Analisi 3D delle risposte multi-cellulari ai gradienti chemoattractant

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

doi:10.3791/59226

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Articolo metodologico

Analisi 3D delle risposte multi-cellulari ai gradienti chemoattractant

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DOI:

10.3791/59226

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24 maggio 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 questo articolo

Sommario

Descriviamo un metodo per costruire dispositivi per la cultura 3D e la sperimentazione con cellule e organoidi multicellulari. Questo dispositivo consente l'analisi delle risposte cellulari ai segnali solubili in microambienti 3D con gradienti chemioattrattante definiti. Gli organoidi sono meglio di cellule singole al rilevamento di ingressi rumorosi deboli.

Abstract

Varie limitazioni dei sistemi di coltura cellulare 2D hanno suscitato interesse per le piattaforme di analisi e coltura cellulare 3D, che simulerebbero meglio la complessità spaziale e chimica dei tessuti viventi e mimano le funzioni tissutali in vivo. I recenti progressi nelle tecnologie di microfabbricazione hanno facilitato lo sviluppo di ambienti 3D in vitro in cui le cellule possono essere integrate in una matrice extracellulare ben definita (ECM) e un set definito di biomolecole solubili o a matrice associata. Tuttavia, le barriere tecnologiche hanno limitato il loro uso diffuso nei laboratori di ricerca. Qui, descriviamo un metodo per costruire semplici dispositivi per la cultura 3D e la sperimentazione con cellule e organoidi multicellulari in microambienti 3D con un gradiente chemioattrattante definito. Illustreremo l'uso di questa piattaforma per l'analisi della risposta delle cellule epiteliali e degli organoidi ai gradienti dei fattori di crescita, come il fattore di crescita epidermico (FEG). I gradienti del FEG erano stabili nei dispositivi per diversi giorni, portando alla formazione di rami diretti negli organoidi del seno. Questa analisi ci ha permesso di concludere che il rilevamento del gradiente collettivo da parte di gruppi di cellule è più sensibile rispetto alle singole cellule. Descriviamo anche il metodo di fabbricazione, che non richiede strutture fotolitografiche né tecniche avanzate di Litografia morbida. Questo metodo sarà utile per studiare i comportamenti cellulari 3D nel contesto dell'analisi dello sviluppo e degli stati patologici, compreso il cancro.

Introduzione

In ambiente fisiologico, le cellule sono incorporate in una matrice extracellulare (ECM) ed esposte a una pletora di biomolecole. Le interazioni tra le cellule e il microambiente circostante regolano i processi intracellulari che controllano diversi fenotipi, tra cui la migrazione, la crescita, la differenziazione e la sopravvivenza^1,2. Molto è stato appreso sui comportamenti cellulari in una coltura cellulare 2D convenzionale. Tuttavia, con l'avvento dell'imaging intravitale e della sperimentazione con cellule incorporate in idrogel 3D, importanti differenze nei comportamenti delle cellule sono state riconosc....