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Method Article
Die Zellmigration ist ein biologisches Phänomen, das in einer Vielzahl von physiologischen beteiligt ist, wie der Wundheilung und Immunreaktionen und pathophysiologischen Prozessen, wie Krebs. Die 3D-Kollagen-Matrix Migrationstest ist ein vielseitiges Werkzeug, um die Migrationseigenschaften der verschiedenen Zelltypen innerhalb in einer 3D-physiologischen Umgebung wie zu analysieren.
Die Fähigkeit zur Migration ist ein Markenzeichen von verschiedenen Zelltypen spielt eine entscheidende Rolle bei verschiedenen physiologischen Prozessen, einschließlich der embryonalen Entwicklung, Wundheilung, und Immunantworten. Allerdings ist die Zellmigration auch ein wichtiger Mechanismus in der Krebs Aktivierung dieser Krebszellen aus dem Primärtumor lösen metastasiertem beginnen die Verbreitung. In den letzten Jahren wurden verschiedene Zellmigrationsassays wurden entwickelt, um das Migrationsverhalten der verschiedenen Zelltypen zu analysieren. Weil das Bewegungsverhalten von Zellen unterscheidet sich deutlich zwischen einem zweidimensionalen (2D) und dreidimensionale (3D) Umgebung angenommen werden kann, dass die Analyse der Migration von Zellen, die in einer 3D-Umgebung eingebettet wäre eine signifikante Zellmigration ergeben werden in Daten. Der Vorteil der beschriebenen 3D Kollagenmatrix-Migrationstest ist, dass Zellen in einer physiologischen 3D-Netzwerk von Kollagenfasern, die die Hauptkomponente der extrazellulären Matrix. DurchZeitraffer-Videomikroskopie echten Zellmigration wird gemessen, die die Bestimmung von mehreren Parametern Migration sowie deren Veränderungen in Reaktion auf pro-Migrationsfaktoren oder Inhibitoren. Verschiedene Zelltypen können unter Verwendung dieser Technik, einschließlich Lymphozyten / Leukozyten, Stammzellen und Tumorzellen untersucht werden. Ebenso könnte auch Zellhaufen oder Sphäroiden innerhalb der Kollagenmatrix gleichzeitig mit Analyse der Abwanderung von Einzelzellen aus dem Zellverband / Sphäroid in die Kollagengitter eingebettet werden. Wir schließen daraus, dass die 3D-Kollagen-Matrix-Migrationstest ist ein vielseitiges Verfahren, um die Migration von Zellen in einem physiologischen artigen 3D-Umgebung zu analysieren.
Wie Zellfusion (für eine Übersicht siehe 1,2) Zellmigration ist ein weiteres biologisches Phänomen, das in einer Vielzahl von physiologischen Prozessen einschließlich der Embryonalentwicklung, Wundheilung und Immunreaktionen (für eine Übersicht siehe 3) beteiligt ist. Jedoch ist die Fähigkeit zur Migration auch eine Voraussetzung für die Tumorzellen zu metastasieren (für einen Überblick siehe 3,4).
Die Zellmigration ist ein komplexer, noch nicht vollständig verstanden Prozess, der durch das Zusammenspiel mehrerer Signaltransduktionswege durch verschiedene Liganden (zB Cytokine, Chemokine, Wachstumsfaktoren, Hormone, extrazelluläre Matrixkomponenten)-Rezeptor (zB Rezeptor-Tyrosin-Kinasen initiiert gerichtet ist, Chemokin-Rezeptoren, Integrine) Wechselwirkungen 5 wodurch letztlich die Reorganisation des Aktin-Zytoskeletts gleichzeitig mit De- und Remontage von focal adhesion Komplexe und Integrin-vermittelten Signal 6.
Um die Zellmigration mehrere in-vitro-und in vivo-Zellmigrationsassays analysiert haben in den vergangenen Jahrzehnten entwickelt worden, einschließlich der Boyden-Kammer / Transwell-Assay 7, Kratztest / Wundheilungs Test 8-10, dreidimensionale ( 3D) Kollagen-Matrix Migrationsassay 11 sowie Intravital Imaging / Mikroskopie (für eine Übersicht siehe 12). Jeder dieser Zellmigrationsassays hat Vor-und Nachteile, zB über Kosten und Notwendigkeit der Ausrüstung, Handhabung oder Zuverlässigkeit der gewonnenen Daten.
Sowohl der Boyden-Kammer / Transwell-Assay und die Kratztest / Wundheilungstest sind einfach, preiswert und gut entwickelten Assays zur Zellmigration in vitro 7-10 messen. Der so genannten oberen Fach 7 - in der Boyden-Kammer / Transwell-Assay Zellen sind auf der Oberseite eines Einsatzes enthalten Poren (etwa 8 um Durchmesser) ausgesät. Optional könnte der Einsatz mit extrazellulären m beschichtet werdenatrix Komponenten, zB Fibronektin, Kollagen etc. nachahmen eine physiologische Umgebung. Ebenso könnte Endothelzellen auf der Oberseite des Einsatzes gehalten werden, wodurch eine endotheliale Zellbarriere 13 nachahmt. Jene Zellen, die durch die Poren in einem definierten Zeitintervall in das untere Kompartiment beherbergen, Medien und Ergänzungen, wie Wachstumsfaktoren und Chemokine durchlaufen haben, werden als Auslese verwendet, um die Zellmigration (oder Extravasation) quantifizieren.
Der Kratztest / Wundheilungs Assay Zellen werden in Platten ausgesät und bis zur Konfluenz 10 gewachsen. In Abhängigkeit von den experimentellen Aufbau konnte Platten mit extrazellulären Matrixkomponenten, wie Fibronectin vorbeschichtet werden. Nach dem Erstellen eines Kratzer / durch Abkratzen der Zellmonoschicht einzelne Zellen von jeder Seite der Kratzwund / Wunde kann in die Lücke wandern, wodurch Füllen / Heil es 10. Der Abstand zwischen den beiden Seiten der Ritz / Wunden bestimmtin Abhängigkeit von der Zeit und als Auslesung der Migrationsaktivität der Zellen 10 verwendet. Jedoch zwischen Zellproliferation und Zellmigration zu unterscheiden (die auch bei der Abfüllung / Heilung der Kratzer / Wunde führen kann), wird empfohlen, den Test mit Zeitraffer-Videomikroskopie und Einzelzellverfolgung 10 zu kombinieren.
Jedoch sowohl die Boyden-Kammer / Transwell-Assay und Kratztest / Wundheilungs Assay, sind eher unvollkommen über physiologische artigen zellulären Umgebung. In der Boyden-Kammer / Transwell-Testzellen haben, um durch eine Kunststoffporen wandern, während der Kratztest / Wundheilungs Assay Zellen werden auf einer zweidimensionalen vorbeschichtete Kunststoff-Platte ausgesät. Ebenso ist es allgemein bekannt, dass das Migrationsverhalten unterscheidet sich deutlich zwischen einer zweidimensionalen und 3D Umgebung 3. Zum Beispiel dreidimensionale Matrix Verwachsungen von Fibroblasten unterscheiden Brenn und fibrilläre Adhäsionen gekennzeichnet, daß auf beidendimensionalen Substraten in ihrem Inhalt und α5β1 avb3 Integrine, Paxillin, anderen Zytoskelett-Komponenten und Tyrosin-Phosphorylierung von Focal Adhesion Kinase 14. Ebenso angezeigt Zellen innerhalb einer 3D-Umgebung eingebettet auch ein verändertes Zugverhalten 15. Somit Zellmigration genauer analysieren Migrationsassay wird empfohlen ermöglicht die Migration der einzelnen Zellen in einem 3D-physiologische oder physiologisch-ähnliche Umgebung zu messen.
Intravital Imaging / Mikroskopie ist die Gold-Standard für die Messung der Zellmigration in einer 3D-physiologischen Kontext. Dies gilt nicht nur gehören extrazelluläre Matrix-Zell-Wechselwirkungen, sondern auch die Interaktionen zwischen verschiedenen Zelltypen, wie beispielsweise Tumorzellen und Endothelzellen während Extravasation 16 oder Lymphozyten-innerhalb des Lymphknotens 17, welche bis zum heutigen Tag ist möglich durch verbesserte Fluoreszenzmikroskopietechniken, wie beispielsweise 2-PhotonenKonfokale Laser-Scanning-Mikroskopie wird die Verwendung von lebensFluoreszenzFarbstoffe und transgenen Mausstämme, die fluoreszierende Proteine Derivate 12,16,17. Zusätzlich könnten Intravital Imaging / Mikroskopie mit manuellen und automatisierten Zellverfolgung 18 kombiniert werden. Wegen der Notwendigkeit einer 2-Photonen konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopie sowie Tiere (und entsprechende transgene Tiermodelle) intravitalen Imaging / Mikroskopie ist jedoch ein recht kostenintensiven Technik.
Um die Einschränkungen der Boyden-Kammer / Transwell-Assay und der Kratztest / Wundheilungs Assay zu überwinden und die Migration von verschiedenen Zelltypen innerhalb einer 3D-Umgebung die 3D-Kollagen-Matrix-Migration-Assay wurde entwickelt 11,19 analysieren. Dadurch wandern Zellen in einer 3D Kollagenfasernetzwerk, das mehrere ähnelt der Situation in vivo eingebettet. Gemeinsam, durch Zeitraffer-Videomikroskopie echten Zellmigration gemessen werden, wodurch die BestimNation von mehreren Migrationsparameter sowie deren Veränderungen in Reaktion auf pro-Migrationsfaktoren oder Inhibitoren. Verschiedene Zelltypen können unter Verwendung dieser Technik, einschließlich Lymphozyten und Leukozyten 11,20, hämatopoetische Stammzellen / Vorläuferzellen 21-24, und Tumorzellen 5,25-29 analysiert werden. Neben den einzelnen Zellen auch Cluster Zelle oder Sphäroiden konnte innerhalb der Kollagenmatrix gleichzeitig mit Analyse der Auswanderung von Einzelzellen aus dem Zellverband / Sphäroid in die Kollagen eingebettet Gitter 30,31 werden.
Dieses Protokoll bietet einen Überblick über eine einfache, aber leistungsfähige Technik, um das Migrationsverhalten von verschiedenen Zelltypen innerhalb einer 3D-Umgebung zu analysieren - ein in vitro-Verfahren ergibt in den Ergebnissen, die in der Nähe der in vivo Situation.
1. Vorbereitung der Migration Chambers
2. Herstellung der Kollagensuspension Zell Mix
3. Aufnahme und Analyse der Zellmigration
Dieser Abschnitt beschreibt die Aufnahme der Zellmigration durch Zeitraffer-Videomikroskopie und Analyse der Zellmigration durch manuelle Zellverfolgung.
4. Datenanalyse
Das verwendete 3D-Kollagen-Matrix kombiniert mit Migrationsassay Zeitraffer-Video-Mikroskopie und computergestützte Zellverfolgung erlaubt die Bestimmung verschiedener Parameter einschließlich Zellmigration sowohl populationsbasierte Parameter (zB bedeuten, Bewegungsaktivität) und Einzelzellbasis Parameter (zB Zeit der aktiven Bewegung, Geschwindigkeit, Entfernung migriert). Ein Beispiel der erhaltenen Zellverfolgungsdatensätze, Datenverarbeitung und Datendarstellung in Figur 2 wiedergegebe...
Die Fähigkeit zur Migration ist ein Markenzeichen von Tumorzellen 4. Ohne die Fähigkeit, aus dem Primärtumor zu lösen und durch die umgebende Bindegewebe Tumorzellen wandern können keine Sekundärläsionen, die die Hauptursache für Tod fast aller Krebspatienten zu beimpfen. Wegen dieser Beziehung viele Studien konzentrieren sich auf die Krebszellmigration. Das Ziel dieser Studien ist die Identifizierung neuer Zielmoleküle und die Zielwege, die effektiv blockieren Tumorzellmigration, wodurch Beeinträch...
The authors declare that they have no competing financial interests.
This work was supported by the Fritz-Bender-Foundation, Munich, Germany
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Leica DM IL inverted microscope | Leica, Wetzlar, Germany | ||
Microscope stage heater | Distelkamp Electronic, Kaiserslautern, Germany | ||
JVC C1431 video camera | JVC, Bad Vilbel, Germany | ||
Axis 241Q video server | Axis communication GmbH, Ismaning, Germany | ||
Mac G5 Computer | Apple Macintosh | ||
iMac | Apple Macintosh | ||
FileMaker Pro | FileMaker GmbH, Unterschleißheim, Germany | ||
Multi-camera video surveillance software(Security Spy) | Bensoftware, London, UK | ||
Runtime Revolution Media 2.9.0 | RunRev Ltd., Edinburgh, UK | ||
Paraffin | Applichem GmbH, Darmstadt, Germany | A4264 | |
Petroleum jelly | local drug store | ||
Purecol (liquid collagen) | Nutacon BV, Leimuiden, The Netherlands | contains 2.9 - 3.3 mg/ml bovine collagen (95% collagen type I, 5% collagen type IV) | |
10x MEM | Sigma Aldrich, Taufkirchen, Germany | M0275 | |
7.5% sodium bicarbonate solution | Sigma Aldrich, Taufkirchen, Germany | S8761 | |
EGF | Sigma Aldrich, Taufkirchen, Germany | E9644 | |
U73122 | Merck Millipore, Darmstadt, Germany | 662035 | dissolve first in CHCl3; reconstitute in DMSO just prior to use |
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