화학 유인 그라데이션에 대 한 다중 세포 반응의 3D 분석

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

doi:10.3791/59226

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방법 논문

화학 유인 그라데이션에 대 한 다중 세포 반응의 3D 분석

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DOI:

10.3791/59226

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2019년 5월 24일

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

이 논문에서

요약

우리는 셀과 다중 세포 소기관으로 3D 문화와 실험을 위한 장치를 구성 하는 방법을 설명 합니다. 이 장치는 정의 된 화학 유인 구배가 있는 3D 미세 환경에서 가용성 신호에 대 한 셀룰러 응답을 분석 할 수 있습니다. 유기 체는 약한 시끄러운 입력의 검출에 단일 세포 보다 낫다.

초록

2D 세포 배양 시스템의 다양 한 한계는 살아있는 조직의 공간적 및 화학적 복잡성을 더 잘 모방 하 고 생체 내 조직 기능을 모방 하는 3D 세포 배양 및 분석 플랫폼에 대 한 관심을 촉발 시켰습니다. 최근 미세 제조 기술의 진보는 세포가 잘 정의 된 세포 외 기질 (ECM)과 가용성 또는 매트릭스 관련 생체 분자의 정의 된 집합으로 통합 될 수 있는 생체 외 환경에서의 개발을 촉진 시켰다. 그러나, 기술 장벽은 연구 실험실에서 그들의 대폭적인 사용을 제한 했습니다. 여기서, 우리는 정의 된 화학 유인 구배와 함께 3D 미세 환경에서 세포와 멀티 셀로 노이 드와 3D 문화와 실험을 위한 간단한 장치를 구성 하는 방법을 설명 합니다. 이 플랫폼의 사용은 상피 세포와 유기 체의 반응의 분석을 위해 표 피 성장 인자 (EGF)와 같은 성장 인자의 그라데이션에 관한 것 이다. EGF 그라데이션은 유 방 소기관에서 지시 된 지점 형성으로 이어지는 며칠 동안 장치에서 안정 하였다. 이 분석을 통해 셀 그룹에의 한 집단 그라데이션 감지가 더 민감하고 단일 셀 이라고 결론을 내릴 수 있었습니다. 우리는 또한 포토 리소 그래피 시설이 나 고급 소프트 리소 그래피 기술이 필요 하지 않은 제조 방법을 설명 합니다. 이 방법은 암을 포함 하 여 발달 및 병리학 적 상태 분석의 맥락에서 3D 세포 거동을 연구 하는 데 도움이 될 것입니다.

서론

생리 적 환경에서 세포는 셀 외 기질 (ECM)에 내장 되어 과다 한 생체 분자에 노출 됩니다. 세포와 주변 미세 환경 사이의 상호 작용은 마이그레이션, 성장, 분화 및 생존¹^을포함 하 여 다양 한 표현 형을 제어 하는 세포내 프로세스를 조절 합니다. 많은 것은 종래의 2D 세포 배양에서 세포 거동에 대해 배웠다. 그러나 3D 하이드로 겔에 내장 된 세포에 대 한 생체 내 이미징 및 실험의 출현으로, 세포 거동에 중요 한 차이는 간단한 2D 시험관 내 배양과 3D 조직 유사 환경에서 인식 되었습니다. 셀이 ECM 섬유와 상호 작용 하 고 3D 매트릭스 내에서 기계적 특성을 감지 하는 동안 젤의 재료 강성은 2D 시험관 시스템에서 완전히 독립 된 변수가 아닙니다. 차원은 초점 부착 형성을 변경 하 여 다른 세포 형태학과 행동을 초래 합니다. 또한 2D 표면의 셀은 3D에서 모든 방향으로 열린 셀 보다 더 적은 신호 전달에 노출 됩니다.

이러한 한계는 생체 조직의 공간적 및 화학적 복잡성을 나타내고 체 내 조직 기능을 더 잘 예측 하는 3D 시스템에 대 한 관심을 증가 시켰습니다. 그들은 ECM³