3D-analyse van multi-cellulaire reacties op chemoattractant gradiënten

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

doi:10.3791/59226

Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

3D-analyse van multi-cellulaire reacties op chemoattractant gradiënten

6.5K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/59226

⸱

24 mei 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 dit artikel

Samenvatting

We beschrijven een methode om apparaten te construeren voor 3D-cultuur en experimenten met cellen en multicellulaire organoids. Dit apparaat maakt analyse van cellulaire reacties op oplosbare signalen in 3D-micromilieus met gedefinieerde chemoattractant gradiënten. Organoids zijn beter dan enkele cellen bij de opsporing van zwakke luidruchtige ingangen.

Samenvatting

Verschillende beperkingen van de 2D-cel cultuursystemen hebben gevonkt interesse in 3D-cel cultuur en analyse platforms, die beter zou nabootsen van de ruimtelijke en chemische complexiteit van levende weefsels en na te bootsen in vivo weefsel functies. Recente ontwikkelingen in de microfabricage technologieën hebben de ontwikkeling van 3D in vitro omgevingen vergemakkelijkt waarin cellen kunnen worden geïntegreerd in een goed gedefinieerde extracellulaire matrix (ECM) en een gedefinieerde set van oplosbare of matrix geassocieerde biomoleculen. De technologische belemmeringen hebben echter hun wijdverbreide gebruik in onderzoekslaboratoria beperkt. Hier beschrijven we een methode om eenvoudige apparaten te construeren voor 3D-cultuur en experimenten met cellen en multicellulaire organoids in 3D-micromilieus met een gedefinieerde chemoattractant gradiënt. Wij illustreren het gebruik van dit platform voor de analyse van de respons van epitheelcellen en organoids naar gradiënten van groeifactoren, zoals epidermale groeifactor (EFG). EFG gradiënten waren stabiel in de apparaten voor enkele dagen die leiden tot gerichte Branch vorming in de borst organoids. Deze analyse konden we concluderen dat collectieve gradiënt sensing door groepen van cellen is gevoeliger versus enkele cellen. We beschrijven ook de fabricagemethode, die niet nodig fotolitho grafie faciliteiten, noch geavanceerde zachte lithografie technieken. Deze methode zal nuttig zijn om 3D cellulair gedrag te bestuderen in de context van de analyse van de ontwikkeling en pathologische staten, met inbegrip van kanker.

Inleiding

In fysiologische omgeving, cellen zijn ingebed in een extracellulaire matrix (ECM) en blootgesteld aan een overvloed aan biomoleculen. Interacties tussen cellen en de omliggende omgeving reguleren intracellulaire processen die diverse fenotypes beheersen, waaronder migratie, groei, differentiatie en overleving¹^,². Er is veel geleerd over cellulair gedrag in een conventionele 2D-cel cultuur. Echter, met de komst van intravital Imaging en experimenten met cellen ingebed in 3D-hydrogels, belangrijke verschillen in cel gedrag zijn erkend in de vereenvoudigde 2D in vitro culturen versus 3D-weefsel-achtige omgevinge....