在这里, 我们提出了一个协议, 用于利用 I 型胶原蛋白制备两种不同形式的培养基板。根据胶原蛋白的处理方式, 胶原蛋白分子要么保持二维, 非纤维状的形式, 要么重新组装成三维的, 纤维形式。I 型胶原蛋白上的细胞增殖受到纤维形成的极大影响。
I 型胶原蛋白, 用作细胞培养的基质, 存在于两种形式: 二维, 非纤维形式和三维, 纤维形式。这两种形式都可以用相同类型的 I 胶原蛋白制备。一般来说, 非纤维化的形式促进细胞的粘附和增殖。纤维形式 (凝胶) 提供了更多的生理条件在许多类型的细胞;因此, 凝胶培养是有用的检查生理行为的细胞, 如药物的疗效。
研究人员可以根据其使用目的选择合适的形式。例如, 在角质形成细胞的情况下, 凝胶培养已被用作伤口愈合模型。FEPE1L-8, 一种在 I 型胶原蛋白非纤维化形式上培养的角质形成细胞系, 促进细胞粘附。值得注意的是, 角质形成的角质形成细胞在纤维形态上的增殖比非纤维状的增殖慢。用于细胞培养的 I 型胶原蛋白制备方案简单, 根据实验需要具有广泛的应用价值。
间质结缔组织由异质成分组成的三维蛋白质网状结构组成, 主要由 I 型胶原纤维1组成.胶原蛋白纤维作为细胞1、2、3 的支架, 并与其他细胞外基质 (ecm) 蛋白3相互作用.在体外, 根据处理方法1、2、3、4, 不同形式的 i 型胶原蛋白可作为细胞培养的底物。在酸性条件下, I 型胶原蛋白保持非纤维化形式5。用非纤维状的培养皿涂覆促进细胞粘附和增殖6,7。在生理 ph 值和温度下, i 型胶原蛋白分子重新组装成纤维, 形成具有三维结构的凝胶1,2,3,4, 5,6,7,8。I 型胶原蛋白的纤维和非纤维形式之间有几个重要的区别, 包括基质刚度和培养过程中细胞重建 ecm 成分的效率。基质刚度是细胞培养1, 9研究最多的调节因素之一。然而, 基板和细胞之间的复杂相互作用仍有待澄清。为了检查细胞和环境因素之间的复杂相互作用, 一个简单的系统是有用的。比较两种不同形式的胶原蛋白的细胞行为可能有助于简化环境因素的影响。根据其使用的目的, 不同形式的 I 型胶原蛋白可以选择性地使用。通常情况下, 角质形成细胞与基底膜接触, 但不与 I 型胶原蛋白接触。然而, 在伤口愈合过程中, 角质形成细胞移动到真皮结缔组织, 增殖, 并愈合伤口 10。
最近, 我们证明, 细胞外钙的浓度是重要的增殖角质形成细胞系细胞使用培养系统上的纤维形式的 i 型胶原蛋白模仿真皮结缔组织11。在 I 型胶原蛋白的纤维形态上培养角质形成细胞系 FEPE1L-8 时, 细胞的形状是圆形的, 在细胞外钙浓度为 30μm11时, 细胞增殖停止。当钙浓度增加到 1.8 mM 时, 细胞生长恢复 11.在非纤维型11上培养时, 细胞在钙浓度(30μm 和 1.8 mm) 下生长, 而在纤维形态上培养时, 细胞对外源钙浓度更为敏感。FEPE1L – 8 是通过与 16 型状瘤病毒转染产生的 , 将人类宫颈癌的 E6 和 E7 转化为非致瘤 , 抑制无限增殖 , 分化潜力有限 , 就像正常角质形成细胞一样12,13。FEEPE1L-8 细胞可以通过使用某些类型的角质形成细胞特异性培养基来维持, 包括 K110 ii 型和添加剂补充 K-1 (K110)6。在这里, 我们描述了人类角质形成细胞系在 I 型胶原蛋白的非纤维和纤维形式上的培养协议。
一些 ECM 成分, 包括 I 型胶原蛋白, 在体内形成三维结构1。在这样的三维培养上, 凝胶基板在玻璃体中提供了比二维塑料表面1、2、3、4更多的生理条件。已经报道了许多关于凝胶培养方法的协议, 例如使用 i 型胶原蛋白1,2,3,4, 6,7, 11、iv 型胶原蛋白14、15和 matrigel16。I 型胶原蛋白是一种定义明确且广泛使用的材料, 因为它的丰富和易于处理。纯化的 i 型胶原蛋白的特征取决于动物的种类、年龄和纯化方法5,17。I 型胶原蛋白可使用醋酸和蛋白酶 (如胃蛋白酶、木瓜蛋白酶和原酶5,17) 纯化。酸溶性胶原蛋白维持氨基肽, 蛋白酶溶性胶原蛋白为清除氨基肽5,17。氨基肽的保留长度取决于蛋白酶的类型, 而端对肽的存在会影响纤维形态和凝胶强度5,17。酸溶性胶原纤维的粘度大于蛋白酶治疗胶原蛋白17的粘度。在这项研究中, 我们使用酸溶性牛 i 型胶原蛋白。辣椒溶解性胶原蛋白也可用于这种凝胶培养协议;然而, 凝胶强度较弱的17。这些材料上的差异会导致细胞行为差异, 但目前还没有很好地理解。
本研究中描述的凝胶培养协议非常简单。据报道, 对这种方法作了许多修改。角质形成细胞培养的一个可能的改变是模仿基底膜。Iv 型胶原凝胶可更好地保持基底膜样底物结构在体外 15,18。然而, 需要一个较长的潜伏期,以制备 iv 型胶原凝胶14,15,18。相反, 将 IV 型胶原蛋白与 I 型胶原蛋白凝胶混合可产生新的培养基板 (I/型 iv 型胶原蛋白混合凝胶)19。这些混合凝胶易于处理, 需要很短的时间进行凝胶化, 并产生更多的基底膜样条件的角质形成细胞。在 I/型 iv 型胶原蛋白杂化凝胶上, 角质形成细胞存活, 形成菌落, 并诱导终末分化19。这种混合方法具有多种应用。
使用 I 型胶原蛋白的凝胶培养会影响癌细胞。在 I 型胶原蛋白的纤维形态上, Caco-2 细胞 (结肠癌细胞系) 的 Akt 活化和生长被抑制 7.此外, 在 gvins 检查站 20号, 在纤维形态上的人类黑色素瘤细胞 (m24met) 的生长被逮捕。此外, 在以纤维形式培养的小鼠3T3-l1 前脂肪细胞中, 活性氧的含量显著增加。此外, I 型胶原蛋白21的非纤维和纤维形式在相反方向刺激细胞增殖和迁移。
The authors have nothing to disclose.
我们感谢 K. Sekiguchi 博士 (大阪大学蛋白质研究所)、山田博士 (大阪大学蛋白质研究所)、T. 池岛博士 (中日医学与药学研究所)、吴亚学院。沈阳药大学创新大学) 和 T. Hayashi (沈阳药学院吴亚创新学院中日医学与药业研究所) 提供了有益的评论。
Albumin, from bovine serum (BSA) | Merck KGaA | A4503 | |
1 % BSA | Merck KGaA | A4503 | Dissolve 1 g of BSA powder in 100 mL of PBS (-) and filtrate |
Cell Counting Kit-8 | Dojindo Molecular Technologies, Inc. | 347-07621 | tetrazolium salt, 2-(2-methoxy-4-nitrophenyl)-3-(4-nitrophenyl)-5-(2,4-disulfophenyl)-2H tetrazolium, monosodium salt (WST-8) |
Collagen type I (Acid soluble collgen) | Nippi Inc. | ASC-1-100-20 | from bovine (any other species available, concentration is 3.0 mg/mL |
disposable membrane filter unit DISMIC cellulose acetate | ADVANTEC Co., LTD. | 25CS020AS | 0.2 µm pore size |
human keratinocyte line cell FEPE1L-8 | Donated Dr.W.G. Carter (Fred Hutchinson Cancer Research Center, Seattle, WA) | ||
K-1 | Kyokuto Seiyaku Inc. | 28204 | additive supplement with 500 mg of BSA, 500 mg of bovine pituitarybody extracts, 2.5 mg of insulin, 0.05 µg of h-EGF and 5 mg of heparin |
K110 Type-II medium | Kyokuto Seiyaku Inc. | 28204 | keratinocyte basal culture medium |
K110 Type-II medium with K-1 and Penicillin-Streptomycin (K110) | Kyokuto Seiyaku Inc. | 28204 | Add 5 mL of Penicillin-Streptomycin and 10 mL of additive supplement (K-1) in 500 mL of K110 type-II keratinocyte basal culture medium |
PBS (-) | Merck KGaA | P-5368 | Dissolve 1 pouch of PBS (-) powder in 1000 mL of deionized water and filtrate |
10x PBS (-) | Merck KGaA | P-5368 | Dissolve 1 pouch of PBS (-) powder in 100 mL of deionized water and filtrate |
Penicillin-Streptomycin | MP Biomedicals, LLC | 1670049 | 10000 units/mL of penisillin G and 10,000μg/mL of streptmycin sulfate in physiological saline |
Phosphate bufferred saline BioPerformance CertiCertified, pH 7.4 | Merck KGaA | P-5368-10 pack | |
Trypsin from porcine pancreas | Merck KGaA | T4799 | |
0.05 % trypsin | Merck KGaA | T4799 | Dissolve 0.25 g of trypsin and 0.186 g of EDTA.2Na in 500 mL of PBS (-) and filtrate |
Trypsin inhibitor from soybean | FUJIFILM Wako Pure Chemical corporation | 202-20123 | |
Trypsin inhibitor | FUJIFILM Wako Pure Chemical corporation | 202-20123 | Dissolve 50 mg of trypsin inhibitor and 500 mg of BSA in 500 mL of PBS (-) and filtrate |