Dimostriamo un metodo novello per la costruzione di una single-cell-based Assemblea 3-dimensionale (3D) senza un’impalcatura artificiale.
Medicina rigenerativa e ingegneria tissutale offrono diversi vantaggi per il trattamento di malattie intrattabili, e diversi studi hanno dimostrato l’importanza delle assemblee cellulari di 3-dimensionale (3D) in questi campi. Scaffold artificiali sono stati usati spesso per la costruzione di assiemi 3D cellulare. Tuttavia, i ponteggi utilizzati per costruire gli assembly cellulari a volte sono tossici e possono modificare le proprietà delle cellule. Così, sarebbe utile stabilire un metodo non tossico per facilitare il contatto della cellula-cellula. In questa carta, presentiamo un nuovo metodo per costruire stabile cellulare assembly utilizzando le pinzette ottiche con destrano. Uno dei vantaggi di questo metodo è che esso stabilisce stabile contatto cellula–cellula in pochi minuti. Questo nuovo metodo permette la costruzione di assiemi 3D cellulare in un polimero idrofilo naturale e dovrebbe essere utile per la costruzione di assiemi 3D di cella singola generazione nel campo della medicina rigenerativa e ingegneria tissutale.
Mentre tessuti umani sono composti da diversi assembly delle cellule e possono aiutare a mantenere l’omeostasi del corpo, cellule singole da soli anche svolgono ruoli importanti tramite interazione cellula–cellula. Pertanto, è importante chiarire come singole cellule possono essere stimolate dai segnali esterni e come trasferire tali segnali ad altre cellule aderenti. Per questo scopo, sono stati stabiliti metodi diversi per la costruzione di assiemi (3D) 3-dimensionale single-cell-based1,2,3,4,5,6 ,7,8. Tuttavia, i materiali che vengono utilizzati per costruire gli assembly cellulari possono ancora essere migliorati. Ad esempio, gel sintetiche e polimeri quali polietilenglicole (PEG) possiedono determinate proprietà chimico-fisiche chimiche e possono influenzare le cellule bersaglio (ad es., tossicità).
Recentemente abbiamo segnalato un nuovo sistema che potrebbe generare un assembly 3D single-cell-based di celle utilizzando destrano (DEX) stabilendo contatti cellula-cellula stabile9. Abbiamo considerato che questa tecnologia potrebbe essere utile in diversi campi di ricerca, tra cui anche il cancro biologia e medicina rigenerativa. In questo rapporto, descriviamo come manipolare cellule singole e costruire 3-dimensionale assembly cellulare (3D) in presenza di varie biomacromolecole idrofilici compreso DEX senza un’impalcatura artificiale.
Lo studio presente indica un’applicazione concreta del nostro recente report9,11 sull’uso di polimeri solubili per la costruzione di assiemi 3D di cella singola. Tali assemblee sono formate stabilmente nella soluzione di massa quando il numero delle cellule è fino a 10 e possa essere detenuto da un singolo fascio laser. Gli assembly precipitano sulla superficie del vetro quando ci sono più di 10 celle. Anche se gli esperimenti sono ancora in una fase primitiva, ci aspettiamo che la nuova metodologia potrebbe essere un potente strumento per la costruzione di assiemi 3D cella singola generazione, che sono indispensabili per il progresso nel campo della biologia cellulare e medicina rigenerativa.
In una soluzione non contenente alcun polimero, le cellule si respingono a causa della repulsione elettrostatica derivanti dalla carica superficiale, la forza di repulsione di idratazione, effetto di repulsione glicocalice e ondulazione di membrana. Il nostro studio precedente ha mostrato che coppie di cella possono essere stabile per lungo tempo quando le cellule sono trattate con PEG. Ancora più importante, il trasporto di successo di una coppia di cella a una regione senza PEG, dopo che le cellule erano state tenute in contatto per 5 minuti in PEG, suggerisce che il contatto cellulare viene mantenuta in maniera stabile. Questo è ben spiegato in termini di effetto di svuotamento11, ed essenzialmente lo stesso meccanismo si applica agli assembly cellulare generato utilizzando DEX9. I nostri risultati attuali suggeriscono che altri tipi di macromolecole naturali anche potrebbero essere utilizzati per costruire gli assembly cellulari 3D stabili.
Per il trasporto rapido delle cellule, la concentrazione del polimero è importante. Generalmente, la viscosità della soluzione aumenta drasticamente quando il polimero viene sciolto sopra la concentrazione di sovrapposizione. In questa circostanza, è difficile manipolare cellule utilizzando pinzette ottiche. Quindi, l’esperimento deve essere eseguito sotto la concentrazione di sovrapposizione. Per una soluzione DEX, la concentrazione di sovrapposizione è ca. 50 mg/mL (la viscosità cinetica è 5,5 mm2/s). Come mostrato in rif. 9, un’Assemblea cellulare stabile è stata osservata quando la concentrazione di DEX era 10 mg/mL a 40 mg/mL. Questo risultato suggerisce che l’effetto di svuotamento è sufficientemente grande per mantenere il contatto della cellula-cellula stabile anche quando la concentrazione di DEX è inferiore rispetto alla concentrazione di sovrapposizione. Esso ha dimostrato che l’aggiunta di DEX non pregiudica la vitalità cellulare fino a 40 mg/mL 9.
L’istituzione di un metodo per la costruzione di assiemi 3D cellulare è importante nel campo della medicina rigenerativa, dal che imita un in vivo microambiente cellulare strutturando singole cellule può facilitare derivati da cellule staminali del tessuto formazione. Finora, abbiamo usato il presente protocollo per costruire cellulari assembly utilizzando Neuro2A cellule9 oltre a cellule NMuMG. Speriamo di stabilire una metodologia sperimentale per la costruzione di assiemi 3D cellulare di un numero maggiore di cellule di varie morfologie. Il sistema di pinzette ottiche sviluppato da Ichikawa et al. 13 sarebbe applicabile per questo scopo poiché l’orientamento delle cellule può essere controllata. Ulteriori prove lungo queste linee dovrebbero essere promettente.
The authors have nothing to disclose.
Gli autori ringraziano Shu Hashimoto, Aoi Yoshida e Taeko Ohta a Doshisha University per la loro generosa assistenza con la messa a punto sperimentale. Questo lavoro è stato supportato da KAKENHI (15H 02121, 15 05400 K, 25103012, 50587441) e dal programma MEXT-Supported per la Fondazione di ricerca strategica alle università Private. Questo studio è stato sostenuto anche da una sovvenzione polacca il consorzio scientifico KNOW (leader del centro nazionale ricerche) “Animale – sicuro il cibo sano”, decisione del Ministero della scienza e dell’istruzione superiore n. 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 |