我们展示了一种新的方法来构建一个基于单细胞的3维 (3D) 装配体, 而无需人工脚手架。
再生医学和组织工程为治疗顽固性疾病提供了几个优势, 一些研究表明了3维 (3D) 蜂窝组件在这些领域的重要性。人工脚手架通常用于构建3D 蜂窝组件。然而, 用于构造蜂窝组件的脚手架有时是有毒的, 可能会改变细胞的属性。因此, 建立一种促进细胞接触的无毒方法是有益的。本文介绍了一种利用葡聚糖光镊构建稳定蜂窝组件的新方法。这种方法的优点之一是它在几分钟内建立了稳定的细胞到细胞的接触。这种新方法允许在天然亲水性聚合物中构建3D 蜂窝组件, 预计将有助于在再生医学和组织工程领域构建下一代3D 单电池组件。
虽然人类组织由几个细胞组成, 并且可以帮助保持身体的稳态, 单细胞本身也发挥重要作用通过细胞间的相互作用。因此, 重要的是要阐明如何通过外部信号刺激单个细胞, 以及它们如何将此类信号传输到其他贴壁细胞。为此, 建立了基于单细胞的3维 (3D) 组件1、2、3、4、5、6 的构建方法. ,7,8。但是, 用于构造蜂窝组件的材料仍然可以改进。例如, 合成凝胶和聚合物, 包括聚乙二醇 (PEG) 具有一定的化学物理化学性质, 并可能影响靶细胞 (例如,毒性)。
我们最近报道了一种新的系统, 可以通过建立稳定的细胞细胞接触9, 通过葡聚糖 (DEX) 生成单细胞3D 的细胞组装。我们认为, 这项技术可以在一些研究领域, 包括再生医学, 甚至癌症生物学中有用。在本报告中, 我们描述了我们如何操作单细胞和构建3维 (3D) 蜂窝组件的存在各种亲水性生物大分子包括 DEX 没有人工脚手架。
本研究展示了我们最近的报告9,11关于使用可溶性聚合物用于构建3D 单电池组件的具体应用。当细胞数量高达 10, 并且可以由单个激光束持有时, 此类组件在散装溶液中稳定形成。当有超过10细胞时, 装配体在玻璃表面沉淀。虽然实验仍处于原始阶段, 但我们预计新的方法可能是构建下一代3D 单细胞组件的强大工具, 这对于细胞生物学领域的进展是必不可少的,再生医学。
在不含聚合物的溶液中, 由于表面电荷、水化排斥力、糖萼排斥效应和膜起伏引起的静电排斥, 细胞相互排斥。我们以前的研究表明, 细胞对可以稳定很长时间, 当细胞用 PEG 处理。更重要的是, 成功地将一个细胞对传输到一个没有 peg 的区域, 在细胞接触了5分钟后, 在 peg 中, 表明蜂窝接触保持稳定的方式。这很好地解释了损耗效应11, 基本上相同的机制适用于使用 DEX9生成的蜂窝组件。我们目前的研究结果表明, 其他种类的天然大分子也可用于构建稳定的3D 蜂窝组件。
对于细胞的迅速输送, 聚合物的浓度是很重要的。通常, 当聚合物溶解在重叠浓度以上时, 溶液的粘度急剧增加。在这种情况下, 使用光学镊子很难操作细胞。因此, 实验应在重叠浓度以下进行。对于 DEX 解决方案, 重叠浓度为50毫克/毫升 (动力学粘度为5.5 毫米2/秒)。如参考文献9所示, 当 DEX 浓度为10毫克/毫升至40毫克/毫升时, 观察到稳定的细胞组装。这一结果表明, 即使 DEX 浓度低于重叠浓度, 损耗效应也足够大, 保持细胞细胞的稳定接触。已经表明, 添加 DEX 不影响细胞活性高达40毫克/毫升9。
建立3D 蜂窝组件的方法在再生医学领域很重要, 因为通过构建单细胞来模拟体内细胞微环境可能促进干细胞衍生组织形成。到目前为止, 我们已经使用了 Neuro2A 细胞9除了 NMuMG 细胞, 使用本协议来构造蜂窝组件。我们希望建立一个实验方法, 以构建大量不同形态细胞的3D 细胞组件。由市川等开发的光学镊子系统。13将适用于此目的, 因为细胞的方向可以控制。沿着这些路线进行的进一步试验应该是有希望的。
The authors have nothing to disclose.
作者感谢蜀桥、葵吉田和妙子大田在同志社大学的慷慨帮助与实验设置。这项工作得到了 KAKENHI (15H02121、15K05400、25103012、50587441) 和私立大学战略研究基金会 MEXT 支持的项目的支持。这项研究还得到了来自知情 (领先国家研究中心) 科学联合会 “健康动物安全食品” 的波兰赠款的支持, 科学和高等教育部 05-1/KNOW2/2015 号决定。
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 |