Eine Anpassbare Kammer zur Messung der Zellmigration
Summary
Dieses Protokoll Informationen eine anpassbare Methode Zellmigration in Reaktion auf die chemischen Lockstoffe zu messen, die auch die Diffusionsgeschwindigkeit eines Arzneimittels verwendet werden kann, aus einer Polymermatrix zu bestimmen.
Abstract
Die Zellmigration ist ein wichtiger Teil der Immunantwort, Wachstum und Wundheilung. Die Zellmigration ist ein komplexer Prozess, der Wechselwirkungen zwischen Zellen, die extrazelluläre Matrix, und löslichen und nicht-löslichen chemischen Faktoren (zB chemische Lockstoffe) beinhaltet. Standardmethoden für die Migration von Zellen zu messen, wie der Boyden-Kammer-Assay, der Arbeit von Zellen auf beiden Seiten eines Teilers zu zählen. Diese Techniken sind einfach zu bedienen; Sie bieten jedoch wenig geometrische Modifikation für verschiedene Anwendungen. Im Gegensatz dazu können Mikrofluidik – Vorrichtungen verwendet werden , die Zellmigration mit anpassbaren Konzentrationsgradienten von löslichen Faktoren 1, 2 zu beobachten. Allerdings Methoden für Mikrofluidik basierte Assays machen kann schwierig sein, zu lernen.
Hier beschreiben wir eine einfache Methode zur Erzeugung von Zellkulturkammern die Zellmigration in Reaktion auf die chemischen Konzentrationsgradienten zu messen. Unsere Zelle migration Kammerverfahren verschiedene lineare Konzentrationsgradienten, um zu schaffen Zellmigration für eine Vielzahl von Anwendungen zu untersuchen. Dieses Verfahren ist relativ einfach zu bedienen und wird in der Regel von Studenten durchgeführt.
Die Mikrokanalkammer wurde durch Einbringen eines Acryleinlage in der Form des endgültigen Mikrokanalkammer und in eine Petrischale geschaffen. Danach wird Poly (dimethylsiloxan) (PDMS) wurde auf die Oberseite des Einsatzes gegossen. Das PDMS wurde härten gelassen und dann wurde die Einlage entfernt. Dies ermöglichte die Schaffung von Vertiefungen in jeder gewünschten Form oder Größe. Zellen anschließend in die Mikrokanalkammer hinzugefügt werden können, und löslichen Mittel können durch Einweichen eines Agarose-Block in dem gewünschten Mittels zu einer der Vertiefungen zugegeben werden. Die Agarose-Block wird zu einer der Vertiefungen gegeben, und Zeitraffer-Bilder können in der Reihenfolge der Mikrokanalkammer entnommen werden, die Zellmigration zu quantifizieren. Änderungen dieses Verfahrens kann für eine gegebene Anwendung gemacht werden, diese Methode hig machenhly anpassbar.
Introduction
In order for vital processes such as wound healing, immune responses, and embryonic development to occur, cell migration must take place. Cell migration involves the interaction between cells and neighboring cells, the extracellular matrix, and soluble chemical cues (attractants or repellants). As an example, in the process of wound healing, fibroblasts play an integral role in fibrogenesis and wound contraction, where the cells are recruited to the site of injury to synthesize collagen in order to form the extracellular matrix3. Numerous mechanisms behind the migration of fibroblasts to a wound site have been studied, and they include different mechanical, physical, electrical, and chemotactic factors4. Fibroblasts respond especially well to different concentration gradients of growth factors. These different growth factors work together to optimize tissue regeneration5. While observing the chemotactic response of fibroblasts to growth factor concentrations, one can study the pattern of directional migration of fibroblasts and how they orient themselves around physical obstacles in order to reach their destination. Therefore, the goals of this study were to first develop a system in which fibroblast growth could be tracked under guidance by physical barriers and to secondly model the growth of fibroblasts as they navigate through the system.
Currently, the Boyden chamber assay is the most widely used system to measure the migration of cells6. The Boyden chamber consists of a two-chamber multi-well plate where each well may contain medium with or without chemoattractants7. A filter membrane provides a porous interface between the two chambers in each well; this creates a barrier so that cells cannot pass through unless it is by active migration. Typically, for the Boyden chamber, a chemoattractant is added to the lower chamber, and the system is allowed to equilibrate to form a gradient between the upper and lower wells4. One problem with the Boyden chamber assay is that steep gradients end up forming along a single axis perpendicular with the surface of the membrane. This causes the difference in the chemoattractant concentration between the upper and lower wells to be a lower than what was originally expected. Due to this constraint, the Boyden chamber assay makes it hard to correlate specific cell responses with particular gradient characteristics, such as the slope and the concentration difference. Without these measurements, it is hard to study multi-gradient signal integration.
To address some of the constraints of the traditional Boyden chamber assay, microfluidic assays have been developed to form customizable concentration gradients1. Standard methods for creating microfluidic systems require clean rooms for lithographic techniques. These techniques can be difficult to learn especially in a standard classroom setting. Thus, we have designed a chamber system for measuring cell migration that can be made without using a clean room. Using our system, the wells of the assay can be adjusted to a preferred size, and a linear concentration gradient of customized slope can be produced. This allows for accurate measurement of chemotaxis from random movement. The design is an inexpensive and easy-to-use system to model cell growth in response to different chemical stimuli.
Protocol
Representative Results
Discussion
Unsere Mikrokanalkammer kann für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden, einschließlich der Bestimmung der Zellmigrationsrate in Reaktion auf Wachstumsfaktoren und Lockstoffe und Messen der Diffusionsrate eines Arzneimittels aus einer Polymermatrix. Es ist möglich, unsere Mikrokanalkammer zu verwenden, Zellen wachsen zu lassen und einen chemoattractant an einem Ende der Kammer platzieren. Die Zellen wachsen in Reaktion auf die chemische Lockstoffe, und die Zellmigration können, indem sie Zeitrafferbilder quantif…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren erkennen an der Clemson University Creative Inquiry Programm und NSF CBET1254609 für die Finanzierung für dieses Projekt.
Materials
| Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit | Sigma-Aldrich | 761036 | poly(dimethylsiloxane) 2-part kit including silicone elastomer base and silicone elastomer curing agent |
| Acrylic Sheets | US Plastic | 44200 | |
| Disposable Petri Dishes | Falcon | 25373-041 | |
| Fluorescein isothiocyanate–dextran | Sigma-Aldrich | FD20s-100MG | |
| Agarose, Type I, Low EEO | Sigma-Aldrich | A6013-100G | |
| Dulbecco's Modified Eagle's Medium | Fisher Scientific | 11965092 | Cell media components |
| Fetal Bovine Serium | Fisher Scientific | 16000036 | Cell media components |
| Penicillin-streptomycin | Fisher Scientific | 15140148 | Cell media components |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Fisher Scientific | BP24384 | |
| EVOS XL Cell Imaging System | Thermo Fisher Scientific | AME3300 | Instrument used for taking time-lapse images |
| Versa LASER | Universal Laser Systems, Inc. | Model number VLS2.30 | Laser cutter used for cutting plastic |
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