Levercelmigratie speelt een belangrijke rol bij leverorganogenese, ziekte en celtherapie. Tijdens leverorganogenese (E8,5-9,0, muis) begint het ventrale voordarm pre-hepatische epitheel levergenen te gaan expresseren als gevolg van inductief signaal dat uitgaat van het omringende mesenchym en hart. Op E9,0 verdik het voordarm epitheel als de cellen overgaan van een kuboïdale naar een pseudostratificeerde kolomvormige morfologie, waardoor het leverdivertikel wordt gevormd1,2. Op dit kritieke stadium bestaat het leverdivertikel uit slechts ~1.500 cellen. Vervolgens verdik het hepatische endoderm dat het leverdivertikel bekleedt, delamineert en vormt koorden van migrerende hepatoblasten (HB's). Deze HB's co-migreren met endotheelcellen en mesenchymale cellen, vertakken zich in het omringende mesenchymale weefsel en initiëren driedimensionale collectieve celmigratie om de leverknop te vormen3,4. In feite ondergaan cellen tijdens dit stadium gezamenlijk (1) co-migratie, of beweging samen met andere celtypen, (2) vertakkingsmorfogenese of vorming van vertakkende buisvormige structuren, en (3) interstitiële migratie, of migratie bovenop of tussen andere cellen. Tegen E11,5 stopt de migratie en is de primitieve lever gevormd, uitbreidend met 103 keer3. Levercelmigratie kan ook vereist zijn in latere stadia van leverorganogenese, aangezien expressie van rattenfoetale HB's bewijs heeft gegeven van sterk opgereguleerde genen geassocieerd met 3D collectieve celmigratie, morfogenese en remodellering van de extracellulaire matrix5. Naast zijn rol in vroege leverorganogenese, is 3D collectieve migratie nauw verbonden met de lokale verspreiding en metastase van gevorderd hepatocellulair carcinoom (HCC), wat uiteindelijk leidt tot een verslechterde prognose en verhoogde behandelingsresistentie6. Volwassen en foetale hepatocyten gebruiken ook collectieve migratie bij het bewegen van de milt naar binnen in de lever tijdens leverherbevolking. In vivo beeldvormingsstudies hebben aangetoond dat getransplanteerde hepatocyten binnen enkele uren de poortader binnengaan en vervolgens de capillairen, waarbij ze migreren door de lever sinusoïden en door het leverweefsel7,8,9. Ten slotte tonen recente studies aan dat migrerende HB's zich voordoen tijdens leverregeneratie bij muizen en mensen, met enig bewijs van beweging in vellen10. Al met al speelt levercollectieve migratie, die in staat is tot meerdere modi van morfogenese, een belangrijke rol bij organogenese, kanker, hepatocytcellentherapie en leverregeneratie.
Talrijke genetische studies hebben de moleculaire paden onderzocht die ten grondslag liggen aan 3D collectieve levercelmigratie. Deze studies onthullen dat de afwezigheid van leverkoorden de levervorming belemmert, wat de noodzaak onderstreept van leverkoordvorming en hun interacties met ondersteunende cellen voor levervorming1,11,12,13. Deze studies tonen ook aan dat levergroei wordt geïnitieerd door verschillende factoren, waaronder FGF-2 uitgescheiden door het cardiale mesoderm, BMP4 uitgescheiden door het omringende mesenchym, HGF en interacties met endotheelcellen. Daarnaast spelen transcriptiefactoren geassocieerd met migratie, waaronder HEX, PROX1 en TBX3, cruciale rollen2,14. Concluderend bieden genetische studies bewijs dat oplosbare factorsignalering, die leidt tot transcriptiefactorexpressie, migratie, signalering en moleculaire interacties tussen HB's en hun omringende mesenchym aandrijft.
Hoewel celmigratie in de vroege leverorganogenese uitgebreid is onderzocht, gebruiken huidige in vitro studies van hepatische migratie vaak 2D-assays met zeer migrerende HCC-cellen naast in vivo tumormodellen15. Deze studies hebben inzicht gegeven in verschillende factoren die de hepatische migratie beïnvloeden, waaronder TGFβ-116, c-Myc17, YAP18, goosecoid19, actopaxin20 en miRNA's21,22,23. Hoewel er opmerkelijke vooruitgang is geboekt in het begrijpen van de moleculaire mechanismen in 3D hepatische celmigratie, suggereren de duidelijke verschillen tussen 2D en 3D cellulaire migratie dat 2D-assays inherente beperkingen hebben. Bovendien missen deze modellen vaak de inbedding van mesenchymale celtypen, die essentieel zijn voor zowel migratie als groei. Hoewel er vooruitgang is geboekt in de ontwikkeling van 3D-modellen voor levermigratie die het ondersteunende mesenchym integreren, leggen deze modellen voornamelijk de nadruk op co-migratie in plaats van het onderzoeken van de verschillende modi van collectieve migratie.
Het vermogen om weefsels te genereren uit sferoïden via verschillende zelfassemblage- en morfogenetische processen vergemakkelijkt de wetenschappelijke verkenning van synthetische weefsels. Deze weefsels hebben brede toepassingen in medicijnontwikkeling en -screening, ziektemodellering, therapie en andere biomedische en biotechnologietoepassingen. De methodologische details van verschillende 3D in vitro cultivatiesystemen die zijn ontworpen om verschillende modi van lever 3D collectieve migratie te vertonen, worden gegeven. Deze systemen omvatten (1) co-sferoïdcultuur met HEP en MES sferoïden in een matrix, (2) HEP sferoïdmatrix druppel gekweekt met M-CM, (3) HEP-MES gemengde sferoïden en (4)