Konsantrik Jel Sistemi 3D Hücre Göç Matrix mikroçevresinin biyofiziksel Rolü Eğitim için
Summary
Mekanik özellikler ve hücre dışı matris mikro güçlü hücre 3D göç etkiler. In vitro bir yöntem, nüfus ve tek tek hücre düzeylerde biyofiziksel değişken ortamlarda uzaysal hücre göçü davranışı incelemek için, tarif edilmektedir.
Abstract
göç hücrelerin yeteneği tümör ve kanser metastazı embriyonik gelişim yaşamın ve yara iyileşmesi süresince hücre fonksiyonları geniş bir yelpazede çok önemlidir. Yoğun araştırma çabalarına rağmen, hücre göçü temel biyokimyasal ve biyofiziksel prensipler hala tam özellikle fizyolojik ilgili üç boyutlu (3D) mikroçevrelerde, anlaşılmış değildir. Burada, 3B hücre göçü davranışları kantitatif olarak incelenmesini sağlamak için tasarlanmış bir in vitro testi. yöntemi daha önce boş hücre dışı matriks (ECM) göç etmek hücrenin mechanosensing yeteneği ve eğilimi patlatır. Bir model sistem olarak kollajen jel oldukça invazif göğüs kanseri hücrelerinin invazyonu, MDA-MB-231 kullanımı. kültür hafta boyunca hücre popülasyonunun yayılması ve tek tek hücrelerin göç dinamikleri canlı hücre görüntüleme kullanılarak izlenir ve spatiotemporally çözülmüş verilerin çıkarılması için analiz edilebilir. AyrıcaYöntem böylece hücre göçü üzerinde mikroçevresinin biyofiziksel faktörlerin rolünü araştırmak için basit ama güçlü bir şekilde sunan, çeşitli hücre dışı matrisler için kolayca uyarlanabilir.
Introduction
Hücrelerin göç embriyonik gelişme, hemostaz ve bağışıklık tepkisi gibi gibi vasküler hastalıklar, enflamasyon ve kanser 1 gibi patolojik süreçlerde çeşitli fizyolojik tepkiler içindeki önemli bir rol oynar. Hücre göçü temel biyokimyasal ve biyofiziksel faktörleri Kesme hücresel fonksiyonların temel ilkelerini anlamak için değil, aynı zamanda böyle bir doku mühendisliği anti-metastaz ve anti-enflamatuar ilaç geliştirme gibi çeşitli biyomedikal uygulamalar ilerletmek için, sadece bu nedenle temel olarak önemlidir. In vivo gözlem teknik açıdan zor olduğundan, çabalarının bir sürü hücre göçü in vitro recapitulation odaklanmıştır.
Hücre göçü incelemek için in vitro yöntemler büyük ölçüde en önemlisi, iki boyutlu (2D) yüzeylerde deneyleri için çizik olarak tasarlanmış veya tahlil 2 yara iyileşmesi edilmiştir. Bu tür deneyler basit deney düzeneği sunuyoruz, kolay yaşanılırhücre görüntüleme ve hücre göçü yatan çeşitli biyokimyasal mekanizmaların yararlı açılımlar sağlamaktadır. Bununla birlikte, bu deneyler, in vivo göç anlaşılmasında kritik yönleri olan hücre dışı matris (ECM), mimari ve yeniden modellenmesi hesaba katmaz. Son zamanlarda, giderek artan bir şekilde 3B kültürü modeli, genellikle kolajen-esaslı matrisler 3, daha iyi in vivo durum benzer bir platform temin ettiği takdir edilecektir. Nitekim, hücreler nedeniyle özellikle çevre 4 farklı boyutluluk için, 2B yüzeylerde olanlardan farklıdır Göçmen dinamikleri sergilerler. Ayrıca, matris biyo-fiziksel ve mekanik özellikleri, hassas tümör hücre istilası 6 bağlamında da dahil olmak üzere, hücre göçünü 5 etkiler.
Burada, biz hazırlık koşulları ile kolayca çeşitli olabilir biyofiziksel özellikleri ile ECM 3D hücre göçü davranışlarını incelemek için bir yöntem mevcut. hücrelerdirBir "iç gel" numaralı seribaşı ve içine kaçmak ve başlangıçta Aselüler "dış jel" işgal izin verilir. yöntem yakından hücre 7 mechanosensing bağlantılı dış jel, hücre-serbest bölgelere, göç hücrenin varlığını tanımak yeteneği ve eğilimine dayanır. Bu çalışmada, biz son derece invaziv meme kanseri hücrelerinin, MD-MBA-231 tarafından işgal ECMs olarak kollajen ağları kullanır. mekanik özellikler ve hem iç hem de dış jellerin mikro 8 olarak ayarlanmış ve fizyolojik olarak uygun koşulları elde etmek için 9 karakterize edilebilir. Hücre parça İmar ve analiz nüfus düzeyi ve bireysel hücre düzeyinde hem de uzaysal göç davranışının ayrıntılı nicel incelenmesine olanak. Önemlisi, konsantrik jel sistemi kurulumu ve böylece önemli anlayışlar sunarak, özellikle kanser hücrelerini istila, hücreler göç ile karşı karşıya in vivo doku topolojisini taklitHücre göçü ve metastaz fiziksel mekanizmaları.
Protocol
Representative Results
Discussion
In this protocol we describe an in vitro assay to study the 3D migrational behavior of cells in matrix environments that topologically resemble ECMs encountered in vivo. There are three main strengths of this assay as compared to other currently available methods. First, this assay allows one to simultaneously examine the cell migration mechanisms at both population level and individual cell level. This opens up possibilities of studying collective cell migration13, which has to date been lar…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar kritik tartışmalar W. Sun ve K. Jansen teşekkür ve Singapur Ulusal Üniversitesi Nano Biyomekanik Lab tarafından destek kabul. NAK Marie Curie IIF Bursu ile destek kabul eder.
Materials
| Cell culture incubator | Fisher Scientific Pte Ltd | Model: 371, S/No 318854-6055 | |
| Confocal microscope | Nikon A1R | Inverted confocal laser scanning microscope equipped with incubator chamber | |
| Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) | Life Technologies | 11965-092 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Life Technologies | 10082-147 | |
| Fluorescent CellTracker dye CMTMR | Life Technologies | C2927 | |
| Glass-bottom dish | IWAKI Cell Biology | 3931-035 | 35 mm diameter dish with 12 mm diameter glass-bottom well |
| Hemocytometer | iN CYTO | DHC-N01 (Neubauer Improved) | |
| Microprocessor pH meter | Hanna Instruments | pH 211 | |
| Nutragen Collagen | Advanced BioMatrix | #5010-D | Acid-solubilized bovine collagen type I (stock pH ~ 2) |
| Objective lens | Nikon | CFI Super Plan Fluor ELWD ADM 20XC, W.D. 8.2-6.9mm, NA 0.45. | |
| Penicillin-Streptomycin | Life Technologies | 15140-122 | |
| pH meter | Sartorius | S/No 29153352 | Basic pH Meter PB-11 |
| Trypsin-EDTA | Life Technologies | 15400-054 |
References
- Horwitz, R., Webb, D. Cell migration. Curr Biol. 13 (19), R756-R759 (2003).
- Liang, C. C., Park, A. Y., Guan, J. L. In vitro scratch assay: a convenient and inexpensive method for analysis of cell migration in vitro. Nat. Protoc. 2 (2), 329-333 (2007).
- Provenzano, P. P., Eliceiri, K. W., Inman, D. R., Keely, P. J. Engineering three-dimensional collagen matrices to provide contact guidance during 3D cell migration. Curr. Prot. Cell Biol. 10, 10-17 (2010).
- Friedl, P., Sahai, E., Weiss, S., Yamada, K. M. New dimensions in cell migration. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 13 (11), 743-747 (2012).
- Grinnell, F., Petroll, W. M. Cell motility and mechanics in three-dimensional collagen matrices. Annu. Rev. Cell. Dev. Biol. 26, 335-361 (2010).
- Wirtz, D., Konstantopoulos, K., Searson, P. C. The physics of cancer: the role of physical interactions and mechanical forces in metastasis. Nat. Rev. Cancer. 11 (7), 512-522 (2011).
- Sun, W., Kurniawan, N. A., Kumar, A. P., Rajagopalan, R., Lim, C. T. Effects of migrating cell-induced matrix reorganization on 3D cancer cell migration. Cell. Mol. Bioeng. 7 (2), 205-217 (2014).
- Achilli, M., Mantovani, D. Tailoring mechanical properties of collagen-based scaffolds for vascular tissue engineering: the effects of pH, temperature and ionic strength on gelation. Polymers. 2 (4), 664-680 (2010).
- Kurniawan, N. A., Wong, L. H., Rajagopalan, R. Early stiffening and softening of collagen: interplay of deformation mechanisms in biopolymer networks. Biomacromolecules. 13 (3), 691-698 (2012).
- Sun, W., Lim, C. T., Kurniawan, N. A. Mechanistic adaptability of cancer cells strongly affects anti-migratory drug efficacy. J. R. Soc. Interface. 11 (99), 20140638 (2014).
- Guzman, A., Ziperstein, M. J., Kaufman, L. J. The effect of fibrillar matrix architecture on tumor cell invasion of physically challenging environments. Biomaterials. 35 (25), 6954-6963 (2014).
- Wolf, K., et al. Physical limits of cell migration: control by ECM space and nuclear deformation and tuning by proteolysis and traction force. J. Cell Biol. 201 (7), 1069-1084 (2013).
- Friedl, P., Gilmour, D. Collective cell migration in morphogenesis, regeneration and cancer. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 10 (7), 445-457 (2009).
- Vedula, S. R. K., Ravasio, A., Lim, C. T., Ladoux, B. Collective cell migration: a mechanistic perspective. Physiology. 28 (6), 370-379 (2013).
- Petrie, R. J., Doyle, A. D., Yamada, K. M. Random versus directionally persistent cell migration. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 10 (8), 538-549 (2009).
- Miron-Mendoza, M., Seemann, J., Grinnell, F. The differential regulation of cell motile activity through matrix stiffness and porosity in three dimensional collagen matrices. Biomaterials. 31 (25), 6425-6435 (2010).
- Mouw, J. K., et al. Tissue mechanics modulate microRNA-dependent PTEN expression to regulate malignant progression. Nat. Med. 20 (4), 360-367 (2014).
- Wolf, K., et al. Collagen-based cell migration models in vitro and in vivo. Semin. Cell Dev. Biol. 20 (8), 931-941 (2009).
- Wong, L. H., Kurniawan, N. A., Too, H. -. P., Rajagopalan, R. Spatially resolved microrheology of heterogeneous biopolymer hydrogels using covalently bound microspheres. Biomech. Model. Mechanobiol. 13 (4), 839-849 (2014).
- Gupton, S. L., Waterman-Storer, C. M. Spatiotemporal feedback between actomyosin and focal-adhesion systems optimizes rapid cell migration. Cell. 125 (7), 1361-1374 (2006).
- Provenzano, P. P., Inman, D. R., Eliceiri, K. W., Trier, S. M., Keely, P. J. Contact guidance mediated three-dimensional cell migration is regulated by Rho/ROCK-dependent matrix reorganization. Biophys. J. 95 (11), 5374-5384 (2008).
- Wolf, K., et al. Multi-step pericellular proteolysis controls the transition from individual to collective cancer cell invasion. Nat. Cell Biol. 9 (8), 893-904 (2007).
- Jansen, K. A., Bacabac, R. G., Piechocka, I. K., Koenderink, G. H. Cells actively stiffen fibrin networks by generating contractile stress. Biophys. J. 105 (10), 2240-2251 (2013).
