Analiza dystrybucji komórek nowotworowych w cyklu życiowym z wykorzystaniem cytometrii przepływowej

Podobne dokumenty
Interfaza to niemal 90% cyklu komórkowego. Dzieli się na 3 fazy: G1, S i G2.

Podział komórkowy u bakterii

TERMINY BIOLOGICZNE. ZADANIE 5 (3 pkt) Na podstawie ryc. 2 wykonaj polecenia: B. Ustal, w którym etapie cyklu tej komórki kaŝdy

Podziały komórkowe cz. I

Wydział Chemiczny Politechniki Gdańskiej Katedra Technologii Leków i Biochemii. Biologia komórki nowotworowej: Ćwiczenie B

Spis treści CYKL KOMÓRKOWY

Komórki macierzyste zastosowania w biotechnologii i medycynie BT Metody identyfikacji i fenotypowania populacji komórek macierzystych

BIOLOGIA KOMÓRKI - KARIOKINEZY

CYKL KOMÓRKOWY I PODZIAŁY KOMÓRKOWE

BIOLOGIA KOMÓRKI. Mikroskopia fluorescencyjna -2 Przyżyciowe barwienia organelli wewnątrzkomórkowych

Oznaczanie aktywności cytotoksycznej chemoterapeutyków wobec komórek nowotworowych

Cykl komórkowy. Rozmnażanie komórek G 1, S, G 2. (powstanie 2 identycznych genetycznie komórek potomnych): podwojenie zawartości (interfaza)

Materiały dydaktyczne do kursów wyrównawczych z przedmiotu biologia

Komórka stuktura i funkcje. Bogusław Nedoszytko. WSZPIZU Wydział w Gdyni

BIOLOGIA KOMÓRKI. Mikroskopia fluorescencyjna -2 Przyżyciowe barwienia organelli wewnątrzkomórkowych

Wydział Chemiczny Politechniki Gdańskiej Katedra Technologii Leków i Biochemii. Biologia komórki nowotworowej: Ćwiczenie E

BIOLOGIA KOMÓRKI. Podstawy mikroskopii fluorescencyjnej -1 Barwienia przyżyciowe organelli komórkowych

Instrukcje do ćwiczeń oraz zakres materiału realizowanego na wykładach z przedmiotu Inżynieria bioprocesowa na kierunku biotechnologia

BIOLOGIA KOMÓRKI BANKOWANIE KOMÓREK

Zliczanie pod mikroskopem

Separacja komórek w gradiencie gęstości PRAKTIKUM Z BIOLOGII KOMÓRKI (BT 231)

Fragment cząsteczki DNA stanowiący matrycę dla syntezy cząsteczki lub podjednostki białka nazywamy GENEM

Izolacja komórek szpiku kostnego w celu identyfikacji wybranych populacji komórek macierzystych technikami cytometrycznymi

Temat ćwiczenia: Techniki stosowane w badaniach toksyczności in vitro

E.coli Transformer Kit

Badanie dynamiki białek jądrowych w żywych komórkach metodą mikroskopii konfokalnej

Immunologia komórkowa

ĆWICZENIE 5 MECHANIZMY PROMUJĄCE WZROST ROŚLIN

DETEKCJA W MIKRO- I NANOOBJĘTOŚCIACH. Ćwiczenie nr 3 Detektor optyczny do pomiarów fluorescencyjnych

Zadania maturalne z biologii - 9

Technika hodowli komórek leukemicznych

Techniki oznaczania aktywności cytotoksycznej związków chemioterapeutycznych in vitro

PODSTAWY BIOLOGII KOMÓRKI. Bankowanie komórek i ocena ich żywotności

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTRUKCJA Z LABORATORIUM W ZAKŁADZIE BIOFIZYKI. Ćwiczenie 3 ANALIZA TRANSPORTU SUBSTANCJI NISKOCZĄSTECZKOWYCH PRZEZ

ĆWICZENIA Z MECHANIZMÓW DZIAŁANIA WYBRANYCH GRUP LEKÓW

BIOLOGIA KOMÓRKI. Testy witalności komórek

SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII

PODSTAWY BIOLOGII KOMÓRKI. Bankowanie komórek i ocena ich żywotności

JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

Odczynnik do izolacji RNA z tkanek zwierzęcych, roślinnych oraz linii komórkowych

Cykl życiowy komórki. Kariokineza mitotyczna i mejotyczna. Molekularne aspekty cyklu komórkowego. Cykl życiowy komórki

HODOWLA PERIODYCZNA DROBNOUSTROJÓW

OSTRACODTOXKIT F Procedura testu

Profaza I wykształcenie się wrzeciona podziałowego, kondensacja chromatyny do chromosomów jest długa i składa się z 5 stadiów:

BIOLOGIA KOMÓRKI KOMÓRKI EUKARIOTYCZNE W MIKROSKOPIE ŚWIETLNYM JASNEGO POLA I KONTRASTOWO- FAZOWYM; BARWIENIA CYTOCHEMICZNE KOMÓREK

EKSTRAHOWANIE KWASÓW NUKLEINOWYCH JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI? JAK ZMIERZYĆ ILOŚĆ KWASÓW NUKLEINOWYCH PO IZOLACJI?

Saccharomyces Transformer Kit zestaw do przygotowywania i transformacji komórek kompetentnych Saccharomyces cerevisiae. Metoda chemiczna.

Zakład Biologii Molekularnej Materiały do ćwiczeń z przedmiotu: BIOLOGIA MOLEKULARNA

Laboratorium Podstaw Biofizyki

ZASTOSOWANIE MIKROSYSTEMÓW W MEDYCYNIE LABORATORIUM. Ćwiczenie nr 4 MIKROCYTOMETR DO BADANIA KOMÓREK BIOLOGICZNYCH

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Izoterma rozpuszczalności w układzie trójskładnikowym

Badanie procesu starzenia komórkowego indukowanego przez chemoterapeutyki w komórkach nowotworowych i prawidłowych

ALGALTOXKIT F Procedura testu

WYPOSAŻENIE LABORATORIÓW CENTRUM NOWYCH TECHNOLOGII UW W APARATURĘ NIEZBĘDNĄ DO PROWADZENIA BADAŃ NA RZECZ PRZEMYSŁU I MEDYCYNY

PL B1. Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica,Kraków,PL BUP 20/07

CHROMATOGRAFIA BARWNIKÓW ROŚLINNYCH

ANALIZA ŚLADOWYCH ZANIECZYSZCZEŃ ŚRODOWISKA I ROK OŚ II

Liniowe i nieliniowe własciwości optyczne chromoforów organiczych. Summer 2012, W_12

Ćwiczenie 1. Parametry statyczne diod LED

Wydział Chemiczny Politechniki Gdańskiej Katedra Technologii Leków i Biochemii. Izolacja mitochondriów z komórek eukariotycznych

BIOLOGIA KOMÓRKI DLA BIOCHEMIKÓW. Podstawy mikroskopii fluorescencyjnej -1 Barwienia przyŝyciowe organelli komórkowych

Przykłady analizy płynów z jam ciała na analizatorze XE-5000

Zakład Biologii Molekularnej Materiały do ćwiczeń z przedmiotu: BIOLOGIA MOLEKULARNA

WYZNACZANIE ZAWARTOŚCI POTASU

SPRAWDZIAN klasa II ORGANELLA KOMÓRKOWE, MITOZA, MEJOZA

Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą mikroskopu i pryzmatu

Identyfikacja mikroorganizmów systemem firmy Biolog

Metody optyczne w medycynie

Stanowisko do badania zjawiska tłumienia światła w ośrodkach materialnych

Metody immunocytochemiczne. Barwienie fluorescencyjne komórek prawidłowych i nowotworowych PRAKTIKUM Z BIOLOGII KOMÓRKI (BT 206, BT 231)

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wyznaczanie stałej szybkości i rzędu reakcji metodą graficzną. opiekun mgr K.

Metody immunocytochemiczne. Barwienie fluorescencyjne komórek prawidłowych i nowotworowych PRAKTIKUM Z BIOLOGII KOMÓRKI (BT 106)

Metody izolacji komórek macierzystych

Mikroskopia konfokalna: techniki obrazowania i komputerowa analiza danych.

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

SPIRODELA DUCKWEED TOXKIT Procedura testu

TEST Z CYTOLOGII - GRUPA I

RAPORT Z BADAŃ 164/Z/ /D/JOGA. Dostarczony materiał: próbki tworzyw sztucznych. Ilość próbek: 1. Rodzaj próbek: tworzywo

Spis treści. 1 Budowa genomu jądrowego (M.J. Olszewska, J. Małuszyńska) 13. Przedmowa 10

Prezentuje: Magdalena Jasińska

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

Wpływ zdeklastrowanego medium hodowlanego RPMI na żywotność i zdolność proliferacji komórek nowotworowych układu hematopoetycznego człowieka.

Badanie absorpcji promieniowania γ

h λ= mv h - stała Plancka (4.14x10-15 ev s)

BIOLOGIA KOMÓRKI. Analiza żywotności komórek w warunkach in vitro

TRANSPORT NIEELEKTROLITÓW PRZEZ BŁONY WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZEPUSZCZALNOŚCI

Wydział Chemiczny Politechniki Gdańskiej Katedra Technologii Leków i Biochemii. Określanie liczby chromosomów w komórkach

Zakład Biologii Molekularnej Materiały do ćwiczeń z przedmiotu: BIOLOGIA MOLEKULARNA

dr hab. inż. Józef Haponiuk Katedra Technologii Polimerów Wydział Chemiczny PG

Novabeads Food DNA Kit

Technika radioimmunologicznego oznaczania poziomu hormonów (RIA) dr Katarzyna Knapczyk-Stwora

A4.05 Instrukcja wykonania ćwiczenia

Izolowanie DNA i RNA z komórek hodowlanych. Ocena jakości uzyskanego materiału

fix RNA Roztwór do przechowywania i ochrony przed degradacją próbek przeznaczonych do izolacji RNA kat. nr. E0280 Sierpień 2018

Informacje ogólne. Wydział PUM. Specjalność - jednolite magisterskie X * I stopnia II stopnia. Poziom studiów

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

TEST Z CYTOLOGII GRUPA II

Genomic Maxi AX zestaw do izolacji genomowego DNA wersja 0616

The Maternal Nucleolus Is Essential for Early Embryonic Development in Mammals

Ćwiczenie 3++ Spektrometria promieniowania gamma z licznikiem półprzewodnikowym Ge(Li) kalibracja energetyczna i wydajnościowa

Transkrypt:

Wydział Chemiczny Politechniki Gdańskiej Katedra Technologii Leków i Biochemii Biologia komórki nowotworowej: Ćwiczenie A Analiza dystrybucji komórek nowotworowych w cyklu życiowym z wykorzystaniem cytometrii przepływowej WSTĘP Każda komórka rozmnaża się według pewnego uporządkowanego schematu: na początku podwaja swoją zawartość, po czym dzieli się na dwie nowe komórki. Proces ten, nosi nazwę cyklu komórkowego. Składa się on z dwóch faz (rys. 1): interfazy (okres pomiędzy podziałami) oraz mitozy (podziału komórki). Podczas interfazy komórka wzrasta w sposób ciągły, natomiast w fazie M wzrost jest zatrzymany i dochodzi najpierw do podziału jądra komórkowego, a w konsekwencji całej komórki. Rysunek 1. Fazy cyklu komórkowego; źródło: [2] W interfazie można wyróżnić: fazę poprzedzającą syntezę DNA fazę G1. Jest to okres pomiędzy fazą M, a początkiem fazy syntezy. W tym czasie intensywnie wzrasta masa i objętość komórki, fazę syntezy DNA fazę S, w trakcie której komórka prowadzi replikację jądrowego DNA (zawartość DNA wzrasta z 2n do 4n), fazę przedpodziałową fazę G2, która stanowi okres pomiędzy końcem fazy S, a początkiem fazy M. Następuje kondensacja chromosomów. Syntetyzowane są elementy do budowy i działania aparatu mitotycznego. 1

Komórka może również przestać się dzielić i wejść w fazę G0 (fazę spoczynkową). Komórki w fazie G0 nie pozostają bezczynne, nie dzielą się, ale mają zachowane pozostałe funkcje metaboliczne. Wejście komórek do fazy G0 może być spowodowane m.in.: zakończeniem procesu różnicującego komórki, brakiem składników odżywczych czy też uszkodzeniami materiału genetycznego. Stan spoczynku komórki może trwać od kilku dni do kilku miesięcy. Fazy G1 oraz G2 (ang. gap) stanowią przerwy w cyklu komórkowym, w trakcie których komórka sprawdza czy warunki, zarówno wewnętrzne jak i zewnętrzne, są odpowiednie do wejścia w kolejną fazę (fazę S lub M). Obie fazy (G1 i G2) zapewniają komórce dodatkowy czas na wzrost i powielenie cytoplazmatycznych organelli. Na fazę M składają się kariokineza (podział jądra komórkowego) i cytokineza (podział cytoplazmy). Kariokinezę można podzielić na: profazę następuje kondensacja chromatyny, chromosomy zaczynają być widoczne, na zewnątrz jądra tworzy się wrzeciono mitotyczne, metafazę chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej wrzeciona, a parzyste mikrotubule przyczepiają się do przeciwległych biegunów wrzeciona, anafazę parzyste chromatydy rozdzielają się i tworzą się chromosomy potomne, które wędrują do przeciwległych biegunów komórki; następuje podział organelli, telofazę chromosomy potomne docierają do biegunów wrzeciona; odtwarzana jest otoczka jądrowa; tworzą się dwa nowe jądra. Podczas cytokinezy komórka dzielona jest na dwie części poprzez pierścień kurczliwy, zbudowany z filamentów aktyny i miozyny. Podstawowe zadania cyklu komórkowego to: dokładne podwojenie zawartości DNA w chromosomach, precyzyjne rozmieszczenie kopii DNA w genetycznie identycznych komórkach potomnych. Cytometria przepływowa Cytometria przepływowa (ang. flow cytometry) jest techniką analityczną, pozwalającą na pomiar sygnałów fluorescencji czy też światła rozproszonego przez odpowiednio naświetlone komórki. Technika ta pozwala na ocenę ilościową jak i jakościową komórek oraz ich komponentów m.in.: jąder komórkowych, mitochondriów czy kwasów nukleinowych. Badana, znakowana zawiesina komórek zasysana jest do zbiornika otoczonego przez zwężający się kanał (rys. 2). Następnie, na skutek ogniskowania hydrodynamicznego, przez komorę ogniskową ze stałą prędkością przepływa strumień pojedynczych komórek. 2

Komórki te są oświetlane w komorze pomiarowej wiązką promieniowania laserowego, które rozprasza się na przepływających komórkach i jednocześnie wzbudza przyłączone do komórek fluorochromy. Natężenie rozproszonego promieniowania, powstałego na skutek interakcji z pojedynczą komórką, rejestrowane jest przez fotodetektory, po czym przemieniane na impulsy elektryczne, wzmacniane i przesyłane do komputera. Rysunek 2. Schemat budowy cytometru przepływowego; źródło: [5] Rejestrowanie światła rozproszonego oraz światło pochodzące od wzbudzonego barwnika stanowią podstawowy pomiar, którego wyniki analizy dostarczają informacji o kształcie, wielkości oraz o wewnętrznych ziarnistościach badanej komórki. Rodzaj uzyskanych danych zależy od typu użytych detektorów. Detektory FS (ang. Forward Scattering) rejestrują rozproszenie zgodnie z kierunkiem wiązki laserowej (pod kątem nie przekraczającym 10 ). Detektory te dostarczają informację nt. rozmiaru cząstki rozpraszającej (natężenie jest proporcjonalne do rozmiaru cząstki rozpraszającej). Detektory SS (ang. Side Scattering) rejestrują rozproszenie pod kątem 90. Dane pochodzące z tego detektora dostarczają informacji o kształcie komórki oraz jej współczynnika załamania i odbicia światła. Na podstawie danych, pochodzących z detektorów FS i SS, można określić poszczególne cechy analizowanych komórek bądź też rozróżniać ich subpopulacje. Uzyskane wyniki można zobrazować na kilka sposobów w postaci wykresów: jednowymiarowych (histogramów), dwuwymiarowych (kropkowych gęstości) bądź też trójwymiarowych (perspektywicznych). Najpopularniejszymi z nich są dwa pierwsze (rys. 3.). 3

Rysunek 3. Przykładowe sposoby przedstawiania danych uzyskanych z wykorzystaniem cytometrii przepływowej: A - wykres jednowymiarowy (oś X intensywność parametru FL2-A; oś Y ilość komórek); B wykres dwuwymiarowy (komórki w prawym dolnym rogu wykresu - pozytywne dla parametru z osi X, komórki w górnym prawym rogu - dla obu parametrów; w lewym górnym rogu - pozytywne dla parametru z osi Y, w lewym dolnym rogu - podwójnie negatywne); badania własne Zespołu Chemii i Biochemii Związków Przeciwnowotworowych Cytometria przepływowa pozwala na ilościowe określenie populacji i subpopulacji komórek, ich cech morfologicznych a także stanów czynnościowych komórki. Dzięki wykorzystaniu przeciwciał monoklonalnych połączonych z barwnikami fluorescencyjnymi można np. ocenić immunofenotyp związany z obecnością antygenów na powierzchni błony komórkowej. Jedną z metod badawczych wykorzystujących technikę cytometrii przepływowej jest analiza zawartości DNA w komórkach wybarwionych jodkiem propidyny (PI). Barwnik ten, wiąże się stechiometrycznie do DNA. Na tej podstawie można określić jego zawartość w poszczególnej komórce, a tym samym oznaczyć wielkość populacji komórek w danej fazie cyklu życiowego (ilość PI związanego z komórką jest proporcjonalna do ilości DNA). PI wiąże się również z RNA, co mogłoby zafałszować badania, dlatego też w komercyjnych roztworach barwiących znajduje się RNaza A, dzięki której jodek propidyny w takich warunkach łączy się wyłącznie z DNA. Rysunek 4. A - Zmiany ilości materiału genetycznego w dzielącej się mitotycznie komórce diploidalnej; B - Histogram obrazujący zmiany w dystrybucji komórek linii H460 w cyklu życiowym po 24 godz. Oś X intensywność fluorescencji jodku propidyny określającego zawartość DNA. Oś Y ilość komórek; badania własne Zespołu Chemii i Biochemii Związków Przeciwnowotworowych 4

Na podstawie zawartości jądrowego DNA można określić w której fazie cyklu życiowego znajdują się komórki (rys. 4): <2n - tzw. frakcja sub-g1, charakterystyczna dla komórek apoptotycznych, 2n - komórki w fazie G1, 4n - komórki w fazie G2, mitozie lub post-mitotycznej tetraploidalnej fazie G1, >4n - komórki poliploidalne CZĘŚĆ PRAKTYCZNA Celem ćwiczenia jest zbadanie zmian w dystrybucji komórek w cyklu życiowym, poddanych ekspozycji na chemoterapeutyk, w oparciu o analizę zawartości DNA w komórkach wybarwionych jodkiem propidyny. Materiały: Sprzęt: 80% (v/v) etanol (roztwór w wodzie), komórki dowolnej linii nowotworowej rosnącej w postaci zawiesiny lub monowarstwy, PBS, PI/RNase Staining Kit (BD Pharmingen), płytki Petriego, pożywka hodowlana z dodatkiem 10% FBS i antybiotyków, trypsyna, woda redestylowana, wyjściowy roztwór badanego związku. cytometr przepływowy, inkubator CO 2, licznik komórek Coulter, mikroskop świetlny, pipety automatyczne, probówki typu falcon, rękawiczki jednorazowe, vortex, wirówka, zamrażarka. WYKONANIE ĆWICZENIA 1. Komórki będące w logarytmicznej fazie wzrostu zaszczepić na 100 mm płytkach Petriego w odpowiedniej ilości (określa Prowadzący), a następnie inkubować w atmosferze 5% CO 2 w temperaturze 37 C przez 24 godziny, celem przyklejenia się komórek do podłoża (dla komórek rosnących w postaci monowarstwy). 5

2. Po 24 godzinnej preinkubacji dodać badany związek, a następnie inkubować określoną długość czasu (stężenie i czas ekspozycji danego związku określa Prowadzący ćwiczenie). 3. Po zakończonej inkubacji komórek z badanym związkiem zlać pożywkę znad komórek do probówki typu falcon. Komórki przepłukać 2 ml zimnego roztworu PBS, a następnie dodać 2 ml niesterylnej trypsyny, celem odklejenia komórek od podłoża. 4. Do badań pobrać po 2 mln komórek (obliczyć ilość komórek w hodowli za pomocą licznika Coulter Counter). 5. Komórki zwirować (1000 rpm, 5 min, 4 C), a następnie zlać supernatant, przepłukać pelet 5 ml zimnego roztworu PBS i znowu wirować w tych samych warunkach. Czynność powtórzyć dwukrotnie. 6. Po ostatnim wirowaniu odessać supernatant znad komórek przy użyciu pompki wodnej. Następnie rozpipetować pelet i dodać 3 ml zimnego 80% etanolu w celu utrwalenia. Tak przygotowane próbki umieścić w -20 C na minimum 30 minut (a najlepiej na 24 godziny). 7. Po utrwaleniu zawiesinę komórek zwirować (2000 rpm, 5 min, 4 C), po czym dwukrotnie przepłukać 5 ml zimnego PBS i ponownie zwirować (1500 rpm, 5 min, 4 C). Po ostatnim wirowaniu odessać supernatant znad komórek przy użyciu pompki wodnej. 8. Wybarwić komórki 500 µl roztworu z zestawu PI/RNase Staining Kit (BD Pharmingen) i inkubować przez 15 minut w ciemności. 9. Pomiar intensywności fluorescencji emitowanej przez związany z DNA jodek propidyny prowadzić z wykorzystaniem cytometru przepływowego (według instrukcji prowadzącego). Długość fali wzbudzenia dla jodku propidyny wynosi 488 nm, emisji 617 nm. Każdorazowo analizie poddawać 10000 komórek. PRZYGOTOWANIE SPRAWOZDANIA 1. Podać cel i opisać w sposób zwięzły przebieg ćwiczenia wraz z wyjaśnieniem zasad postępowania. 2. Na podstawie otrzymanych histogramów opisać wpływ badanego chemoterapeutyku na zmiany w rozkładzie komórek w poszczególnych fazach cyklu życiowego. 3. Przedstawić graficznie procentowy udział komórek w poszczególnych fazach cyklu życiowego. 6

LITERATURA 1. Alberts B., Bray D., Hopkin K., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P.: Podstawy biologii komórki, Wydawnictwo PWN, Warszawa 2005. 2. https://www.earthslab.com/physiology/the-cell-cycle/ 3. Skotny A., Pucińska J.: Współczesna cytometria przepływowa, Acta Bio-Optica et Informatica Medica, Inżynieria Biomedyczna, 2013, Vol. 19, nr 1. 4. Shapiro H.: Practical flow cytometry, Wydawnictwo Wiley-Liss (4th ed.), New York 2003. 5. http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-8a4c262e-3ba3-45d7-aba4-352e2eaa05a8 6. Kantorski J.: Podstawy cytometrii przepływowej, Central-European Journal of Immunology, Vol. 21, 1996. 7