Tumor spheroids are important model systems due to the capability of capturing in vivo tumor complexity. In this work, the experimental design of metabolomics workflows using three-dimensional multicellular tumor spheroid (3D MTS) models is addressed. Non-scaffold based cultures of the HCT116 colon carcinoma cell line delivered highly reproducible MTSs with regard to size and other key parameters (such as protein content and fraction of viable cells) as a prerequisite. Carefully optimizing the multiple steps of sample preparation, the developed procedure enabled us to probe the metabolome of single MTSs (diameter range 790 ± 22 µm) in a highly repeatable manner at a considerable throughput. The final protocol consisted of rapid washing of the spheroids on the cultivation plate, followed by cold methanol extraction. 13C enriched internal standards, added upon extraction, were key to obtaining the excellent analytical figures of merit. Targeted metabolomics provided absolute concentrations with average biological repeatabilities of <20% probing MTSs individually. In a proof of principle study, MTSs were exposed to two metal-based anticancer drugs, oxaliplatin and the investigational anticancer drug KP1339 (sodium trans-[tetrachloridobis(1H-indazole)ruthenate(III)]), which exhibit distinctly different modes of action. This difference could be recapitulated in individual metabolic shifts observed from replicate single MTSs. Therefore, biological variation among single spheroids can be assessed using the presented analytical strategy, applicable for in-depth anticancer drug metabolite profiling.

中文翻译：

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单个球体代谢组学：优化三维多细胞肿瘤球体的样品制备。

由于捕获体内肿瘤复杂性的能力，肿瘤球体是重要的模型系统。在这项工作中，研究了使用三维多细胞肿瘤球体（3D MTS）模型的代谢组学工作流程的实验设计。HCT116结肠癌细胞系的非支架培养物以大小和其他关键参数（例如蛋白质含量和活细胞比例）为前提，可提供高度可重复的MTS。仔细优化了样品制备的多个步骤，开发的程序使我们能够以相当高的通量以高度可重复的方式探测单个MTS的代谢组（直径范围790±22 µm）。最终方案包括在培养板上快速洗涤球体，然后冷甲醇萃取。13C丰富的内部标准，提取后添加的盐，是获得优异的品质因数的关键。靶向代谢组学提供了绝对浓度，分别探测MTS的平均生物学重复性<20％。在原理验证研究中，MTS暴露于两种金属基抗癌药奥沙利铂和研究性抗癌药KP1339（反式-[四氯双（1H-吲唑）钌（III）]钠），它们表现出截然不同的作用方式。从复制的单个MTS观察到的个体代谢变化中，可以概括出这种差异。因此，可以使用提出的分析策略评估单个球体之间的生物学差异，该策略适用于深入的抗癌药物代谢产物分析。靶向代谢组学提供了绝对浓度，分别探测MTS的平均生物学重复性<20％。在原理验证研究中，MTS暴露于两种金属基抗癌药奥沙利铂和研究性抗癌药KP1339（反式-[四氯双（1H-吲唑）钌（III）]钠），它们表现出截然不同的作用方式。从复制的单个MTS观察到的个体代谢变化中，可以概括出这种差异。因此，可以使用提出的分析策略评估单个球体之间的生物学差异，该策略适用于深入的抗癌药物代谢产物分析。靶向代谢组学提供了绝对浓度，分别探测MTS的平均生物学重复性<20％。在原理验证研究中，MTS暴露于两种金属基抗癌药奥沙利铂和研究性抗癌药KP1339（反式-[四氯双（1H-吲唑）钌（III）]钠），它们表现出截然不同的作用方式。从复制的单个MTS观察到的个体代谢变化中，可以概括出这种差异。因此，可以使用提出的分析策略评估单个球体之间的生物学差异，该策略适用于深入的抗癌药物代谢产物分析。MTS暴露于两种金属基抗癌药奥沙利铂和研究性抗癌药KP1339（反式-[四氯双（1H-吲唑）钌（III）]钠），它们表现出截然不同的作用方式。从复制的单个MTS观察到的个体代谢变化中，可以概括出这种差异。因此，可以使用提出的分析策略评估单个球体之间的生物学差异，该策略适用于深入的抗癌药物代谢产物分析。MTS暴露于两种金属基抗癌药奥沙利铂和研究性抗癌药KP1339（反式-[四氯双（1H-吲唑）钌（III）]钠），它们表现出截然不同的作用方式。从复制的单个MTS观察到的个体代谢变化中，可以概括出这种差异。因此，可以使用提出的分析策略评估单个球体之间的生物学差异，该策略适用于深入的抗癌药物代谢产物分析。