화학적 집단 이동을 위한 미세 유체와 통합된 견인 현미경 검사법
Summary
개발에 집단 세포 이동, 상처 치유, 그리고 암 전이 종종 성장 인자 또는 신호 분자의 그라데이션에 의해 유도. 여기에 설명된 견인 현미경과 미세 유체 시스템을 결합한 실험 시스템과 생화학 구이도하에서 집단 이동의 역학을 정량화하는 방법에 대한 데모입니다.
Abstract
세포는 화학 자극에 반응하여 이동 패턴을 변경, 자극의 그라데이션을 포함. 화학 구배의 방향으로 세포 이동, 화학 요법으로 알려진, 개발에 중요 한 역, 면역 반응, 상처 치유, 그리고 암 전이. 화학요법은 생체 내에서 세포의 집합뿐만 아니라 단일 세포의 이동을 조절하는 동안, 시험관 내 연구는 단일 세포 화학 요법에 초점을 맞추고, 부분적으로 적절한 실험 도구의 부족으로 인해. 이러한 격차를 해소하기 위해 여기서 설명한 것은 미세 유체와 미세 패턴화를 결합하여 집단 세포 이동에 대한 화학 적 그라데이션의 효과를 입증하는 독특한 실험 시스템입니다. 또한 견인 현미경 검사법과 단층 스트레스 현미경 검사가 시스템에 통합되어 기판뿐만 아니라 주변 세포 간의 세포력 의 변화를 특성화합니다. 개념 증명으로서, Madin-Darby 개 신장 (MDCK) 세포의 마이크로 패턴 원형 섬의 이동은 알려진 산란 인자 인자 (HGF)의 구배 하에서 테스트됩니다. HGF의 높은 농도 근처에 위치한 세포는 세포 섬 내의 반대쪽에 있는 세포보다 더 빨리 이동한다는 것을 발견했습니다. 같은 섬 내에서, 셀 룰 러 견인 은 양쪽에 유사, 하지만 세포 간 스트레스는 높은 HGF 농도의 측면에 훨씬 낮은. 이 새로운 실험 시스템은 세포 집단에 의한 화학 전술 이동의 역학을 연구하는 새로운 기회를 제공 할 수 있습니다.
Introduction
생물학적 시스템에서의 세포 이동은 조직 형성, 면역 반응 및 상처 치유1,2,3에관여하는 근본적인 현상이다. 세포 이동은 또한 암 같은 일부 질병에 중요 한 과정4. 셀은 종종 집단 세포 마이그레이션4,5로알려진 개별이 아닌 그룹으로 마이그레이션됩니다. 세포가 집합적으로 이동하려면 미세 환경의 감지가 필수적입니다6. 예를 들어, 세포는 물리화학적 자극을 인식하고 운동성, 세포-기질 상호 작용 및 세포-세포 상호 작용을 변경하여 반응하여 화학 적 구배를 따라 방향 이동을초래하는 7,8, 9,10. 이러한 연결을 바탕으로, 화학력 체11,12,13의 그라데이션과 같은 잘 제어 된 화학 미세 환경을 만들 수있는 실험실 온 칩 기술에서 급속한 발전이 이루어졌습니다. . 이 실험실에 칩 기지를 둔 미세 유체학은 이전에 세포 앙상블 또는 세포 구형의 화학요법을 공부하기 위하여 이용된 동안14,15,16,17, 단일 셀 마이그레이션18,19,20,21의맥락에서 주로 사용되었습니다. 화학 구배에 대한 세포 집단 반응의 기초가되는 메커니즘은 여전히 잘 이해되지 않습니다14,22,23,24,25,26 . 따라서, 수용성 인자의 침실성 제어뿐만 아니라 세포의 생물 물리학의 실체 관찰을 가능하게하는 플랫폼의 개발은 집단 세포 이동 뒤에 메커니즘을 해명하는 데 도움이 될 것입니다.
여기에서 개발및 기술된 다중 채널화 미세유체 시스템은 패턴세포 클러스터의 이동을 조절하는 수용성 인자의 농도 구배를 생성할 수 있게 해줍니다. 본 연구에서, 간세포 성장 인자(HGF)는 매딘-다비 개 신장(MDCK) 세포의 철새 거동을 조절하기 위해 선택된다. HGF는 세포-세포 무결성을 감쇠시키고세포(27,28)의운동성을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 미세 유체 시스템에서, 푸리에 변환 견인 현미경 검사법 및 단층 스트레스 현미경도 통합되어 HGF에 대한 응답으로 구성 세포에 의해 유도 된 운동성, 수축력 및 세포 간 긴장을 분석 할 수 있습니다. 그라데이션. 같은 섬 내에서, HGF의 높은 농도 근처에 위치한 세포는 더 빨리 이동하고 낮은 HGF 농도와 측면에있는 것보다 낮은 세포 간 스트레스 수준을 보여줍니다. 결과는 이 새로운 실험 시스템이 각종 수용성 요인의 화학 구배의 밑에 집단 적인 세포 이동을 관련시키는 필드에 있는 그밖 질문을 탐구하기 위하여 적당하다는 것을 건의합니다.
Protocol
참고: 스텐실(두께 = 250 μm) 및 마이크로채널 부품(두께 = 150μm), 유리 에칭(깊이 = 100 μm) 및 주조 제작을 위한 SU-8 금형의 리소그래피는 컴퓨터 지원 설계 소프트웨어를 사용하여 제조업체에 설계를 전송하여 아웃소싱되었습니다. 1. 폴리디메틸실록산(PDMS) 스텐실 및 마이크로채널 제조 스텐실과 마이크로채널의 마이크로패턴을 디자인합니다. 실리콘 웨이퍼(직?…
Representative Results
화학 구배 하에서 집단 이동을 탐구하기 위해 미세 유체 시스템은 견인 현미경 검사법(그림 1)과통합되었습니다. 통합 시스템을 구축하기 위해, 폴리아크릴아미드(PA) 겔을 맞춤형 절단 유리상에 시공하고, MDCK 세포를 PDMS 스텐실로 만든 미세패턴 섬 내에서 시종하였다. 이 실험을 위해, MDCK 세포의 12개의 섬(3개의 열에 의하여 4개의 행, ~700 μm의 직경)이 생성되었다. PA 겔에 부…
Discussion
구성 세포의 집단 이동은 개발 및 재생 중에 중요한 과정이며, 이동 방향은 종종 성장 인자의 화학구배4,23에의해 유도된다. 집단 마이그레이션 중에 셀은 인접한 셀 및 기본 기판과 계속 상호 작용합니다. 이러한 기계적 상호 작용은듀로탁시스(42,plithotaxis33,및 kenotaxis43)와같은 새로운 현상을 야기한?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 한국 정부(MSIP)의 후원을 받은 국립연구재단(NRF)의 지원으로 지원되었다. NRF-2017R1E1A1A01075103), 고려대학교 보조금, BK 21 플러스 프로그램. 그것은 또한 건강의 국가 학회에 의해 지원 되었다 (U01CA202123, PO1HL120839, T32HL00718, R01EY019696).
Materials
| 0.25% trypsin-EDTA (1X) | Gibco | 25200-056 | |
| 1 M HEPES buffer solution | Gibco | 15630-056 | |
| 1 mm Biopsy punch | Integra Miltex | 33-31AA-P/25 | |
| 100 mm petri dishes | SPL | 10100 | 100 mm diameter, 15 mm height |
| 14 mm hollow punch | ILJIN | 124-0571 | |
| 18 mm Ø Coverslip | Marienfeld-Superior | 111580 | Circular 18 mm, thickness No. 1 (0.13 to 0.16 mm) |
| 2% bis-acrylamide solution | Bio-Rad | 1610142 | Wear protective gloves, clothing, and eye protection. |
| 3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate (TMSPMA) | Sigma-Aldrich | 440159-500ML | |
| 3-way stopcock | Hyupsung | HS-T-61N | CAUTION: do not use if previously opened. do not resterlize or resuse |
| 30 cm minimum volume line (for pediatric) | Hyupsung | HS-MV-30 | CAUTION: do not use if previously opened. do not resterlize or resuse |
| 35 mm cell culture dish | Corning | 430165 | |
| 40% Acrylamide Solution | Bio-Rad | 1610140 | Wear protective gloves, clothing, and eye protection. |
| 75 cm minimum volume line (for pediatric) | Hyupsung | HS-MV-75 | CAUTION: do not use if previously opened. do not resterlize or resuse |
| acetic acid | J.T. Baker | JT9508-03 | |
| Ammonium persulfate (APS) | Bio-Rad | 1610700 | |
| Antibiotic-Antimycotic | Gibco | 15240-062 | |
| Bottom glass chip | MicroFIT | 24 x 24 x 1 mm, custom-made, rectangular groove (6 x 12 mm, depth : 100 μm) | |
| Collagen typeI, Rat tail | Corning | 354236 | |
| Custom glass holder | Han-Gug Mechatronics | custom-made | |
| Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) | Welgene | LM 001-11 | |
| Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (PBS) | Biowest | L0615-500 | w/o Magnesium, Calcium |
| Fetal bovine serum (FBS) | Gibco | 26140-179 | |
| FluoSpheres amine-modified microspheres | Invitrogen | F8764 | 0.2 µm, yellow-green fluorescent(505/515) |
| Hepatocyte Growth Factor (HGF) | Sigma-Aldrich | H1404-5UG | recombinant, human |
| JuLI stage live cell imaging system | NanoEnTek In | Automated X-Y-Z stage and fluorsent imaging Incubator-compatible (37 °C and 5% CO2) | |
| Madin-Darby Canine Kidney (MDCK) cell | type II | ||
| Oxygen plasma system | Femto Science | CUTE-MPR | |
| Pluronic F-127 | Sigma-Aldrich | P2443-250G | |
| Rhodamine B isothiocyanate–dextran | Sigma-Aldrich | R9379-100MG | 70 kDa, used to estimate spatiotemporal distribution of HGF in the microfluidic channel |
| Steril hypodermic needle 18 G | KOVAX | Trim the tip of the needle and bend it 90 degrees for connecting in/out ports with volume line | |
| Sticky tape | 3M/Scotch | 810D | 33 m x 19 mm |
| SU-8 master molds | MicroFIT | 4” diameter, custom-made | |
| sulfosuccinimidyl 6-(4’-azido-2’-nitrophenylamino)hexanoate (Sulfo-SANPAH) | Thermo Scientific | 22589 | Store at -20°C. Store protected from moisture and light. |
| Sylgard 184 Elastomer Kit | Dow Corning | PDMS | |
| Syringe pump | Chemyx Inc. | model fusion 720 | withdraw fluid |
| Syringes | KOVAX | 1, 3, 5, 10, or 50 cc for using inlet reservoir or outlet syringe pump | |
| tetramethylethylenediamine (TEMED) | Bio-Rad | 1610800 | Wear protective gloves, clothing, and eye protection. |
| Ultraviolet (UV) lamp | UVP LLC | 95-0248-02 | 365 nm wavelength |
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Cite This Article
Jang, H., Kim, J., Shin, J. H., Fredberg, J. J., Park, C. Y., Park, Y. Traction Microscopy Integrated with Microfluidics for Chemotactic Collective Migration. J. Vis. Exp. (152), e60415, doi:10.3791/60415 (2019).