3D Analysis of Multi-cellular Responses to Chemoattractant Gradients

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

doi:10.3791/59226

Analyse 3D des réponses multi-cellulaires aux gradients chemoattractant

JoVE Journal
Bioengineering

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3D Analysis of Multi-cellular Responses to Chemoattractant Gradients

Analyse 3D des réponses multi-cellulaires aux gradients chemoattractant

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05:57 min

May 24, 2019

DOI: 10.3791/59226-v

Tae-Yun Kang¹, David Ellison², Sung Hoon Lee¹, Andrew J. Ewald^2,3, 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

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This article describes a method for constructing devices that facilitate 3D culture and experimentation with cells and multicellular organoids. The device enables the analysis of cellular responses to soluble signals in 3D microenvironments featuring defined chemoattractant gradients.

Key Study Components

Area of Science

Neuroscience
Cell Biology
3D Cell Culture

Background

2D in vitro cultures lack the spatial and chemical complexity of living tissues.
3D systems are gaining interest for their ability to better mimic in vivo environments.
The fabrication process of the 3D device does not require specialized facilities.
PDMS devices are suitable for physiological environment applications.

Purpose of Study

To develop a method for creating 3D culture devices.
To analyze cellular responses in a controlled 3D environment.
To demonstrate the advantages of organoids over single cells in detecting weak signals.

Methods Used

Utilization of 3D CAD software for mold design.
Printing molds using stereolithography with thermoresistant resin.
Mixing PDMS monomer solution with a curing agent.
Degassing the mixture in a vacuum desiccator.

Main Results

The 3D PDMS device allows for effective analysis of cellular responses.
Defined chemoattractant gradients enhance the study of cellular behavior.
Organoids demonstrate superior detection capabilities compared to single cells.

Conclusions

The developed method provides a robust platform for 3D cell culture.
This approach can advance research in cellular responses to environmental signals.
3D organoids are a promising tool for studying complex biological interactions.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of 3D cultures over 2D cultures?

3D cultures better mimic the spatial and chemical complexity of living tissues, leading to more accurate biological responses.

How is the PDMS device fabricated?

The PDMS device is fabricated by designing a mold using CAD software, printing it, and then mixing and curing the PDMS solution.

What is the significance of chemoattractant gradients?

Chemoattractant gradients are crucial for studying how cells respond to soluble signals in a controlled environment.

Why are organoids preferred for certain experiments?

Organoids can detect weak signals more effectively than single cells, making them valuable for studying cellular responses.

What materials are used in the device construction?

The primary material used is polydimethylsiloxane (PDMS), known for its biocompatibility and ease of use.

Can this method be applied to other types of cells?

Yes, the method can be adapted for various cell types and applications in biological research.

Nous décrivons une méthode pour construire des dispositifs pour la culture 3D et l’expérimentation avec des cellules et des organoïdes multicellulaires. Ce dispositif permet l’analyse des réponses cellulaires aux signaux solubles dans les microenvironnements 3D avec des gradients chimioattractant définis. Les organoïdes sont meilleurs que les cellules simples à la détection des faibles entrées bruyantes.

Les différences entre les cultures in vitro 2D simplifiées et les environnements tissulaires 3D ont accru l’intérêt pour les systèmes 3D pour représenter la complexité spatiale et chimique des tissus vivants. Le processus de fabrication ne nécessite pas de techniques d’installation ou de photolithographie. Cependant, le dispositif PDMS 3D comprend les vecteurs nécessaires pour les applications de l’environnement physiologique 3D.

Pour la préparation de l’appareil mésofluidique, utilisez un logiciel de conception en trois dimensions approprié assisté par ordinateur pour concevoir le masque du moule pour l’appareil polydimethylsiloxane ou PDMS et imprimez le moule à l’aide d’un équipement de lithographie stéréo avec une résine thermorésistante. Lorsque le moule est prêt, mélanger environ trois millilitres de solution de monomère PDMS par moule avec un agent curatif à un rapport de 10 pour un et utiliser un vide pour dégazer le mélange dans un desiccateur sous vide pendant une heure. À la fin de la dessiccation, utilisez un morceau de ruban adhésif pour enlever toute poussière de la surface du moule et remplir soigneusement le moule avec la solution PDMS dégazée.

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