Summary
Мы представляем экономически эффективный метод анализа миграции царапин, который обеспечивает новый подход к определению миграции клеток без использования интенсивных методов. Хотя фибробласты были использованы в этом протоколе, он может быть адаптирован и использован для изучения дополнительных типов клеток и влияний на миграцию клеток.
Abstract
Миграция клеток является ключевым компонентом как физиологических, так и патологических явлений. Нормальная миграция клеток необходима для основных функций, таких как развитие и монтаж иммунного ответа. Когда дефект или изменение происходит с процессом миграции клеток, это может иметь пагубные последствия (т.е. метастазы рака, заживление ран, и рубцовое образование). В связи с важностью миграции клеток необходимо иметь доступ к анализу миграции клеток, который является доступным, адаптируемым и повторяемым. Используя общий анализ миграции царапин, мы разработали новый подход к анализу миграции клеток, использующий общее лабораторное оборудование. В описанном методе используются визуальные маркеры, позволяющие отвоевать конкретные области, представляющие интерес, без использования замедленной микроскопии. Кроме того, он обеспечивает гибкость в экспериментальной конструкции, начиная от изменения субстрата матрицы миграции и до добавления фармакологических модификаторов. Кроме того, в этом протоколе излагается способ учета области миграции клеток, который не учитывается несколькими методами при изучении миграции ячееок. Этот новый подход предлагает анализ миграции царапин для более широкой аудитории и предоставит больше возможностей для исследователей, чтобы изучить физиологическое и патофизиологическое воздействие миграции клеток.
Introduction
Миграция клеток имеет решающее значение для многих физиологических, а также патологических событий. Это необходимо во время развития, для монтажа иммунного ответа, а также для правильногозаживления ран 1,2,3. Многие из этих событий миграции клеток могут быть вызваны физическими или химическими сигналами. Например, во время иммунного ответа, лейкоциты будут мигрировать к месту травмы в ответ на химиотерапию2. Кроме того, лейкоциты будут также выпускать цитокины, чтобы вызвать миграцию дополнительных иммунных клеток, а также других типов клеток, таких как фибробласты, которые участвуют в процессе заживления ран, и, таким образом, инициируя многоклеточныйответ 4. Способность клеток мигрировать имеет важное значение для правильной физиологической функции; однако, когда миграция клеток проходит бесконтрольно, она может иметь неблагоприятную реакцию и способствовать патологическим событиям, таким как хроническое воспаление, сосудистые заболевания, метастазырака, и нарушение заживления ран 2,3,4,5,6,7. Нарушение заживления ран является распространенным недугом диабетиков из-за дефектов в миграции клеток, и если эти дефекты не рассматриваются, это может привести к дальнейшим осложнениям (например,ампутация 8,9). Это исследование, как и другие, указали на необходимость дальнейшего понимания процесса, с помощью которого происходит миграция клеток, либо при нормальных физиологических или патологических условиях, и это имеет жизненно важное значение для дальнейшего этой области исследований. Для достижения этой цели необходимо провести миграционные анализы, которые были бы доступны и доступны для тех исследователей, которые могут не обладать оборудованием, необходимым для проведения этих анализов.
В настоящее время имеются различные миграционные анализы для изучения широкого круга вопросов, касающихся миграции клеток. Разработаны как 2D, так и 3D-модели миграции, каждая из которых ориентирована на конкретные области, влияющие на миграцию клеток. 3D-модели миграции, как правило, связаны с исследованиями вторжения клеток и оценивают влияние внеклеточной матрицына миграцию клеток 10,11,12, в то время как 2D-анализы миграции имеют больший диапазон применения и в первую очередь используются для изучения химиотатической миграции, заживления ран и функциональных изменений вовремя миграции клеток 13,14,15,16. Некоторые из этих анализов требуют дополнительного оборудования, таких как камеры Бойдена или кольца исключения, которые могут уменьшить доступность этих анализов для некоторых исследователей. Одним из наиболее экономически эффективных анализов является анализ царапин, который обычно используется для оценки заживления ран и общих изменений вмиграции клеток 14,17. В то время как большинство лабораторий оснащены для проведения анализа царапин, оборудование, используемое для отслеживания миграции клеток, как правило, либо недоступно, либо слишком дорого для покупки. Это включает в себя промежуток времени микроскопии, которая требует перевернутого микроскопа и живой системы визуализации. Эти дорогие единицы оборудования не являются общедоступными для каждой лаборатории. Таким образом, это наблюдение подчеркивает необходимость нового протокола, который позволяет оценить миграцию клеток с более доступным оборудованием.
Представленный здесь протокол предоставляет новый и доступный способ оценки миграции клеток. Этот метод следует той же процедуре, связанной с анализом царапин, но отличается в анализе изучения миграции клеток, используя оборудование, более широко доступное в лабораторных условиях фундаментальных наук. Этот протокол с использованием общего оборудования позволяет более точно определить миграцию клеток без использования замедленной микроскопии. Помимо определения миграции, этот метод также определяет переменные факторы в области царапин, которые, как было отмечено, оказывают значительное влияние на миграцию клеток. В целом, этот новый протокол для анализа миграции клеток дает возможность для большего числа лабораторий изучить и внести свой вклад в область миграции клеток.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Общая культура клеток
- Культура сердечных фибробластов в модифицированных орлов Dulbecco средний (DMEM), содержащий 1 г / л глюкозы, пируват натрия, L-глутамин, и дополнен 14,2 мМ НаГКО3, 14,9 мМ HEPES, 15% тепловой инактивированной сыворотки крупного рогатого скота плода (FBS), 2% L-глютамина, и 0,02% противомикробных реагентов (см. Таблицу материалов)и поддерживается в инкубаторе CO2 при температуре 37 градусов по Цельсию.
- Культура сердечных фибробластов до 90-95% слияние достигнуто при прохождении 0 (P0). На данный момент фибробласты готовы быть разделены на пластину из 48 колодец, которая используется для анализа миграции.
2. Подготовка миграционной плиты
- Подготовь 48-хорошо пластины клеточной культуры, рисуя линию, используя желтый или светлого цвета постоянный маркер, вниз по центру колодец. Затем нарисуйте три хэш-метки, разделяющие колодец на три отдельные области, представляющие интерес. Эти разделы будут использоваться для визуализации.
ПРИМЕЧАНИЕ: Использование светлого цвета постоянного маркера позволит легко изображения мигрирующих клеток. Темные маркеры, такие как черный или синий, предотвратит визуализацию мигрирующих ячеек. - При оценке миграции на субстрате (например, коллагене) покрыть колодец в это время следуя инструкциям и концентрациям, используемым для конкретного субстрата.
- Плита 15000-20000 сердечных фибробластов, P1, в каждый колодец и культурных клеток, в нормальных условиях культивирования (условия, перечисленные в предыдущем разделе), пока они не достигнут 90-95% слияния. Слияние должно быть достигнуто между 24-48 часов.
ПРИМЕЧАНИЕ: При настройке миграционной пластины убедитесь, что включают положительный контроль (известная миграционная ячейка, такие как 3T3клетки 18), отрицательный контроль (нестратные клетки) и пустой колодец.
3. Анализ миграции царапин и фиксация
- Как только клетки достигают 90-95% слияния, удалите средства массовой информации и поцарапать вдоль нарисованной линии с помощью стерильной P200 пипетки отзыв.
ПРИМЕЧАНИЕ: P200 пипетки отзыв общий наконечник пипетки размера используется с нуля анализ10,14,19. Кроме того, только сделать один проход с P200 отзыв, как более чем одна попытка может привести к нескольким линиям нуля. - Промыть колодец с низким содержанием средств сыворотки (1,5% FBS), чтобы удалить любые непривязанные сердечные фибробласты.
- Добавьте 500 МКЛ с низким содержанием сыворотки в каждую колодец. При использовании каких-либо фармакологических агентов, добавить их в это время.
ПРИМЕЧАНИЕ: Низкие средства массовой информации сыворотки используется, потому что это позволяет / способствует миграции клеток происходит и предотвращает фибробласты от распространения, которые могут исказить результаты миграциианализ 20. Для этого протокола было использовано 1,5% FBS. - Захват 0 ч изображения перед инкубацией фибробластов в 5% CO2 инкубатор при 37 градусов по Цельсию в течение 24 ч.
- Захват 0 ч изображения с помощью перевернутого микроскопа с 20x цели. Возьмите два 0 ч изображения на колодец. Это позволит обеспечить более полное охват линии миграции.
- Используя разметку (линию и тире), распоить колодец, чтобы захватить верхнюю половину линии царапины. Избегайте изображения среднего тире, чтобы убедиться, что одна и та же область миграции не изображена дважды, что может исказить результаты.
- Используйте программное обеспечениедля визуализации (Таблицаматериалов), чтобы захватить 0 ч изображения #1. Затем переместив пластину, чтобы распоить нижнюю половину хорошо / линии нуля в виде камеры. Опять же, избежать захвата среднего тире. Оказавшись на месте, захват 0 ч изображения #2 (Рисунок 1).
ПРИМЕЧАНИЕ: Избегая среднего тире в обоих 0 ч изображения будут препятствовать захвату областей миграции в два раза, которые, если сделать может привести к повторению результатов и исказить данные.
- После инкубации в течение 24 ч, удалить средства массовой информации из хорошо, и мыть хорошо с 1x нестерильной PBS (отныне все 1x PBS используется нестерильный).
- В паровой капюшон добавьте 500 МКЛ из 4% параформальдегида в колодец и инкубировать в течение 10 минут при комнатной температуре (RT).
- Удалите параформальдегид и мыть 3x с 1x PBS в течение 5 минут каждый на RT.
- После того, как клетки промывают, приступить к захвату 24 ч изображения или добавить 1x PBS к каждому хорошо и место при 4 градусов по Цельсию до более позднего времени. Клетки могут оставаться на уровне 4 градусов по Цельсию в течение 1-2 недель, пока не будут готовы к изображению.
- Перемеабилизировать клетки, добавив 300 МКЛ пермябилизирующего раствора (1x PBS и 0.01% тритон X-100) к каждой колодец. Инкубировать клетки / пластины с нежным, постоянное качание в течение 30 минут на RT.
- Удалить проницаемый раствор и добавить 1% Coomassie Блестящий синий пятно (3% Coomassie Блестящий синий, 10% уксусной кислоты, 45% метанола, и 45% dH2O) в течение 10 мин с нежным, постоянно качания на RT.
ПРИМЕЧАНИЕ: Если пластины покрыты внеклеточной матрицы субстрата убедитесь, что проверить покрытием пластины с Coomassie окрашивания перед проведением миграции анализа. Рисунок 2 показывает, что матричный субстрат может быть использован с помощью этого анализа и не влияет на визуализацию клеток. - Вымойте скважины 3x с 1x PBS на RT с постоянным качания в течение 5 минут каждый.
- После мытья, добавил 300 йл 1x PBS и захватить 24 ч изображений.
- Захват 24 ч изображения путем выравнивания хорошо в том же положении, которое было использовано для захвата 0 ч изображений. Для достижения этой цели откройте ранее захваченные изображения 0 ч и используя маркировку, сделанную с помощью постоянного маркера, выровнять колодец в том же положении. Линия посередине и дополнительные знаки тире должны позволить тесное выравнивание между изображением 24 ч и изображением 0 ч(рисунок 1).
4. Подготовка изображений 0 ч и 24 ч
- Откройте 0 ч и 24 ч изображения, сделанные из той же хорошо и положение в изображении программного обеспечения(Таблица материалов).
- Создайте новый слой на изображении 0 ч. Затем нажмите на новый слой и измените название слоя на "линейный слой", дважды нажав на текст.
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот слой будет называться линейным слоем с этого момента. - Нажмите на инструмент кисти (значок кисти) и установите размер на 10 px и цвет до красного цвета.
- При выборе слоя линии нарисуйте две отдельные линии, которые обрисовают область царапины. Линии не должны касаться каких-либо ячеек из-за этих линий, обозначая область миграции.
- Нажмите на инструмент Move Tool (значок стрелки), а затем нажмите кнопку Ctrl и нажмите на линейный и фоновый слои.
- Нажмите в центре изображения 0 ч и перетащите оба этих слоя к середине изображения 24 ч.
- Теперь, используя изображение 24 ч, нажмите на фоновый слой 0 ч и измените непрозрачность до 50%.
- Удерживая кнопку Ctrl, нажмите на фоновый и линейный слой 0 ч, а затем освободите преобразованиеслоев (Edit'gt;Free Transform). Используя свободную трансформацию, выровняйте фон и изображение линии 0 ч с фоновым изображением 24 ч. Этот шаг приводит к наложению изображения 0 ч и 24 ч, которое необходимо для позиционирования линий, которые отмечают область миграции в правильном положении на изображении 24 ч.
- После успешного наложения фоновых и линейных слоев 0 ч на фоновое изображение 24 ч удалите фоновый слой 0 ч. Удалите, нажав на фоновый слой 0 ч, затем нажмите правой кнопкой мыши и нажмите на слой удаления.
- Удаление фонового изображения 0 ч оставит только линию и фоновый слой 24 ч (теперь именуемый миграционным изображением). Слой линии будет указывать область миграции/царапины на изображении 24 ч и может быть использован для определения количества мигрирующих ячеек.
- Сохранить в качестве нового изображения миграции, как фотошоп файл и TIFF / JPEG. ПРИМЕЧАНИЕ: репрезентативная фигура, изображающая этот процесс, представлена на рисунке 3.
5. Подсчет количества мигрирующих ячеек
- Откройте изображение миграции. Это можно сделать в программе, которая принимает файлы TIFF/JPEG(Таблица материалов).
- Подсчитайте количество ячеек, расположенных между ними, а также касаясь двух красных линий.
- Запись количества мигрирующих ячеек на изображение. На колодец будет по два мигрирующих изображения, и эти значения не следует комбинировать до тех пор, пока значения не будут исправлены для области миграции (подробно описано в следующем разделе).
6. Определить область миграции
- Откройте изображение 24 ч, которое содержит линии миграции в программе визуализации в разделе 5(Таблица материалов).
- Сохранить, как это изображение, как "Миграция района изображения".
- После сохранения нажмите на фоновый слой, нажмите правой кнопкой мыши и нажмите на слой удаления. Это должно оставить только царапины на изображении(рисунок 3).
- Использование инструмента кисти (иконка кисти) заполняет область между линиями царапин. Соейте цвет кисти с цветом, используемым для нарисовки линий для миграции.
- Измените изображение на серую шкалу, чтобы создатьчерно-белое изображение (Изображение,gt;Mode'gt;Grayscale), а затем сохранить изображение(рисунок 4).
- Запустите программное обеспечение анализа(Таблица материалов),а затем откройте файл "Область миграции" в рамках программного обеспечения анализа.
- Чтобы определить область линии миграции, щелкните Изображение Черная область миграции покраснеет, а процентная область будет указана в пороговом поле. Область будет сообщена в процентах от площади линии миграции охватывает по сравнению со всей области, захваченной на изображении.
- Завехать процентную область для линии миграции и убедитесь, что это значение в паре с числом мигрирующих ячеек для одного и того же изображения.
7. Анализ данных
- Нормализует количество мигрирующих ячеек в процентную область царапины. Разделите число мигрирующих ячеек на процентную область линии миграции (« мигрировавшие ячейки % Область миграции)... Делайте это на изображение, а не в среднем на основе миграции на колодец.
- После нормализации значений на изображение добавьте значения двух изображений, которые представляют собой индивидуальный колодец. Это значение будет использоваться для графического и статистического анализа. Если экспериментальный дизайн содержал несколько репликаций. Средние значения репликации до статистического анализа.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Эта процедура документирует новый подход к изучению миграции клеток, который является экономически эффективным и легко адаптируемым для большинства лабораторий. Во многих исследованиях используется промежуток времени микроскопия для оценки миграции клеток, однако оборудование, необходимое для этого метода, не всегда доступно для многих лабораторий. В то время как использование линий и тире для демаркации позволяет вернуть конкретные области, представляющие интерес в разные моменты времени безиспользования дорогостоящего оборудования (рисунок 1 и рисунок 3). Хотя использование демаркаций имеет важное значение для этого нового подхода, существует много областей этого метода, которые могут быть адаптированы в соответствии с индивидуальными потребностями исследователей. Протокол указал конечную точку в 24 ч; однако эта конечная точка может быть расширена в зависимости от потребностей отдельной лаборатории. Корректировка конечной точки протокола может позволить продолжить культивирование клеток для дальнейшего использования. Кроме того, этот протокол позволяет гибко тестировать влияние фармакологических модификаторов, а также внеклеточных матричных субстратов на миграцию. Наконец, самым дорогостоящим компонентом этого метода является использование программного обеспечения для визуализации, которое может быть лицензированным программным обеспечением, но использование лицензированного программного обеспечения не является единственным вариантом. С помощью этого метода можно использовать другое программное обеспечение для визуализации, которое позволяет генерацию линий и наложения изображений. Кроме того, к экономически эффективному и адаптируемому характеру этого метода, он представляет собой новый подход к изучению миграции клеток путем факторинга области царапины.
Этот новый подход был недавно использован в Burr et al. 2020 для оценки различий в миграции сердечного фибробласта между клетками, изолированными от недиабетических и диабетическихсердец 20. На рисунке 3 представлены репрезентативные изображения, используемые для оценки миграции фибробластов. На основе этих изображений было установлено, что 46 фибробластов из неабетических сердец и 129 фибробластов из диабетических сердец мигрировали в течение 24 ч периода эксперимента. При групповых сравнениях, количество клеток из диабетических сердец мигрировали в 2,8 раз больше, чем клетки из небеабетических сердец (Таблица 1). Хотя эти результаты показали, клетки из диабетических сердец мигрировали больше, цифры вводят в заблуждение, потому что область нуля отличается для каждой из двух групп. Не диабетической области нуля составил 24,78% от общей площади измеряется, в то время как диабетическая миграция нуля составила 16,77% от общей площади измеряется. Когда область царапины была рассмотрена, она предоставила соотношение (количество клеток /% нуля области), указывая, что фибробласты из диабетических сердец на самом деле мигрировали 4,13x больше, чем клетки из не-диабетических сердец. Эти результаты подчеркнули важность рассмотрения области миграции при проведении миграционных анализов.
Нормализация в области миграции обеспечивает лучшую и более строгую оценку миграции клеток и сводит на нет потенциальную человеческую ошибку. В то время как описанный метод использует наконечник пипетки P200, который должен обеспечить равномерное и последовательное царапины, неравномерные царапины могут произойти из-за человеческих несоответствий. На рисунке 5 подчеркивается важность факторинга различий в области царапин. Если сравнить только количество мигрирующих фибробластов, то это покажет, что на рисунке 5A имеется в два раза больше мигрирующих ячеек по сравнению с рисунком 5B. В то время как, когда область царапины используется для нормализации данных, это указывает на то, что отношение фибробластов к области миграции аналогично как на рисунке 5A, так и на рисунке 5B. Для этого примера мы использовали необработанные недиабетические сердечные фибробласты из различных фибробластовых изоляций; таким образом, аналогичное соотношение миграции должно быть ожидаемым результатом в связи с характером ячеек, используемых на рисунке 5. Если представить только количество мигрировавших ячеек, то эти выводы могут быть искаженными, если поцарапаемая область не однородна и последовательна во всех образцах. Поэтому важно учитывать поцарапаемую область с помощью этого метода, а также другие анализы миграции царапин. Представленные результаты, представленные на рисунке 5, показали, как нормализация числа мигрировавших ячеек в поцарапаемую область может представлять точные, повторяемые и надежные данные о миграции.
Рисунок 1: Диаграмма экспериментального дизайна для анализа миграции fibroblast нуля. Настройка: Перед покрытием клеток в хорошо, сделать линию и 3 тире марок на дне на пластине. 0 ч: Культурные клетки до 95% слияния и управлять царапины параллельно изображенной линии. Захват 0 ч изображения, выбрав раздел выше и ниже среднего тире. 24 ч: Разрешить клеткам мигрировать в течение 24 ч до фиксации и окрашивания. Для изображений 24 ч, выровнять хорошо в том же положении, как 0 ч изображения для захвата мигрировали клетки. Анализ: Очертуйте область миграции на изображении 0 ч, а затем наложите изображение 0 ч на изображение 24 ч для генерации изображений миграции и области. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 2: Представитель изображения, которые показывают Coomassie окрашивания не мешает визуализации клеток. Сердечные фибробласты были помыты либо нет коллагена (пластиковая тарелка), коллагена изолированы от недиабетических хвостов мышей, или коллагена изолированы от диабетических хвостов мышей. Клетки были использованы в анализе миграции царапин после описанных здесь методов. Клетки были окрашены 1% Кумасси Блестящий синий пятно, а затем изображения мигрирующих клеток были захвачены. Шкала, изображенная на изображении, составляет 100 мкм. Подробная информация об изоляции коллагена и/или миграции клеток на коллагене представлена в Burr et al.20. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 3: Репрезентативные данные, демонстрирующие разницу в миграции сердечного фибробласта между недиабетических и диабетических клеток. 0 ч и 24 ч изображения, используемые для расчета количества мигрирующих сердечных фибробластов, изолированных от недиабетических и диабетических мышей (красная линия изображает область миграции и изображения, сделанные в 20x с шкалой бар 100 мкм). Диабетические сердечные клетки имели 129 клеток мигрируют в области 16,77%, что дало коэффициент миграции 7,69. Неабетические фибробласты имели 46 клеток мигрировать с областью 24,78%, что привело к соотношению 1,86. Изображения, представленные на этой цифре, были использованы в результатах, представленных в Burr et al.20, но изображения, изображенные здесь, не были показаны в Burr et al.20. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 4: Диаграмма, которая изображает генерацию области изображения миграции. Шаг #1: Открытое изображение миграции, которое содержит строки миграции. Шаг #2: Изображение 24 ч удаляется, оставляя на линиях миграции в поле изображения. Шаг #3: Инструмент кисти был использован для заполнения области миграции. Шаг #4: Изображение преобразуется в серый масштаб, а затем сохраняется в качестве нового изображения. Шкала бар представляет 100 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 5: Пример воздействия различных миграционных зон на миграцию фибробластов. Недиабетические сердечные фибробласты были поцарапаны на пластиковых блюдах культуры и использованы в анализе миграции царапин, как описано выше (шкала бар 100 мкм). (A) 92 мигрировали фибробласты с процентной площадью 35,4%, что привело к миграции соотношение 2,60. (B) 45 фибробластов мигрировали с площадью 17,57%, что вычисляет соотношение 2,56. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
| Тип фибробласта | Среднее количество мигрирующих ячеек | Средняя площадь царапины | Номер ячейки к коэффициенту поцарапаемой области |
| Фибробласты из не-диабетических сердец | 46 | 24.78% | 1.86 |
| Фибробласты из диабетических сердец | 129 | 16.77% | 7.69 |
Таблица 1: Данные о миграции с помощью миграции с использованием недиабетических и диабетических фибробластов сердца. Количество неабетических и диабетических фибробластов, которые мигрировали были определены с помощью рисунка 3. Процентная область для каждого изображения была рассчитана с помощью описанных методов и ImageJ. Соотношение миграции было рассчитано путем деления числа мигрирующих фибробластов на процентную миграционную зону.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Этот новый подход к анализу миграции царапин обеспечивает более доступный метод для исследователей для изучения изменений в миграции клеток. Хотя этот анализ следует той же процедуре для администрирования царапины похож на другие анализы нуля, он предоставляет новый метод для визуализации и точного анализа миграцииклеток 10. Вместо использования оборудования интенсивных методов покадровой микроскопии и камер визуализации живых клеток, этот метод подробно использует широко доступное лабораторное оборудование. Используя общий перевернутый микроскоп и камеру, можно одновременно захватывать изображения миграции, сохраняя при этом согласованные культурные условия. Кроме того, этот метод обеспечивает точное изображение той же области, интересной без использования современного оборудования. Захват одной и той же области миграции позволит уменьшить несоответствия в определении миграции клеток и обеспечить более строгое и точное измерение миграции клеток. Наконец, этот метод учитывает область царапины. Хотя осторожность принимаются для сведения к минимуму человеческих изменений в царапинах, несоответствия все еще могут возникнуть, демонстрируя важность использования области в качестве нормализующего фактора в анализе миграции клеток. В целом, протокол, описанный выше, предоставляет новый подход к мощному инструменту, обычно используемому для оценки миграции клеток.
Разработка адаптируемого миграционного анализа предоставляет новые возможности для исследований. Представленный здесь анализ миграции имеет возможность быть измененным для изучения конкретных исследовательских вопросов. Изменения могут быть сделаны в отношении активации или ингибирования конкретных белков, представляющих интерес. Реагенты, такие как фармакологические модификаторы (агонисты или антагонисты) и РНК-интерференция, могут применяться к миграционному анализу до, во время или даже после миграции для решения вопросов о миграции и конкретных белках. Небольшой объем 48 хорошо блюдо также позволяет меньшее количество модификаторов, которые будут добавлены, что является еще одним экономически эффективным методом. Кроме того, этот анализ может быть изменен для изучения влияния внеклеточных матричных компонентов (ECM) на миграцию клеток. Недавно мы применили этот метод, где пластины клеточной культуры были покрыты коллагеном, изолированным от диабетических и недиабетических мышей, чтобы оценить влияние диабетической внеклеточной матрицы на миграциюсердечного фибробласта 20. Хотя это исследование используется изолированный коллаген, этот метод может быть адаптирован к другим внеклеточных компонентов, которые могут быть заинтересованы. Возможность оценить влияние миграции ECM очень полезна благодаря многочисленным исследованиям, указывающим на важность ECM длямиграции 20,21,22. Потенциальное осложнение, которое может возникнуть при использовании белков ECM и покрытии скважин высококонцентрированным раствором ECM, влияет на визуализацию клеток. Рекомендуется при использовании ECM, как коллаген, чтобы покрыть хорошо и пятно с Coomassie синий, чтобы увидеть, если ECM может визуально повредить визуализации клеток. Если ECM ухудшает визуализацию клеток, разбавление РЕШЕНИЯ ECM улучшит эту проблему и позволит визуализировать клетки на ECM.
Этот новый подход к старой методике действительно имеет некоторые ограничения. Этот метод был адаптирован к небольшой шкале (48-хорошо пластины клеточной культуры) и не может перейти на большие пластины легко. Благодаря размеру колодец и площади, запечатленной на снимках, этот протокол может документировать большую часть области миграции. Однако расширение этого метода до более крупных размеров может привести к захвату меньшей части области миграции. Это может быть потенциально решена за счет увеличения числа захваченных изображений, но, возможно, потребуется применить дополнительные методы для обеспечения того, чтобы область миграции, изображенная на изображении, можно было повторно можно было дать возможность повторно знать для изображений 24 ч. Кроме того, этот метод ограничивается ячейками, которые могут быть использованы в анализе миграции царапин. Ячейки, которые не реагируют в традиционном анализе миграции царапин, могут быть не идеальными для подхода, представленного в этой рукописи. Хотя этот подход имеет некоторые ограничения, изменение методов, описанных в этой рукописи, могло бы облегчить некоторые ограничения.
Анализ миграции царапин следует простому подходу, но есть некоторые важные шаги, которые необходимо предпринять для успешного анализа. Важным шагом является нарисовать указывающие знаки на дне колодец. Если индикаторы не нарисованы на скважинах, будет очень трудно/невозможно дифференцировать область, которая должна быть изображена для изображения 24 ч, а также предотвратить отвоевание той же области миграции. Кроме того, важно, чтобы вернуть ту же область миграции в 24 ч изображение, которое было захвачено в 0 ч изображения. Если та же область не захвачена на 24 ч, то наложение изображений для миграции не будет возможным. Без наложенных изображений невозможно определить, какие ячейки мигрировали. Наложенные изображения имеют решающее значение для такого подхода, поскольку они обеспечивают точное определение миграции клеток. Поскольку метод нуля не всегда обеспечивает прямые линии царапин, крайне важно, чтобы правильные области были изображены для создания наложенных изображений. Наложенные изображения обеспечивают основу для точности этого миграционного анализа, представленного в этой рукописи.
Новая адаптация анализа миграции царапин обеспечивает более доступный и гибкий подход к изучению миграции клеток. Предыдущие исследования миграции клеток использовали оборудование интенсивных методов, которые обычно не доступны для каждой лаборатории. Важное значение имеет разработка миграционного анализа, который имеет более широкий спектр доступности. В этой рукописи описан новый подход к старой методике, который повысит доступность для исследователей, заинтересованных в миграции клеток. Кроме того, этот метод обеспечивает возможность изменения среды клеточной культуры, будь то с помощью внеклеточных компонентов матрицы или использования фармакологических модификаторов, чтобы определить влияние, которое оказывает на миграцию клеток.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторов нечего раскрывать.
Acknowledgments
Эта работа поддерживается Армии США медицинских исследований премии #81XWH-16-1-0710, Университет Миссисипи школы фармации и Кафедра биомолекулярных наук.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Adobe All Apps | Adobe | This includes Adobe photoshop which is the imaging software used with this protocol | |
| Avant Pipette Tips 200ul Binding non-sterile | MIDSCI | AVR1 | Tips are autoclaved to sterilize |
| AxioCam Erc 5s Camera | Zeiss | 426540-9901-000 | |
| Coomassie Brilliant Blue R-250 | Fisher Scientific | BP101-25 | |
| Costar Flat Bottom Cell Culture Plates 48 Wells | Fisher Scientific | 07-200-86 | |
| DMEM with L-Glutamine, 1g/L glucose and sodium pyruvate | Fisher Scientific | MT10014CM | |
| Image J | NIH | This is a free software offered by the US government and is the analysis software used with this protocol | |
| Paraformaldehyde | Fisher Scientific | AC416785000 | |
| Premium US origin fetal bovine serum | Innovative Research | IFBS-HU | |
| Primocin | InvivoGEN | ant-pm-2 | This is the anitmicrobial used for with this procotol to culture cardiac fibroblasts |
| Zeiss Primovert Microscope | Zeiss | 491206-0002-000 | |
| Zen Blue Edition 2.3 software | Zeiss | software comes with camera purchase |
References
- Gilbert, S. F. Developmental biology. , Sinauer Associates, Incorporated. (1997).
- Luster, A. D., Alon, R., Von Andrian, U. H. Immune cell migration in inflammation: present and future therapeutic targets. Nature Immunology. 6, (2005).
- Yahata, Y., et al. A Novel Function of Angiotensin II in Skin Wound Healing Induction of Fibroblast and Keratinocyte Migration by Angiotensin II via Heparin-Binding Epidermal Growth Factor (EGF)-like Growth Factor-Mediated EGF Receptor Transactivation. The Journal of Biological Chemistry. 281 (19), 13209-13216 (2006).
- Trepat, X., Chen, Z., Jacobson, K. Cell Migration Single-Cell Migration. Comprehensive Physiology. 2 (4), (2012).
- Brand, S., et al. IL-22 is increased in active Crohn's disease and promotes proinflammatory gene expression and intestinal epithelial cell migration. American Journal of Physiology: Gastrointestinal and Liver Physiology. 290, 827-838 (2006).
- Chi, Z., Melendez, A. J. Role of Cell Adhesion Molecules and Immune-Cell Migration in the Initiation, Onset and Development of Atherosclerosis. Cell Adhesion & Migration. 1 (4), 171-175 (2007).
- Chen, H., Nalbantoglu, J. Ring cell migration assay identifies distinct effects of extracellular matrix proteins on cancer cell migration. BMC Research Notes. 7 (183), 1-9 (2014).
- Stewart, J. A., Massey, E. P., Fix, C., Zhu, J., Goldsmith, E. C., Carver, W. Temporal alterations in cardiac fibroblast function following induction of pressure overload. Cell and tissue research. 340 (1), 117-126 (2010).
- Darby, I. A., Laverdet, B., Bonté, F., Desmoulière, A. Fibroblasts and myofibroblasts in wound healing. Clinical, Cosmetic and Investigational Dermatology. , 7 (2014).
- Kramer, N., et al. In vitro cell migration and invasion assays. Mutation Research - Reviews in Mutation Research. 752 (1), 10-24 (2013).
- Even-Ram, S., Yamada, K. M. Cell migration in 3D matrix. Current Opinion in Cell Biology. (17), 524-532 (2005).
- Valster, A., et al. Cell migration and invasion assays. Methods. 37, 208-215 (2005).
- Pijuan, J., et al. In vitro cell migration, invasion, and adhesion assays: From cell imaging to data analysis. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 7, 1-16 (2019).
- Liang, C. C., Park, A. Y., Guan, J. L. In vitro scratch assay: a convenient and inexpensive method for analysis of cell migration in vitro. Nature Protocols. 2 (2), 329-333 (2007).
- Hulkower, K. I., Herber, R. L. Cell migration and invasion assays as tools for drug discovery. Pharmaceutics. 3 (1), 107-124 (2011).
- Walter, M. N. M., Wright, K. T., Fuller, H. R., MacNeil, S., Johnson, W. E. B. Mesenchymal stem cell-conditioned medium accelerates skin wound healing: An in vitro study of fibroblast and keratinocyte scratch assays. Experimental Cell Research. 316 (7), 1271-1281 (2010).
- Chaudhary, A., Bag, S., Barui, A., Banerjee, P., Chatterjee, J. Honey dilution impact on in vitro wound healing: Normoxic and hypoxic condition. Wound Repair and Regeneration. 23 (3), 412-422 (2015).
- Lipton, A., Klinger, I., Paul, D., Holleyt, R. W. Migration of Mouse 3T3 Fibroblasts in Response to a Serum Factor. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 68 (11), (1971).
- Ascione, F., Guarino, A. M., Calabrò, V., Guido, S., Caserta, S. A novel approach to quantify the wound closure dynamic. Experimental Cell Research. (352), 175-183 (2017).
- Burr, S. D., Harmon, M. B., S, J. A. The Impact of Diabetic Conditions and AGE/RAGE Signaling on Cardiac Fibroblast Migration. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 8, (2020).
- Chang, S. S., Guo, W. H., Kim, Y., Wang, Y. L. Guidance of Cell Migration by Substrate Dimension. Biophysical Journal. 104, 313-321 (2013).
- Nguyen-Ngoc, K. V., et al. ECM microenvironment regulates collective migration and local dissemination in normal and malignant mammary epithelium. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (39), 2595-2604 (2012).
