Krooninen sairaus

tiivistelmä

syöpäsoluinvaasiota on tärkeä osa etäpesäkkeiden ja vastaa laaja solujen leviämistä ja merkittävä tuhoaminen kudoksiin. Soluilla monimutkainen invaasio tilat, kuten erilaisia ​​kollektiivisen käyttäytymistä. Tämä ilmiö johtaa rakenteellisen heterogeenisyyden soluväliaineen (ECM) kudoksissa. Täällä systemaattisesti tutkineet ympäristön heterogeenisyys helpottaa kasvainsolun invaasiota yhdistelmän kautta

in vitro

solujen vaeltamiseen kokeita ja tietokonesimulaatioiden. Tarkemmin rakensimme ECM mikroympäristön mikrokäsitellyn biosiruun ja luonut kolmiulotteisen (3D) suppilomainen matrigeeliin käyttöliittymän sisällä. Pyyhkäisyelektronimikrosko- osoitti, että liitäntä oli sisätilojen vikoja nanoluokan molekyyli- anisotrooppisten suunnan ja paikallisia rakenteellisia tiheysvaihtelujen Matrigel. Tuloksemme, erityisesti korrelaatio kollektiivisen vaelluskäyttäytyminen geometrisen ominaisuuksia suppilo-käyttöliittymä, osoittavat, että tämä heterogeeninen

in vitro

ECM rakenne voimakkaasti ohjaa ja edistää aggressiivinen soluinvaasiota jäykässä Matrigel tilaa. Matka- automaatti malli ehdotti perustuvat kokeellisiin havaintoihin, ja siihen liittyvä määrällinen analyysi osoitti, että solujen invaasio aloitettiin ja ohjata useita mekanismeja, kuten microenvironment heterogeenisyys, pitkän kantaman solu-solu homotype ja kaltevuus perustuva suuntaava solumigraatiota. Työmme osoittaa toteutettavuus rakentaa monimutkainen ja heterogeeninen

in vitro

3D ECM microenvironment joka jäljittelee

in vivo

ympäristössä. Lisäksi tuloksemme osoittavat, että ECM heterogeenisuus on välttämätöntä valvoa kollektiivinen solujen invasiivisia käyttäytymistä ja siten määritettäessä etäpesäkkeitä tehokkuutta.

Citation: Zhu J, Liang L, Jiao Y, Liu L puolesta Yhdysvaltojen ja Kiinan Physical Sciences-Oncology Alliance (2015) Enhanced Invasion metastasoituneen Syöpäsolut kautta soluväliaineen Interface. PLoS ONE 10 (2): e0118058. doi: 10,1371 /journal.pone.0118058

Academic Editor: Jung Weon Lee, Seoul National University, Etelä-Korea

vastaanotettu: 12 lokakuu 2014; Hyväksytty: 03 tammikuu 2015; Julkaistu: 23 helmikuu 2015

Tämä on avoin pääsy artikkeli, vapaa kaikki tekijänoikeudet, ja saa vapaasti jäljentää, levittää, välittää, modifioitu, rakennettu, tai muuten käyttää kuka tahansa laillista tarkoitusta. Teos on saatavilla Creative Commons CC0 julkisuuteen omistautumista

Data Saatavuus: kaikki asiaankuuluvat tiedot ovat paperin.

Rahoitus: Tekijät myöntävät tukea National Key Basic Research Program of China (Grant 2013CB837200) ja National Science Foundation of China (Grant 11474345). Rahoittajat ollut mitään roolia tutkimuksen suunnittelu, tiedonkeruu ja analyysi, päätös julkaista tai valmistamista käsikirjoituksen.

Kilpailevat edut: Kirjoittajat ovat ilmoittaneet, etteivät ole kilpailevia intressejä ole.

Johdanto

eniten hengenvaarallisia vaiheessa etäpesäkkeiden tapahtuu, kun kasvainsoluja levitä kudoksen alkuperän ja alkavat kasvaa muissa elimissä. Ensimmäisessä kriittinen vaihe, nimeltään invaasio, metastaattisen ilmentävät metalloproteinaasien niiden pinnoilla, edistää tyvikalvon ruoansulatusta ja siirtyä ympäröivään soluväliaineen (ECM) [1-2]. ECM on tärkeä rooli prosessissa syöpäsoluinvaasiota, joka toimii fyysisenä tukirakenteena solujen liikkumista ja myös keskipitkällä solun signaalin viestintä [3]. Kudoksissa, syöpäsolut ilmentävät metalloproteinaasien (MMP: t), jotka heikentävät ECM eturintamassa, tuottaa paikallisia polkuja ja auttaa vaeltavien solujen hyökätä vapaasti [4-6].

In vivo

, invasiivisia solun histologiset kuviot vaihtelevat yhden soluinvaasiota kollektiivista soluinvaasiota, jopa saman kudosta. Kuviot vaihtelevat solusta rauhasrakkuloista, johdot, rauhaset, levyt, klustereiden ja muut [7-8]. Tärkeää on, erilaisia ​​kuvioita johtavat eri teho- kollektiivisen soluinvaasiota ja määrittää yleinen taudin vakavuutta ja potilaan selviytymistä. Siksi on tärkeää ymmärtää luonteen invasiivisia kuvioita ja tekijöitä, jotka vaikuttavat niihin.

kollektiivinen invasiivisia solujen käyttäytymistä ja kuviot vaikuttaa suuresti heterogeenisyys ECM mikro-rakenteita. Molekyylitasolla, ECM proteiinipitoisuus ja ECM komponenttien määrittää ECM submikronin rakenne ja mekaaniset ominaisuudet [9-14]. Tällä kudos mittakaavassa rakenteellinen heterogeenisyys ja anisotropia natiivien kudosten johtuvat pääasiassa monimutkainen paikallinen ECM mikroympäristöihin ja niiden koko, tiheys ja suunta. Nämä fyysiset ominaisuudet, sekä kyseisen kemikaalin ympäristöt, joka koostuu hapesta, ravitsemuksen ja kasvutekijät, vaihtelevat suuresti eri kudoksissa ja kudosten rajapinnat [15]. Kaikki nämä ECM vaihtelut vaikuttavat yhden solun polariteetti ja ryhmän kollektiivinen solujen käyttäytymistä aikana invaasion ja johtaa useisiin soluinvaasiota malleja, jotka lopulta muokkaavat ECM maisemaa ja määrittää nopeuden etäpesäkkeiden.

Koska monimutkaisuuden ECM heterogeenisyys

in vivo

, sen vaikutus kollektiiviseen solujen käyttäytymiseen on kuvattu, mutta ei määrällisesti [7].

In vitro

, tutkimukset ovat kohdanneet pullonkauloja vaikeuden takia rakentamisessa ECM paikkatietojen suuntautumisen ja rakenteellisia puutteita. Näin ollen muutama mallintaminen ja teoreettiset analyysit on raportoitu [6, 16]. Esimerkiksi Boyden määritys on yleisesti hyväksytty menetelmä testata syöpäsoluinvaasiota mahdollisia kolmessa ulottuvuudessa. Kuitenkin kammioon ainoastaan ​​antaa homogeenisen ECM ympäristössä, joka poikkeaa heterogeenisen kudosympäristön [17-18].

lähemmin soluinvaasiota uusia lähestymistapoja mallinnettu kompleksi microenvironment kanssa suurempaa samankaltaisuutta

in vivo

kunnossa käyttämällä mikrofluidinen teknologia yhdistettynä optinen kuvantaminen. Tämä laite tarjoaa kolmiulotteisen (3D) alustan soluviljelmissä ja invaasio, joka on samanlainen kuin

in vivo

mikroympäristössä. Verrattuna perinteisiin kaksiulotteinen menetelmiä, kuten naarmu määrityksissä, tämä laite tarjoaa enemmän erityispiirteet ja tarkemmin jäljittelee 3D ympäristö solujen tutkimus [19-20]. Tässä käsikirjoitus, raportoimme viime edistymisestä rakentaa 3D Matrigel perustuva ECM ympäristössä tutkia invasiivisia käyttäytymisen metastaattisen MDA-MB-231 rintasyövän solulinjaa. Lisäksi olemme onnistuneesti rakennettu keinotekoisesti Matrigel liitännän 3D-tilassa. Heterogeenisuus Matrigel rakenteiden suuresti määräytyy kollektiivinen solu käyttäytymistä, solun morfologia ja invaasio tehokkuutta. Erityisesti, kollektiivinen solumigraatiota kuvio oli vahvasti yhdistettynä geometrisiä ominaisuuksia suppilo-liitäntä. Lisäksi ehdotamme soluautomaatti malli [21-35] päätellä mahdollisia mekanismeja, jotka johtivat havaittu kollektiivinen hyökkäys käyttäytymistä. Meidän synergiaa kokeellisia ja laskennallisia tutkimukset paljastivat, että ECM heterogeenisyys ja solun signalointi, yhdessä kemiallisen kaltevuus, on olennaiset roolit määritettäessä syöpäsoluinvaasiota.

Tulokset

heterogeeninen matrigeeliä käyttöliittymä

Matrigel on riippuvainen lämpötilasta geeli yleisesti säilytettiin 4 ° C: ssa. Rutiini menettely valmistamiseksi matrigeeliä kuten

in vitro

ECM on tallentaa geeli 37 ° C: ssa. Geeli muodostaa sitten homogeeninen rakenteiden yhtenäinen tiheys. Voit luoda heterogeeninen Matrigel rakenne, joka voi simuloida epähomogeeninen

in vivo

ECM microenvironment, tilallisen Matrigel jakso valmistettiin, kovettunut ja sitten liittyi toisella matrigeelin osa, joka kovetettiin sitten. Kaksi Matrigel osat identtisiä pitoisuuden mutta kovettunut eri aikoina luotu rajapinta niiden rajan. Kuva. 1 on pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) kuvaa, joka esittää yksityiskohtia liitoksen mikro-mittakaavan rakenteita. Yläosa, matrigeeliä I valmistettiin ja sitten liitettiin alaosa joka on laadittu 30 minuutin kuluttua yläosa. Molemmat Matrigel kohdat oli mesh rakenteita, joilla on samanlaiset tiheydet. Ne kuitenkin muodostivat näkyvä pystysuuntainen rajapinta liitoksen, kuten on osoitettu valkoiset nuolet. Käyttöliittymä oli kaksi ominaisuutta. Ensinnäkin rakenteet oli pieni onteloita vaihtelevat 100 ~ 300 nm, mikä vähentää lokalisoitu tiheyteen. Toiseksi molekyylit oli vaakasuora polariteetin rajapintaa pitkin, mikä osoittaa, että silmän rakenteiden kahteen osaan eivät ole päällekkäisiä. Myöhemmin kokeet osoittivat ja analysoi toimia tämän liitännän määritettäessä invasiivisen käyttäytymisen metastaattisen syöpäsoluja.

Käyttöliittymä on vaakasuora molekyyli suunta ja vähentää lokalisoitu tiheyden, joka tuotti viat geelin sisään.

mikrokanava kulissi solujen 3D invaasiota

analysoida, miten matrigeelin liitäntä vaikuttaa metastaattisen soluinvaasiota 3D-tilassa, me suunnitella ja valmistaa mikrofluidinen siru (Fig. 2A). Katkoviivat hahmottaa kuutio muoto polydimetyylisiloksaania (PDMS) siru. Siru hallussaan kaksi pyöreää kammiota liitetty sylinterimäinen ontto tunneli täytettiin kovettunut 100% matrigeeliä. Proteiinipitoisuus oli noin 10 mg /ml, joka on 3-4 kertaa suurempi kuin yleisesti käytetty kollageeni I rotan häntää (3-4 mg /ml) (354236, Dow Corning, MI, U. S. A). Naudan sikiön seerumia (FBS) on yleisesti käytetty kasvutekijä syöpäsolujen kasvua. Vuonna syöpäsoluinvaasiota

in vivo

, metastaattisen solut yleensä seuraa kasvutekijä houkutinta kaltevuus. Alus on rikkaampi ravitsemuksen ja kasvutekijät kuin kudoksen, ja nämä tekijät muodostavat kaltevuus, joka ohjaa suuntaan soluinvaasiota. Näin ollen koe muodosti FBS kaltevuus, joka jäljitteli

in vivo

mikroympäristössä ohjaamiseen soluinvaasiota. RPMI 1,0% FBS sijoitettiin vasempaan kammioon, ja RPMI 10% FBS sijoitettiin toiseen kammioon. Kuva. Kuvio 2B esittää, että FBS gradienttia kehitettiin sisällä matrigeeliä kun media eri FBS pitoisuudet levitettiin molempiin päihin Matrigel 100%: n pitoisuutena. Metastaattinen MDA-MB-231-rintasyöpäsolujen ympättiin pinnalle Matrigel kammiossa, joka sisältää väliainetta, jossa 1,0% FBS: ää. Kukin kammio täytettiin 180 ui väliainetta varmistaa tasainen paine-erot kahden kammion. Ensimmäisen 24 tunnin aikana, kennokammiota täytettiin 10% FBS: ia varmistaa normaalin kasvun MDA-MB-231-soluja. 24 tunnin kuluttua väliaine vaihdettiin 1,0% FBS: ia, ja FBS kaltevuus on perustettu. Testaa perustamista ja vakautta kaltevuus, fluoresoiva dekstraani-rodamiini (70 kDa molekyylipainoltaan proteiinia, Invitrogen) pitoisuutena 0,025 mg /ml käytettiin simuloimaan perustamisen FBS gradientin [36-37]. Molekyylipaino dekstraani-rodamiini on samanlainen kuin naudan seerumin albumiinia 66,5 kDa. Käännettyä mikroskooppia (Ti-E, Nikon) kanssa EMCCD (Flash 4.0, Hamamatsu) käytettiin kaapata fluoresoivat signaalit Matrigel. Siru kanssa matrigeelin sisällä laitettiin sisälle räätälöityjä lavalla elävien solujen inkubaattoriin 37,0 ° C: ssa, 5,0% CO

2 ja 80,0% kosteus, normaali solun inkubaation ympäristössä. Micro-manager-ohjelmisto kontrolloi mikroskoopin hankkia nopeutus kuvia fluoresoivan dekstraanin-rodamiini jakaumat sisällä matrigeelin 10 minuutin välein 48 tunnin ajan. Kuva. 3C esittää dekstraani-rodamiini jakelu 48 tuntia sen jälkeen, kun gradientti on perustettu. Näkyvä kaltevuus perustettiin geelin. Tämä aika-raukeavat kuvantaminen myöhemmin analysoitiin kvantitatiivisesti ImageJ ohjelmisto. Keskimääräisten harmaat arvot saatiin ja analysoitiin kuvia, jotka edustavat dekstraani-rodamiini fluoresenssivoimakkuudet tiettyihin paikkoihin. Nämä arvot olivat sitten normalisoidaan ja piirtää paikoissa ja aikaa osaksi kuvaajan alkuperä ohjelmisto, kuten on esitetty kuviossa. 3D. Sarja dekstraanilla rodamiini diffuusio kuvat otettiin 10 minuutin välein. Jokainen kuva normalisoitui kanssa suurin ja pienin saatu jokaisen kuvan sarjan [38]. Gradientti profiilit analysoitiin keskiarvo vaakasuoran suorakulmion pitkin geelialue ja pidon asemansa kanavalla. Kuva. 2D osoittaa, että simuloitu FBS kaltevuus on perustettu 3 tunnin kuluessa ja säilyy jopa 48 tuntia. Gradientti osoitti, että matrigeeliä voisi perustaa lineaarinen ja vakaa kaltevuus. Lisäksi, kun väliaine tai ilman FBS levitettiin samanaikaisesti kaksi puolta, tehokas kaltevuus muodostettu matrigeelin vyöhykkeellä.

(A) Kaavio luonnos PDMS siru. Vaakasuora sylinteri kanavan kahden kammion välille on täytetty matrigeeliä (punainen). Vasemman kammio on täytetty väliaineen 1,0% FBS, kun taas oikea kammio on täytetty väliaineen kanssa 10,0% FBS. (B) Keskipitkän 10,0% FBS ja 1,0% FBS perustanut FBS kaltevuus pitkin alumiinifoliota matrigeeliä. (C) loisteputki kuvan Matrigel vyöhykkeen. Sininen viiva ilmaisee matrigeeliä. Vasen puoli alemman harmaata sävyä näyttelyissä RPMI 1640 -alustassa ilman dekstraania-rodamiini, ja oikea vyöhyke kanssa suuremman harmaa-arvo edustaa RPMI 1640 väliaineessa dekstraanilla rodamiini. Matrigel vyöhyke on alenevasti harmaa väri, joka osoittaa, että perustetaan dekstraani-rodamiini kaltevuus. (D) kvantitatiivinen analyysi dekstraanilla rodamiini kaltevuus aika- ja tila-riippuvaista toimipaikka Matrigel. Gradientti perustettiin 3 tuntia ja pysyi vakaana jälkeen 9-48 tunnin.

(A) MDA-MB-231-solujen kiinnitetty matrigeelin sivupintaan seinään 0 tuntia. Punainen viiva esittää edestä solun ryhmä. (B) MDA-MB-231 solu hyökkäyksen Matrigel 96 tunnin. Solut ja Matrigel ruoansulatusta aiheutti geelin kutistumisen verrattuna solun etu- 0 tuntia. (C) Harva solujen kuvassa. 3B ojennettuna ja näytteillä lievä invaasion matrigeelin, koska valkoiset nuolet merkitsevät, mikä osoittaa, että MDA-MB-231-solujen voinut hyökätä osaksi jäykkä matrigeelin 100% pitoisuudessa.

Invasion käyttäytymistä MDA -MB-231 solujen homogeeninen ECM ympäristö

Seuraavaksi vaikutus heterogeenisen matrigeelin liitäntä kollektiiviseen soluinvaasiota analysoitiin. Vertailun vuoksi kontrolli analysoituna solujen invaasio homogeeniseen ECM mikroympäristön. Kuva. 3A esittää yhdistävä hirret kanava täynnä homogeeninen matrigeelin 100% pitoisuus. 0 tuntia, MDA-MB-231-solut on kiinnitetty tasaisesti vasemmalle puolelle matrigeeliä. Molemmat kammiot täytettiin 10% FBS: ia, joka takasi solujen kiinnittymistä ja normaalin kasvun. 24 tunnin kuluttua väliaine vasemman kammion korvattiin alustalla, joka sisälsi 1,0% FBS: ää. Kuviossa. 3B, musta varjo pitkin matrigeelin pintaa osoittaa, että solujen määrä kasvoi merkittävästi johtuen nopeasta solujen lisääntymistä. 96 tunnin kuluttua Matrigel oli epämuodostunut, ja MDA-MB-231 solu edessä (punaiset viivat) siirretään eteenpäin oikealle, koska ne kiinni Matrigel pintaan. Matrigel muodonmuutos johtui MMP erittyy MDA-MB-231-soluja, jotka hajoavat Matrigel [39], ja voima vuorovaikutuksen MDA-MB-231-soluja ja matrigeeliä mikrorakenne [40-42]. Entinen edustaa kemiallinen vaikutus, kun taas jälkimmäinen on fysikaalinen prosessi. Vaikka yhtenevät voimat olivat merkittäviä ja aiheutti matrigeeliä muodonmuutos, solut eivät ilmeisesti kollektiivisesti hyökätä matrigeelin 3D rakenteita. Kuva. 3C esittää suurennettua kennon edessä kuvassa. 3B. Kuvassa soluinvaasiota 3D matrigeeliä 520 um pohjan yli kanavan. Siniset nuolet osoittavat, että MDA-MB-231-solujen vain hieman tunkeutuneet matrigeeliä. Kuten on esitetty, vain muutamia soluja edessä muodostunut elliptinen muotoja Matrigel, edustaa niiden vähäinen invasions. Suurin osa soluista takana nämä solut osoittivat kompakti kasvua. Kaiken MDA-MB-231-solujen voinut hyökätä matrigeelin, mikä johtuu todennäköisesti jäykkyyttä 100% matrigeeliä. Tämä valvonta koe vahvisti, että solut voivat vain näytteille intensiivinen kasvu geelipinta, ilman 3D invasiivisia käyttäytymistä, jos jäykkä geeli oli yhtenäinen tiheys.

rakentaminen heterogeeninen ECM mikroympäristön kanssa matrigeelin liitäntä

Aiemmat ohjaus koe osoitti, että metastaattinen MDA-MB-231-solut tuskin pystyy tunkeutumaan ECM kaltainen matrigeeliä koska sen jäykkyys. Lisätutkimuksia kollektiivinen solu invasiivisen käyttäytymisen ECM kanssa heterogeeninen mikroympäristön, me syntyy tilallisen Matrigel yhteinen rakenne geelissä kanavalla. Kuva. 4A osoittaa, että hirret matrigeelin kanava täytettiin kahteen osaan geelien: matrigeelin I (punainen) ja matrigeelin II (sininen). Erityisesti, matrigeeliä II insertoitiin matrigeeliä I ja muodostivat suppilomainen 3D-rakenteen. Valmistuksen aikana, sylinterin muotoisen kanavan ensin ruiskutettiin 8 um 100% matrigeeliä. Sitten siru kallistaa 30 ° ~ 45 ° asteen tasolle alustan 30 minuutin aikana geeli kovetetaan (Fig. 4B). Koska Matrigel ei ollut kiinteytynyt tänä aikana ja pehmeän matrigeelin kiinnittynyt vahvasti PDMS kanavalle, painovoima ajoi geelin oikeaan päähän, luo suppilomainen rakenne, kunnes täysin jähmettynyt. Tässä vaiheessa painovoiman yhdistettynä geelin tarttuvuus oli tärkeä rooli muodostumista 3D morfologian Matrigel I. Lopuksi vielä 3 ui 100% matrigeeliä II lisättiin onteloon. Siru Sitten sijoitettu tasolle inkubaattorissa täydellistä geeliytymistä. Näin ollen, matrigeeliä I ja II yhdistetään ja muodostivat suppilomainen liitäntä, kuten on esitetty kuviossa. 4B. Nämä kaksi osaa ovat samanlaiset geeli tiheys, mutta käyttöliittymä oli rakenteellisista eroista. Kuten on esitetty SEM kuvassa. 1, paikallinen tiheys ja geeli molekyyli suunta vaihteli yhtenäinen kohdat. Fysikaaliset ominaisuudet käyttöliittymän olivat siis eri homogeeninen matrigeeliä. Vaihtelut johti myös muutoksiin optiset ominaisuudet, kuten heijastus indeksi. Kuvio C esittää kirkkaan fieldkuva kuvannetusta käännettyä mikroskooppia. Suppilo-3D-käyttöliittymä on selvästi nähtävissä kanavalla, kuten on osoitettu punaisilla nuolilla.

(A) Cartoon osoittaa, että heterogeeninen matrigeelin koostuu matrigeelin I (punainen) ja matrigeelin II (sininen). Kaksi osaa muodostavat suppilomainen 3D-käyttöliittymä. (B) Ylempi upotettavat näyttää matrigeelin geelin rakenne valmistelua. Jälkeen Matrigel I kanavan geeliytyi 30 min, siru on kallistettu 30 ° -45 °. Matrigel I muodosti suppilon rakenne painovoiman ja geeli tarttuvuus. Sitten matrigeeliä II ruiskutetaan onteloon. Alempi upotettavat näkyy liitäntä sivulta näkymä. (C) Punaiset nuolet osoittavat geelin käyttöliittymän kokeessa.

matrigeelin rajapinta-ohjattu kollektiivinen MDA-MB-231 soluinvaasiota

MDA-MB-231-soluja ladattiin vasemmalla puolella heterogeenisen matrigeelin liitäntöjen ja viljeltiin 48 tuntia (Kuva. 5D). Menetelmä oli täsmälleen sama kuin vertailukokeessa kuviossa. 3. Kuviossa. 5D, varjo on rajan matrigeelin kanavan ja pyöreä allas ja johtuu valon projektio PDMS seinän. Polttotasoilmiöksi kuvan on kammion alustalle. Varjo vasemmalla on keskipitkällä kammioon, jossa MDA-MB-231-soluja aikaisemmin ladattu ja oli laskeutunut alas ja lisääntyneet alustalle. Oikealla puolella on matrigeelin vyöhyke, jossa solut kiinnitetään vasempaan seinään. Useimmat solut pystysuoralla Matrigel pintaan jäi Shadowed alueella ja eivät näy kuvassa. Oikean alakulman väri kuva osoittaa, että sen jälkeen, kun MDA-MB-231-solujen oli kiinnitetty matrigeelin puolelle 48 tuntia, muutaman solut ojensi ja alkoi tunkeutumaan sisempi matrigeelin tiukasti seuraavan käyttöliittymän. Solut, jotka eivät ole olleet kosketuksissa käyttöliittymän avaruudessa ei hyökätä, samanlainen kontrollikoetta. Nämä tulokset osoittavat, että solut oli mechanotransduction vastauksen rakennetta ja voi tunnistaa ja seurata käyttöliittymä. Käyttöliittymä on tärkeä rooli ohjaamisessa soluinvaasiota, jota ei esiinny homogeeninen jäykkä matrigeeliä. Kuten SEM osoittaa, ECM fibrillit oli polarisaatiota ja puutteet käyttöliittymä, joka mahdollisesti ohjaavat solun suuntaava hyökkäystä. Sitä paitsi, heterogeeninen fyysinen rajoitteiden ja jännitteet voivat aiheuttaa ankkuri reseptorin uudelleenjako solukalvon. Näin saadulle mekaaninen venytys kalvojen voi ohjata valejalka laajennuksia ja motivoida soluinvaasiota rajapintaa pitkin. Selventää tätä prosessia, edellä kaavamaisen selitetään soluinvaasiota seuraavat paikkatietojen matrigeelin käyttöliittymä.

(A-C) Cartoons selittää eri vaiheissa kollektiivisen soluinvaasiota. (D) osoittaa, että MDA-MB-231-solujen aisti käyttöliittymän ja alkoivat valtaavat matrigeelin 48 tuntia; (B) MDA-MB-231-solujen ”invasiivisia oksat kasvoivat jälkeen matrigeelin rajapinnan 96 tuntia. Jotkut oksat linkki ja muodostavat verkoston, kuten on osoitettu punaisen ympyrän. (C) Kun osittainen käyttöliittymä oli täynnä Solujen rajalla solut karkasi käyttöliittymän synnytys ja tuottanut sormimaiseen valloitusten in homogeenisen Matrigel, vahvistaa vahva hyökkäys MDA-MB-231-solujen heterogeenisissä geeli avaruudessa.

96 tunnin kuluttua, solujen invaasiota tuli ilmeiseksi, kuten on esitetty kuviossa. 5E. Enemmän MDA-MB-231-solujen, jotka muodostavat yksittäiset oksat, alkoi valtaavat matrigeelin pitkin käyttöliittymä, sekä sivulta ja alhaalta. Solut tunkeutuneet reunassa käyttöliittymä, paljastaen että invaasio edelleen ehdottomasti noudatettava käyttöliittymän nopeuksilla. Lisäksi käyttöliittymän vaikutus, solun signaalin myös ollut tärkeä rooli nopeuttaa soluinvaasiota. Cell viestintä auttoi 3D hyökkääviä solut muodostavat verkon ja yhteyden muihin valtaavat oksat, kuten on osoitettu ympyrän hahmoteltu punaisella katkoviivalla. Tämä yhteys auttoi solut muodostavat suuren ryhmän ja hyökätä geelin tilaa kollektiivisesti. Samanaikaisesti FBS kaltevuus myös osaltaan ja johti solujen hyökätä kohti oikealle puolelle [43-44].

hyväksi käyttöliittymän ohjaus, MDA-MB-231-solujen nopeasti tunkeutuneet matrigeeliä. 192 tuntia, MDA-MB-231-solujen edustivat vahvaa kollektiivista invasiivisia käyttäytymistä ja hyökkäys kuvioita geeli. Kuva. 5F osoittaa, että soluinvaasiota ryhmä muodostaa kahtena osissa Matrigel. Early-tunkeutuvat soluihin, jotka muodostivat valtaavat oksat pitkin käyttöliittymä edelleen hyökätä, jakautuvat ja yhdistäminen, kunnes ne toisiinsa ja muodostivat solu kone 350 um pitkä ja 100 pm leveä, kuten merkitään mustalla nuolella. Tämä solu kone rajoittui rajapinnan paneeli. Sitten, tiheä klusterin solujen ilmennyt sen etu- ja jatkoi kehittyä pitkänomainen muoto, joka tunkeutunut osaksi ECM eteenpäin. Kutsumme tätä pitkänomainen soluklusterin soluksi ”sormi”. Sormi tunkeutuneet vaakatasossa kohti geelin oikealla puolella, mikä osoittaa, että solut oli paennut synnytyksen Matrigel käyttöliittymä ja tunkeutunut osaksi Matrigel I osassa. Toisin sanoen, solut eivät enää tunkeutuneet geelin rajapintaa pitkin, mutta suoraan homogeeninen matrigeeliä ympäristöön. Musta katkoviiva edessä suppilon käyttöliittymän ja näyttää solun sormi syntyy ennen solujen täytti käyttöliittymä. Rajan solujen sormi ei ole näkyvissä, mikä osoittaa, että solun ryhmä oli erittäin kompakti rakenteita, joilla on vahva solu-solu-liittymissä. Verrattuna soluinvaasiota käyttäytymistä kontrollikoetta, jossa vain muutama soluilla lievää ja lyhyen matkan hyökkäys solun ryhmä edessä, massiivinen sormi invaasio tarkoittaa, että MDA-MB-231-soluissa oli vahva signaali viestintää keskenään että hallitsee heidän kollektiivista käyttäytymistä, mikä saattaa selittää sen, miksi solu ryhmä tässä voisi hyökätä 100% matrigeeliä tilaa, toisin kuin kontrolliryhmään matrigeelin kanssa sama tiheys. Lisäksi FBS kaltevuus osaltaan huomattavasti ja ohjasi sormi invaasio oikealle [45].

Keskustelu

Yleensä hyökkäyksen prosessi metastaattisen MDA-MB-231-solujen matrigeeliä kanssa suppilomainen 3D-käyttöliittymä voidaan katsoa olevan kolme vaihetta. Vuonna 1

st vaiheessa solut hyökkäsi Matrigel muutaman virtoja, ohjaavat pääasiassa kaarevan rajapinnan pinta (48 tuntia). Vuonna 2

Toisessa vaiheessa enemmän soluvirtojen ilmestyi rajapinnalle. Tässä vaiheessa, solun signalointi hallitsee, mahdollistaa tunkeutuneet virtoja kommunikoida muiden kanssa ja muodostavat solun verkoissa. Aikana 3

rd vaihe (192 tuntia), solu verkko muuttui jatkuvasti tunkeutuvat soluun ryhmä, joka tuotti sormilla ja kollektiivisesti hyökkäsi edessä. Samanaikaisesti FBS kemiallinen kaltevuus ja solusignalointia olivat hallitseva tekijät ohjaavat soluinvaasiota oikealle jäykässä ja homogeeninen matrigeeliä tilaa.

teoreettisesti analysoida kollektiivinen soluinvaasiota heterogeeninen Matrigel mikroympäristön ehdotimme seuraavia mekanismeja, jotka saattavat antaa keskeiset piirteet 3-vaihe hyökkäys käyttäytymistä havaittu tässä: (i) mikro-ympäristön heterogeenisyys; (Ii) pitkän kantaman homotyyppisessä vetovoima kautta solu-solu viestintä (lähinnä luonteeltaan kemiallinen); ja (iii) kaltevuus-driven suuntaava solumigraatiota. Edelleen varmistamiseksi näitä mekanismeja ja saada syvempää ymmärrystä siitä, miten ne on kytketty, me kehittäneet soluautomaatti (CA) malli [22-35], joka sisälsi edellä mainitut mekanismit

laadullisesti

simuloida kollektiivinen solu muuttoliikettä heterogeeninen ympäristö. Toteamme, että vaikka todellinen järjestelmä on kolmiulotteisesti, käytimme kaksiulotteinen (2D) malli. Tämä johtuu siitä, että aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että 2D CA mallit ovat riittäviä laadullisesti toistamaan kollektiivinen solujen dynamiikan invasiivisia kiinteitä kasvaimia [46-48] ja lepääviä pahanlaatuisia kasvaimia [49].

Aiempien tutkimusten [46- 49], suorakulmainen simulointi verkkotunnuksen (kuvasuhde 2) jaettiin erillisiin polygoneja käyttäen Voronoi tessellation liittyy huonokuntoinen pakkaamiseen ympyrälevy (Fig. 6). Pakkaus tuotettiin satunnaisia ​​peräkkäisen lisäämisen 80000 kova ympyrälevy [46]. Lineaarinen koko simulaatio verkkotunnuksen on 4000 um x 2000 gm. Näin ollen, keskimääräinen lineaarinen koko kunkin Voronoi monikulmion oli noin 10 um, sopusoinnussa tyypillinen koko solun. Meidän simulaatio, eli Voronoi monikulmio voi täyttyä ECM makromolekyylejä, solu, tai tyhjä tila. Jokainen ECM liittyy Voronoi monikulmio hallussaan tehokas ECM tiheyden arvo

ρ

, ja tyhjän-tila monikulmio,

ρ = 0

. Toteamme, että tämä tiheys arvo on simulaatio parametri, joka on verrannollinen mutta yleensä poikkeaa todellisesta ECM tiheys (eli lukumäärä /massa ECM makromolekyyleistä tilavuusyksikköä kohti /alue).

Oikea paneeli: liittyvä Voronoi tessellation koneen osaksi monikulmioita.

Voit jäljitellä heterogeeninen mikro-ympäristössä havaittu kokeissa, pidimme kaksi ECM alueille erilaiset tiheydet, eli pehmeä alueen

ρ

b

ja kova alueen

ρ

h

Käytimme Gaussin käyrä lähentää rajalle kahden alueen. Voronoi polygoneja rajapinnassa kahden ECM alueiden oli paljon alhaisempi tiheys

ρ

b

kuin suurin ECM alueilla johtuen mahdollisten virheiden rajapinnassa. Tiheys arvot annetaan taulukossa 1. Lisäksi yhtenäinen kemiallinen kaltevuus sovellettu vaakasuunnassa implisiittisesti sisällytetty myös malli, joka puolueellinen migraatio solujen vaakasuunnassa (kuten alla). Toteamme, että yleisesti, gradientilla prolife on paljon monimutkaisempi kuin yhtenäinen yksi. Kuitenkin tämä approksimaatio riitti meidän laadullinen tutkimus.

alussa simulaatio, solut vapautuvat ja pääsevät simulaatio verkkotunnuksen vasemmalta puolelta verkkotunnuksen. Simulointi aikaa sitten diskretoidaan tunneiksi. Tullessaan simulaatio verkkotunnuksen, solu sijaitsee Voronoi monikulmio ja huonontaa ECM makromolekyylien alunperin monikulmio. Joka hetkellä, jokainen solu tarkistetaan muuttoliikettä. Kun solu vaeltaa, se hyppää nykyisestä Voronoi monikulmion viereiselle Voronoi monikulmio todennäköisyydellä

P

m

, joka on keskeinen simulaatio parametri, joka riippuu ECM tiheys viereisen monikulmion suuntaan kemiallisen gradientin ja kannoista muihin soluihin. Erityisesti seuraavia CA sääntöjä käytetään määrittämään

P

m

:

ECM tiheys

: Aiempien tutkimusten [46-49 ], oletimme, että se on helpompi soluja siirtymään pehmeään ECM kuin kova ECM. Siten pidämme todennäköisyys, että solu hyppää Voronoi monikulmio

j

kanssa

ρ

j

olevan suhteessa

e

-ρj

, eli

P

m

~ e

–

ρj

Chemical kaltevuus

: Meillä katsoi, että siirtyminen suuntaan solun on puolueellinen kemiallisen gradientin. Tämä sääntö toteutettiin asettamalla korkeamman muuttoliikkeen todennäköisyys jos siirtymien suunta oli vastaavat parhaiten kaltevuus suuntaan. Oletetaan solu alunperin sijaitsee Voronoi monikulmio

i

, todennäköisyys, että solu hyppää viereisen Voronoi monikulmio j on sitten verrannollinen e

(

r

ij

∇

c

), eli P

m

~

e

(

r

ij

∇

c

), jossa

r

ij

merkitsee siirtymä vektori joka osoittaa monikulmio

i

kohteeseen

j

ja ∇

c

on sovellettu kemian kaltevuus, joka on valittu olemaan yksikkövektori vaakasuunnassa.

Homotype vetovoima

: Meillä katsovat, että suunta muuttoliike vaikuttaa myös muihin soluihin kautta solu-solu viestintä, joka voi olla luonteeltaan kemiallinen. Joutumatta yksityiskohtia solu-solu viestintä mukana havaittu kollektiivinen käyttäytyminen, joka vaatii kokonaisvaltaista Saharan solutasolla tutkimuksia, me vain toteutetaan kokonaisvaikutus tällaisten viestinnän mallissamme, ts homotype vetovoima. Tämä vetovoima merkitsee, että solut siirtyvät kohti toisiaan ja toteutettiin seuraavasti: Oletetaan solu alunperin sijaitsee Voronoi monikulmio

i

, me rakentaa ympyrän säde

R

c keskitettynä monikulmio

i

, jossa

R

c on tehoalueelle solu-solu viestintä. Sitten kannat kaikkien solujen vaikutuksesta ympyrän ovat keskiarvoja, jolloin asema tehokkaan keskustan vetovoima. Anna vektorin r

ic

Merkitään siirtymää monikulmio

i

kuin keskimäärin solu asentoon (ts keskustan vetovoima).