Microambientes sanduíche-como aproveitarar Telemóveis / interações materiais

Summary

The following protocol describes the procedure to assemble sandwich-like cultures to be used as an intermediate stage between bi-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) cellular environments. The engineered systems can have applications in microscopy, biomechanics, biochemistry and cell biology assays.

Abstract

Cultura celular tem sido tradicionalmente realizada em substratos bidimensionais (2D) onde as células aderem utilizando receptores da superfície ventral para biomaterial. No entanto, in vivo, a maioria das células estão completamente rodeados pela matriz extracelular (MEC), resultando numa distribuição (3D) tridimensional dos receptores. Isto pode provocar diferenças de fora para dentro e, assim, as vias de sinalização no comportamento celular.

Este artigo mostra que a estimulação dos receptores de células dorsais já aderiu a um substrato 2D através da sobreposição de uma película de um material novo (uma cultura de tipo sanduíche) provoca alterações importantes no que diz respeito a culturas 2D padrão. Além disso, a excitação simultânea dos receptores ventrais e dorsais desloca o comportamento da pilha mais próxima daquela encontrada em ambientes 3D. Além disso, devido à natureza do sistema, uma cultura de tipo sanduíche é um instrumento versátil, que permite o estudo de diferentes parâmetros em células / material de interactions, por exemplo, topografia, rigidez e diferentes revestimentos proteicos em ambos os lados ventral e dorsal. Finalmente, uma vez que as culturas sanduíche-como são baseados em substratos 2D, vários procedimentos de análise já desenvolvido para as culturas padrão 2D pode ser usado normalmente, superando procedimentos mais complexos necessários para sistemas 3D.

Introduction

Tradicionalmente, a cultura de células foi realizada em substratos (2D) bidimensional, embora a maior parte das micro-ambientes celulares in vivo têm uma natureza (3D) tridimensional. Este ambiente 2D não natural provoca mudanças no comportamento celular como forma de auto-adaptação a um mundo plano, o que impacta diretamente o destino da pilha ^1,2. Assim, os resultados obtidos em culturas de células em 2D não são sempre reprodutível in vivo. Isso tem estimulado o desenvolvimento de novos sistemas de cultura relevantes que procuram proporcionar condições mais fisiológico-gostaria de obter mais insights sobre qualquer dependente da dimensão biológica mecanismo de ^3,4.

Uma das principais diferenças entre a cultura 2D e 3D no ambiente in vivo, é a distribuição de receptores de células ancorado à matriz extracelular (ECM): Considerando que, em 2D substratos células aderir ventralmente, a maioria das células in vivo estão completamente cercados pela ECM e assim cell adesão ocorre através de uma distribuição de receptores 3D. Isto provoca diferentes vias de sinalização de adesão celular modulando assim processos importantes, tais como o crescimento celular, diferenciação celular e a expressão do gene. Durante as últimas décadas, muitos sistemas de cultura 3D diferentes foram estabelecidas ^5-8, apesar de sua variabilidade e complexidade dificultar a sua padronização nos procedimentos de cultura celular comum. Além disso sistemas 3D geralmente não são fáceis de manusear e procedimentos experimentais atuais sobre substratos 2D não pode ser facilmente estabelecido para culturas 3D. Além disso, a literatura raramente compara culturas 3D com a condição 2D equivalente ou outros sistemas 3D, dificultando a compreensão adequada do comportamento das células nestes modelos.

Uma vez tendo as células aderidas sobre um substrato 2D, a excitação dos receptores dorsais – por sobreposição de uma película de um material novo (cultura de tipo sanduíche) – podem desencadear respostas celulares tanto ambientes 3D. A reafilho por trás disto é a activação simultânea de ambos dorsal e ventral receptores para aderir e se espalhar no ambiente sanduíche (Figura 1) ^9,10. Como conseqüência, as células sofrem alterações importantes no que diz respeito às culturas 2D ^11,12. Deste modo, o destino da célula é determinado durante a montagem por causa da cultura sanduíche, uma vez que a estimulação dorsal provoca alterações nas vias celulares chave. Portanto, o destino da célula é altamente determinado pelo tempo em que a cultura do tipo sanduíche é montado ^11.

Devido à natureza do sistema, uma cultura de tipo sanduíche é uma ferramenta simples e versátil, que permite o estudo de diferentes parâmetros em interacções célula / materiais, tais como revestimentos de química, topografia, rigidez e proteína em ambos os lados dorsal e ventral. Isto oferece um maior grau de versatilidade em comparação com outros sistemas 3D (Figura 2), devido ao independente dorsal e ventral combinação de uma grande variety de condições de superfície. Além disso, as diferentes linhas de células e diferentes tempos para montar a cultura tipo sanduíche pode ser estudado, aumentando a largura espectros de possibilidades.

Um protocolo padrão da cultura tipo sanduíche é detalhado abaixo usando poli-L-ácido láctico (PLLA) electrospun fibras ou películas como substratos dorsais, lamela de vidro como substrato ventral e a fibronectina como o revestimento de proteína. Culturas sanduíche-como foram montados logo após semeadura de células ou depois de 3 horas de cultura 2D. No entanto, note que outros sistemas de materiais e proteínas poderia ser usado; Da mesma forma a cultura tipo sanduíche pode ser montado em diferentes pontos de tempo.

Protocol

1. Produção de dorsais Substratos Produção de um filme plano de PLLA por evaporação de solvente. Trabalhar em um exaustor para preparar uma solução de 2% (w / v) de PLLA em clorofórmio (2 g PLLA em 100 ml de clorofórmio) agitando à temperatura ambiente (RT) até que esteja completamente dissolvido (cerca de 3 h). Coloque as arruelas em uma placa de Petri de vidro. Nota: O uso anilhas de aço inoxidável com um diâmetro interno de 10,5 mm (um pouco menor do que o diâmetro…

Representative Results

A estimulação dos receptores dorsais dentro da cultura tipo sanduíche provoca alterações na morfologia celular, a adesão celular e as vias de sinalização intracelulares (por exemplo, quinase de adesão focal, FAK) 10-12. Como um exemplo, os fibroblastos cultivados no sistema de sanduíche do tipo sobre-expressa a subunidade de integrina α 5 em comparação com a 2D, como observado para outras culturas 3D 15,16. Destino celular é altamente d…

Discussion

Hoje em dia, a cultura 3D é um tópico importante para a indústria farmacêutica e biotecnológica, bem como a investigação em biologia celular, incluindo câncer e células-tronco. Como consequência têm sido desenvolvidos vários sistemas de cultura 3D. Infelizmente, as diferenças entre os sistemas 3D normalmente resultar em um comportamento célula diferente, dificultando a compreensão do destino da célula. Além disso, os procedimentos experimentais geralmente não são tão simples quanto para sistemas de c…

Materials

Ploy(lactic acid)	NatureWorks	4042D	Reagent
Cover glasses (12 mmØ)	Marienfeld	631-0666	Equipment
Chloroform	Scharlab	CL0200	Reagent
1,1,1,3,3,3-Hexafluoro-2-propanol (HFIP)	Sigma	105228	Reagent
Syringe (1mL)	Henke Sass Wolf	4010-200V0	Equipment
Syringe pump	New Era Pump Systems	NE1000	Equipment
High Voltage DC Power Supply	Glassman High Voltage	Series FC	Equipment
Incubator	Hucoa-Herlös	3111	Equipment
Laminar flow  hood	Telstar	AV30/70	Equipment
Human Fibronectin	Sigma	F2006	Reagent
RNeasy Micro Kit	Qiagen	74004	Reagent
Inverted microscope	Leica Microsystems	DMI 6000	Equipment
Triton X-100	Sigma-Aldrich	T8787	Reagent
Albumin	Sigma-Aldrich	A7409	Reagent
Tween 20	Sigma-Aldrich	P2287	Reagent