ハイブリダイゼーション連鎖反応を利用したハイドロゲルを用いた生きた腫瘍細胞のカプセル化と放出

Encapsulation and release of living tumor cells using hydrogels with the hybridization chain reaction.

• Dekai Ye
• Min Li
• Tingting Zhai
• Ping Song
• Lu Song
• Hua Wang
• Xiuhai Mao
• Fei Wang
• Xueli Zhang
• Zhilei Ge
• Jiye Shi
• Lihua Wang
• Chunhai Fan
• Qian Li
• Xiaolei Zuo

抄録

循環腫瘍細胞（CTC）は、非侵襲的な液体生検と癌の同定を可能にします。CTCの捕捉および放出のための様々なアプローチが存在し、マイクロ流体法、磁気ビーズまたはナノ構造化された固体界面を含むものが含まれています。しかし、捕捉時にしばしば起こる細胞の損傷や断片化は、生きたCTCを広範囲に特徴付けて分析することを困難にしています。ここでは、多孔質3D DNAハイドロゲルによるCTCの捕獲のためのアプタマー・トリガー・クランプ・ハイブリダイゼーション連鎖反応(atcHCR)法について述べる。DNAネットワークの3D環境は細胞の損傷を最小限に抑え、CTCはその後、ライブセル分析のために放出することができます。このプロトコルでは、アプタマー-to-eholdビブロックを有する開始剤DNAは、CTCの表面上の上皮細胞接着分子(EpCAM)に特異的に結合し、それがatcHCRおよびDNAヒドロゲルの形成を誘発する。このDNAヒドロゲルがCTCを覆い、細胞の損傷を最小限に抑えて定量化を容易にします。この方法は、2μLの血液サンプル中のわずか10個のMCF-7細胞を定量的に同定するために使用することができます。穏やかな化学的刺激（ATP）を介して腫瘍細胞のデクローキングは、その後の細胞培養およびライブセル分析のための生きた腫瘍細胞を解放するために使用されます。我々はまた、カプセル化し、CTCをモデル化するための予備的な実験で使用することができます癌細胞株の細胞を放出するためにプロトコルを使用する方法を説明します。全体のプロトコルは、下流の細胞培養と分析を含めて、完了するまでに約2.5日かかります。

Circulating tumor cells (CTCs) enable noninvasive liquid biopsy and identification of cancer. Various approaches exist for the capture and release of CTCs, including microfluidic methods and those involving magnetic beads or nanostructured solid interfaces. However, the concomitant cell damage and fragmentation that often occur during capture make it difficult to extensively characterize and analyze living CTCs. Here, we describe an aptamer-trigger-clamped hybridization chain reaction (atcHCR) method for the capture of CTCs by porous 3D DNA hydrogels. The 3D environment of the DNA networks minimizes cell damage, and the CTCs can subsequently be released for live-cell analysis. In this protocol, initiator DNAs with aptamer-toehold biblocks specifically bind to the epithelial cell adhesion molecule (EpCAM) on the surface of CTCs, which triggers the atcHCR and the formation of a DNA hydrogel. The DNA hydrogel cloaks the CTCs, facilitating quantification with minimal cell damage. This method can be used to quantitively identify as few as 10 MCF-7 cells in a 2-µL blood sample. Decloaking of tumor cells via gentle chemical stimulus (ATP) is used to release living tumor cells for subsequent cell culture and live-cell analysis. We also describe how to use the protocol to encapsulate and release cells of cancer cell lines, which can be used in preliminary experiments to model CTCs. The whole protocol takes ~2.5 d to complete, including downstream cell culture and analysis.