Automatisierte Hochdurchsatzanalyse von Tumorzellmigration in vitro

Einleitung: Die Fähigkeit zur aktiven Migration ist eine wichtige erworbene Eigenschaft maligne transformierter epithelialer Zellen und eine der zentralen Determinanten des invasiven und metastatischen Potentials der Zellen. Assays zur Analyse des Migrationsverhaltens gewinnen daher zunehmend an Bedeutung in Anwendungen wie dem Wirkstoff-Screening, der funktionellen Charakterisierung von Kandidatengenen o.ä. Bisher verfügbare Methoden sind jedoch fehlerbehaftet und i.d.R. nicht hochdurchsatzfähig.

Ziele: Entwicklung eines integrierten Systems zur direkten Beobachtung und automatischen Analyse des Migrationsverhaltens von Tumorzellen mithilfe von parallelisierter TimeLapse-Videomikroskopie.

Methodik: Panc-1-Pankreaskarzinomzellkulturen wurden differentiell mit stimulierenden oder inhibierenden Substanzen behandelt und im TimeLapse-Mikroskop beobachtet. Die aufgezeichneten Video-Sequenzen wurden in Mehrfachdurchgängen mit herkömmlichen manuellen Methoden ausgewertet und die auftretenden Fehlerquellen quantitativ analysiert. Zur automatischen Migrationsanalyse wurde ein dreistufiges Softwaresystem entwickelt, das aus Modulen zur Zellerkennung, zur Verfolgung individueller Zellen durch die Videosequenzen (‘Tracking') und zur Plausibilitätskontrolle des Tracking-Ergebnisses besteht.

Ergebnis: Die Manuelle Auswertung der Videosequenzen führte zu einer signifikanten Überschätzung der Migrationsgeschwindigkeiten um bis zu 410%. Im Gegensatz dazu lieferte das automatische System hochreproduzierbare Messungen, die die Unterschiede im Migrationsverhalten der unterschiedlichen Panc1-Kulturen präzise quantifizierten. Insgesamt wurden 86% aller tatsächlich vorhandenen Zellpfade (n=420) korrekt initialisiert und fehlerfrei verfolgt.

Schlussfolgerung: Das hier vorgestellte System zur automatischen Analyse von TimeLapse-Videosequenzen ist in idealer Weise für die Durchführung von Hochdurchsatz-Migrationsanalysen geeignet. Derzeit wird das System eingesetzt, um vergleichende Migrationsprofile von Pankreaskarzinomzelllinien auf verschiedenen Substraten zu erstellen sowie den Einfluss verschiedener Kandidatengene auf das Migrationspotential der Zellen quantitativ zu analysieren.