Demostrar un método novedoso para la construcción de un conjunto de (3D) 3 dimensiones basadas en celdas individuales sin un andamio artificial.
Medicina regenerativa y la ingeniería de tejidos ofrecen varias ventajas para el tratamiento de enfermedades intratables, y varios estudios han demostrado la importancia de asambleas celulares de 3 dimensiones (3D) en estos campos. Andamios artificiales se han utilizado a menudo para construir ensamblajes celulares 3D. Sin embargo, los andamios utilizados para construir conjuntos de celulares a veces son tóxicos y pueden cambiar las propiedades de las células. Por lo tanto, sería beneficioso establecer un método no tóxico para facilitar el contacto de la célula. En este trabajo presentamos un método novedoso para la construcción de asambleas celulares estables mediante el uso de pinzas ópticas con dextrano. Una de las ventajas de este método es el que establece contacto de célula a célula estable en pocos minutos. Este nuevo método permite la construcción de asambleas celulares 3D en un polímero hidrofílico natural y se espera que sea útil para construir la próxima generación 3D unicelular conjuntos en los campos de la medicina regenerativa y la ingeniería de tejidos.
Mientras que los tejidos humanos se componen de varias asambleas de células y pueden ayudar a mantener la homeostasis del cuerpo, las células por sí mismos también desempeñan papeles importantes a través de la interacción célula a célula. Por lo tanto, es importante aclarar cómo las células pueden ser estimuladas por señales externas y cómo transfieren dichas señales a otras células adherentes. Para ello, se han establecido varios métodos para la construcción de solo celular basado en 3 dimensiones (3D) Asambleas1,2,3,4,5,6 ,7,8. Sin embargo, todavía se pueden mejorar los materiales que se utilizan para la construcción de asambleas celulares. Por ejemplo, geles sintéticos y polímeros como polietileno glicol (PEG) poseen ciertas propiedades físico-químicas químicos y pueden afectar a las células diana (p. ej., toxicidad).
Nos informó recientemente un novedoso sistema que podría generar un montaje 3D basado en célula única de células utilizando dextrano (DEX) estableciendo contacto célula-célula estable9. Consideramos que esta tecnología podría ser útil en varios campos de investigación, incluyendo la medicina regenerativa y Biología del cáncer incluso. En este informe, describimos cómo manipular las células y construir conjuntos celulares de 3 dimensiones (3D) en presencia de varios hidrofílicos biomacromoléculas incluyendo DEX sin un andamio artificial.
El presente estudio muestra una aplicación concreta de nuestros últimos informes9,11 sobre el uso de polímeros solubles para la construcción de ensamblajes 3D unicelular. Tales asambleas se forman estable en la solución a granel cuando el número de células es hasta 10 y puede ser sostenido por un haz de láser. Asambleas de precipitan en la superficie de vidrio cuando hay más de 10 células. Aunque los experimentos están todavía en una etapa primitiva, esperamos que la nueva metodología podría ser una poderosa herramienta para la construcción de la nueva generación 3D unicelular asambleas, que son indispensables para el progreso en los campos de la biología celular y medicina regenerativa.
En una solución que contiene ningún polímero, las células repelen debido a la repulsión electrostática de la carga superficial, la fuerza de repulsión de la hidratación, el efecto de repulsión de glicocálix y ondulación de la membrana. Nuestro estudio anterior mostró que pares de células pueden ser estables durante mucho tiempo cuando las células se tratan con PEG. Lo más importante, el transporte exitoso de un par de célula a una región sin clavija, después las células se celebró en contacto durante 5 minutos en PEG, sugiere que el contacto celular se mantiene de forma estable. Esto está bien explicado en términos del efecto agotamiento del11, y esencialmente el mismo mecanismo se aplica a los conjuntos celulares mediante DEX9. Nuestros resultados actuales sugieren que otros tipos de macromoléculas naturales podrían utilizarse también para la construcción de asambleas celulares 3D estables.
Para el transporte rápido de las células, la concentración de polímero es importante. Generalmente, la viscosidad de la solución aumenta drásticamente cuando el polímero es disuelto por encima de la concentración de superposición. Bajo esta condición, es difícil manipular las células usando pinzas ópticas. Por lo tanto, el experimento debe ser realizado debajo de la concentración de superposición. Para una solución DEX, la concentración de superposición es aprox. 50 mg/mL (la viscosidad cinética es 5.5 mm2/s). Como se indica en la ref. 9, se observó una Asamblea celular estable cuando la concentración de DEX 10 mg/mL y 40 mg/mL. Este resultado sugiere que el efecto de agotamiento es lo suficientemente grande para mantener el contacto célula-célula estable incluso cuando la concentración de DEX es menor que la concentración de superposición. Se ha demostrado que la adición de DEX no afecta la viabilidad de las células hasta 40 mg/mL 9.
El establecimiento de un método para la construcción de asambleas celulares 3D es importante en el campo de la medicina regenerativa, desde mímico un en vivo microambiente celular por estructuración de las células puede facilitar el tejido derivado de células madre formación. Hasta ahora, hemos utilizado el presente Protocolo para la construcción de conjuntos celulares con Neuro2A células9 además de las células NMuMG. Esperamos establecer una metodología experimental para la construcción de asambleas celulares 3D de un mayor número de células de diferentes morfologías. El sistema de pinza óptica desarrollado por Ichikawa et al. 13 sería aplicable para este propósito ya que la orientación de las células puede ser controlada. Ensayos adicionales a lo largo de estas líneas deben ser prometedoras.
The authors have nothing to disclose.
Los autores agradecen su generosa asistencia con la instalación experimental Shu Hashimoto, Aoi Yoshida y Taeko Ohta Universidad de Doshisha. Este trabajo fue apoyado por KAKENHI (15H 02121, 15K 05400, 25103012, 50587441) y por el programa de MEXT-Supported para la Fundación de investigación estratégica en universidades privadas. Este estudio también fue apoyado por una beca Polaco saber (líder nacional centro de investigación) científico del consorcio de “Animal – seguro alimentos saludables”, decisión del Ministerio de ciencia y educación superior no. 05-1/KNOW2/2015…
Microscope IX71 | Olympus | IX71 | |
Dextran(200,000; molecular biology-grade) | Wako | CAS.NO 9004-54-0 | |
Laser Trapping System (NanoTracker 2) | JPK Instruments | S/N T-05-0200 | |
Upper Objective Lens | Olympus | LUMPLFLN60XW | |
Lower Objective Lens | Olympus | UPLSAPO60XW | |
Top Cover Glass | MATUNAMI | C022401 | |
Intermediate Cover Glass (Spacer) | MATUNAMI | – | custom-made (size = 10mm×10mm, thickness = 0.17mm) |
Bottom Cover Glass | MATUNAMI | C030401 | |
Camera | The Imaging Source | DFK 31AF03 | |
Software | JPK Instruments | NanoTracker2 PFM software | |
NMuMG cells | RIKEN BRC | RCB2868 | |
PBS | Wako | 166-23555 | |
Cell banker | Nippon Zenyaku Kogyo | ZR621 | |
D-MEM | Wako Pure Chem. Ind., Japan | 044-29765 | |
FBS | Cell Culture Biosci., Nichirei Biosci. Inc., Japan | 172012-500ML | |
Trypsin | Thermo Fisher Scientific | 25200056 | |
Penicillin-Streptomycin | Wako Pure Chem. Ind., Japan | 161-23181 |