Gelişimkolektif hücre göçü, yara iyileşmesi, ve kanser metastazı genellikle büyüme faktörleri veya sinyal moleküllerinin gradyanları tarafından yönlendirilir. Burada açıklanan bir mikroakışkan sistem ve biyokimyasal gradyan altında kolektif göç mekaniği ölçmek için nasıl bir gösteri ile çekiş mikroskobu birleştiren deneysel bir sistemdir.
Hücreler kimyasal uyaranlara yanıt olarak göç desenlerini değiştirirler, uyaranların degradeleri de dahil olmak üzere. Kemotaksis olarak bilinen kimyasal degrade yönünde hücresel göç, gelişiminde önemli bir rol oynar, bağışıklık yanıtı, yara iyileşmesi, ve kanser metastazı. Kemotaksis tek hücre göçünün yanı sıra in vivo hücre koleksiyonlarını modüle ederken, in vitro araştırma kısmen uygun deneysel araçların eksikliği nedeniyle, tek hücreli kemotaksis üzerinde duruluyor. Bu boşluğu doldurmak için, burada açıklanan kolektif hücre göçü üzerinde kimyasal degradelerin etkilerini göstermek için mikroakışkan ve mikro desenleme birleştiren benzersiz bir deneysel sistemdir. Ayrıca, traksiyon mikroskobu ve monolayer stres mikroskobu, substrattaki ve komşu hücreler arasındaki hücresel kuvvet değişikliklerini karakterize etmek için sisteme dahil edilmiştir. Kavram kanıtı olarak, Madin-Darby köpek böbrek (MDCK) hücrelerinin mikro desenli dairesel adaların göçü, bilinen bir saçılma faktörü olan hepatosit büyüme faktörü (HGF) gradyanı altında test edilir. HGF’nin yüksek konsantrasyonuna yakın hücreler, bir hücre adası içinde karşı taraftakihücrelerden daha hızlı göç eder. Aynı ada içinde, hücresel çekiş her iki tarafta benzer, ancak hücreler arası stres yüksek HGF konsantrasyonu tarafında çok daha düşüktür. Bu yeni deneysel sistem hücresel kolektifler tarafından kemotaktik göç mekaniği çalışma için yeni fırsatlar sağlayabilir.
Biyolojik sistemlerde hücresel göç doku oluşumunda yer alan temel bir olgudur, bağışıklık yanıtı, ve yara iyileşmesi1,2,3. Hücresel göç de kanser gibi bazı hastalıklarda önemli bir süreçtir4. Hücreler genellikle toplu hücre geçişi4,5olarak bilinen tek tek yerine bir grup olarak göç. Hücrelerin kolektif olarak hareket edilebisolması için mikroortamın algılanması6esastır. Örneğin, hücreler fizyokimyasal uyaranları algılar lar ve hareketliliği, hücre-substrat etkileşimlerini ve hücre-hücre etkileşimlerini değiştirerek yanıt verirler, bu da kimyasal bir degrade boyunca yön göçüne neden olur7,8, 9,10. Bu bağlantıya dayanarak, hızlı gelişmeler bir chemoattractant11,12,13 gradyanı gibi iyi kontrollü kimyasal mikroortamlar oluşturabilirsiniz lab-on-a-chip teknolojilerinde yapılmıştır . Bu laboratuvar-on-a-çip tabanlı mikroakışkanlar daha önce hücresel topluluk veya hücresel küresel ler14,15,16,17kemotaksis çalışma için kullanılmış olsa da, onlar çoğunlukla tek hücreli geçiş bağlamında kullanılmıştır18,19,20,21. Kimyasal degradeye hücresel kolektif yanıtın altında yatan mekanizmalar hala iyi anlaşılamamıştır14,22,23,24,25,26 . Böylece, çözünen faktörlerin spatiotemporal kontrolü sağlayan bir platform geliştirilmesi yanı sıra hücrelerin biyofiziksel yerinde gözlem kolektif hücre göçü arkasındaki mekanizmaları çözmek için yardımcı olacaktır.
Burada geliştirilen ve açıklanan desenli hücre kümelerinin göç modüle çözünür faktörlerin bir konsantrasyon gradyanı üretimi sağlayan çok kanallı mikroakışkan bir sistemdir. Bu çalışmada Madin-Darby kan böbrek (MDCK) hücrelerinin göç davranışını düzenlemek için hepatosit büyüme faktörü (HGF) seçilmiştir. HGF hücre-hücre bütünlüğünü zayıflatmak ve hücrelerin hareketliliğini artırmak bilinmektedir27,28. Mikroakışkan sistemde, Fourier transform traksiyon mikroskobu ve monolayer stres mikroskobu da dahil edilmiştir, bu da bir HGF’ye yanıt olarak kurucu hücreler tarafından indüklenen hareketlilik, kontraktil kuvvet ve hücreler arası gerilimin analizine olanak sağlar. Degrade. Aynı ada içinde, HGF yüksek konsantrasyonyakınında bulunan hücreler daha hızlı göç ve düşük HGF konsantrasyonu ile tarafında daha düşük hücreler arası stres düzeyleri göstermektedir. Sonuçlar, bu yeni deneysel sistemin çeşitli çözünür faktörlerin kimyasal degradeleri altında kolektif hücresel göçü içeren alanlardaki diğer soruları araştırmak için uygun olduğunu göstermektedir.
Kurucu hücrelerin kolektif göçü geliştirme ve rejenerasyon sırasında önemli bir süreçtir ve göç yönü genellikle büyüme faktörlerinin kimyasal degrade tarafından yönlendirilir4,23. Toplu geçiş sırasında hücreler komşu hücrelerle ve altta yatan alt tabakalarla etkileşime devam eder. Bu tür mekanik etkileşimler durotaksis42, plithotaxis33ve kenotaxis43gibi acil fenom…
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma Kore Hükümeti (MSIP) (No) tarafından finanse edilen Kore Ulusal Araştırma Vakfı (NMG) hibe tarafından desteklenmiştir. NRF-2017R1E1A1A01075103), Kore Üniversitesi Hibeve BK 21 Plus programı. Ayrıca Ulusal Sağlık Enstitüleri (U01CA202123, PO1HL120839, T32HL007118, R01EY019696) tarafından desteklenmiştir.
0.25% trypsin-EDTA (1X) | Gibco | 25200-056 | |
1 M HEPES buffer solution | Gibco | 15630-056 | |
1 mm Biopsy punch | Integra Miltex | 33-31AA-P/25 | |
100 mm petri dishes | SPL | 10100 | 100 mm diameter, 15 mm height |
14 mm hollow punch | ILJIN | 124-0571 | |
18 mm Ø Coverslip | Marienfeld-Superior | 111580 | Circular 18 mm, thickness No. 1 (0.13 to 0.16 mm) |
2% bis-acrylamide solution | Bio-Rad | 1610142 | Wear protective gloves, clothing, and eye protection. |
3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate (TMSPMA) | Sigma-Aldrich | 440159-500ML | |
3-way stopcock | Hyupsung | HS-T-61N | CAUTION: do not use if previously opened. do not resterlize or resuse |
30 cm minimum volume line (for pediatric) | Hyupsung | HS-MV-30 | CAUTION: do not use if previously opened. do not resterlize or resuse |
35 mm cell culture dish | Corning | 430165 | |
40% Acrylamide Solution | Bio-Rad | 1610140 | Wear protective gloves, clothing, and eye protection. |
75 cm minimum volume line (for pediatric) | Hyupsung | HS-MV-75 | CAUTION: do not use if previously opened. do not resterlize or resuse |
acetic acid | J.T. Baker | JT9508-03 | |
Ammonium persulfate (APS) | Bio-Rad | 1610700 | |
Antibiotic-Antimycotic | Gibco | 15240-062 | |
Bottom glass chip | MicroFIT | 24 x 24 x 1 mm, custom-made, rectangular groove (6 x 12 mm, depth : 100 μm) | |
Collagen typeI, Rat tail | Corning | 354236 | |
Custom glass holder | Han-Gug Mechatronics | custom-made | |
Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) | Welgene | LM 001-11 | |
Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (PBS) | Biowest | L0615-500 | w/o Magnesium, Calcium |
Fetal bovine serum (FBS) | Gibco | 26140-179 | |
FluoSpheres amine-modified microspheres | Invitrogen | F8764 | 0.2 µm, yellow-green fluorescent(505/515) |
Hepatocyte Growth Factor (HGF) | Sigma-Aldrich | H1404-5UG | recombinant, human |
JuLI stage live cell imaging system | NanoEnTek In | Automated X-Y-Z stage and fluorsent imaging Incubator-compatible (37 °C and 5% CO2) | |
Madin-Darby Canine Kidney (MDCK) cell | type II | ||
Oxygen plasma system | Femto Science | CUTE-MPR | |
Pluronic F-127 | Sigma-Aldrich | P2443-250G | |
Rhodamine B isothiocyanate–dextran | Sigma-Aldrich | R9379-100MG | 70 kDa, used to estimate spatiotemporal distribution of HGF in the microfluidic channel |
Steril hypodermic needle 18 G | KOVAX | Trim the tip of the needle and bend it 90 degrees for connecting in/out ports with volume line | |
Sticky tape | 3M/Scotch | 810D | 33 m x 19 mm |
SU-8 master molds | MicroFIT | 4” diameter, custom-made | |
sulfosuccinimidyl 6-(4’-azido-2’-nitrophenylamino)hexanoate (Sulfo-SANPAH) | Thermo Scientific | 22589 | Store at -20°C. Store protected from moisture and light. |
Sylgard 184 Elastomer Kit | Dow Corning | PDMS | |
Syringe pump | Chemyx Inc. | model fusion 720 | withdraw fluid |
Syringes | KOVAX | 1, 3, 5, 10, or 50 cc for using inlet reservoir or outlet syringe pump | |
tetramethylethylenediamine (TEMED) | Bio-Rad | 1610800 | Wear protective gloves, clothing, and eye protection. |
Ultraviolet (UV) lamp | UVP LLC | 95-0248-02 | 365 nm wavelength |