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Research Article
Charlie Colin-Pierre1,2,3, Oussama El Baraka3, Laurent Ramont1,2,4, Stéphane Brézillon1,2
1Laboratoire de Biochimie Médicale et Biologie Moléculaire,Université de Reims Champagne-Ardenne, 2UMR CNRS 7369, Matrice Extracellulaire et Dynamique Cellulaire-MEDyC,Université de Reims Champagne-Ardenne Reims, 3BASF Beauty Care Solutions, 4Service Biochimie-Pharmacologie-Toxicologie,Centre Hospitalier Universitaire (CHU) de Reims
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
En este trabajo, se presenta un inserto impreso en 3D de nuevo diseño como modelo de cocultivo y se valida mediante el estudio de la comunicación intercelular paracrina entre las células endoteliales y los queratinocitos.
Los análisis clásicos de la comunicación indirecta entre diferentes tipos de células requieren el uso de medios condicionados. Además, la producción de medios acondicionados sigue consumiendo mucho tiempo y está lejos de las condiciones fisiológicas y patológicas. Aunque algunos modelos de cocultivo están disponibles comercialmente, siguen estando restringidos a ensayos específicos y son principalmente para dos tipos de células.
En este caso, se utilizan insertos impresos en 3D que son compatibles con numerosos ensayos funcionales. El inserto permite la separación de un pocillo de una placa de 6 pocillos en cuatro compartimentos. Se puede configurar una amplia gama de combinaciones. Además, se han diseñado ventanas en cada pared de los compartimentos para que sea posible la comunicación intercelular potencial entre cada compartimento en el medio de cultivo de forma dependiente del volumen. Por ejemplo, la comunicación intercelular paracrina se puede estudiar entre cuatro tipos de células en monocapa, en 3D (esferoides) o combinando ambas. Además, se puede sembrar una mezcla de diferentes tipos de células en el mismo compartimento en formato 2D o 3D (organoides). La ausencia de fondo en los insertos impresos en 3D permite las condiciones habituales de cultivo en la placa, posible recubrimiento en la placa que contiene el inserto y visualización directa mediante microscopía óptica. Los múltiples compartimentos ofrecen la posibilidad de recoger diferentes tipos de células de forma independiente o de utilizar, en cada compartimento, diferentes reactivos para la extracción de ARN o proteínas. En este estudio, se proporciona una metodología detallada para utilizar el nuevo inserto impreso en 3D como sistema de co-cultivo. Para demostrar varias capacidades de este modelo flexible y simple, se realizaron ensayos funcionales de comunicación celular publicados anteriormente en los nuevos insertos impresos en 3D y se demostró que eran reproducibles. Los insertos impresos en 3D y el cultivo celular convencional con medios acondicionados condujeron a resultados similares. En conclusión, el inserto impreso en 3D es un dispositivo sencillo que se puede adaptar a numerosos modelos de cocultivos con tipos celulares adherentes.
In vivo, las células se comunican entre sí directamente (contacto celular) o indirectamente (mediante la secreción de moléculas). Para estudiar la comunicación celular, se pueden desarrollar diferentes modelos de cocultivo, como el cocultivo directo (los diferentes tipos de células están en interacción directa en el mismo pocillo) y el cocultivo compartimentado (los diferentes tipos de células están en interacción indirecta en diferentes compartimentos de un sistema de cultivo)1. Además, los medios condicionados se pueden utilizar para sistemas de cocultivo, donde la interacción indirecta es posible gracias a las moléculas secretadas contenidas en el medio condicionado de un tipo de célula efectora que se transfiere a una célula respondedora tipo1.
En el caso de los estudios de comunicación celular paracrina, los sistemas de cocultivo indirecto proporcionan modelos que reflejan fuertemente las interacciones celulares in vivo. Se han desarrollado y comercializado sistemas de cocultivo indirecto, lo que ha permitido el establecimiento de modelos de cocultivo indirecto 2,3. Desafortunadamente, la mayoría de los sistemas de cocultivo indirecto proporcionan solo dos compartimentos. Otros sistemas de cocultivo indirecto proporcionan múltiples compartimentos, pero son menos escalables en comparación con el sistema reportado en el presente manuscrito. Algunos de ellos no permiten una visualización clásica bajo un microscopio, y a menudo presentan métodos de aplicación específicos. En varios estudios, la comunicación paracrina entre diferentes tipos celulares es probada por el modelo de medios condicionados 4,5,6,7. Esta es una forma más fácil de investigación en comparación con los sistemas de cocultivo indirectos, ya que no requiere que se establezcan métodos o materiales específicos1. Por otro lado, la preparación de medios acondicionados requiere mucho tiempo y proporciona información solo sobre la señalización celular unidireccional (efector a respondedor)1.
En este trabajo se propone una nueva y sencilla forma de investigar la comunicación celular. Al permitir la combinación de varios tipos de células en interacción directa o indirecta y en formatos 2D o 3D, los insertos impresos presentan numerosas ventajas para configurar fácilmente modelos de cocultivo. Adaptado para ser colocado en los pocillos de las placas de 6 pocillos, el inserto impreso en 3D es circular y permite la separación del pocillo en cuatro compartimentos (dos compartimentos grandes y dos compartimentos pequeños; Figura 1A). Las inserciones impresas en 3D se caracterizan por la ausencia de fondo. Por lo tanto, las células están en contacto directo con la placa sobre la que se coloca el inserto. Además, cada compartimento se puede revestir independientemente de los demás. Además, el comportamiento de la célula se puede seguir fácilmente bajo microscopios ópticos. La presencia de ventanas de comunicación en cada pared del inserto permite la adición, en el momento óptimo, de un medio común para realizar diferentes experimentos de co-cultivo. Se pueden realizar numerosas combinaciones de cocultivo para estudiar la comunicación directa y/o indirecta entre varios tipos de células. Por ejemplo, se puede diseñar un modelo de cocultivo indirecto entre cuatro tipos celulares diferentes en monocapa y/o en 3D (esferoides). También se puede realizar una combinación de modelos de cocultivo directo e indirecto mezclando diferentes tipos de células en el mismo compartimento. El efecto de estructuras complejas (organoides, explantes de tejidos, etc.) sobre diferentes tipos celulares podría ser otro ejemplo de modelos que se pueden realizar. Además, los insertos impresos en 3D son compatibles con ensayos funcionales de biología celular (proliferación, migración, formación de pseudotubos, diferenciación, etc.) y con pruebas bioquímicas (extracción de ADN, ARN, proteínas, lípidos, etc.). Por último, los insertos impresos en 3D proporcionan una amplia gama de esquemas experimentales de modelos de cocultivo con la posibilidad de combinar simultáneamente diferentes ensayos en el mismo experimento en los diferentes compartimentos.
Se presentan algunas capacidades de los insertos impresos en 3D para validarlos como un modelo de cocultivo rápido y fácil de usar. En comparación con un estudio publicado anteriormente realizado sobre la comunicación de células paracrinas, se demuestra la capacidad de los insertos impresos en 3D para ser un valioso modelo de cocultivo. Para evaluar este punto, se comparó la regulación de la proliferación y migración de células endoteliales por queratinocitos entre el sistema de insertos impresos en 3D y el sistema clásico que utiliza medios acondicionados. Los insertos impresos en 3D permiten obtener resultados similares rápidamente en comparación con el sistema convencional que utiliza medios acondicionados. De hecho, los insertos impresos en 3D proporcionan un modelo robusto para estudiar las interacciones celulares en ambas direcciones sin la necesidad de producir medios acondicionados y con la posibilidad de realizar en paralelo los ensayos de proliferación y migración en el mismo experimento.
Para concluir, en este trabajo se propone un modelo nuevo y listo para usar para estudiar la comunicación celular. Compatibles con todos los tipos de células adherentes, los insertos impresos en 3D permiten realizar numerosas combinaciones de cocultivo que tienen como objetivo acercarse más a las condiciones in vivo .
NOTA: Los insertos 3D (Figura 1A) se adquieren comercialmente y se imprimen utilizando una resina fotopolimérica que es biocompatible con el cultivo celular y el autoclave (consulte la Tabla de materiales). En esta sección, se describe un protocolo detallado para establecer el modelo de cocultivo por insertos (ver Figura 1B). También se proporcionan algunos ejemplos de aplicaciones.
1. Colocación del inserto esterilizado en las placas de 6 pocillos
2. Recubrimientos como poli-L-lisina o poli-HEMA (paso opcional)
NOTA: El recubrimiento no se realiza en este experimento, y se proporcionan los pasos para informar sobre la posibilidad de recubrir los insertos.
3. Siembra de las células
4. Implementación de la cocultura (Figura 1Bd)
NOTA: La implementación de la co-cultura corresponde al momento en que se agrega el medio común. La adición de un medio único para todos los tipos de células en los diferentes compartimentos proporciona la posibilidad de comunicación paracrina entre las células debido a la presencia de ventanas de comunicación (agujeros ovoides en las paredes de los insertos impresos en 3D). Para implementar la cocultura, siga los pasos 4.1-4.3.
5. Observación, conteo y raspado de células
6. Limpieza de insertos para reciclaje
7. Ensayo de proliferación celular - ensayo WST-1
8. Ensayo de migración celular: dispositivo de dos cámaras de migración
En el presente trabajo se describió un sistema de cocultivo optimizado para obtener datos robustos, confiables y significativos comparables a los métodos clásicos mediante el uso de medios condicionados. Los insertos impresos en 3D imitan las condiciones microambientales in vivo de diferentes tipos de células en interacción al superar las dificultades y la producción de medios acondicionados que consumen mucho tiempo antes de los experimentos. Un estudio publicado anteriormente ha sido rerealizado para analizar las interacciones indirectas entre dos tipos de células presentes en los folículos pilosos: las células endoteliales microvasculares humanas (HDMECs) y los queratinocitos humanos de la vaina radicular externa (KORS)8. Aquí, se demostró la reproducibilidad de los resultados obtenidos mediante el uso de los insertos impresos en 3D en comparación con el método clásico que utiliza medios condicionados para investigar las interacciones indirectas entre HDMEC y KORS. Las condiciones de cultivo celular previamente descritas en el estudio8 fueron las mismas que en el presente trabajo. Se adaptaron teniendo en cuenta las dimensiones de los insertos impresos en 3D (ver protocolo). En primer lugar, el fenotipo y la viabilidad celular fueron comparables entre las dos condiciones (medios acondicionados frente a insertos impresos .3D) para todos los tipos de células (Figura 2). De hecho, se observó un 90% de viabilidad en los pocillos de las placas de 6 pocillos (Figura 2A y Tabla 1), y un 91% en los insertos impresos en 3D (Figura 2B y Tabla 1) para KORS. La viabilidad de los HDMEC fue del 85% en los pocillos de la placa de 6 pocillos (Figura 2C y Tabla 2) frente al 86% en los insertos impresos en 3D (Figura 2D y Tabla 2). Los datos de viabilidad celular se calcularon mediante el contador de células automatizado (Tabla de Materiales) de la siguiente manera: el número de células viables dividido por el número de células totales (células muertas + células viables). Los datos medios se obtuvieron calculando el porcentaje de viabilidad obtenido en seis experimentos independientes en los que se realizaron dos réplicas (ver Tabla 1 y Tabla 2).
Estos resultados indicaron que el inserto impreso en 3D no alteró el comportamiento ni la viabilidad de la célula en comparación con el cultivo habitual en placas de 6 pocillos. Por lo tanto, los insertos impresos en 3D fueron validados como un nuevo modelo de co-cultivo.
Se analizaron los parámetros8 de comunicación celular indirecta previamente demostrados. Para todos los experimentos, la implementación del cocultivo de insertos impresos en 3D se realizó siguiendo los protocolos de acuerdo con las condiciones clásicas del cultivo (ver trabajo anterior8).
En primer lugar, se evaluaron las comunicaciones celulares indirectas entre KORS y HDMEC en los insertos impresos en 3D mediante el análisis de la proliferación celular y se compararon con el método clásico utilizando medios condicionados (Figura 3). En presencia de KORS en los insertos (+ KORS), la proliferación de HDMEC aumentó significativamente 1,5 veces después de 24 h y 3,1 veces después de 48 h en comparación con la condición de control sin KORS (Control) (Figura 3A). Estos resultados estuvieron de acuerdo con los obtenidos por experimentos con medios condicionados (Figura 3B). De hecho, se demostró que el KORSCM aumenta significativamente la proliferación de HDMEC en 1,5 veces después de 24 h y en 2,1 veces después de 48 h.
Se probó el modelo de cocultivo de insertos impreso en 3D para determinar el efecto de KORS en la migración de HDMEC. Este efecto se demostró previamente en el sistema clásico de cocultivo utilizando medios condicionados8 (Figura 4). En la condición de control sin KORS (Control), los HDMEC migraron y cubrieron aproximadamente el 44% del área de la herida después de 24 h (Figura 4A). En presencia de KORS (+ KORS), se observó un aumento fuerte y significativo en la migración de HDMEC. De hecho, la cinética de la cicatrización de la herida mostró que el 43%, el 67% y el 99% del área de la herida estaba cubierta por HDMEC después de 3 h, 12 h y 24 h, respectivamente. Estos resultados estuvieron de acuerdo con los obtenidos previamente8, donde se demostró que elKORS CM aumenta la migración de HDMEC de manera similar (Figura 4B).

Figura 1: Flujo de trabajo que muestra la implementación del cocultivo de insertos impreso en 3D desde la limpieza hasta el reciclaje del inserto. (A) Una imagen representativa del inserto impreso en 3D. (B) Se ilustra un ejemplo representativo de los ensayos presentados en este manuscrito. Tenga en cuenta que se puede realizar un ensayo de proliferación en un compartimento del inserto impreso en 3D en paralelo a un ensayo de migración realizado en el otro compartimento utilizando un dispositivo de dos cámaras de migración colocado en los otros compartimentos de los insertos impresos en 3D. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Viabilidad de KORS y HDMEC. (A,B) Morfología de KORS (10x) en (A) un pocillo de una placa de 6 pocillos y (B) en un inserto impreso en 3D. (C,D) Morfología HDMEC (10x) en (C) un pocillo de placa de 6 pocillos y (D) en un inserto impreso en 3D. Barra de escala: 200 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Efecto de KORS en la proliferación de HDMEC. (A) La proliferación de HDMEC se midió mediante un ensayo colorimétrico utilizando el colorante WST-1 en el inserto impreso en 3D en ausencia de KORS (control = CTRL) o en presencia de KORS (+ KORS) durante 24 h o 48 h. (B) La proliferación de HDMEC se midió mediante un ensayo colorimétrico utilizando el colorante WST-1 en presencia de medio de cultivo de células basales ECM o KORSCM durante 24 h o 48 h. Los resultados se expresan como media ± SEM, n = 8 repeticiones, y se realizaron dos experimentos independientes. *p < 0,05, ***p < 0,001, ****p < 0,0001 y ******p < 0,00001. Los KORS se incubaron en ECM sin FBS ni factores de crecimiento. Después de 48 h, este medio acondicionado se recolectó y almacenó a -80 °C para los experimentos. Esta cifra ha sido modificada de 8 y reproducida con permiso. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Efecto de KORS en la migración de HDMEC. (A) La migración de HDMEC en el inserto impreso en 3D en ausencia de KORS (control = CTRL) o en presencia de KORS (+ KORS) se muestra y cuantifica como el porcentaje de recuperación. (B) La migración de HDMEC en el ECM o KORSCM se muestra y cuantifica como el porcentaje de recuperación. Los resultados se expresan como la media ± SEM, n=3 repeticiones, y se analizaron tres campos por réplica, se realizaron dos experimentos independientes. **p<0.01, ******p<0.00001. Barra de escala: 200 μm. Los KORS se incubaron en ECM sin FBS ni factores de crecimiento. Después de 48 h, este medio acondicionado se recolectó y almacenó a -80 °C para los experimentos. Esta cifra ha sido modificada de 8 y reproducida con permiso. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Cuenta 1 | Cuenta 2 | Significar | Media total | ||
| Placa de 6 pocillos | Replicar 1 | 95% | 84% | 90% | 90% |
| Replicar 2 | 90% | 88% | 89% | ||
| Replicar 3 | 85% | 89% | 87% | ||
| Replicar 4 | 97% | 89% | 93% | ||
| Replicar 5 | 88% | 94% | 91% | ||
| Replicar 6 | 86% | 92% | 89% | ||
| Inserto impreso en 3D | Replicar 1 | 92% | 89% | 91% | 91% |
| Replicar 2 | 91% | 80% | 86% | ||
| Replicar 3 | 93% | 92% | 93% | ||
| Replicar 4 | 94% | 98% | 96% | ||
| Replicar 5 | 88% | 86% | 87% | ||
| Replicar 6 | 93% | 97% | 95% |
Tabla 1: Medición de la viabilidad de KORS. La viabilidad de KORS se midió en un pocillo de una placa de 6 pocillos y en un inserto impreso en 3D utilizando tinción con azul de tripano y conteo automático.
| Cuenta 1 | Cuenta 2 | Significar | Media total | ||
| Placa de 6 pocillos | Replicar 1 | 90% | 88% | 89% | 85% |
| Replicar 2 | 79% | 78% | 79% | ||
| Replicar 3 | 71% | 75% | 73% | ||
| Replicar 4 | 86% | 82% | 84% | ||
| Replicar 5 | 91% | 88% | 90% | ||
| Replicar 6 | 99% | 94% | 97% | ||
| Inserto impreso en 3D | Replicar 1 | 99% | 86% | 93% | 86% |
| Replicar 2 | 80% | 75% | 78% | ||
| Replicar 3 | 79% | 80% | 80% | ||
| Replicar 4 | 98% | 85% | 92% | ||
| Replicar 5 | 85% | 78% | 82% | ||
| Replicar 6 | 89% | 93% | 91% |
Tabla 2: Medición de viabilidad HDMEC. La viabilidad de HDMEC se midió en un pocillo de una placa de 6 pocillos y en un inserto impreso en 3D utilizando tinción con azul de tripano y recuento automático.
Los autores declaran que no hay intereses financieros contrapuestos.
En este trabajo, se presenta un inserto impreso en 3D de nuevo diseño como modelo de cocultivo y se valida mediante el estudio de la comunicación intercelular paracrina entre las células endoteliales y los queratinocitos.
Este estudio se realizó en colaboración con BASF Beauty Care Solutions. La Sra. Charlie Colin-Pierre es becaria de doctorado financiada por BASF / CNRS.
Deseamos agradecer al Sr. Mehdi Sellami por la concepción de los insertos impresos en 3D.
| Autoclave | Getinge | APHP | Ciclo sólido, 121 ° C durante 20 min |
| Biomed Clear | Formlabs | RS-F2-BMCL-01 | Impresión realizada por la empresa 3D-Morphoz (Reims, Francia) |
| Detergentes para cultivos celulares | Tounett | A18590/0116 | |
| Reactivo de proliferación celular WST-1 | Roche | 11,64,48,07,001 | |
| Portaobjetos de conteo | NanoEnTek | EVE-050 | |
| Culture-Insert 2 Pocillo en μ-Dish 35 mm | Ibidi | 80206 | dispositivo de dos cámaras de migración. |
| Medio de células endoteliales | ScienCell | 1001 | Medio basal +/- 25 mL de suero fetal bovino (FBS, 0025), 5 mL de suplemento de crecimiento de células endoteliales (ECGS, 1052) y 5 mL de solución de penicilina/estreptomicina (P/S, 0503). |
| EVE Contador de células automatizado | NanoEnTek | NESCT-EVE-001E | |
| EVOS XL Core | Fisher Scientific AMEX1200 | 10x de aumento Kit de | |
| reactivos y catalizadores de silicio alimentario | Artificina | RTV 3428 A y B | (10:1) |
| Impresora FORM 3B | Formlabs | PKG-F3B-WSVC-DSP-BASIC | Impresión realizada por la empresa 3D-Morphoz |
| Células endoteliales microvasculares dérmicas humanas (HDMEC) | ScienCell | 2000 | |
| Queratinocitos de la vaina radicular externa (KORS) | ScienCell | 2420 | |
| Macro Wound Healing Tool Software | ImageJ | Software utilizado para la medición de la superficie descubierta (para ensayos de migración) | |
| Medio de células madre mesenquimales | ScienCell | 7501 | Medio basal +/-25 mL de suero fetal bovino (FBS, 0025), 5 mL de suplemento de crecimiento de células madre mesenquimales (MSCGS, 7552) y 5 mL de solución de penicilina/estreptomicina (P/S, 0503) |
| Lector de microplacas SPECTRO star NANO | BMG Labtech | BMG LABTECH | software |
| PBS | Promocell | C-40232 | Sin Ca2+ / Mg2+ |
| Trypan Blue Stain | NanoEnTek | EBT-001 | |
| Tripsina / EDTA | Promocell | C-41020 | Incubación de KORS a 37 ° C con 5% de CO2 durante 5 min. Incubación de HDMEC durante 5 min a temperatura ambiente |
| Placa de 96 pocillos Nunclon Delta Surface | Thermoscientific 167008 |