Qui, presentiamo un protocollo per la preparazione di due forme differenti di substrati di coltura utilizzando collagene di tipo I. A seconda di come viene gestito il collagene, molecole del collagene o mantengono una forma bidimensionale, non fibrose o rimontare in forma tridimensionale, fibrilla. La proliferazione delle cellule il tipo I collagene è drasticamente influenzato dalla formazione della fibrilla.
Tipo I collagene, utile come un substrato per la coltura cellulare, esiste in due forme: la forma bidimensionale, non fibrose e forma tridimensionale, fibrilla. Entrambe le forme possono essere preparate con lo stesso collagene di tipo I. In generale, la forma non fibrose promuove la proliferazione e l’adesione delle cellule. La forma della fibrilla (gel) fornisce ulteriori condizioni fisiologiche in molti tipi di cellule; di conseguenza, cultura gel è utile per esaminare i comportamenti fisiologici delle cellule, quali l’efficacia dei farmaci.
I ricercatori possono selezionare il modulo appropriato in base allo scopo del suo utilizzo. Ad esempio, nel caso di cheratinociti, cultura il gel è stato utilizzato come un modello di cicatrizzazione. FEPE1L-8, una linea cellulare dei cheratinociti coltivate sulla forma non fibrose di tipo I del collagene, promuovere l’adesione delle cellule. In particolare, proliferazione dei cheratinociti è più lento del form fibrilla di forma non fibrose. Protocolli per la preparazione di collagene di tipo I per coltura cellulare sono semplici e hanno ampie applicazioni a seconda delle esigenze sperimentali.
Tessuti connettivi interstiziali comprendono un tridimensionale reticolo proteico di composizione eterogenea, principalmente composta di tipo I di fibrille di collagene1. Fibrille collagene giocano un ruolo chiave come impalcatura per celle1,2,3 e interagiscono con altre proteine di matrice extracellulare (ECM)3. In vitro, diverse forme di tipo I collagene possa essere utilizzato come substrati per colture cellulari a seconda la gestione metodo1,2,3,4. In condizioni acide, tipo I collagene mantiene la forma non fibrose5. Rivestimento della superficie delle piastre di coltura con la forma non fibrose promuove delle cellule adesione e proliferazione6,7. A pH fisiologico e temperatura, le molecole di collagene di tipo I rimontare in fibrille che formano gel che possiede una struttura tridimensionale1,2,3,4, 5,6,7,8. Ci sono diverse importanti con differenze tra le fibrille e forme non fibrose di tipo collagene, tra cui rigidità di matrice e le efficienze di ricostruzione dei componenti della ECM da parte delle cellule durante la coltura1. Rigidità di Matrix è uno dei più studiati fattori normativi di cella cultura1, 9. Tuttavia, rimangono da chiarire le complesse interazioni tra cellule e substrati. Per esaminare le complesse interazioni tra cellule e fattori ambientali, un sistema semplice è utile. Confronto tra il comportamento cellulare in due diverse forme di collagene può aiutare a semplificare l’effetto dei fattori ambientali. A seconda dello scopo del loro utilizzo, diverse forme di tipo I collagene può essere utilizzato in modo selettivo. Normalmente, cheratinociti sono a contatto con la membrana basale, ma non con collagene di tipo I. Tuttavia, durante la guarigione arrotolata, keratinocytes spostare al tessuto connettivo dermico, proliferare e guarire la ferita10.
Recentemente, abbiamo dimostrato che la concentrazione di calcio extracellulare è importante per la proliferazione dei cheratinociti cellule della linea utilizzando il sistema di cultura sulla forma della fibrilla di collagene che imita il tessuto connettivo cutaneo11di tipo I. Quando la linea cellulare dei cheratinociti FEPE1L-8 è stato coltivato sulla forma della fibrilla di collagene di tipo I, la forma delle cellule era rotonda e loro proliferazioni sono state fermate ad una concentrazione di calcio extracellulare di 30 μM11. Quando la concentrazione di calcio è stata aumentata a 1,8 mM, la crescita delle cellule è stato recuperato11. Le cellule si sono sviluppate sotto entrambe le concentrazioni di calcio (30 μM e 1,8 mM) quando coltivate in forma non fibrose11, considerando che erano più sensibili alla concentrazione di calcio esogeno quando coltivate sul modulo della fibrilla. FEPE1L-8 è stato generato mediante trasfezione con i tipo di papillomavirus trasformante 16 geni E6 ed E7 da carcinoma cervicale umano, non tumorigeniche, inibiscono la proliferazione illimitata con differenziazione limitata potenziale come keratinocytes normali 12,13. FEPE1L-8 cellule possono essere mantenute utilizzando alcuni generi di mezzo specifico del keratinocyte, compreso K110 tipo-II con additivo supplemento K-1 (K110)6. Qui, descriviamo il protocollo di cultura della linea cellulare umana del keratinocyte su non fibrose e forme di fibrille di collagene di tipo I.
Alcuni componenti della ECM, tra cui collagene di tipo I, forma tridimensionale strutture in vivo1. Coltura su tali un tridimensionale, gel substrato fornisce ulteriori condizioni fisiologiche in vitro più su una superficie bidimensionale, plastica1,2,3,4. Sono stati segnalati numerosi protocolli per quanto riguarda il metodo di cultura del gel, come l’utilizzo di collagene1,2,3,4,6,7, di tipo I 11, collagene tipo IV14,15e16di Matrigel. Tipo I collagene è un materiale ben definito e ampiamente usato a causa della sua abbondanza e la facilità di manipolazione. Le caratteristiche di tipo purificata ho collagene dipendono l’animale specie, età e purificazione metodi5,17. Tipo I collagene può essere purificato utilizzando acido acetico e/o proteasi, come la pepsina, papaina e proctase5,17. Collagene solubile in acido mantiene ammino-telopeptides e proteasi-solubile collagene sono fenduti ammino-telopeptides5,17. La durata riservata del amminico-telopeptides dipende dal tipo di proteasi, e la presenza di telopeptides influisce sulla morfologia della fibrilla e gel forza5,17. La viscosità delle fibrille di collagene solubile in acido è maggiore di quello di proteasi-trattati collageni17. In questo studio, abbiamo usato acido-solubili collagene bovino di tipo I. Pepsina-solubilizzato collagene possono essere utilizzata anche in questo protocollo di cultura del gel; Tuttavia, la resistenza del gel è più debole17. Queste differenze nei materiali possono causare differenze di comportamento delle cellule, ma attualmente non sono buono capiti.
Il protocollo di cultura gel descritto in questo studio è molto semplice. Molte modifiche di questo metodo sono state segnalate. Una eventuale modifica della cultura dei cheratinociti è quello di imitare la membrana dello scantinato. Gel di collagene di tipo IV può essere meglio per mantenere una struttura di scantinato membrana-come substrato in vitro15,18. Tuttavia, un lungo periodo di incubazione è necessario per la preparazione di tipo IV del collagene gel14,15,18. Invece, miscelazione del collagene di tipo IV con tipo I gel del collagene può produrre substrati di coltura romanzo (tipo I / tipo IV del collagene ibrido gel)19. Questi gel ibrido sono facili da gestire, richiedono poco tempo per gelificazione e producono più scantinato membrana-come condizioni di cheratinociti. Il tipo I / gel ibrido del collagene di tipo IV, keratinocytes sopravvivere, formano colonie e indurre la differenziazione terminale19. Questo metodo ibrido ha applicazioni versatili.
Usando il gel cultura tipo I collagene colpisce le cellule tumorali. La forma della fibrilla di collagene di tipo I, l’attivazione di Akt e la crescita delle cellule Caco-2 (una linea cellulare del cancro del colon) sono soppressi7. Inoltre, la crescita delle cellule di melanoma umano (M24met) sul modulo della fibrilla è arrestata al checkpoint G1/S20. Inoltre, i livelli contrassegnato aumentati di specie reattive dell’ossigeno sono osservati in preadipociti murini 3T3-L1 coltivate sul modulo della fibrilla. Inoltre, migrazione e proliferazione delle cellule sono stimolate in direzioni opposte da non fibrose e forme della fibrilla di tipo collagene21.
The authors have nothing to disclose.
Siamo grati al Dr. K. Sekiguchi (Istituto per la ricerca della proteina, Osaka University), Dr. M. Yamada (Istituto per la ricerca della proteina, Osaka University), Dr. T. Ikejima (Cina-Giappone ricerca Istituto di scienze mediche e farmaceutiche, Wuya College di Innovazione, università farmaceutica di Shenyang) e T. Hayashi (Cina-Giappone Research Institute of Medical and Pharmaceutical Sciences, Wuya College dell’innovazione, università farmaceutica di Shenyang) per utili commenti.
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 |