3D-Analyse von multizellulären Reaktionen auf tschoattraktive Verläufe

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

doi:10.3791/59226

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Methodenartikel

3D-Analyse von multizellulären Reaktionen auf tschoattraktive Verläufe

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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

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Wir beschreiben eine Methode, um Geräte für die 3D-Kultur zu konstruieren und mit Zellen und multikellulären Organoiden zu experimentieren. Dieses Gerät ermöglicht die Analyse von zellulären Reaktionen auf lösliche Signale in 3D-Mikroumgebungen mit definierten Chemoattractged-Steigungen. Organoide sind besser als einzelne Zellen, wenn es um die Erkennung schwacher lauter Eingänge geht.

Zusammenfassung

Verschiedene Begrenzungen von 2D-Zellkultursystemen haben Interesse an 3D-Zellkulturen und-analyseplattformen geweckt, die die räumliche und chemische Komplexität lebender Gewebe besser nachahmen und in vivo-Gewebefunktionen nachahmen würden. Die jüngsten Fortschritte in der Mikrofabrikationstechnologie haben die Entwicklung von 3D-Umgebungen in vitro-Umgebungen erleichtert, in denen Zellen in eine klar definierte extrazelluläre Matrix (ECM) und eine definierte Reihe löslicher oder matrix assoziierter Biomoleküle integriert werden können. Die technologischen Barrieren haben jedoch ihren weit verbreiteten Einsatz in Forschungslabors eingeschränkt. Hier beschreiben wir eine Methode, um einfache Geräte für die 3D-Kultur zu konstruieren und mit Zellen und multizellulären Organoiden in 3D-Mikroumgebungen mit einem definierten Chemoattractant Farbverlauf zu experimentieren. Wir veranschaulichen die Nutzung dieser Plattform zur Analyse der Reaktion von Epithelzellen und Organoiden auf die Abstufungen von Wachstumsfaktoren, wie zum Beispiel dem epidermalen Wachstumsfaktor (EGF). EGF-Steigungen waren in den Geräten für mehrere Tage stabil, was zu einer gerichteten Zweigbildung bei Brustorganoiden führte. Diese Analyse ließ zu dem Schluss kommen, dass die kollektive Gradientenwahrung durch Zellgruppen empfindlicher gegenüber einzelnen Zellen ist. Wir beschreiben auch die Herstellungsmethode, die weder Photolithografieanlagen noch fortgeschrittene Soft-Lithografie-Techniken erfordert. Diese Methode wird hilfreich sein, um 3D-zelluläre Verhaltensweisen im Zusammenhang mit der Analyse von Entwicklung und pathologischen Zuständen, einschließlich Krebs, zu untersuchen.

Einleitung

In physiologischer Umgebung sind Zellen in eine extrazelluläre Matrix (ECM) eingebettet und einer Fülle von Biomolekülen ausgesetzt. Wechselwirkungen zwischen Zellen und der umgebenden Mikroumgebung regulieren intrazelluläre Prozesse, die verschiedene Phenotypen steuern, darunter Migration, Wachstum, Differenzierung und Überleben¹^{, 2.} In einer herkömmlichen 2D-Zellkultur wurde viel über zelluläre Verhaltensweisen gelernt. Mit dem Aufkommen von intravitalen Bildgebungen und Experimenten mit Zellen, die in 3D-Hydrogelen eingebettet sind, wurden jedoch wichtige Unterschiede in den Zellverhalten in den vereinfacht....