在腫瘤研究領域,幾乎所有從事這一工作的科研人員都對Transwell實驗了如指掌。這項實驗方法是一種簡便而高效的工具,專門用于深入研究腫瘤細胞的遷移、侵襲和轉移情況。更為重要的是,Transwell實驗不僅可以用于構建兩種細胞的共培養(yǎng)體系,還可以進行趨化性試驗,為我們提供了全面了解細胞行為的機會。 本期內容,我們將聚焦于腫瘤細胞的侵襲轉移實驗,簡要介紹Transwell實驗的原理和目的,深入了解如何有效地進行這一關鍵實驗。
簡介
細胞遷移是指細胞在外部信號的驅動下,從一個特定位置遷移到另一個位置的復雜生物過程。在生物體內,這一過程在多個生理和病理學情境下發(fā)揮著關鍵作用,包括但不限于損傷修復、腫瘤轉移、免疫細胞的遷移以及組織修復等生命活動。 在腫瘤學研究中,評估腫瘤細胞侵襲性是一項至關重要的測量標準,可用于評估與腫瘤相關的信號通路、藥物治療、靶向治療以及致癌/抑癌基因的效果。因此,在腫瘤研究中,經常需要對腫瘤細胞的侵襲能力進行全面的測試。為此,Transwell實驗被廣泛采用,作為一種常見的實驗方法,用于精確評估細胞的遷移和侵襲能力。這一實驗系統(tǒng)通過模擬生理環(huán)境,為研究者提供了獨特的平臺,使其能夠深入探究腫瘤細胞在侵襲性方面的特性和機制。
基本原理
Transwell實驗,又被稱為Transwell遷移或侵襲測定,是一項在細胞生物學和分子生物學領域廣泛應用的實驗室技術,其主要目的是研究細胞在多孔膜上的運動機制。該實驗常用于研究細胞對各種刺激,如生長因子、趨化因子或細胞外基質成分,引發(fā)的遷移、趨化性和侵襲行為。Transwell實驗對評估細胞穿越多孔屏障進行遷移或侵襲的能力特別有益,因為多孔屏障模擬細胞在體內組織的生理條件下的移動。 Transwell實驗包括Transwell小室(插入物)和孔板,這是一種由滲透膜隔離的裝置,用于劃分兩個隔室。通常,頂部室中充滿細胞,而底部室則含有化學引誘劑或誘導細胞遷移的物質。多孔膜允許細胞通過膜上的微小孔從頂部室遷移到底部室。 根據是否在小室內添加基質膠,Transwell實驗分為兩種類型: 遷移測定(未添加基質膠): 在這種測定中,細胞從頂部室遷移到底部室,但無需降解或侵入膜。這一類型的測定旨在評估細胞對化學引誘劑梯度的響應,展示其移動能力。 侵襲測定(需添加基質膠): 在侵襲測定中,細胞不僅通過多孔膜遷移,還需要通過通常涂覆在膜頂部的細胞外基質(ECM)層降解或侵襲。例如,侵襲測定常用于研究腫瘤細胞的侵襲行為。 作為研究細胞行為的關鍵工具,Transwell實驗不僅可以深入了解癌癥轉移、免疫細胞遷移和組織發(fā)育等多種生物過程,還通過計算遷移或侵襲的細胞數量,或測量各種細胞參數(如細胞運動和趨化反應)的變化,來量化細胞行為。
實驗目的
1.測定細胞的遷移能力 2. 測定細胞的侵襲能力 3. 對細胞遷移和侵襲能力有影響作用的藥物藥效評價
材料與儀器
顯微鏡、Transwell 小室、細胞培養(yǎng)板孔板、無血清 DMEM、10% 胎牛血清、DMEM 和 1640 培養(yǎng)基、DMEM 完全培養(yǎng)基、
1640 完全培養(yǎng)基(也可加到 20% 血清)、無菌 PBS、棉簽、胰酶、4% 多聚甲醛固定液、結晶紫染液。
實驗步驟
(一)、基底膜水化前處理: 在進行Transwell遷移/侵襲實驗之前,需要對基底膜進行水化處理,以確保適當的細胞遷移環(huán)境。 具體步驟如下: 每個孔中加入50 μl無血清培養(yǎng)液,然后在37℃的室溫下進行30分鐘的基底膜水化。這個步驟有助于提供一個適當的基質環(huán)境,為細胞的遷移和侵襲提供必要的條件。 (二)、細胞懸液制備: 首先,將細胞處于饑餓狀態(tài),去除細胞周圍的血清影響,通常需要饑餓12~24小時。 消化細胞后,通過離心將培養(yǎng)液去除,并使用PBS洗滌1~2次,確保細胞的純凈性。 使用含有BSA的無血清培養(yǎng)基重新懸浮細胞,調整細胞密度至5×10^5 個/ml。這一步確保在Transwell小室中接種的細胞懸液具有適當的濃度。 (三)、細胞接種: 取100 μl的細胞懸液,加入Transwell小室中。這一步將細胞懸液均勻地分布在Transwell小室的頂部。 在孔板的下室中加入600 μl含有10% FBS的培養(yǎng)基。這一步提供了一種引導細胞遷移的環(huán)境,促進細胞通過基底膜向下室遷移。 根據實驗需要,培養(yǎng)細胞的時間通常為12~48小時,主要依據細胞的遷移能力而定。這一步允許細胞逐漸遷移穿過基底膜,模擬體內細胞的遷移過程。 (四)、結果統(tǒng)計步驟 一、直接計數法 a)“貼壁”細胞計數: 在這一步驟中,關注的是細胞在膜下層黏附的情況,可以通過染色方式標記這些細胞,例如結晶紫染色、臺盼藍染色、Giemsa染色、蘇木精染色、伊紅染色。以下是詳細的操作步驟: 細胞固定:小心地取出Transwell小室,吸去上室內的培養(yǎng)基,用棉簽輕輕擦拭Matrigel和上室內的細胞。然后,在一個新的24孔板中加入600μL的4%多聚甲醛,將小室放入其中進行固定,固定時間為20-30分鐘。 細胞染色:吸去上室內的固定液后,將小室移至預先加入約800μL 0.1%-0.2%結晶紫染料的孔中,讓細胞染色15-30分鐘。接下來,去除未與細胞結合的結晶紫,通過輕輕用棉簽擦拭小室的上側,去掉那些非特異性地附著在小室上表面的染料,以便在后續(xù)的鏡檢中進行計數。 細胞計數:輕輕用清水多次沖洗,將小室取出后,吸干上室內的液體。然后,使用濕棉棒小心地擦拭上室底部膜表面上的細胞。接下來,小心地使用鑷子將膜揭下,確保底面朝上,然后等待適當的時間使其風干。將膜轉移到載玻片上,并使用中性樹膠進行封片。在高倍顯微鏡下觀察和拍照,隨機選擇5個視野(包括上、下、中央、左、右各一個),并計數呈紫色的陽性細胞,最后統(tǒng)計結果。 b)“非貼壁”細胞計數: 由于細胞特性或膜的性質,有些細胞在穿過膜后無法附著在膜的表面,而是掉入下室。在這種情況下,可以選擇兩種方法計數細胞數量:一是收集下室內的培養(yǎng)液,然后使用流式細胞儀計數;二是直接在顯微鏡下進行細胞計數。 二、間接計數法 a)MTT法: MTT可以穿透細胞膜并進入細胞內,在細胞內還原為藍紫色晶體。通過測定其光吸收值在490nm波長下,可以間接反映活細胞的數量。這種方法廣泛用于測定生物活性因子的活性、篩選抗腫瘤藥物、進行細胞毒性實驗以及評估腫瘤對放射線的敏感性等。 b)結晶紫檢測: 該方法的原理與MTT法相似,通過在細胞染色后使用3%醋酸進行脫色,然后測定洗脫液的光密度值(波長為570nm),間接反映細胞的數量。
注意事項
1.在進行基底膜鋪膠的過程中,基質膠在室溫下會迅速凝固,因此整個過程需要在冰上進行操作,以確保膠液不會提前凝固。 2.基質膠的濃度是影響細胞遷移和侵襲的重要因素之一。因此,根據供應商提供的信息和具體實驗情況,需要調整基質膠的濃度和稀釋比例。一般常用濃度為1mg/mL。 3.鋪膠時,建議垂直向小室底部中間加入基質膠,以最大程度避免氣泡的產生。 4.吸出小室內未結合的基質膠時,務必確保移液管的尖端不會刮傷凝膠層表面,以維持凝膠的完整性。 5.不同細胞具有不同的遷移和侵襲能力,可以設置一系列細胞密度梯度,以尋找適當的細胞接種密度。 6.在小室放置過程中,容易產生氣泡。一旦氣泡產生,下層培養(yǎng)液的趨化作用可能會減弱或消失。因此,在小室放置過程中需要格外注意。一旦發(fā)現氣泡,需要及時提起或使用槍頭去除,然后重新放置。 7.接種細胞后的1-2小時內,建議對培養(yǎng)板進行檢查,確保沒有大氣泡產生。盡管有時可能會觀察到極小的氣泡,但它們通常不會影響細胞的遷移和侵襲,可通過輕輕敲擊孔板來去除。 8.在用PBS清洗小室時,避免物理觸碰小室底部??梢允孪葴蕚鋷讉€無菌燒杯或培養(yǎng)皿,倒入適量PBS,然后依次涮洗,以提高清洗效率。 9.在拍照前,需要適當晾干小室,因為水分會影響鏡下視野。確保小室表面干燥,以獲取清晰的圖像。