Name: characterizing cell migration within three-dimensional in vitro wound environments
Uploaded: 2017-08-16T13:00:00
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Finanzierung für diese Arbeit wurde durch die American Heart Association (16SDG29870005) und der North Carolina State University Research und Innovation Seed-Finanzierung zur Verfügung gestellt.

1. Tag1: Zelle und Reagenz Vorbereitung Hinweis: alle Zell- und Reagenz Vorbereitung sollte in einem biologischen Sicherheitsschrank gegen Kontamination der Proben durchgeführt werden.
<ol><li>Warm gefiltert Dulbecco &#39; s Modified Eagle &#39; s Medium (DMEM), fetale bovine Serum (FBS), L-Glutamin und Penicillin/Streptomycin in einem 37 ° C Wasserbad.</li>
	<li>Vorbereiten Neugeborenen menschlichen dermalen Fibroblasten (HDFn) Medien durch Ergänzung erwärmt DMEM mit 10 % FBS, 1 % Pen...

<ol>
	<li>Chester, D., Brown, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+biophysical+properties+of+provisional+matrix+proteins+in+wound+repair.">The role of biophysical properties of provisional matrix proteins in wound repair.</a> Matrix Biol. , (2016).</li><li>Martin, P., Leibovich, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inflammatory+cells+during+wound+repair:+the+good,+the+bad+and+the+ugly.">Inflammatory cells during wound repair: the good, the bad and the ugly.</a> Trends in Cell Biology. 15 (11), 599-607 (2005).</li><li>Lin, B., Yin, T., Wu, Y. 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M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Random+versus+directionally+persistent+cell+migration.">Random versus directionally persistent cell migration.</a> Nat Rev. Mol Cell Biol. 10 (8), 538-549 (2009).</li><li>Rommerswinkel, N., Niggemann, B., Keil, S., Z&#228;nker, K. S., Dittmar, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+Cell+Migration+within+a+Three-dimensional+Collagen+Matrix.">Analysis of Cell Migration within a Three-dimensional Collagen Matrix.</a> J Vis Exp. (92), (2014).</li><li>Jonkman, J. E. 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Dieses Protokoll ermöglicht die Prüfung der Zellwanderung in der Wundheilung ECMs über eine in-vitro- 3D Modell zugeordnet. Ein entscheidender Schritt für die ordnungsgemäße Durchführung des Verfahrens ist die richtige Entwicklung der Fibroblasten Sphäroide; Zellkonzentration während der Vorbereitung wurde optimiert, um eine Ausgangskonzentration von 2.500 Zellen/Tropfen, geben so dass Sphäroide zu bilden zuverlässig über eine Inkubationszeit von 72 h. Wenn eine unzureichende Anzahl von Zellen verwen...

Wundheilung ist ein komplexer Prozess, der die Wiederherstellung der Gewebe Integrität nach Verletzung führt. Dieser Prozess wird in vier überlappende Phasen Blutstillung, Entzündungen, Verbreitung und Umbau, umgeben aufgeteilt die jeweils geregelt sind durch eine komplexe Kombination von löslichen Queues, Zelle-Matrix Interaktionen und Zell-Zell-Kommunikation. 1 , 2 die Orchestrierung dieser Signale steuert eine Vielzahl von zellulären Reaktionen bei der Wundheilung einschließlich allem Zellmigration. 3 , 4 Zellwanderung ist ein sehr dynamischer Prozess abhängig von zellulären Phänotypen und die biochemischen und biophysikalischen Eigenschaften des extrazellulären Matrix Milieus. 5 Zellen Sonde kontinuierlich ihre extrazellulären Matrix Umwelt durch Integrin-vermittelte Wege; Dieser Prozess ermöglicht Zellen, eine Vielzahl von Matrixeigenschaften einschließlich der Topographie, der Steifigkeit und der Entbindung zu spüren. Zweidimensionale (2D) Analyse der Zellwanderung zeigt, dass die Migration von Lamellipodia Bildung an der Vorderkante durch die Generierung von Aktin-Filament-Bundles angetrieben wird. Nachträgliche Bildung von fokalen Adhäsionen an der Vorderkante, in Kombination mit Actomyosin getrieben Kontraktion ein- und Ausfahren an der Hinterkante treibt die Zelle. 6 dreidimensionale (3D) zelluläre Migration ist derzeit nicht bekannt, jedoch neuere Studien zeigen, dass 3D Migration deutlich anders als die zuvor Mechanismus in 2D beschriebenen und wird wahrscheinlich von alterative Mechanismen gesteuert. Beispiel: neuere Studien von Petrie Et Al. gezeigt, dass je nach den Eigenschaften des ECM, Zellen in 3D Matrizen zwischen Lamellipodium und Lobopodium getrieben Mechanismen der Migration wechseln können. 7 da Zellwanderung ein wesentlicher Bestandteil der Wundheilung Reaktion ist, 3D-Modelle von Zellwanderung sind entscheidend für das Verständnis der physiologischer Reaktionen auf verschiedene Reize bei der Wundheilung. Obwohl Zelle Wanderungsverhalten auf 2D Oberflächen stark variieren von Migration in 3D Matrizen nachgewiesen wurde, nutzen die aktuelle in-vitro- Modelle der Zellwanderung während der Wundheilung, einschließlich der etablierten Scratch Test 2D Monolayer-Kulturen. 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 vor kurzem entwickelt Tests eine 3D Matrix verwendet haben, aber noch Kulturzellen in einer Monolage auf der Matrix begrenzt somit die Fähigkeit, wirklich die Dreidimensionalität der Zelle Umwelt rekapitulieren in-vivo. 15
Die hier beschriebene Methode soll Zellwanderung in einem physiologisch relevanten 3D-Modell, anstatt auf eine 2D Oberfläche zu studieren, um ein robuster Verständnis von Migration Antworten verbunden sind mit den angewandten reizen. Diese Methode ermöglicht die Bewertung der Zellwanderung innerhalb einer 3D Fibrin-Gerinnsel-Matrix im Beisein von Faktoren, die zu aktivieren oder hemmen Wege Zellwanderung zugeordnet. Für diese Methode durch die kritische Rolle der Fibrin in den frühen Phasen der Wundheilung wurde eine Fibrin-Matrix gewählt; Folgende Verletzungen, ein Fibrin-Gerinnsel entsteht innerhalb der Umgebung der Wunde Blutverlust einzudämmen und dient als Gerüst für die erste Zelle eindringen während der Reparatur von Gewebe und Umbau. 2 , 16 , 17 , 18 , 19 , Darüber hinaus 20 Fibrin wird klinisch als eine chirurgische Dichtungsmittel verwendet und die Zusammensetzung der Dichtstoffe Zellwanderung und ultimative Heilung Ergebnisse gebunden worden ist. Einer früheren Studie von Cox Et Al. Migration von Fibroblasten mit Fibrin Gerinnsel bestehend aus unterschiedlichen Fibrin und Thrombin Konzentrationen zum Zwecke der Optimierung ein Fibrin Dichtungsmittel untersucht. In diesen Studien wurde die Wanderung von Zellen aus Fibrin Gerinnsel auf Plastikschalen quantifiziert. 20 hier präsentieren wir eine Methode, die zur Quantifizierung der Migration von Zellen innerhalb der 3D Fibrin-Umgebung ermöglicht. Während die Methode, die speziell in diesem Protokoll beschriebenen Fibrin verwendet, kann dieses Modell leicht geändert werden, um alternative Matrixmaterialien zu verwenden, wie gewünscht, z. B. Kollagen oder andere 3D Matrizen. Darüber hinaus präsentieren wir die Verwendung von Fibroblasten Sphäroide in diesem Assay, weil Fibroblasten Migration in das Wundbett für Synthese der extrazellulären Matrix und Gewebe Reparatur/Umbau von höchster Bedeutung ist. Jedoch während der Reparatur sind Prozess Neutrophile die erste Zelle Art in das Wundbett, gefolgt von Makrophagen wandern. Fibroblasten beginnen dann die Wundumgebung ca. 48 Stunden nach der ersten Verletzung zu Beginn der Proliferativen Phase der Wundheilung zu infiltrieren. 19 dieser Assay kann leicht geändert werden, um zählen Neutrophile, Makrophagen oder anderen Zelltypen zu beurteilen, wie Änderungen in Fibrin Gerinnsel Struktur Migration dieser Zelltypen beeinflussen. 21
Um diesen Test zu implementieren, wird zunächst ein Sphäroid Fibroblasten gebildet eine Modifikation der zuvor beschriebenen für Stammzelle-Kultur Techniken. 22 Fibroblasten Sphäroid wird anschließend in einer 3D Fibrin-Matrix übertragen, und Auswuchs kann dann leicht überwacht und über mehrere Tage quantifiziert. Dieses Protokoll berücksichtigt die 3D physiologische Systeme durch das Einbetten von 3D Zelle Sphäroide innerhalb einer Fibrin-Matrix, wodurch die Einschränkungen in Relevanz durch eine mit einer 2D Wachstumsoberfläche eine Zelle Monolage auf Modell Wanderungsverhalten herbeigeführt, zwar noch ermöglicht zur Auswertung der Zelle Verhalten in einer streng kontrollierte in-vitro- Umgebung.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="692">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:267px;">Materials</td>
			<td style="width:91px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:217px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:267px;">Dulbecco&#39;s Modified Eagle&#39;s Medium, 4.5 g/L Glucose, w/ Sodium Pyruvate, w/out L-Glutamine</td>
			<td style="width:91px;">VWR</td>
			<td>VWRL0148-0500</td>
			<td style="width:217px;">DMEM already containing L-glutamine can also be used</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:267px;">100mm Tissue Culture Dish, Non-Treated, Sterilized, Non-Pyrogenic</td>
			<td style="width:91px;">VWR</td>
			<td>10861-594</td>
			<td style="width:217px;">Dishes of any size can be used for hanging drop culture&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:267px;">Fetal Bovine Serum from USDA approved countries, heat inactivated, sterile-filtered, cell culture tested</td>
			<td style="width:91px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>12306C-500ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:267px;">L-glutamine</td>
			<td style="width:91px;">Fisher Scientific</td>
			<td>ICN1680149</td>
			<td style="width:217px;">Not needed if using DMEM that already contains L-glutamine&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:267px;">Penicillin-Streptomycin Solution stabilized, sterile-filtered, with 10,000 units penicillin and 10 mg streptomycin/mL</td>
			<td style="width:91px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>P4333-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:267px;">Human Dermal Fibroblasts, neonatal</td>
			<td style="width:91px;">Thermo Fisher</td>
			<td>C0045C</td>
			<td style="width:217px;">Can be replaced with other cell type of interest</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:267px;">21 G x 1 1/2&#39; needle</td>
			<td style="width:91px;">BD&#160;</td>
			<td>305167</td>
			<td>22 G x 1 1/2 needles will also work</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:267px;">1 mL syringe</td>
			<td style="width:91px;">VWR</td>
			<td>89174-491</td>
			<td>Syringes of any volume can be used</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:267px;">Cell Culture Multiwell Plates, Polystyrene, Greiner Bio-One (Individially Wrapped) (48 wells)</td>
			<td style="width:91px;">VWR</td>
			<td>82051-004&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:267px;">Human Fibrinogen - Plasminogen, von Willebrand Factor and Fibronectin Depleted</td>
			<td style="width:91px;">Enzyme Research Laboratories</td>
			<td>FIB 3</td>
			<td style="width:217px;">Can be replaced with matrix protein of interest</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:267px;">Human Alpha Thrombin</td>
			<td style="width:91px;">Enzyme Research Laboratories</td>
			<td>HT 1002a</td>
			<td style="width:217px;">May not be necessary depending on matrix protein of interest</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:267px;">Equipment</td>
			<td style="width:91px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:267px;">BSL2 cell culture hood</td>
			<td style="width:91px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:267px;">Cell culture incubator</td>
			<td style="width:91px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:267px;">Inverted microscope with 10X objective</td>
			<td style="width:91px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:267px;">Centrifuge compatibile with 15 mL tubes</td>
			<td style="width:91px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

characterizing cell migration within three-dimensional in vitro wound environments

Derzeit die meisten in-vitro- Modelle der Wundheilung, wie etablierte Scratch-Assays, Studium Zelle Migration und Wunde Schließung auf zweidimensionalen Flächen beinhalten. Allerdings ist die physiologische Umgebung welche in Vivo Wundheilung erfolgt dreidimensional als zweidimensionale. Es wird immer deutlicher, dass Zelle Verhalten unterscheidet sich stark in zweidimensionalen vs. dreidimensionale Umgebungen; Daher gibt es eine Notwendigkeit an mehr physiologisch relevanten in-vitro- Modelle für das Studium Zelle Migration Verhaltensweisen in Wundverschluss. Die hier beschriebene Methode ermöglicht das Studium der Zellwanderung in einem dreidimensionalen Modell, das physiologische Bedingungen besser als vorher festgelegten zweidimensionale Scratch Assays widerspiegelt. Dieses Modell soll Zelle Auswuchs über die Prüfung der Zellmigration Weg ein Sphäroid Körper eingebettet innerhalb einer Fibrin-Matrix im Beisein von Pro oder anti migratory Faktoren zu bewerten. Mit dieser Methode Zelle Auswuchs aus dem Sphäroid Körper in einer dreidimensionalen Matrix beobachtet werden und im Laufe der Zeit durch Brightfield Mikroskopie und Analyse von Sphäroid Körperbereich leicht quantifizierbar ist. Die Wirkung von Pro-wandernde oder hemmende Faktoren auf Zellwanderung kann auch in diesem System ausgewertet werden. Diese Methode bietet eine einfache Methode des Analysierens Zellwanderung in dreidimensionale Wunde verbunden Matrizen in-vitro-Forscher, wodurch sich die Relevanz der in-vitro- Studien Zelle vor der Verwendung von in-Vivo -Tier Modelle.

Sphäroid Kultur kann genutzt werden, um die Wirkung der pro und Anti-wandernde Agenten auf Fibroblasten Migration in-vitro-erfolgreich bewerten 3D Fibroblasten Sphäroide können gebildet werden, über hängende Tropfen Kultur über einen Zeitraum von 72 h (Abbildung 1). Im Anschluss an die Kulturdauer Sphäroide innerhalb der Gerinnsel-Matrix eingebettet sind und abgebildet mit Brightfield Mikroskopie (Abbildung 2</s...

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Characterizing Cell Migration Within Three-dimensional In Vitro Wound Environments

Das Ziel dieses Protokolls ist es, die Wirkung der Pro und anti migratory Faktoren auf Zellwanderung innerhalb einer dreidimensionalen Fibrin-Matrix bewerten.

Zellwanderung in dreidimensionales In Vitro Charakterisierung Wunde Umgebungen

Currently, most in vitro models of wound healing, such as well-established scratch assays, involve studying cell migration and wound closure on ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Characterizing Cell Migration Within Three-dimensional In Vitro Wound Environments

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Dreidimensionale Optische Auflösung photoakustische Mikroskopie

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As ...

Forschung

Biotechnik

Electric Field-controlled Directed Migration of Neural Progenitor Cells in 2D and 3D Environments

Electric Field-gesteuerte gerichtete Wanderung von neuralen Vorläuferzellen in 2D-und 3D-Umgebungen

Endogenous electric fields (EFs) occur naturally in vivo and play a critical role during tissue/organ development and regeneration, including that of the ...

Live-cell Imaging of Migrating Cells Expressing Fluorescently-tagged Proteins in a Three-dimensional Matrix

Live-Cell-Imaging von wandernden Zellen mit dem Ausdruck Fluoreszenz-markierten Proteinen in einer dreidimensionalen Matrix

Traditionally, cell migration has been studied on two-dimensional, stiff plastic surfaces. However, during important biological processes such as wound ...

Microinjection Wound Assay and In vivo Localization of Epidermal Wound Response Reporters in Drosophila Embryos.

Microinjection Wound Assay and In vivo Localization of Epidermal Wound Response Reporters in Drosophila Embryos.

Mikroinjektion Wound Assay und<em&gt; In-vivo-</em&gt; Lokalisierung von Epidermal Wundreaktion Reporter in<em&gt; Drosophila</em&gt; Embryos.

The Drosophila embryo develops a robust epidermal layer that serves both to protect the internal cells from a harsh external environment as well as to ...

Analysis of Cell Migration within a Three-dimensional Collagen Matrix

Analyse der Zellmigration in eine dreidimensionale Kollagenmatrix

The ability to migrate is a hallmark of various cell types and plays a crucial role in several physiological processes, including&#160;embryonic ...

Generation of a Three-dimensional Full Thickness Skin Equivalent and Automated Wounding

Erzeugung eines dreidimensionalen Vollhaut Equivalent und automatisierte Verwundung

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models ...

Eye Irritation Test (EIT) for Hazard Identification of Eye Irritating Chemicals using Reconstructed Human Cornea-like Epithelial (RhCE) Tissue Model

Eye Irritation Test EIT for Hazard Identification of Eye Irritating Chemicals using Reconstructed Human Cornea-like Epithelial RhCE Tissue Model

Test auf Augenreizung (EIT) zur Kennzeichnung der Gefahr von Augen Reizt Chemicals mit rekonstruierter menschlicher Hornhaut-ähnlichen Epithelial (RhCE) Gewebemodell

To comply with the Seventh Amendment to the EU Cosmetics Directive and EU REACH legislation, validated non-animal alternative methods for reliable and ...

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Preparation and Analysis of In Vitro Three Dimensional Breast Carcinoma Surrogates

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Engineering Three-dimensional Epithelial Tissues Embedded within Extracellular Matrix

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