Vamos demonstrar um método novo para a construção de um assembly para single-cell-based 3-dimensional (3D) sem um andaime artificial.
Engenharia de tecidos e medicina regenerativa oferecem várias vantagens para o tratamento de doenças intratáveis, e diversos estudos têm demonstrado a importância de 3-dimensional (3D) celular módulos (assemblies) nestes campos. Andaimes artificiais, muitas vezes têm sido utilizados para construir conjuntos celulares 3D. No entanto, os andaimes usados para construir conjuntos celulares são às vezes tóxicos e podem alterar as propriedades das células. Assim, seria benéfico estabelecer um método não-tóxico para facilitar o contato célula-célula. Neste trabalho, apresentamos um novo método para a construção de módulos (assemblies) celular estável usando Pinça óptica com dextrano. Uma das vantagens deste método é que estabelece contato de célula para célula estável em poucos minutos. Este novo método permite a construção de módulos (assemblies) celular 3D em um polímero hidrofílico natural e é esperado para ser útil para construir a próxima geração 3D assemblies de célula única nos campos da engenharia de tecidos e medicina regenerativa.
Enquanto os tecidos humanos são compostos de vários conjuntos de células e podem ajudar a manter a homeostase do organismo, células únicas por si também desempenham papéis importantes através de interação célula a célula. Portanto, é importante elucidar como únicas pilhas podem ser estimuladas por sinais externos e como eles transferir tais sinais a outras células aderentes. Para este efeito, foram estabelecidos vários métodos para a construção de single-cell-based 3-dimensional (3D) módulos (assemblies)1,2,3,4,5,6 ,7,8. No entanto, os materiais que são usados para construir conjuntos celulares ainda podem ser melhorados. Por exemplo, géis sintéticas e polímeros incluindo polietileno glicol (PEG) possuam certas propriedades químicas e físico-químicas e podem afetar células-alvo (por exemplo, toxicidade).
Recentemente, informou um novo sistema que poderia gerar um assembly de single-cell-based 3D de células usando o dextran (DEX) através do estabelecimento de contato célula-célula estável9. Consideramos que esta tecnologia pode ser útil em vários campos de pesquisa, incluindo até mesmo câncer biologia e medicina regenerativa. Neste relatório, descrevemos como manipular células únicas e construir 3-dimensional (3D) celular módulos (assemblies) na presença de várias macromoléculas hidrofílicas incluindo DEX sem um andaime artificial.
O presente estudo mostra uma aplicação concreta dos nossos últimos relatórios9,11 , sobre o uso de polímeros solúveis para a construção de conjuntos de célula única 3D. Esses assemblies são formados estàvel na solução em massa quando o número de células é de até 10 e pode ser realizado por um feixe de laser único. Módulos (assemblies) precipitam na superfície do vidro quando há mais de 10 células. Embora os experimentos ainda estão em um estágio primitivo, esperamos que a nova metodologia poderia ser uma poderosa ferramenta para a construção da próxima geração 3D assemblies de célula única, que são indispensáveis para o progresso nas áreas de biologia celular e medicina regenerativa.
Em uma solução contendo o polímero não, as células se repelem devido a repulsão eletrostática decorrentes da carga de superfície, a força de repulsão de hidratação, o efeito de repulsão glicocálix e ondulação da membrana. Nosso estudo anterior mostrou que pares de células podem ser estáveis por muito tempo, quando as células são tratadas com PEG. Mais importante, o transporte bem sucedido de um par de célula para uma região sem PEG, após as células tinham sido realizadas em contato durante 5 minutos em PEG, sugere que o contato celular é mantido de forma estável. Isto está bem explicado em termos de efeito da depleção11, e essencialmente o mesmo mecanismo se aplica aos assemblies celulares gerados usando DEX9. Nossos resultados atuais sugerem que outros tipos de macromoléculas naturais também podem ser usados para construir conjuntos celulares 3D estáveis.
Para o transporte rápido das células, a concentração do polímero é importante. Geralmente, a viscosidade da solução drasticamente aumenta quando o polímero é dissolvido acima da concentração de sobreposição. Sob esta condição, é difícil manipular as células usando a Pinça óptica. Portanto, o experimento deve ser realizado abaixo da concentração de sobreposição. Para uma solução DEX, a concentração de sobreposição é ca. 50 mg/mL (a viscosidade cinética é 5,5 mm2/s). Como mostrado na Ref. 9, um conjunto estável de celular foi observado quando a concentração de DEX foi de 10 mg/mL, 40 mg/ml. Este resultado sugere que o efeito de depleção é suficientemente grande para manter o contato célula-célula estável mesmo quando a concentração de DEX é menor do que a concentração de sobreposição. Tem sido demonstrado que a adição de DEX não afeta a viabilidade celular até 40 mg/mL 9.
O estabelecimento de um método para a construção de módulos (assemblies) celular 3D é importante no campo da medicina regenerativa, desde imitando um na vivo celular microambiente estruturando células únicas pode facilitar a células-tronco derivadas de tecido formação. Até agora, usamos o presente protocolo para construir celulares assemblies usando Neuro2A células9 além de células NMuMG. Nós esperamos estabelecer uma metodologia experimental para a construção de conjuntos celulares 3D de um maior número de células de diversas morfologias. O sistema de Pinça óptica desenvolvido pela Ichikawa et al 13 seria aplicável para esta finalidade desde que a orientação das células pode ser controlada. Ensaios adicionais ao longo destas linhas deve ser promissoras.
The authors have nothing to disclose.
Os autores agradecer Shu Hashimoto, Aoi Yoshida e Taeko Ohta na Universidade Doshisha por sua generosa ajuda com a instalação experimental. Este trabalho foi financiado pelo KAKENHI (15H 02121, 15 05400 K, 25103012, 50587441) e pelo programa de MEXT-Supported para a Fundação de pesquisa estratégica em universidades privadas. Este estudo foi suportado também por uma concessão polonês na KNOW (centro de pesquisa nacional de levando) Consortium científica “Animal – seguro alimentos saudáveis”, decisão do Ministério da ciência e do ensino superior n º 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 |