 수 있다9, 10.
유전자 발현을 넘어, 시험관내 침습 분석기는 또한 암세포 침범을 촉진 또는예방하는 마이크로RNA 및 기타 조절제의 역할을 연구하기 위해 11,12를사용하였다. 시험관내 침습 설정 방법은 억제제, 다세포 형 종양 환경, CRISPR 편집 세포, 또는 세포 성장 환경에 대한 단기 적인 변화의 연구에 사용될 수 있다. 다재다능함과 적응력은 이 분석이 매우 유리합니다.
상기 침범 분석은 종양 진행에 기여하거나 예방하는 유전자 및 인자의 분석에서 제1단계에서 사용될 수 있다. 예를 들어, Yan et al. (2010)은 매우 공격적인 유방암 세포주 MDA-MB 23113에의해 EMT를 억제하는 데 GATA-3의 역할을 정의하기 위해 시험관내 침범 검정을 사용했다. 그 후 생체내 분석13에서 전이를 형성하는 감소된 능력과 이러한 억제가 상관한다는것을 보여줄 수 있었다. 잠재적인 치료 전략은 처음에 Matrigel을 통해 침략을 제한하는 통로 억제제의 기능을 특징으로 할 수 있습니다, 또한 동물 모델에서 종양 형성에 이러한 억제제의 효과와 상관. 시험관 내 침략 분석은 알려진 잠재적 인 종양 유전자 및 상호 작용 파트너의 보다 심층적 인 분석을 위해 사용될 수있다. 예를 들어, 온코프로테인의 공지된 기능적 모티프의 분자 해부 또는 돌연변이의 신속한 분석은 시험관내 침입 분석법으로서 초기 스크린 또는 유의성의 평가로 행해질 수 있다. 이것은 중요한 도메인에 귀중한 통찰력뿐만 아니라 분자 수준에 있는 세포 표현형의 기능적인 이해를 제공할 수 있습니다.
보이든 상공 회의소 침공 분석은 많은 장점을 가지고 있지만, 한계가있다. 예를 들면, 침략 분석은 전이의 초기 단계의 한개인 intravasation에, 그러나 암세포가 이차 위치를 식민지화할 때 나중 단계에서 만 보입니다. 따라서 전이 잠재력의 부분적인 견해만 결론을 내릴 수 있습니다. 분석의 22 시간 길이는, 유연한 동안, 비동기 세포 집단의 침략을 측정에 미묘한 변화를 왜곡 할 수있는 일부 세포 분열을 배제 할 수 없습니다. 미토마이신 C와 같은 억제제는 급속하게 다이빙 세포의 경우에 세포 분열을 방지하기 위하여 이용될 수 있습니다. 마지막으로, 화학 택시에 대한 5 % FBS 솔루션의 사용은 시간이 지남에 따라 천천히 확산되고 상부 및 하부 챔버 사이의 평형화됩니다. 단백질 젤의 밀도는 이 확산을 감속시키고 젤과 막 (haplotaxis) 또는 단백질 매트릭스를 통해서 그리고 FBS (화학요법)의 더 높은 농도를 향해 모공을 통해 측면으로 이동하는 선택권으로 세포를 제시합니다. 대체 화학요법 제제는 침범에 대한 대체 또는 더 짧은 시간 수당을 평형 전에 침입한 세포만을 측정하는데 사용될 수 있다. 그것은 유연성, 하지 강성, 이 분석기를 그렇게 유용 하 게 사용자 정의에 대 한 허용 하는 시험관 내 침략 분석의. 이 분석의 미래 적응은 화합물의 대규모 스크리닝, 유전자 발현 변경, 및 대일 특이적 약물 효과의 평가를 포함한다. 또한 순환 매체가 있는 이중 챔버 시스템은 세포가 단백질 매트릭스를 통해 침입하고, 액체 환경을 통과하고, 보조 위치에서 두 번째 단백질 매트릭스를 재확립하도록 도전할 수 있습니다. 마지막으로, 더 도전적인 막은 암세포가 교차하기 더 어려울 것이다 비침범성 세포의 단층과 같은 시험관 내 침략 분석 시스템과 함께 사용될 수 있습니다.
저자는 공개 할 것이 없다.
이 작품은 건강의 국가 학회에서 교부금 R15CA169978에 의해 지원되었다. 추가 기금은 빌라노바 대학에서 왔다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
24-well plates | Corning | 353504 | |
Antibiotic-Antimycotic (100x) | ThermoFisher | 15240062 | |
BALB/c mice | |||
Cell Culture Incubator | |||
Cell Culture Treated Flasks | |||
Clinical cenrifuge | |||
Cotton swab | Puritan | 25-806 | |
Crystal Violet | Sigma Aldrich | C0775 | |
Distilled water | |||
DMEM | ThermoFisher | 10566-016 | high glucose, GlutaMAX |
Ethanol | |||
FBS | Sigma Aldrich | F2442-500ML | |
Forcepts | |||
Glass Slide | VWR | 16004-422 | |
HBSS | ThermoFisher | 14025076 | no calcium, no magnesium |
Hemocytometer | |||
Imersion oil | |||
Invasion Chambers (24-well) | Corning | 354480 | Cat. #354481 for 6-well |
Light Microscope | |||
Lipofectamine Transfection Reagent | |||
Paraformaldehyde | Sigma Aldrich | P6148 | |
PBS | |||
Scalpel, disposable | #11 | ||
shRNA | |||
Sterile Transfer pipet | |||
Trypsin-EDTA | ThermoFisher | 25200056 |
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