Microscopia di trazione integrata con microfluidica per la migrazione collettiva chemiotattica

Hwanseok Jang; Jongseong Kim; Jennifer  H. Shin; Jeffrey  J. Fredberg; Chan Young Park; Yongdoo Park

doi:10.3791/60415

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Articolo metodologico

Microscopia di trazione integrata con microfluidica per la migrazione collettiva chemiotattica

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DOI:

10.3791/60415

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13 ottobre 2019

Hwanseok Jang¹ , Jongseong Kim¹ , Jennifer H. Shin² , Jeffrey J. Fredberg³ , Chan Young Park³ , Yongdoo Park¹

¹Department of Biomedical Sciences, Korea University, ²Department of Mechanical Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology, ³Department of Environmental Health, Harvard T.H. Chan School of Public Health

In questo articolo

Sommario

La migrazione collettiva delle cellule nello sviluppo, nella guarigione delle ferite e nella metastasi del cancro è spesso guidata dai gradienti dei fattori di crescita o delle molecole di segnalazione. Descritto qui è un sistema sperimentale che combina la microscopia a trazione con un sistema microfluidico e una dimostrazione di come quantificare la meccanica della migrazione collettiva in gradiente biochimico.

Abstract

Le cellule cambiano i modelli di migrazione in risposta a stimoli chimici, compresi i gradienti degli stimoli. La migrazione cellulare nella direzione di un gradiente chimico, noto come chemiotassi, svolge un ruolo importante nello sviluppo, nella risposta immunitaria, nella guarigione delle ferite e nella metastasi del cancro. Mentre la chemiotassi modula la migrazione di singole cellule e raccolte di cellule in vivo, la ricerca in vitro si concentra sulla chemiotassi una singola cellula, in parte a causa della mancanza di strumenti sperimentali adeguati. Per colmare questa lacuna, descritta qui c'è un sistema sperimentale unico che combina microfluidica e micropatterning per dimostrare gli effetti dei gradienti chimici sulla migrazione collettiva delle cellule. Inoltre, la microscopia a trazione e la microscopia a stress monomerio sono incorporate nel sistema per caratterizzare i cambiamenti nella forza cellulare sul substrato e tra le cellule vicine. Come prova di concetto, la migrazione di isole circolari micromodellate di cellule renali canine Madin-Darby (MDCK) è testata sotto un gradiente di fattore di crescita epatociti (HGF), un fattore di dispersione noto. Si trova che le cellule situate vicino alla maggiore concentrazione di HGF migrano più velocemente di quelle sul lato opposto all'interno di un'isola cellulare. All'interno della stessa isola, la trazione cellulare è simile su entrambi i lati, ma lo stress intercellulare è molto più basso sul lato di una maggiore concentrazione di HGF. Questo nuovo sistema sperimentale può fornire nuove opportunità per studiare la meccanica della migrazione chemiotattica da parte dei collettivi cellulari.

Introduzione

La migrazione cellulare nei sistemi biologici è un fenomeno fondamentale coinvolto nella formazione dei tessuti, nella risposta immunitaria e nella guarigione delle ferite¹^,²^,³. La migrazione cellulare è anche un processo importante in alcune malattie come il cancro⁴. Le celle spesso migrano come un gruppo piuttosto che singolarmente, che è noto come migrazione collettiva di celle⁴^,⁵. Affinché le cellule si muovano collettivamente, il rilevamento del microambiente è essenziale^....