Довготривала відеомікроскопія живих клітин in vitro: Можливості та перспективи

  • Я. І. Шейко ДНУ «Інститут генетики і цитології НАН Білорусі», Білорусь, 220072, Мінськ, вул. Академічна, 27
  • Н. А. Балашенко ДНУ «Інститут генетики і цитології НАН Білорусі», Білорусь, 220072, Мінськ, вул. Академічна, 27
  • О. В. Квітко ДНУ «Інститут генетики і цитології НАН Білорусі», Білорусь, 220072, Мінськ, вул. Академічна, 27
  • І. І. Конєва ДНУ «Інститут генетики і цитології НАН Білорусі», Білорусь, 220072, Мінськ, вул. Академічна, 27
  • С. Є. Дромашко ДНУ «Інститут генетики і цитології НАН Білорусі», Білорусь, 220072, Мінськ, вул. Академічна, 27
DOI: https://doi.org/10.7124/visnyk.utgis.14.1.548

Анотація

Мета. Прижиттєва відеомікроскопiя клітин є високоінформативним підходом у вивченні клітинних культур. Нерідко цей метод дозволяє уточнити і доповнити дані, отримані дослідниками при візуальному вивченні живих культур або фіксованих препаратів. Основна проблема тривалої прижиттєвої відеомікроскопiï – це підтримка життєдіяльності клітин. Для вирішення цієї проблеми був розроблений комп'ютерний відеокомплекс «Цитомір». Методи. У процесі культивування здійснюється фотографування заданих дослідником ділянок (від одного до декількох сотень) клітинної культури через певні проміжки часу (метод time-lapse photography). Моторизований предметний столик дозволяє переміщувати культуральну посудину за допомогою джойстика, а також здійснювати сканування заданих ділянок клітинної культури в автоматичному режимі. Результати. У наших дослідженнях вивчалися такі процеси як клітинні поділи, загибель, диференціювання, рухливість і пов'язані з раковою трансформацією масові зміни клітинних культур, включаючи аномальні морфологічні зміни і агрегацію клітин. Показана також ефективність використання вітальної мікроскопії клітин для тестування антиракових препаратів. Висновки. Можливості відеокомплексу дозволяють застосовувати його в медико-біологічних наукових дослідженнях, у розробці клітинних біотехнологій, вивченні дії фармакологічних препаратів та санітарно-гігієнічного нормування хімічних речовин на клітинних тест-системах. Отримані за допомогою «Цитоміра» фотографії і відеозаписи також можуть служити як навчальні матеріали для студентів біологічних, медичних та сільськогосподарських вищих навчальних закладів.

Ключові слова: культури клітин, прижиттєва відеомікроскопiя, диференціювання, проліферація, антираковий захист.

Посилання

Shteyn G.I. Konfokalnaia mikroskopiia: mify i realnost. Materialy Shkoly-seminara “Konfokalnaia mikroskopiia v biologii i meditsine”, Moskva–Zvenigorod, September 26–30, 2005. 2005. http://www.cytspb.rssi.ru/lab_stein/stein1.pdf.

Dromashko S.E., Kvitko O.V., Koneva I.I. et al. Kompiuternaia videomikroskopiia zhivykh kletok: uchebno-metodicheskoe posobie. Minsk: IPNK, 2010. 37 p.

Sheyko Y.I., Kvitko O.V., Koneva I.I. et al. Videomikroskopiia zhivykh kletok in vitro s pomoshchiu videokompleksa “Tsitomir”. Metodicheskie rekomendatsii. Minsk: OOO “Polikraft”, 2014. 52 p.

Swim H.E., Parker R.F. Culture characteristics of human fibroblasts propagated serially. Amer. J. Hyg. 1957. Vol. 66(1). P. 235–243. doi: 10.1093/oxfordjournals.aje.a119897

Hayflick L., Moorhead P.S. The serial cultivation of human diploid cell strains. Exp. Cell. Res. 1961. Vol. 25(3). P. 177–185. doi: 10.1016/0014-4827(61)90192-6

Bayreuther K., Rodemann H.P., Hommel R. et al. Human skin fibroblasts in vitro differentiate along a terminal cell lineage. Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1988. Vol. 85. P. 5112–5116. doi: 10.1073/pnas.85.14.5112

Bayreuther K., Francz P.I., Gogol J. et al. Terminal differentiation, aging, apoptosis, and spontaneous transformation in fibroblast stem cell systems in vivo and in vitro. Annals of the New York Academy of Sciences. 1992. Vol. 663(1). P. 167–179. doi: 10.1111/j.1749-6632.1992.tb38660.x

Simons J.W. Genetic, epigenetic, dysgenetic, and non-genetic mechanisms in tumorigenesis. Critical Reviews in Oncogenesis. 1995. Vol. 6(3–6). P. 261–273.

Hirschmann-Jax C., Foster A.E., Wulf G.F. et al. A distinct "side population" of cells with high drug efflux capacity in human tumor cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004. Vol. 101(39). P. 14228–14233. doi: 10.1073/pnas.0400067101

Rajagopolan H., Lengauer C. Aneuploidy and cancer. Nature. 2004. Vol. 432. P. 338–341. doi: 10.1038/nature03099

Hansemann D. Ueber patologische Mitosen. Arch. Pathol. Anat. Phys. Klin. Med. 1891. Vol. 119. P. 299–326. doi: 10.1007/BF01884400

Saunders W.S., Shuster M., Huang X. et al. Chromosomal instability and cytoskeletal defects in oral cancer cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. Vol. 97. P. 303–308. doi: 10.1073/pnas.97.1.303

Gisselsson D., Jonson T., Yu C. et al. Centrosomal abnormalities, multipolar mitoses, and chromosomal instability in head and neck tumours with dysfunctional telomeres. Br. J. Cancer. 2002. Vol. 87(2). P. 202–207. doi: 10.1038/sj.bjc.6600438

Erenpreisa J.A., Cragg M.S., Fringes B. et al. Release of mitotic descendants by giant cells from irradiated Burkitt’s lymphoma cell line. Cell. Biol. Int. 2000. Vol. 24(9). P. 635–648. doi: 10.1006/cbir.2000.0558

Walen K.H. The origin of transformed cells. Studies of spontaneous and induced cell transformation in cell cultures from marsupials, a snail, and human amniocytes. Cancer Genet. Cytogenet. 2002. Vol. 133. P. 45–54. doi: 10.1016/S0165-4608(01)00572-6

Bayreuther K., Francz P.I., Gogol J. et al. Differentiation of primary and secondary fibroblasts in cell culture systems. Mutation Research. 1991. Vol. 256(2–6). P. 233–242. doi: 10.1016/0921-8734(91)90014-3

Sundaram M., Guernsey D.L., Rajaraman M.M. et al. Neosis: a novel type of cell division in cancer. Cancer Biol. Ther. 2004. Vol. 3(2). P. 207–218. doi: 10.4161/cbt.3.2.663

Navolanic P.M., Akula S.M., McCubrey J.A. Neosis and its potential role in cancer development and chemoresistance. Cancer Biol. Ther. 2004. Vol. 2(2). P. 71–72. doi: 10.4161/cbt.3.2.750

Sapun A.S., Kvitko O.V., Koneva I.I. et al. Epigeneticheskie mekhanizmy omolazhivaiushchey reparatsii stvolovykh kletok. Tsitologiia. 2011. Vol. 53(9). P. 747–748.

Sapun A.S., Kvitko O.V., Koneva I.I. et al. Spontaneous immortalization of rat fbroblasts during prolonged cultivation in vitro. Molecular and Applied Genetics: Proceedings. Vol. 13. Minsk, 2012. P. 118–125.

Sheiko Y. I., Kvitko O.V., Koneva I.I. et al. Study on effects of recombinant human lactoferrin on proliferation and apoptosis of cancer and immortalized cells. Molecular and Applied Genetics: Proceedings. Vol. 18. Minsk, 2014. P. 77–83.

Morris V.L., MacDonald I.C., Koop S. et al. Early interactions of cancer cells with the microvasculature in mouse liver and muscle during hematogenous metastasis: videomicroscopic analysis. Clin. Exp. Metastasis. 1993. Vol. 11(5). P. 430–436. doi: 10.1007/BF00132981

Kalashnikova M.M. Iavlenie klazmatoza v pecheni v norme i pri patologii. Biull. eks. biol. med. 1985. Vol. 100(9). P. 355–358.

Holliday R. The inheritance of epigenetic defects. Science. 1987. Vol. 238(4824). P. 163–170. doi: 10.1126/science.3310230

Rubin H. Cell damage, aging and transformation: a multilevel analysis of carcinogenesis. Anticancer Res. 1999. Vol. 19. P. 4877–4886. doi:

Kvitko O.V., Zhukova L.N., Koneva I.I. Antirakovyy effekt ekzogennykh nukleinovykh kislot. Doklady AN Belarusi. 1992. Vol. 36(7–8). P. 652–655.

Rubin H. The role of selection in progressive neoplastic transformation. Adv. Cancer Res. 2001. Vol. 83. P. 159–207. doi: 10.1016/S0065-230X(01)83006-2

Paus R., Botchkarev V.A., Botchkareva N.V. et al. The skin POMC system (SPS). Leads and lessons from the hair follicle. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1999. Vol. 885(1). P. 350–363. doi: 10.1111/j.1749-6632.1999.tb08690.x

Amoh Y., Li L., Katsuoka K. et al. Multipotent nestin-positive, keratin-negative hair-follicle bulge stem cells can form neurons. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2005. Vol. 102(15). P. 5530–5534. doi: 10.1073/pnas.0501263102

Chakova N. N., Mikhalenko E. P., Polonetskaya S. N. et al. GST polymorphism and cytogenetic changes in lung tissues of lung cancer patients. Cytol. genet. 2009. Vol. 43(1). P. 38-41. doi: 10.3103/S0095452709010071