使用 3D 矩阵的入侵检测

Cell Biology

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Summary

细胞外基质 (ECM) 是一个网络,提供一个结构框架为细胞和组织的分子并帮助简化细胞间隙连接通讯。得到了三维细胞培养技术,更准确地建模对于体外研究这个细胞外的环境。虽然通过 3D 矩阵的迁移过程中的许多细胞过程是类似于那些需要运动跨刚性的 2D 表面,包括遵守,ECM 通过迁移也需要细胞调节并入侵这个聚合物网 ECM。

在本视频中,我们将介绍的结构和功能的 ECM 和细胞通过它的迁移的基本机制。然后,我们将检查管形成的血管内皮细胞,其步骤可以推广到其他基于三维矩阵的实验测定的协议。我们将完成由探索可以解决使用 ECM 入侵检测的其他几个生物学的问题。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 细胞生物学精要. 使用 3D 矩阵的入侵检测. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

科学家开发了 3D 模型更准确地研究细胞侵润和迁移过程。而最传统的细胞培养系统是 2D,我们组织中细胞存在于分子称为细胞外基质或 ECM 3D 网络内。虽然许多在 2D 和 3D 的细胞运动所需的机械过程类似,降低刚度的 ECM 相比,塑料表面,迁移,第三密度的加法和穿行在 ECM,聚合物长网物理障碍等因素都呈现细胞相比二维迁移到不同的挑战。

这个视频将简要介绍的基本功能和结构的 ECM,其中细胞调节,并通过它迁移的机制。接下来,我们将讨论用来研究内皮细胞入侵的一般协议。最后,我们将重点介绍几个应用程序的 3D 矩阵研究不同的生物学问题。

让我们开始通过检查的组成 ECM 和细胞如何与它交互。

ECM 执行许多功能,如提供的支持细胞,促进细胞间的沟通,和分离组织。ECM 成分在不同组织之间不同,有不同的生物学特性,但它可以分为两大类型。基底膜是锚定及分离组织,而间质矩阵围绕和支持组织内的细胞。间质矩阵是主要组成的纤维状蛋白质骨胶原,但是也包括弹性蛋白和纤维粘连蛋白。

几种生物工艺需要对细胞迁移通过 ECM。第一个是细胞与基质粘附,涉及称为整合素的跨膜蛋白。这些链接到单元格的内部支架,称为细胞骨架的 ECM。

另一个进程是细胞骨架的结构重排。这将导致形成了专门结构称为新陈代谢,这是到其周围的基质细胞的突起。最后一步是 ECM 调制。这通常涉及到称为基质金属蛋白酶或蛋白酶,在新陈代谢中积累并降低周围的 ECM,促进细胞侵袭的降解分子。3D 矩阵入侵检测允许科学家可视化和研究这个复杂的过程。

现在,你已经熟悉 ECM 和及其与细胞的相互作用,让我们看一下学习形式肾小管内皮细胞的 ECM 入侵的协议。通过培养内皮细胞在 3D 环境中的,一个可以模拟血管的生长,也被称为血管生成,是重要的在正常的发展,以及癌症的生物过程。

第一内, 皮细胞,和单细胞悬液治疗用胰蛋白酶,蛋白酶的细胞和它们穿过网格过滤器准备分手细胞团块。3D 矩阵,通常组成的胶原、 纤维蛋白、 层粘连蛋白或更复杂的这些组件组合 — — 这可以编写在实验室或从商业供应商订购 — — 然后解冻在冰上。因为大多数 ECM 筹备工作在较高温度下聚合,它有利于保持其他设备和试剂冷以及。将细胞悬浮液混合与解冻的矩阵解的方法来嵌入细胞,和这种混合物放入细胞培养孵化器在较高的温度会导致要聚合的矩阵。

一旦设置了单元格包含矩阵,包含血管生成因子的文化媒体被添加到矩阵菜。使用延时显微镜软件,单个单元格可以然后跟踪观察他们通过矩阵的迁移。分析了所产生的图像,和单元格位置就用来计算运动的方向和距离在微米。然后可以绘制这些值以确定运动活动 — — 细胞的平均迁移率。最后,管网络的形成观察和分析使用可视化软件来识别节点、 管和循环等功能。

现在,让我们探索 3D 矩阵在具体实验中的几个应用程序。

细胞迁移被介导细胞细胞骨架的活动调制。在这个实验中,胶原矩阵被编写并与混合含红色荧光蛋白,以便可视化的污点。单个单元格的扁球体,是自由浮动的细胞簇,分离和嵌入在胶原基质。后孵化,嵌入式的细胞被染色的细胞骨架的特定组件,和的荧光显微成像。研究人员观察到细胞骨架组件和其改变细胞迁移通过 ECM。

科学家们还可以研究 ECM 的属性对迁移的影响。使用同心凝胶体系,细胞在哪里嵌入在包围的不同浓度的外部矩阵内部凝胶基质中,科学家可以跟踪使用延时显微镜来研究他们从内部凝胶迁移到最初无细胞外的凝胶的细胞。研究人员观察到更大的刚度,凝胶剂浓度较高导致了细胞位移和细胞迁移的总距离增加。

最后,矩阵入侵检测可以在活着的动物研究在器官特异性的上下文中的血管内执行。在这里,纤维蛋白凝胶 — — 其生物可降解性组织工程中常用 — — 被生成,其次是植入小鼠肺组织凝胶被关押到位的"胶水"由蛋白纤维蛋白原。细胞迁移和新血管生成被允许发生以下 7 至 30 天之后,肺和纤维蛋白凝胶处死,固定,和切片。这些部分的成像显示血管和肺泡形成植入凝胶,给研究人员这一关键的肺发育方面的洞察在其体内设置中。

你刚看了朱庇特的视频对细胞外基质入侵检测方法。这个视频组成的 ECM 和如何细胞迁移通过它提出了一个简单的协议,研究内皮细胞迁移一个 3D 的矩阵,通过讨论和强调了几个细胞的过程,目前正在研究在细胞外基质相互作用的上下文中。因为内源性细胞迁移发生在 3D 空间中,这些生物的条件最佳模拟 3D 的栽培技术。在基体组成的改进将继续使科学家能够更准确地复制和细胞迁移在实验室里研究。一如既往,感谢您收看 !

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