$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Inwazja komórek to ważny proces, który pozwala komórkom przekraczać bariery błony podstawnej w odpowiedzi na sygnały środowiskowe dostarczane przez komórki zrębu. Jest to kluczowy krok na kilku etapach rozwoju odpowiedzi immunologicznej, gojenia się ran, naprawy tkanek i nowotworów złośliwych, które mogą rozwijać się od miejscowych zmian do nowotworów inwazyjnych i przerzutowych1. Testy opracowane wcześnie w celu pomiaru potencjału inwazyjnego populacji komórek zazwyczaj generują pojedynczy pomiar końcowy lub wymagają wstępnego znakowania komórek inwazyjnych2. Integracja technik mikroelektroniki i mikrofluidyki jest obecnie rozwijana w celu wykrywania różnych aspektów biologii komórki, takich jak żywotność, ruch i przyczepienie, za pomocą impedancji elektrycznej żywych komórek na mikroelektrodach3,4. Pomiar impedancji pozwala na bezznacznikową, nieinwazyjną i ilościową ocenę stanu komórek3. Poniżej opisujemy trzykomorową tablicę opartą na projekcie systemu analizy komórkowej w czasie rzeczywistym (RTCA), który został opracowany przez Abassi et al.5. Trzykomorowa matryca pozwala na ocenę współhodowanych komórek pod kątem inwazji komórkowej i odzyskiwania komórek inwazyjnych w celu dodatkowych analiz lub ekspansji.
W systemie analizatora komórek, komórki przenikają przez zewnątrzkomórkową matrycę pokrytą porowatą membraną i docierają do międzypalcowej matrycy elektrod umieszczonej po przeciwnej stronie bariery. Ponieważ komórki inwazyjne z czasem nadal przyczepiają się i zajmują ten układ elektrod, impedancja elektryczna zmienia się równolegle. Obecny system składa się z 16-dołkowej płytki do inwazji i migracji komórek (CIM) z dwiema komorami. Przyrząd RTCA-DP (dual purpose) (zwany dalej analizatorem ogniw dwufunkcyjnych) zawiera czujniki do pomiaru impedancji oraz zintegrowane oprogramowanie do analizy i przetwarzania danych impedancji. Wartości impedancji na linii podstawowej zależą od siły jonowej mediów w studzienkach i zmieniają się, gdy ogniwa przyczepiają się do elektrod. Zmiany impedancji zależą od liczby ogniw, ich morfologii i stopnia, w jakim ogniwa przyczepiają się do elektrod. Pomiar studzienek z pożywką przed dodaniem komórek jest uważany za sygnał tła. Tło jest odejmowane od pomiarów impedancji po osiągnięciu równowagi z ogniwami przyczepiającymi się i rozchodzącymi na elektrodach. Niemianowany parametr stanu ogniw na elektrodzie, określany jako indeks ogniwa (CI), oblicza się w następujący sposób: CI = (impedancja po równowadze - impedancja w przypadku braku ogniw) / nominalna wartość impedancji6. Gdy porównuje się szybkości migracji różnych linii komórkowych, Delta CI może być używana do porównywania stanu komórek niezależnie od różnicy w przyłączeniu, która jest reprezentowana w pierwszych kilku pomiarach.
Nowo zaprojektowana trójkomorowa tablica bazuje na istniejącym projekcie i wykorzystuje górną komorę z dwufunkcyjnego systemu analizatora komórek, który zawiera elektrody. Zmodyfikowane komory środkowe i dolne są przystosowane do dopasowania zespołu do dwufunkcyjnego analizatora celowego do pomiaru i analizy impedancji za pomocą zintegrowanego oprogramowania. Dwa główne postępy, które nowy projekt zapewnia w stosunku do istniejącej dwukomorowej płytki CIM (zwanej odtąd płytką analizatora komórek) to: i) zdolność do odzyskiwania, a następnie analizowania inwazyjnych subpopulacji komórek, które są obecne w heterogenicznych mieszankach komórkowych oraz ii) opcja oceny wpływu czynników wydzielanych z kokulturowanych komórek zrębowych lub odpornościowych na inwazję komórek (Rysunek 1).
Ta technologia może być przydatna do badania subpopulacji komórek o różnych zdolnościach inwazyjnych. Obejmuje to a) inwazyjne komórki rakowe, które atakują otaczające tkanki lub naczynia krwionośne i limfatyczne lub wynaczyniają w miejscach wysiewu przerzutów w odległych narządach, (b) komórki układu odpornościowego, które atakują tkanki w celu zwalczania patogenów lub chorych komórek, (c) komórki śródbłonka, które atakują tkanki, tworząc nowe naczynia krwionośne podczas reorganizacji tkanek lub gojenia się ran, a także (d) komórki zrębu z mikrośrodowiska guza, które wspierają i atakują wraz z komórkami rakowymi. Podejście to pozwala na włączenie przesłuchów zrębowych, które mogą modulować ruchliwość i inwazję komórek. Przedstawione tutaj studia wykonalności wykorzystują tę zmodyfikowaną matrycę skoncentrowaną na inwazji komórek rakowych i interakcji ze zrębem jako systemie modelowym, w tym inwazji śródbłonka w odpowiedzi na zróżnicowane sygnały z komórek rakowych. Podejście to można ekstrapolować w celu wyizolowania komórek rakowych i innych typów komórek, takich jak subpopulacje komórek odpornościowych, fibroblasty lub komórki śródbłonka. Przetestowaliśmy inwazyjne i nieinwazyjne ustalone linie komórkowe raka piersi jako dowód zasadności. Wykorzystaliśmy również komórki z inwazji ksenoprzeszczepu pochodzącego od pacjenta (PDX) w odpowiedzi na komórki odpornościowe z ludzkiego szpiku kostnego, aby wykazać możliwość wykorzystania w przyszłości również w klinicznych warunkach diagnostycznych. PDX to tkanki nowotworowe pacjenta, które są wszczepiane do modelu myszy z obniżoną odpornością lub humanizowanym, aby umożliwić badanie wzrostu, progresji i opcji leczenia dla pierwotnego pacjenta7,8.