三次元コラーゲンマトリックス内の細胞移動の解析
Summary
細胞移動は、癌のような創傷治癒および免疫応答、および病態生理学的過程として、生理の茄多に関与している生物学的な現象である。 3次元コラーゲンマトリックス遊走アッセイは、3D生理的環境における内の異なる細胞型の遊走特性を分析するための多目的なツールである。
Abstract
移行する機能は、さまざまな細胞型の特徴であり、胚発生、創傷治癒、および免疫応答を含むいくつかの生理学的プロセスにおいて重要な役割を果たしている。しかし、細胞遊走はまた、拡散、転移を開始するために、原発腫瘍から離脱するために、これらの癌細胞を有効癌における重要なメカニズムである。過去数年以内に、さまざまな細胞遊走アッセイは、異なる細胞型の移動挙動を分析するために開発されてきた。細胞の運動器官の挙動が顕著に2次元（2D）の間で異なり、3次元（3D）環境には、3D環境内に埋め込まれた細胞の遊走の分析は、より有意な細胞遊走をもたらすであろうと仮定することができるので、データ。記載された3Dコラーゲンマトリックス遊走アッセイの利点は、細胞が細胞外マトリックスの主要成分を表すコラーゲン繊維の生理3Dネットワーク内に埋め込まれていることである。のためにタイムラプスビデオ顕微鏡リアル細胞移動は、プロ遊走因子または阻害剤に応答して、複数の移行パラメータならびにそれらの変化の決定を可能に測定される。さまざまな細胞型、細胞、および腫瘍幹細胞、リンパ球/白血球を含む、この技術を用いて分析することができる。同様に、また、細胞クラスターまたはスフェロイドは、コラーゲン格子内細胞塊/スフェロイドからの単一細胞の移住の分析とコラーゲンマトリックス付随内に埋め込むことができた。私たちは、3次元コラーゲンマトリックス遊走アッセイは、生理状の3D環境内で細胞の移動を分析するための多様な方法であると結論する。
Introduction
細胞融合（概要については1,2を参照）細胞移動は、胚発生、創傷治癒および免疫応答（レビューのために3を参照）などの生理学的プロセスの過多に関与している他の生物学的な現象であるように。しかし、移行する機能は、腫瘍細胞が（レビューのために3,4を参照）転移するための前提条件でもある。
細胞遊走は、さまざまなリガンド（ 例えば 、サイトカイン、ケモカイン、成長因子、ホルモン、細胞外マトリックス成 分）受容体（ 例えば 、受容体チロシンキナーゼによって開始され、いくつかのシグナル伝達経路の相互作用によって導かれる複雑な、まだ完全に理解されていないプロセスであり、ケモカイン受容体、インテグリン）、最終的に脱6シグナリング焦点接着複合体及びインテグリン媒介の再組み立てとアクチン細胞骨格に付随の再編成を引き起こす相互作用5。
<p clasインビトロおよびインビボの細胞遊走アッセイにおけるいくつかの細胞遊走を分析するときはs = "jove_contentは">ボイデンチャンバー/トランスウェルアッセイ7、アッセイ8-10治癒スクラッチアッセイ/創傷、三次元（含む、過去数十年の間に開発されている3D）コラーゲンマトリックス遊走アッセイ11だけでなく、生体内イメージング/顕微鏡法（レビューのために12を参照）。これらの細胞遊走アッセイは、それぞれ長所と短所など 、関連コスト及び設備の必要性や操作、得られたデータの信頼性を有する。Boydenチャンバー/トランスウェルアッセイおよびスクラッチアッセイ/創傷治癒アッセイ双方は、 インビトロ 7-10 で細胞遊走を測定するための簡単、低コスト、よく発達したアッセイである。いわゆる上部コンパートメント7 -ボイデンチャンバー/トランスウェルアッセイでは、細胞を、細孔（直径約8μm）を含むインサートの上に播種する。任意に、インサートは、細胞外メートルで被覆することができATRIXの成分、 例えば 、フィブロネクチン、コラーゲンなどが 、より生理的環境を模倣する。同様に、内皮細胞は、それによって内皮細胞障壁13を模倣し、インサートの上に成長させることができた。そのような成長因子及びケモカインなどのメディアやサプリメントを保有下部コンパートメントに定義された時間間隔の間に細孔を通過した細胞は、細胞移動（または溢出）を定量化するために読み出しとして使用される。
スクラッチアッセイに/創傷治癒アッセイ細胞をプレートに播種し、集密度10まで増殖させる。実験設定プレートに依存してフィブロネクチンのような細胞外マトリックス成分で予め被覆することができる。スクラッチの各側面から細胞単層単一細胞を掻き取ることにより巻き取らキズ/作成した後/傷は、それによって10ヒーリング/充填、隙間に移行することができます。スクラッチ/傷の両側の間の距離が決定される時間に依存して、細胞10の移動活性のための読み出しとして使用される。しかし、タイムラプスビデオ顕微鏡、単一細胞が10を追跡してアッセイを組み合わせることをお勧めしますし、細胞移動（スクラッチ/創傷の充填/治癒につながる可能性がある）、細胞増殖を区別します。
しかし、Boydenチャンバー/トランスウェルアッセイおよびアッセイ治癒スクラッチアッセイ/創傷の両方が、生理的に似た細胞環境に関するむしろ不完全である。スクラッチアッセイ/創傷治癒アッセイで細胞を二次元の予備被覆プラスチックプレートに播種されているのに対し、ボイデンチャンバー/トランスウェルアッセイでは細胞は、プラスチック製の細孔を通って移動しなければならない。同様に、ウェル遊走挙動が二次元と三次元環境3との間で顕著に異なることが認識されている。例えば、線維芽細胞の三次元マトリックス接着は、2つに焦点を特徴と線維性癒着異なるα5β1およびαVβ3インテグリン、パキシリン、他の細胞骨格成分、および焦点接着キナーゼ14のチロシンリン酸化の含量での次元の基板。同様に、3D環境内に埋め込 まれた細胞は、改変された回遊行動15を示した。このように、より正確に細胞遊走を分析する遊走アッセイは、3D生理学的または生理的に似た環境の中で、単一の細胞の移動を測定することができますお勧めします。
生体内イメージング/顕微鏡は、3D生理学的文脈の中で細胞移動を測定するためのゴールドスタンダードです。これは、現在までに、起因して可能なだけでなく、そのようなリンパ節17、内管外遊16またはリンパ球輸送中の腫瘍細胞および内皮細胞などの異なる細胞型間の相互作用、細胞外マトリックス-細胞相互作用に属していないこのような2光子などの改善された蛍光顕微鏡技術、共焦点レーザー走査顕微鏡検査、バイタル蛍光染料及び蛍光タンパク質誘導体の12,16,17を発現するトランスジェニックマウス株の使用。また、/顕微鏡生体内イメージングは、手動および自動細胞追跡18と組み合わせることができる。しかし、2光子共焦点レーザー走査顕微鏡を必要とするだけでなく、動物（および適切なトランスジェニック動物モデル）の生体内イメージング/顕微鏡検査は、かなりコストのかかる技術である。
Boydenチャンバー/トランスウェルアッセイおよびスクラッチアッセイ/創傷治癒アッセイの限界を克服するために、3次元コラーゲンマトリックス遊走アッセイは11,19を開発した3D環境内の異なる細胞型の遊走を分析する。これにより、移動している細胞は、3Dコラーゲン線維ネットワーク、in vivoの状況により似ている内に埋め込 まれている。相まって、タイムラプスビデオ顕微鏡実際の細胞移動に起因するがdetermiが可能測定され、いくつかの移行パラメータだけでなく、プロの渡り鳥因子または阻害剤に応答したその変化の国家。さまざまな細胞型は、リンパ球および白血球11,20、造血幹/前駆細胞が21〜24、および腫瘍細胞5,25-29含め、この技術を用いて分析することができる。単一細胞に加えて、細胞クラスターまたはスフェロイドは、コラーゲン格子30,31への細胞のクラスター/スフェロイドからの単一細胞の移住の分析とコラーゲンマトリックス付随内に埋め込 むことができた。
in vivoの状況に近い結果にもたらすインビトロの方法-このプロトコルは、3D環境内の異なる細胞型の回遊行動を分析するための簡単な、しかし強力な技術についての概要を説明します。
Protocol
Representative Results
Discussion
移行する能力は、腫瘍細胞4の特徴である。原発腫瘍から剥離すると、周囲の結合組織の腫瘍細胞を通って移動する能力がなければ、ほぼすべての癌患者の死亡の主要な原因である二次病変を、シードすることはできません。このため、関係のため、多くの研究は、癌細胞の移動に焦点を当てている。これらの研究の目的は、効率良く転移形成を損なうまたは減速、腫瘍細胞の移動を?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the Fritz-Bender-Foundation, Munich, Germany
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Leica DM IL inverted microscope | Leica, Wetzlar, Germany | ||
| Microscope stage heater | Distelkamp Electronic, Kaiserslautern, Germany | ||
| JVC C1431 video camera | JVC, Bad Vilbel, Germany | ||
| Axis 241Q video server | Axis communication GmbH, Ismaning, Germany | ||
| Mac G5 Computer | Apple Macintosh | ||
| iMac | Apple Macintosh | ||
| FileMaker Pro | FileMaker GmbH, Unterschleißheim, Germany | ||
| Multi-camera video surveillance software(Security Spy) | Bensoftware, London, UK | ||
| Runtime Revolution Media 2.9.0 | RunRev Ltd., Edinburgh, UK | ||
| Paraffin | Applichem GmbH, Darmstadt, Germany | A4264 | |
| Petrolatum jelly | local drug store | ||
| Purecol (liquid collagen) | Nutacon BV, Leimuiden, The Netherlands | contains 2.9-3.3 mg/ml bovine collagen (95% collagen type I, 5% collagen type IV) | |
| 10x MEM | Sigma Aldrich, Taufkirchen, Germany | M0275 | |
| 7.5% Sodium Bicarbonate solution | Sigma Aldrich, Taufkirchen, Germany | S8761 | |
| EGF | Sigma Aldrich, Taufkirchen, Germany | E9644 | |
| U73122 | Merck Millipore, Darmstadt, Germany | 662035 | dissolve first in CHCL3; reconstitute in DMSO just prior to use |
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