Bilim adamları, hücre istilası ve göç süreçlerini daha doğru bir şekilde incelemek için 3D modeller geliştirdiler. Geleneksel hücre kültürü sistemlerinin çoğu 2 boyutlu olsa da, dokularımızdaki hücreler, hücre dışı matris veya ECM olarak bilinen 3 boyutlu bir molekül ağı içinde bulunur. 2D ve 3D'de hücre motilitesi için gerekli olan mekanik süreçlerin çoğu benzer olsa da, ECM'nin plastik yüzeylere kıyasla azaltılmış sertliği, göç için üçüncü bir boyutun eklenmesi ve ECM'deki uzun polimerlerin ağı boyunca hareket etmenin fiziksel engeli gibi faktörlerin tümü, iki boyutlu göçe kıyasla hücre için farklı zorluklar sunar.
Bu video, ECM'nin temel işlevini ve yapısını ve ayrıca hücrelerin onu modüle etme ve geçirme mekanizmalarını kısaca tanıtacaktır. Daha sonra, endotel hücre istilasını incelemek için kullanılan genel bir protokolü tartışacağız. Son olarak, farklı biyolojik soruları incelemek için 3D matrislerin çeşitli uygulamalarını vurgulayacağız.
ECM'nin bileşimini ve hücrelerin onunla nasıl etkileşime girdiğini inceleyerek başlayalım.
ECM, hücreler için destek sağlamak, hücreler arası iletişimi kolaylaştırmak ve dokuları ayırmak gibi birçok işlevi yerine getirir. ECM bileşimi farklı dokular arasında değişir ve farklı biyolojik özelliklere sahiptir, ancak iki geniş tipte sınıflandırılabilir. Bazal membran, dokuları tutturmaya ve ayırmaya hizmet ederken, interstisyel matris bir doku içindeki hücreleri çevreler ve destekler. İnterstisyel matris çoğunlukla fibröz protein kollajeninden oluşur, ancak aynı zamanda elastin ve fibronektin içerir.
Hücrelerin ECM'den geçmesi için çeşitli biyolojik süreçlerin gerçekleşmesi gerekir. Birincisi, integrinler adı verilen transmembran proteinleri içeren hücre matrisi yapışmasıdır. Bunlar, ECM'yi hücre iskeleti olarak bilinen hücrenin iç iskelesine bağlar.
Başka bir süreç, hücrenin hücre iskeletinin yapısal olarak yeniden düzenlenmesidir. Bu, hücrenin çevresindeki matrise çıkıntıları olan invadopodia adı verilen özel yapıların oluşumuna yol açar. Son adım ECM modülasyonudur. Bu tipik olarak, invadopodia'da biriken ve çevredeki ECM'yi bozarak hücre istilasını kolaylaştıran matris metaloproteazlar veya MMP'ler olarak bilinen parçalayıcı molekülleri içerir. 3D matris istila tahlilleri, bilim adamlarının bu karmaşık süreci görselleştirmesine ve incelemesine olanak tanır.
Artık ECM'ye ve hücrelerle etkileşimine aşina olduğunuza göre, tübüller oluşturmak için endotel hücreleri tarafından ECM istilasını incelemek için bir protokol üzerinden geçelim. Endotel hücrelerini 3 boyutlu bir ortamda kültürleyerek, hem normal gelişim hem de kanser sırasında önemli olan anjiyogenez olarak da bilinen kan damarı büyümesinin biyolojik sürecini simüle edebilirsiniz.
İlk olarak, endotel hücreleri kültürlenir ve hücrelerin tripsin gibi proteazlarla muamele edilmesi ve hücre kümelerini parçalamak için bir ağ filtreden geçirilmesiyle tek hücreli bir süspansiyon hazırlanır. Yaygın olarak kollajen, fibrin, laminin veya bu bileşenlerin daha karmaşık kombinasyonlarından oluşan 3D matris (laboratuvarda hazırlanabilir veya ticari satıcılardan sipariş edilebilir) daha sonra buz üzerinde çözülür. Çoğu ECM preparatı daha yüksek sıcaklıklarda polimerize olduğundan, diğer ekipman ve reaktiflerin de soğuk tutulması yararlıdır. Hücre süspansiyonu, hücreleri gömmek için çözülmüş matris çözeltisi ile karıştırılır ve bu karışım, daha yüksek sıcaklığın matrisin polimerleşmesine neden olacağı bir hücre kültürü inkübatörüne yerleştirilir.
Hücre içeren matris ayarlandıktan sonra, matris kabına anjiyojenik faktörler içeren kültür ortamı eklenir. Hızlandırılmış mikroskopi yazılımı kullanılarak, tek tek hücreler daha sonra matris boyunca göçlerini gözlemlemek için izlenebilir. Elde edilen görüntüler analiz edilir ve hareket yönünü ve mesafesini mikron cinsinden hesaplamak için hücre pozisyonları kullanılır. Bu değerler daha sonra hücrelerin ortalama göç hızı olan lokomotor aktiviteyi belirlemek için çizilebilir. Son olarak, düğümler, tüpler ve döngüler gibi özellikleri tanımlamak için görselleştirme yazılımı kullanılarak tüp ağ oluşumu gözlemlenir ve analiz edilir.
Şimdi, belirli deneylerde 3B matrislerin birkaç uygulamasını inceleyelim.
Hücre göçüne, hücresel hücre iskeletinin aktif modülasyonu aracılık eder. Bu deneyde, kollajen matrisleri hazırlanmış ve görselleştirmeye izin vermek için kırmızı floresan proteini içeren bir boya ile karıştırılmıştır. Serbest yüzen hücre kümeleri olan bireysel hücre sferoidleri izole edildi ve kollajen matrisine gömüldü. İnkübasyondan sonra, gömülü hücreler spesifik hücre iskeleti bileşenleri için boyandı ve floresan mikroskobu ile görüntülendi. Araştırmacılar, hücreler ECM'den geçerken hücre iskeleti bileşenlerini ve bunların değişikliklerini gözlemlediler.
Bilim adamları ayrıca ECM'nin özelliklerinin göçü nasıl etkilediğini de inceleyebilirler. Bilim adamları, hücrelerin değişen konsantrasyonlarda dış matrislerle çevrili bir iç jel matrisine gömüldüğü eşmerkezli bir jel sistemi kullanarak, iç jelden başlangıçta hücresiz dış jele göçlerini incelemek için hızlandırılmış mikroskopi kullanarak hücreleri izleyebilirler. Araştırmacılar, daha yüksek konsantrasyonlu jellerin daha fazla sertliğinin hem hücre yer değiştirmesinde hem de hücre göçünün toplam mesafesinde artışa neden olduğunu gözlemlediler.
Son olarak, organa özgü bir bağlamda anjiyogenezi incelemek için canlı bir hayvanda matriks invazyon testleri gerçekleştirilebilir. Burada, biyolojik olarak parçalanabilir yapıları nedeniyle doku mühendisliğinde yaygın olarak kullanılan fibrin jelleri üretildi, ardından jellerin protein fibrinojeninden yapılmış bir "yapıştırıcı" ile yerinde tutulduğu fare akciğerlerine implantasyon yapıldı. Takip eden 7 ila 30 gün boyunca hücre göçü ve yeni kan damarı oluşumunun gerçekleşmesine izin verildi, ardından akciğerler ve fibrin jelleri hasat edildi, sabitlendi ve bölümlere ayrıldı. Bu bölümlerin görüntülenmesi, implante edilen jellerde kan damarı ve alveol oluşumunu ortaya çıkardı ve araştırmacılara akciğer gelişiminin bu önemli yönü hakkında in vivo ayarında fikir verdi.
JoVE'nin hücre dışı matriks invazyon deneyleri hakkındaki videosunu az önce izlediniz. Bu video, ECM'nin bileşimini ve hücrelerin bunun içinden nasıl göç ettiğini tartıştı, bir 3D matris aracılığıyla endotel hücre göçünü incelemek için basit bir protokol sundu ve şu anda hücre-ECM etkileşimleri bağlamında incelenmekte olan birkaç hücresel süreci vurguladı. Endojen hücre göçü 3B uzayda gerçekleştiğinden, bu biyolojik koşullar en iyi 3B kültür teknikleriyle simüle edilir. Matris bileşimindeki gelişmeler, bilim adamlarının laboratuvarda hücresel göçü daha doğru bir şekilde çoğaltmasına ve incelemesine izin vermeye devam edecektir. Her zaman olduğu gibi, izlediğiniz için teşekkürler!
Hücre dışı matris (ECM), hücreler ve dokular için yapısal bir çerçeve sağlayan ve hücreler arası iletişimi kolaylaştırmaya yardımcı olan bir molekül a…
Bu videodaki bölümler
0:00
Overview
1:16
ECM Composition and Cell-ECM Interaction
3:01
Endothelial Cell Tube Formation Assay
5:01
Applications
7:08
Summary
Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.