We laten zien een nieuwe methode voor de bouw van een enkele cel-gebaseerde 3-dimensionale (3D) vergadering zonder een kunstmatige steiger.
Regeneratieve geneeskunde en weefselengineering bieden verschillende voordelen voor de behandeling van hardnekkige ziekten, en verscheidene studies hebben aangetoond dat het belang van 3-dimensionale (3D) cellulaire assemblages in deze velden. Kunstmatige steigers zijn vaak gebruikt voor de bouw van 3D cellulaire assemblages. Echter de steigers gebruikt voor de constructie van cellulaire assemblages zijn soms giftig en de eigenschappen van de cellen kunnen wijzigen. Dus, zou het zinvol zijn om een niet-toxisch methode voor het vergemakkelijken van cel-cel contact. In deze paper introduceren wij een nieuwe methode voor de opbouw van stabiele cellulaire samenstellen met behulp van optisch pincet met dextran. Een van de voordelen van deze methode is dat het stabiel contact van cel naar cel binnen een paar minuten. Deze nieuwe methode kan de bouw van 3D cellulaire vergaderingen in een natuurlijke hydrofiel polymeer en zit verwachte voor zitten nuttig voor de bouw van de volgende generatie 3D eencellige-assembly’s op het gebied van regeneratieve geneeskunde en weefselkweek.
Terwijl menselijke weefsels samengesteld uit verschillende samenstellingen van de cellen zijn en helpen kunnen om de homeostase van het lichaam, afzonderlijke cellen zelf ook een belangrijke rol spelen via cel-naar-cel interactie. Daarom is het belangrijk om te verhelderen hoe afzonderlijke cellen kunnen worden gestimuleerd door externe signalen en hoe zij dergelijke signalen naar andere Adherente cellen overdragen. Voor dit doel, zijn verschillende methoden vastgesteld voor de bouw van één cel-gebaseerde 3-dimensionale (3D) vergaderingen1,2,3,4,5,6 ,7,8. De materialen die worden gebruikt voor het construeren van cellulaire assembly’s kunnen echter nog worden verbeterd. Bijvoorbeeld, synthetische gels en polymeren waaronder polyethyleenglycol (PEG) bepaalde chemische, fysisch-chemische eigenschappen bezitten en kunnen van invloed zijn op de doelcellen (bijvoorbeeld toxiciteit).
Onlangs meldden wij een nieuw systeem dat tot een enkele cel-gebaseerde 3D vergadering van cellen met dextran (DEX leiden kan) door de oprichting van stabiele cel contact9. We hebben overwogen dat deze technologie op verscheidene onderzoeksgebieden, met inbegrip van regeneratieve geneeskunde en zelfs Kankerbiologie nuttig zou kunnen zijn. In dit verslag beschrijven we hoe we enkele cellen manipuleren en 3-dimensionale (3D) cellulaire assemblages in de aanwezigheid van verschillende hydrofiele biomacromoleculen met inbegrip van DEX zonder een kunstmatige steiger bouwen.
De huidige studie toont een concrete toepassing van onze recente rapporten9,11 op het gebruik van oplosbare polymeren voor de bouw van 3D eencellige assemblages. Dergelijke vergaderingen worden stabiel gevormd in de bulk-oplossing wanneer het aantal cellen maximaal 10 is, en kan worden gehouden door een enkele laserstraal. Assemblages neerslaan op het glasoppervlak wanneer er meer dan 10 cellen. Hoewel de experimenten nog in een primitieve stadium zijn, we verwachten dat de nieuwe methodologie zou een krachtig instrument voor de bouw van de volgende generatie 3D eencellige assemblages, die onmisbaar voor de vooruitgang op het gebied van celbiologie zijn en regeneratieve geneeskunde.
In een oplossing met geen polymeer, afstoten cellen elkaar als gevolg van de elektrostatische afstoting die voortvloeien uit de oppervlakte lading, de kracht van de afkeer hydratatie, glycocalyx repulsion effect en membraan golving. Onze vorige studie toonde aan dat cel paren kunnen stabiel voor een lange tijd wanneer de cellen worden behandeld met PEG. Wat nog belangrijker is, suggereert het succesvolle vervoer van een paar van de cel naar een regio zonder PEG, nadat de cellen hadden plaatsgevonden in contact gedurende 5 minuten in PEG, dat cellulaire contact op een stabiele wijze is onderhouden. Dit wordt goed uitgelegd in de termen van de uitputting effect11, en in wezen hetzelfde mechanisme is van toepassing op de cellulaire assembly’s gegenereerd met behulp van DEX9. Onze huidige resultaten suggereren dat andere soorten natuurlijke macromoleculen kunnen ook worden gebruikt voor de bouw van stabiele 3D cellulaire assemblages.
Voor het snelle vervoer van cellen is de concentratie van polymeer belangrijk. In het algemeen verhoogt de viscositeit van de oplossing drastisch wanneer het polymeer wordt opgelost boven de concentratie van de overlapping. Onder deze voorwaarde is het moeilijk om te manipuleren van cellen met optisch pincet. Vandaar, is het experiment moet worden uitgevoerd onder de overlap concentratie. Voor een oplossing van DEX, de overlapping concentratie is ca. 50 mg/mL (de kinetische viscositeit is 5,5 mm2/s). Zoals blijkt uit Ref. 9, werd een stabiele cellulaire vergadering waargenomen toen de concentratie van DEX 10 mg/mL tot 40 mg/mL. Dit resultaat wijst erop dat het effect van uitputting voldoende grote stabiele cel om contact te houden zelfs wanneer de DEX-concentratie lager dan de concentratie van de overlapping is. Het is aangetoond dat de toevoeging van DEX heeft geen invloed op de levensvatbaarheid van de cellen tot 40 mg/mL 9.
De oprichting van een methode voor de bouw van 3D cellulaire assemblages is belangrijk op het gebied van regeneratieve geneeskunde, sinds het nabootsen van een in vivo cellulaire communicatie door het structureren van afzonderlijke cellen kan vergemakkelijken stamcel afkomstige weefsel vorming. Tot nu toe hebben we dit protocol gebruikt voor de bouw van cellulaire samenstellen met behulp van Neuro2A cellen9 naast NMuMG cellen. Wij hopen om een experimentele methode voor de bouw van 3D cellulaire assemblages voor een groter aantal cellen van verschillende morphologies. Het optisch pincet systeem ontwikkeld door Ichikawa et al. 13 zou gelden voor dit doel de oriëntatie van de cellen kan worden bestuurd. Verdere proeven langs deze lijnen moeten zijn veelbelovend.
The authors have nothing to disclose.
De auteurs bedanken Shu Hashimoto, Aoi Yoshida en Taeko Ohta Doshisha Universiteit voor hun gulle hulp bij de experimentele opzet. Dit werk werd ondersteund door KAKENHI (15H 02121, 15K 05400, 25103012, 50587441) en door het MEXT-Supported-programma voor de strategische Research Foundation aan particuliere universiteiten. Deze studie werd ook ondersteund door een Poolse subsidie van het KNOW (toonaangevende nationale centrum voor onderzoek) wetenschappelijk Consortium “Gezond dier – veilig voedsel”, besluit van Ministerie van Wetenschappen en hogeronderwijs nr. 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 |