Summary

인공 비 계 없이 안정적인 3D 셀룰러 어셈블리를 생성 하는 살아있는 세포를 조작

Published: October 26, 2018
doi:

Summary

단일 셀 기반 3 차원 (3D) 어셈블리를 인공 비 계 없이 건설에 대 한 새로운 방법을 설명 합니다.

Abstract

조직 공학과 재생 의학 다루기 힘든 질병의 치료에 대 한 몇 가지 장점을 제공 하 고 여러 학문은이 분야에서 3 차원 (3D) 셀룰러 어셈블리의 중요성을 설명 했다. 인공 건설 기계 자주 3D 셀룰러 어셈블리를 만드는 데 사용 되었습니다. 그러나, 셀룰러 어셈블리를 구성 하는 데 사용 하는 건설 기계는 때때로 유독한 그리고 셀의 속성을 변경할 수 있습니다. 따라서, 그것은 세포 세포 접촉을 촉진 하는 비 독성 방법을 설정 하 도움이 될 것 이다. 이 종이에서 dextran 광학 핀셋을 사용 하 여 안정적인 세포 어셈블리를 생성 하기 위한 새로운 방법을 소개 합니다. 이 방법의 장점 중 하나는 그것은 몇 분 이내에 안정적인 셀 연락처 설정입니다. 이 새로운 방법은 자연 친수성 폴리머에서 3D 셀룰러 어셈블리의 건설 있으며 재생 의학 및 조직 공학의 분야에서 다음-세대 3D 단일 셀 어셈블리를 생성 하는 데 도움이 될 것으로 예상 된다.

Introduction

인간의 조직 세포의 여러 어셈블리의 구성 동안 신체의 항상성 유지 하는 데 도움이, 스스로 단일 셀 또한 재생 중요 한 역할 셀 상호 작용을 통해 . 따라서, 단일 세포 외부 신호에 의해 자극 될 수 하는 방법 및 다른 부착 셀에 같은 신호를 전송 하는 방법을 명료 하 게 중요 하다. 이 위해 여러 가지 방법은 단일 셀 기반 3 차원 (3D) 어셈블리1,2,3,,45,6의 건설에 대 한 설립 되었습니다. ,,78. 그러나, 세포질 어셈블리를 생성 하는 데 사용 되는 재료는 향상 여전히 수 있습니다. 예를 들어 합성 젤 및 고분자 폴 리 에틸렌 글리콜 (PEG)를 포함 하 여 특정 화학 물리 화학적 특성을가지고 대상 셀 (예를 들어, 독성)에 영향을 미칠 수 있습니다.

우리는 최근 dextran (덱 스)를 사용 하 여 안정적인 셀 연락처9를 설정 하 여 셀의 단일 셀 기반 3D 어셈블리를 생성할 수 있는 새로운 시스템을 했다. 우리는이 기술을 재생 의학 및 심지어 암 생물학을 포함 하 여 여러 연구 분야에 도움이 될 수 있는 것으로 간주. 이 보고서에서 우리는 우리가 어떻게 단일 세포를 조작 하 고 인공 비 계 없이 덱 스를 포함 한 다양 한 친수성 biomacromolecules의 3 차원 (3D) 셀룰러 어셈블리 구성 설명.

Protocol

1입니다. 셀의 준비 D-MEM 포함 10% (v) 태아 둔감 한 혈 청 (FBS)와 1% (v) 25 cm3 플라스 크에서 페니실린-스 (P/S)의 5 mL와 함께 NAMRU 마우스 유선 상피 세포 (NMuMG)를 유지 합니다. 제거 Dulbecco의 수정이 글의 매체 (D-MEM), 10 S 및 1% 포함 된 P/s. 플라스 크를 37 ° C 인산 염 버퍼 식 염 수 (PBS) (-)의 3-5 mL를 추가 합니다. 참고 PBS의 pH 7.1-7.3 이다. 흡 인기를 사용 하 여 플라스 크에서 모든 PBS를 제거 합니다. 플라스 크를 37 ° C의 트립 신 (0.25%, w/v)의 1.5 mL를 추가 합니다. CO2 배양 기에서 37 ° C에서 약 1-2 분 동안 플라스 크를 품 어. 추가 10 S 및 1% 포함 된 D-MEM의 3.5 mL 플라스 크에 P/S. 혼합 피 펫입니다. 15 mL 원심 분리기 튜브에 세포 현 탁 액을 전송 하 고 실내 온도에 3 분 동안 원심. Note는 회전 반경 및는 원심 분리기의 회전 속도 16.6 c m 및 1500 rpm, 각각. 이 조건 하에서 상대 원심력 417 x g 이다. 신선한 D-MEM의 5 mL을 추가 (10 S 1 %P / S) 매체 발음 후 플라스 크를 (필요한 경우 cryopreserve cryopreservation 솔루션, 제조자의 방향 다음 셀). 2입니다. Dextran (덱 스)의 준비 D-MEM의 10 mL를 혼합 하 여 80 mg/mL 덱 스 솔루션의 준비 (10 S, 1%P/S)과 덱 스의 0.8 g. 덱 스 솔루션 주사기 필터 (0.22 μ m)으로 필터링 할 수 있습니다 참고 세포는 충분 한 시간 동안 배양 한 후. 덱 스 솔루션의 200 µ L 및 2.1에 세포 현 탁 액의 200 µ L를 혼합 하 여 40 mg/mL DEX 매체를 포함 하는 셀 서 스 펜 션 준비. 솔루션에는 셀의 수 조밀도 약 2.3 × 105 셀/mL. 3입니다. 레이저 및 현미경 검사 법에 대비 하 여 레이저 (연속 웨이브, 1,064 nm 파장) 설정 (그림 1a). 근 적외선 영역에 빨간색에서 파장을 가진 레이저 광선의 사용은 가장 효과적인; 그것은 최소한 세포에 의해 흡수 이후이 파장 영역 진단 및 치료 창10 이라고 합니다. 소프트웨어 아이콘을 두 번 누릅니다. ① 카메라, ② 발광 다이오드 (LED), ③ 초점에 대 한 아이콘 조정, 두 번 클릭 하 고 ④ 단계 이동. ①-④에 해당 하는 표시 (그림 1b) 표시 됩니다. 4. 셀 조작 레이저 트랩 시스템을 사용 하 여 하단 커버 유리에 2.2 단계에서 준비 하는 샘플의 장소 20 µ L (0.17 m m 두께, 크기 = 30 m m × 40 m m), 상단 덮개 유리 커버 (0.17 m m 두께, 크기 18 × 18mm =), 두 명의 스페이서 (0.17 m m 두께에서 제공 하는 분리 크기 = 10 m m × 24 m m), 그림 2와 같이. 참고 이러한 안경 특별 한 코팅을 필요 하지 않습니다. 4.1 낮은 대물 렌즈에 단계에서 준비 된 샘플 셀 배치 (ca. 10 μ, 확대와 침수 물 = 60 X, 작동 거리 0.28 m m, 조리개 수치 = = 1.2)). 위 대물 렌즈를 연결 (ca. 10 μ, 확대와 침수 물 = 60 X, 작동 거리 2 m m, 조리개 수치 = = 1.0) 샘플 셀의 상단에. 설정 LED 조명 아이콘 2 (그림 1b)를 클릭 하 여. 패널 3 (그림 1b)에 있는 아이콘을 클릭 하 여 샘플 및 낮은 대물 렌즈 사이의 거리를 조정 초점에 때까지. I, II, 및 III (그림 1b) 아이콘을 클릭 하 여 위치 1과 샘플의 위치 2 (그림 1B)에서 레이저 광선을 비추는. 1500 각 레이저 광선의 강도 설정 아이콘 IV (그림 1b)에서이 값을 입력 하 여 mW. 셀까지 아이콘 4 나타내는 방향 (그림 1b)를 클릭 하 여 샘플 단계 위치 1 (그림 1b)에 갇혀 이동 합니다. 다른 셀까지 위치 2 (그림 1b)를 나타내는 커서 위치 2에 갇혀 드래그 합니다. 5. 건설의 3 차원 (3D) 셀 구조 단일 셀 다른 셀에 접촉 되도록 조작할 수 있습니다. 300이 상태 유지 s; 즉, 300 레이저에 노출 되는 각 셀 s. 그림 1b에 표시 된 X-Y 축을 기록 합니다. 트래핑 및 셀을 다른 셀을 운반 하 여 임의의 2D 셀 어셈블리를 생성 합니다. 무대를 아래로 이동 하 여 3 차원 세포 어셈블리를 생성 합니다. 어셈블리는 레이저 스위치 off 후 안정적인 유지 확인 합니다.

Representative Results

그림 1 에 현미경 및 소프트웨어를이 연구에 사용 된 보여 줍니다. 그림 2 샘플 솔루션을 포함 하는 셀을 삽입 하기 위한 절차의 도식 적인 표현입니다. 그림 3 에서는 더블 빔 광학 핀셋을 사용 하 여 피라미드 구조 형성을 보여 줍니다. 이러한 세포 어셈블리는 실험에 성공 하면 레이저 꺼질 후에 안정적으로 유지. 그림 1 : (a) 레이저 트랩 시스템에 대 한 제어 시스템 (NanoTracker2 (11)). 시스템 단계 ①-③ 레이저 스위치에 의해 활성화 됩니다. (b) 레이저 트랩 시스템을 제어 하기 위한 소프트웨어. 카메라, 조명, 초점 조정, LED 및 아이콘 ①, ②, ③, ④를 각각 클릭 하 여 활성화 단계를 이동. 미세한 이미지 패널 1에에서 표시 됩니다. LED에 대 한 온/오프 제어 패널 2입니다. 포커스 패널 3에서에서 제어 됩니다. 레이저 빔 위치 1과 2에서 아이콘을 클릭 하 여 반구는 I 4를. 이 레이저 트랩 Systemare의 세부 사항을 참고 (12)에 제공합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 그림 2: 슬라이드 유리 배치에 대 한 대표적인 개략도. 샘플 (세포 현 탁 액 dextran을 포함)의 20 µ L 슬라이드에 배치 하 고 레이저 조작에 대 한 사용. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 그림 3 : 한) 덱 (40 mg/mL)와 매체에서 의도 된 모양의 상피 세포 (NMuMG)의 어셈블리: 피라미드 3D 클러스터의 예를 들어 표시 됩니다. b) 피라미드 모양의 3 차원 세포 어셈블리의 도식 적인 그림도 표시 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Discussion

현재 연구는 3D 단일 셀 어셈블리의 건설에 대 한 수용 성 고분자의 사용에 우리의 최근 보고서9,11 의 구체적인 응용을 보여 줍니다. 이러한 어셈블리 때 셀 수 최대 10 단일 레이저 빔에 의해 열릴 수 있다 대량 솔루션에 안정적으로 형성 된다. 10 개 이상의 셀이 때 어셈블리는 유리 표면에 침전. 실험은 아직 원시적인 단계에에서 있지만, 우리 소설 방법론 세포 생물학의 분야에서 진행을 위한 불가결 하지 않습니다 다음-세대 3D 단일 셀 어셈블리의 건설에 대 한 강력한 도구가 될 수 있는 기대와 재생 의학입니다.

아무 폴리머를 포함 하는 솔루션에 세포 표면 충전, 수 화 반발 힘, glycocalyx 반발 효과, 그리고 막 파동에서 발생 하는 정전기 반발 작용 때문에 서로 격퇴. 우리의 이전 연구가 보여주었다 셀 쌍 셀 말뚝으로 취급 됩니다 때 오랜 시간 동안 안정 될 수 있습니다. 더 중요 한 것은, 못, 후 셀 말뚝에 5 분간 접촉에서 개최 했다 없이 지역에 셀 쌍의 성공적인 전송 셀룰러 접촉 안정적인 방식으로 유지 됩니다 나왔다. 이것은 잘 고갈 효과11의 점에서 설명 하 고 본질적으로 동일한 메커니즘 덱 스9를 사용 하 여 생성 하는 세포질 어셈블리에 적용 합니다. 우리의 현재 결과 천연 고분자의 다른 종류를 안정적인 3D 셀룰러 어셈블리를 만드는 데 사용 될 수도 것이 좋습니다.

셀의 신속한 수송, 폴리머의 농도 중요 합니다. 일반적으로, 솔루션의 점도 폴리머 겹침 농도 위에 해산 대폭 증가 합니다. 이 조건 하에서 광학 핀셋을 사용 하 여 셀을 조작 하기가 어렵습니다. 따라서, 실험 겹침 농도 아래 수행 되어야 한다. 덱 스 솔루션에 대 한 중복 농도 ca. 50 mg/mL (운동 점도 5.5 m m2/s). 참고 9 같이 안정적인 세포 어셈블리 때 덱 스의 농도가 10 mg/mL 40 mg/mL에 관찰 되었다. 이 결과 고갈 효과 충분히 큰 덱 스 농도 겹침 농도 보다 낮은 경우에 안정적인 셀 접촉을 유지 하는 것을 제안 합니다. 그것은 덱 스의 추가 40 mg/mL 9까지 세포 생존 능력에는 영향을 미치지 않습니다 표시 되었습니다.

3D 세포 어셈블리의 건설에 대 한 방법의 설립에 중요 한 재생 의학 분야는 vivo에서 흉내 낸 이후 단일 셀을 구조화 함으로써 세포 microenvironment 수 있습니다 촉진 줄기 세포 파생 조직 형성입니다. 지금까지, NMuMG 세포에 뿐만 아니라 Neuro2A 셀9 를 사용 하 여 셀룰러 어셈블리를 생성 하는 현재 프로토콜을 사용 했습니다. 다양 한 형태학의 세포의 많은 수의 3D 셀룰러 어셈블리를 생성 하기 위한 실험적인 방법론을 확립 하겠습니다. 이치카와 연구진이 개발한 광학 족집게 체계 13 것 적용이 목적 때문에 셀의 방향을 제어할 수 있습니다. 이 라인을 따라 더 재판 약속 해야 합니다.

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

저자는 슈 모토, 아오이 요시다 타 에코 오타 도시샤 대학에서 실험 설치와 함께 그들의 관대 한 지원에 대 한 감사합니다. 이 작품은 사립대학 전략적 연구 재단에 대 한 KAKENHI (15 H 02121, 15 K 05400, 25103012, 50587441)와 MEXT-Supported 프로그램에 의해 지원 되었다. 이 연구도 사역의 과학 및 고 등 교육 제 05-1/KNOW2/2015의 결정 알고 (선도 국가 연구 센터) 과학 컨소시엄 “건강 한 동물-안전 식품”에서 폴란드 교부 금에 의해 지원 되었다.

Materials

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

Referenzen

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Diesen Artikel zitieren
Yamazaki, T., Taniguchi, H., Tsuji, S., Sato, S., Kenmotsu, T., Yoshikawa, K., Sadakane, K. Manipulating Living Cells to Construct Stable 3D Cellular Assembly Without Artificial Scaffold. J. Vis. Exp. (140), e57815, doi:10.3791/57815 (2018).

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