Analyse 3D des réponses multi-cellulaires aux gradients chemoattractant

Tae-Yun Kang; David Ellison; Sung Hoon Lee; Andrew  J. Ewald; Andre Levchenko

doi:10.3791/59226

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Article de méthode

Analyse 3D des réponses multi-cellulaires aux gradients chemoattractant

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DOI :

10.3791/59226

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24 mai 2019

Tae-Yun Kang¹ , David Ellison² , Sung Hoon Lee¹ , Andrew J. Ewald²^,³ , Andre Levchenko¹

¹Department of Biomedical Engineering and Yale Systems Biology Institute, Yale University, ²Department of Biomedical Engineering, Johns Hopkins University, ³Center for Cell Dynamics and Department of Cell Biology, Johns Hopkins University

Dans cet article

Résumé

Nous décrivons une méthode pour construire des dispositifs pour la culture 3D et l’expérimentation avec des cellules et des organoïdes multicellulaires. Ce dispositif permet l’analyse des réponses cellulaires aux signaux solubles dans les microenvironnements 3D avec des gradients chimioattractant définis. Les organoïdes sont meilleurs que les cellules simples à la détection des faibles entrées bruyantes.

Résumé

Diverses limitations des systèmes de culture cellulaire 2D ont suscité l’intérêt pour la culture cellulaire 3D et les plateformes d’analyse, qui imiteraient mieux la complexité spatiale et chimique des tissus vivants et imitent les fonctions tissulaires in vivo. Les progrès récents dans les technologies de microfabrication ont facilité le développement d’environnements in vitro en 3D dans lesquels les cellules peuvent être intégrées dans une matrice extracellulaire bien définie (ECM) et un ensemble défini de biomolécules solubles ou matricielles associées. Cependant, les barrières technologiques ont limité leur utilisation généralisée dans les laboratoires de recherche. Ici, nous décrivons une méthode pour construire des dispositifs simples pour la culture 3D et l’expérimentation avec des cellules et des organoïdes multicellulaires dans des microenvironnements 3D avec un gradient chimioattractant défini. Nous illustrons l’utilisation de cette plate-forme pour l’analyse de la réponse des cellules épithéliales et des organoïdes aux gradients de facteurs de croissance, tels que le facteur de croissance épidermique (EGF). Les gradients du FEM étaient stables dans les dispositifs pendant plusieurs jours conduisant à la formation dirigée des branches dans les organoïdes du sein. Cette analyse nous a permis de conclure que la détection de gradient collectif par groupes de cellules est plus sensible par rapport aux cellules individuelles. Nous décrivons également la méthode de fabrication, qui ne nécessite pas d’installations de photolithographie ni de techniques de lithographies douces avancées. Cette méthode sera utile pour étudier les comportements cellulaires 3D dans le contexte de l’analyse du développement et des états pathologiques, y compris le cancer.

Introduction

Dans l’environnement physiologique, les cellules sont incorporées dans une matrice extracellulaire (ECM) et exposées à une pléthore de biomolécules. Les interactions entre les cellules et le microenvironnement environnant régulent les processus intracellulaires contrôlant divers phénotypes, y compris la migration, la croissance, la différenciation et la survie¹^,². Beaucoup a été appris sur les comportements cellulaires dans une culture de cellules 2D conventionnelles. Cependant, avec l’avènement de l’imagerie intravitale et l’expérimentation de cellules incorporées dans des hydrogels 3D, des différences import....