Aquí, demostramos cómo las células epiteliales cultivadas con fibroblastos en el sistema de dos capas basado en membranas nanofibrosas pueden adherirse y crecer de manera estable en la membrana.
Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.
Artículo de método
Aquí, demostramos cómo las células epiteliales cultivadas con fibroblastos en el sistema de dos capas basado en membranas nanofibrosas pueden adherirse y crecer de manera estable en la membrana.
Los obstáculos técnicos en un cultivo de células epiteliales incluyen la desdiferenciación y la pérdida de función. Los métodos biomiméticos de cultivo celular tridimensional (3D) pueden mejorar la eficiencia del cultivo celular. Este estudio presenta un sistema avanzado de cultivo de dos capas destinado a cultivar células epiteliales como capas similares a tejidos con el cultivo de fibroblastos dentro de un entorno 3D. Las membranas nanofibrosas (NM) de alcohol polivinílico (PVA) y poli(ε-caprolactona) (PCL) se fabricaron mediante electrohilado y se utilizaron como matriz extracelular fisiológicamente relevante para el cultivo de células epiteliales y fibroblastos, respectivamente. En los pocillos de inserción superiores, las células epiteliales pulmonares se cultivaron en el PVA NM, y en las cámaras inferiores, los fibroblastos se cultivaron en el PCL NM. Esta configuración elimina el contacto directo célula-célula y facilita el examen de la señalización paracrina mediada por factores solubles. Se empleó la microscopía confocal para analizar la distribución, el patrón de crecimiento y la expresión de proteínas intracelulares, incluida la zona oclusiva en las células epiteliales. Las técnicas de apilamiento en Z permitieron reconstrucciones 3D detalladas, proporcionando información precisa sobre la integridad de las uniones estrechas y la organización espacial dentro de la capa epitelial. La microscopía electrónica de barrido (SEM) evaluó las características morfológicas de los tipos celulares en las membranas nanofibrosas. Las imágenes SEM revelaron intrincadas estructuras de la superficie celular e interacciones con las nanofibras, lo que ofrece una perspectiva integral sobre la arquitectura celular y la interacción celular con la estructura nanofibrosa. El ensayo Cell Counting Kit-8 (CCK-8) es un método sencillo para medir las tasas de crecimiento de células epiteliales y fibroblastos a lo largo del tiempo. Proporciona los comportamientos proliferativos y los posibles efectos sinérgicos de la coculturización de estas células. Estos hallazgos ponen de manifiesto la eficacia de un sistema de cocultivo con insertos simple para el cultivo simultáneo de fibroblastos y células epiteliales, que es crucial en diversos contextos fisiológicos y farmacológicos, incluida la regeneración del tejido epitelial, el microambiente tumoral con células endoteliales, inmunológicas y otras células del estroma, el ensayo de toxicidad y la prueba de actividad de fármacos.
A lo largo de las décadas, el cultivo clásico de monocapa bidimensional (2D) ha sido esencial para comprender las infecciones, la farmacología y la toxicología 1,2. Sin embargo, es importante tener en cuenta la complejidad, las interacciones dinámicas entre las multicomposiciones y la arquitectura tridimensional (3D) del microambiente tisular. Por lo tanto, el cultivo celular 2D tiene limitaciones para imitar estructuras similares a tejidos 3,4. Por ejemplo, hay una falta de señalización de célula a célula y de célula a matriz extracelular (ECM), que es esencial en la diferenciación celular, la proliferación y las funciones celulares en el microambiente vivo. Por estas razones, se han desarrollado los sistemas de cultivos celulares en 3D5. Las células en cultivo 3D crecen e interactúan con la matriz extracelular circundante en tres dimensiones. Además, se ha desarrollado un enfoque de cocultivo en 3D, compuesto por más de un tipo de célula, para cerrar la brecha entre los modelos in vitro simplistas de tipo de una sola célula y las interacciones celulares dinámicas que ocurren in vivo6. Los sistemas de cocultivo 3D han ganado popularidad en el estudio de la comunicación célula-célula y las interacciones célula-matriz extracelular (ECM) 7,8,9,10. Los sistemas actuales de cocultivo 3D tienen varias formas y pueden separarse en cocultivo directo e indirecto 8,9. En el cocultivo directo, varias funciones celulares en células cultivadas pueden verse afectadas principalmente por el contacto directo en lugar de los efectos paracrinos. En comparación, el cocultivo indirecto tiene una mayor ventaja en la investigación de la interacción paracrina mediante el uso de barreras o capas para separar diferentes tipos de células.
Se utilizan diversos materiales y métodos para fabricar andamios biomiméticos que imitan el ECM utilizando sustancias biocompatibles y biodegradables10. La estructura nanofibrosa del andamio imita la configuración de la MEC nativa en los tejidos biológicos, proporcionando una arquitectura 3D para el cultivo celular11,12. Las membranas nanofibrosas (NMs) electrohiladas han sido utilizadas en el cocultivo directo e indirecto de diferentes tipos de células 13,14,15.
Las células epiteliales forman una barrera física de los órganos principales, mientras que los fibroblastos son células del estroma predominantes que median la remodelación de la MEC y regulan el epitelio vecino 6,16,17. Las células epiteliales y los fibroblastos interactúan con la laminina en la membrana basal y con la fibronectina en la matriz intersticial, respectivamente, a través de receptores de integrinas en la superficie celular18. Cuando las células epiteliales se cultivan en NM de poli(alcohol vinílico) (PVA) con diámetros de 150 a 250 nm y microporos, forman múltiples capas en lugar de agregados celulares y esferoides, y sus patrones de crecimiento son similares a los de las células en el tejido epitelial19. En comparación, los NMs de poli(caprolactona) (PCL) con diámetros de 400-1.500 nm y microporos de 10-50 μm proporcionan una dimensionalidad espacial similar a la matriz intersticial para el crecimiento de fibroblastos cultivados 13,14. Debido a su biocompatibilidad, las membranas de PVA y PCL son polímeros comúnmente utilizados en ingeniería de tejidos20,21.
Este estudio presenta un sistema avanzado de cultivo de dos capas que utiliza NM porosas electrohiladas para cultivar células epiteliales como capas similares a tejidos y fibroblastos dentro de una estructura 3D. El protocolo se puede dividir en cinco etapas clave: fabricación de nanofibras, post-reticulación de fibras y evaluación de la calidad, preparación del pozo de cultivo unido a la membrana, siembra de células y cocultivo en 3D, y ensayos de células cultivadas en 3D.
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
1. Fabricación de nanofibras de PVA estables al agua
2. Tratamiento de una membrana nanofibrosa de PVA con vapor de ácido clorhídrico (HCl) y evaluación de la calidad de la fibra
NOTA: La estabilidad del agua de los NM de PVA se conserva bien después de la reacción posterior a la reticulación por vapor de HCl. Este proceso está optimizado para el grosor, el tamaño de poro y la rugosidad adecuados de los NM. El PVA es un polímero muy hidrófilo y las nanofibras de PVA electrohiladas son inestables en condiciones húmedas y en contacto con el agua. Los NM de PVA deben tratarse con vapor de HCl justo después de la fabricación del polímero PVA.
3. Fabricación de nanofibras PCL y evaluación de la calidad de las nanofibras
4. Ensamblaje de dos capas de membranas en un pozo trans
NOTA: En este protocolo, utilizamos una placa de 24 pocillos y su respectivo pocillo de inserción. El PVA NM se fija al pocillo de inserción, mientras que el PCL NM se fija al pocillo inferior.
5. Siembra celular y montaje de dos capas para el modelo de cocultivo
NOTA: Las células MLE-12 se cultivaron en 1x Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM)/F12 con 10% de suero fetal bovino (FBS) y 1% de antibiótico penicilina/estreptomicina. Las células NIH3T3 se cultivaron en 1x DMEM alto en glucosa con 10% de FBS y 1% de antibiótico penicilina/estreptomicina.
6. Ensayo de distribución celular
7. Observaciones confocales de células cocultivadas en 3D
NOTA: La unión de las células epiteliales a un NM de PVA es débil en comparación con la de los fibroblastos a un NM de PCL. Deseche los medios viejos manualmente mediante aspiración con pipeta y agregue nuevos medios o soluciones suavemente a la pared de los pocillos. Durante el proceso de tinción, trate de no dejar que las membranas se sequen.
NOTA: La unión celular puede mejorarse mediante el recubrimiento de laminina o la incorporación de péptidos de motivos de unión a integrinas en nanofibras de PVA19.
8. Ensayo de la unión celular a las nanofibras
9. Ensayo de crecimiento celular
NOTA: En este protocolo, el ensayo CCK-8 se utiliza para cuantificar la tasa de crecimiento celular siguiendo las instrucciones del fabricante.
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Este protocolo describe los pasos críticos para la coculturión de células epiteliales pulmonares MLE-12 y fibroblastos NIH3T3 mediante la construcción de un modelo de dos capas basado en membrana nanofibrosa (Figura 1). Este modelo se adapta a la obtención de imágenes de células vivas, la inmunohistoquímica y el análisis cuantitativo de puntos finales de células cocultivadas. También se pueden utilizar otros tipos de células optimizando la densidad celular y las condiciones de crecimiento.
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
La transición de la cultura 2D a los modelos de cultivo 3D representa un avance significativo en el desarrollo de modelos de cocultivo in vitro . Un modelo de cultivo 3D debe imitar el microambiente tisular en el que las células pueden proliferar, agregarse y diferenciarse22. El uso de modelos de cocultivo 3D basados en andamios mejora la replicación de la arquitectura de tejidos. En este estudio, un sistema trans-well basado en NM proporciona cocultivo i...
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Los autores declaran no tener conflictos de intereses.
Este trabajo fue apoyado por una subvención del Proyecto de Investigación y Desarrollo de Tecnología Sanitaria de Corea a través del Instituto de Desarrollo de la Industria de la Salud de Corea (KHIDI), financiado por el Ministerio de Salud y Bienestar de la República de Corea (HR16C0001); el Proyecto de Mejora de la Capacidad de Investigación en Ciencias Básicas a través de la subvención del Instituto de Ciencias Básicas de Corea (Centro Nacional de Instalaciones y Equipos de Investigación) financiado por el Ministerio de Educación (2019R1A6C1010003); y subvenciones de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiadas por el Gobierno de Corea (MSIT) (2022R1A4A5032702).
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 0.05% Tripsina/EDTA | Welgene | LS015-01 | |
| 100x Penicilina/Estreptomicina | Gibco | 10378016 | |
| 20x PBS | LPS solución | CBP007A | |
| % Paraformaldehído | Biosesang | PC2031-050-00 | |
| Alexa Fluor-594 anticuerpo conjugado ZO-1 | Invitrogen | 339194 | |
| Diluyente de anticuerpos OP Quanto | Epredia | 10129-576 | |
| Kit de ensayo CCK-8 | Donginbio | CCK-3000 | |
| Placa de cultivo celular (150x20) | SPL | 20151 | |
| CellTracker Verde CMFDA | Invitrogen | C7025 | |
| CellTracker Rojo CMTPX | Invitrogen | C34552 | |
| Cloroformo | Samchun | C0584 | |
| Tubo cónico | SPL | 50050 | |
| Cubreobjetos | Corning | CLS2980245 | |
| DMEM alta glucosa | Welgene | LM001-05 | |
| DMEM/F12 | Welgene | LM 002-05 | |
| DURAN Bases de desecador con brida plana, rosca de tornillo | DWK Life Sciences | 7.022 260 | |
| DURAN Tapa y desecador de vidrio Llave de paso | Daihan Science | SM.2444061 | |
| DURAN Llave de paso, con husillo de PTFE | DWK Life Sciences | ||
| Máquina de electrohilado | NanoNC ESR200RD | ||
| Alcohol etílico, | Pure Sigma Aldrich 459844 | ||
| FBS | Sigma Aldrich | TMS-013-BKR | |
| Módulo de escáner confocal láser de fluorescencia K1-fluo | Sistemas | ||
| Gel / montaje | Biomeda Corp. | M01 | |
| Solución de glutaraldehído | Sigma Aldrich | 340855 | |
| Hoechst 33342 | Invitrogen | H1399 | |
| Boquilla metálica 27G | NanoNC | ||
| Esmalte de uñas | Nature republic | ||
| Suero de cabra normal | Vector Laboratories | S-1000 | |
| Tetróxido de osmio | Sigma Aldrich | 201030 | |
| Phalloidin-iFlour 488 | abcam | ab176753 | |
| Cerradura de Syringe_Lure de plástico (10 mL) | HENKE SASS WOLF | AL10 | |
| Poli(ácido acrílico) | Sigma Aldrich | 323667 | |
| Poli(alcohol vinílico) | Sigma Aldrich | 341584 | |
| Policaprolactona | Sigma Aldrich | 440744 | |
| Pure HCL | Duksan | 1129 | |
| Microscopía electrónica de barrido | SEC | SNE-4500M | |
| Portaobjetos de vidrio | Marienfeld Superior | K15663717 | |
| Sylgard 184 set | omniscience | OMNI.05255 | |
| Synergy H1 Lector multimodo | Biotek | ||
| Triton X-100 | Sigma Aldrich | X100 |
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.