Análisis 3D de las respuestas multicelulares a los degradados Quimioattractant

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

doi:10.3791/59226

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Artículo de método

Análisis 3D de las respuestas multicelulares a los degradados Quimioattractant

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DOI:

10.3791/59226

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24 de mayo de 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

En este artículo

Resumen

Describimos un método para construir dispositivos para la cultura 3D y la experimentación con células y organoides multicelulares. Este dispositivo permite el análisis de las respuestas celulares a señales solubles en microambientes 3D con degradados de quimioattractant definidos. Los organoides son mejores que las células individuales en la detección de entradas ruidosas débiles.

Resumen

Varias limitaciones de los sistemas de cultivo celular 2D han despertado interés en las plataformas de análisis y cultivo celular 3D, que imitaría mejor la complejidad espacial y química de los tejidos vivos y imitará las funciones de tejido in vivo. Los recientes avances en las tecnologías de microfabricación han facilitado el desarrollo de entornos 3D in vitro en los que las células pueden integrarse en una matriz extracelular bien definida (ECM) y un conjunto definido de biomoléculas solubles o asociadas a matrices. Sin embargo, las barreras tecnológicas han limitado su uso generalizado en los laboratorios de investigación. Aquí describimos un método para construir dispositivos simples para la cultura 3D y la experimentación con células y organoides multicelulares en microentornos 3D con un gradiente de quimioattractant definido. Ilustramos el uso de esta plataforma para el análisis de la respuesta de células epiteliales y organoides a gradientes de factores de crecimiento, como el factor de crecimiento epidérmico (EGF). Los gradientes de EGF fueron estables en los dispositivos durante varios días, lo que condujo a la formación de ramas dirigidas en organoides mamarios. Este análisis nos permitió concluir que la detección de gradiente colectiva por grupos de células es más sensible frente a células individuales. También describimos el método de fabricación, que no requiere instalaciones de fotolitografía ni técnicas avanzadas de litografía blanda. Este método será útil para estudiar los comportamientos celulares en 3D en el contexto del análisis del desarrollo y los estados patológicos, incluyendo el cáncer.

Introducción

En el entorno fisiológico, las células se incrustan en una matriz extracelular (ECM) y se exponen a una plétora de biomoléculas. Las interacciones entre las células y el microentorno circundante regulan los procesos intracelulares que controlan diversos fenotipos, incluyendo la migración, el crecimiento, la diferenciación y la supervivencia¹^,². Se ha aprendido mucho acerca de los comportamientos celulares en un cultivo celular 2D convencional. Sin embargo, con el advenimiento de la imagen intravital y la experimentación con células incrustadas en los hidrogeles 3D, se han reconocido importantes diferencias en ....