Untersuchung der Zellmigration
- Forschung in der regenerativen Medizin
- Zellbiologie/Molekularbiologie
- Pharmazeutika/Medikamente
- Kosmetik
Abgesehen von den roten Blutkörperchen, die den Sauerstoff in den gesamten Körper transportieren, indem sie sich im Blut fortbewegen,erfüllt die Mehrheit der Zellen, aus denen der lebende Körper besteht, ihre Funktionen, ohne sich von ihrem spezifischen Ort zu entfernen. Im Gegensatz dazu gibt es Zellen, die sowohl im Blut als auch im Körpergewebe aktiv sind, wie z. B. Immunozyten.
- Zellmigration und wie man sie bewertet
- Herausforderungen bei der Bewertung der Zellmigrationsfähigkeit
Zellmigration und wie man sie bewertet
Zellmigration ist die Bewegung von Zellen von einem Ort zum anderen. Beispielsweise kann die Zellmigration bei der Wundheilung beobachtet werden, wenn ein Kratzer oder eine kleine Verletzung in der Epidermis abheilt. Wenn die Haut eine Wunde erleidet, wird der Gerinnungsfaktor im Blut aktiviert und ein Blutgerinnsel an der Wundstelle gebildet, um die Blutung zu stoppen (Gerinnungsphase). Als Nächstes wandern als Teil der Immunantwort Entzündungszellen wie Neutrophile, Makrophagen und Lymphozyten in die Wunde ein und entfernen das abgestorbene Gewebe (Entzündungsphase). Die von den Makrophagen freigesetzte Substanz rekrutiert die Fibroblasten in der Umgebung, um in die Wunde einzuwandern, Kollagen für die Reparatur zu erzeugen und die Angiogenese zur Bildung von Granulationsgewebe zu fördern (Proliferationsphase). Schließlich wandern die epidermalen Gewebezellen ein, wodurch sich die Wundränder zusammenziehen und schließen (Remodellierungsphase). Eine Wunde heilt durch diese Phasen.
Wenn Zellen durch die extrazelluläre Matrix (ECM) wandern und in benachbarte Gewebe eindringen, spricht man von Zellinvasion. Wenn beispielsweise eine Entzündung aufgrund einer bakteriellen oder viralen Infektion auftritt, wandern die Entzündungszellen wie Neutrophile, Makrophagen und Lymphozyten als Teil der körpereigenen Abwehrreaktion intensiv in Richtung des Entzündungsortes und infiltrieren das entzündete Gewebe, was zu einer Infiltration von Entzündungszellen führt. Andere Arten der Zellinvasion sind die Tumorinvasion (Krebszellinvasion), bei der Tumorzellen wie Krebszellen in benachbarte Gewebe oder Organe eindringen und sich dort ausbreiten.
Die Zellmigration spielt eine wichtige Rolle bei der Wundheilung, der Zelldifferenzierung und der Embryonalentwicklung. Tritt hingegen ein Fehler bei der Zellmigration auf, kann dies zu schwerwiegenden Folgen wie Tumorbildung, Tumormetastasierung und/oder Krebsmetastasen führen. So ist die Zellmigration an verschiedenen Prozessen im Körper beteiligt.
Arten von Zellmigrations-Assays
Mit Zellmigrations-Assays können Sie die Migrationsfähigkeit oder die Mechanismen der Invasion von untersuchten Zielzellen untersuchen oder die Faktoren und Bedingungen studieren, die Zellmigration und -invasion fördern. Zellmigrations-Assays werden zur Untersuchung von Zellmigrationsverstärkungen durch Pharmazeutika und kosmetische Produkte, bei der Erforschung von Tumoren und Krebsmetastasen sowie bei der Erforschung und Entwicklung von Medikamenten zu deren Bekämpfung und anderen therapeutischen Methoden eingesetzt. In diesem Abschnitt werden die typischen Arten von Zellmigrations-Assays vorgestellt, die zur Messung und Bewertung von Zellmigration und -invasion verwendet werden.
Chemotaxis-Assay
Immunzellen wie weiße Blutkörperchen (Neutrophile), Makrophagen und Lymphozyten sowie Fibroblasten, Endothelzellen, Epithelzellen und Tumorzellen sind chemotaktische Zellen oder Zellen, die entsprechend dem Konzentrationsgradienten bestimmter Chemikalien, die um sie herum vorhanden sind, migrieren. Ihre Zellmigration wird durch Chemokine – eine Art Zytokine – und andere Chemoattraktoren als chemotaktischer Faktor ausgelöst. Wenn die Zellmigration in Richtung einer höheren chemischen Konzentration erfolgt, spricht man von positiver Chemotaxis. Wenn die Zellmigration in Richtung einer niedrigeren chemischen Konzentration erfolgt, spricht man von negativer Chemotaxis, und die Chemikalien, die solche Reaktionen hervorrufen, werden Chemorepellenzien genannt. In einem Zellmigrations-Assay, der die Chemotaxis untersucht, sind Zellen, die den Membraneinsatz im Inneren des Wells passieren und am Boden haften, wo der chemotaktische Faktor platziert ist, migrierende Zellen, und Zellen, die den Membraneinsatz nicht passieren und oberhalb des Filters bleiben, sind nicht-migrierende Zellen.
Haptotaxis-Assay
In einem Zellmigrations-Assay, der die Haptotaxis bewertet, wird ein Membraneinsatz, dessen Unterseite (Rückseite) mit Kollagen oder Fibronektin beschichtet ist – Chemoattraktoren, die chemotaktische Faktoren für Fibroblasten, Endothelzellen und Epithelzellen sind – in eine Vertiefung gelegt, um zu untersuchen, ob die Zellen von diesen Chemikalien angezogen werden und in Richtung dieser Chemikalien wandern, um zu bestimmen, ob die Zellen haptotaktisch oder nicht haptotaktisch sind. Zusätzlich kann der Konzentrationsgradient des an die ECM oder die Zelladhäsionsstelle gebundenen Chemoattraktanten verwendet werden, um die Migrationsfähigkeit verschiedener Zellen zu messen.
Wundheilungs-Assay
Hierbei handelt es sich um einen In-vitro-Assay, der die Bedingungen der Wundheilung in einer Multi-Well-Platte nachbildet. Bei einer typischen Methode, dem sogenannten Kratzer-Assay, werden zur Auswertung Immunzellen gemessen, die in eine absichtlich hergestellte Wunde einwandern und diese infiltrieren. Die Messung der Zellinfiltration bei der Reparatur von Wunden, einschließlich der Produktion von Gewebematrix bei der Wundheilung, der Unterschiede bei den beteiligten Zellen sowie der Zellproliferation und -infiltration unter verschiedenen Kulturbedingungen, kann für die Forschung, Entwicklung und Bewertung von Arzneimitteln nützlich sein.
Zellinvasions-Assay
Die Krebszellen lösen sich schließlich von dem Ort, an dem sie entstanden sind, und infiltrieren das benachbarte Gewebe, indem sie die Basalmembran zerstören. Dann wandern die Krebszellen in die Blutgefäße ein, um mit dem Blut in verschiedene Teile des Körpers abtransportiert zu werden. Krebsmetastasen entstehen, wenn sich Krebszellen an dem Ort vermehren, an den sie transportiert wurden. Wenn Krebszellen in das Gewebe eindringen, kommt es zu Proteinhydrolyse und Zellmigration in der Zelladhäsion, Basalmembran und ECM. Unter Ausnutzung dieser Eigenschaft können Zelltumore mit Hilfe eines mit Kollagen, Laminin oder Basalmembran-Matrixlösung beschichteten Membraneinsatzes identifiziert und gemessen werden. Die Zellinfiltration kann evaluiert werden und Substanzen, die die Infiltration hemmen können, können untersucht werden, indem infiltrierende Zellen in einer In-vitro-Umgebung, die die Zellinfiltration fördert, in einer 24- oder 96-Well-Platte gemessen werden. Die Zellen werden nach der Kultivierung angefärbt, um Zelltumore zu identifizieren und zu quantifizieren.
Herausforderungen bei der Bewertung der Zellmigrationsfähigkeit
Zellmigrations-Assays werden unter Verwendung eines für diesen Zweck geeigneten Assay-Kits durchgeführt, um die Fähigkeit zur Zellmigration und andere Eigenschaften durch Messung der Zellmigration und -infiltration zu bewerten. Eine 24- oder 96-Well-Platte wird verwendet, um die notwendige Anzahl von Proben unter den gleichen Umgebungsbedingungen zu gewährleisten, aber die Analyse und Messung zahlreicher Proben kann viel Zeit und Arbeit erfordern. Die gleichzeitige Analyse und Messung des Zustands und der Veränderungen von lebenden Zellen in vielen Wells ist nicht nur schwierig, sondern auch anfällig für menschlich bedingte Messfehler sowie Schwankungen in der Auswertung.
Genaue Analyse und Bewertung der Zellmigration
Das kompakte Fluoreszenzmikroskop BZ-X800 von KEYENCE kann automatische und kontinuierliche Zeitraffer- und Videoaufnahmen von jeder Vertiefung einer Multi-Well-Platte durchführen. Die Autofokus- und Vollfokus-Funktionen helfen deutliche Bilder und Videos von jedem Well aufzunehmen.
Nach der Videoaufnahme lässt sich eine Videoanalyse (Bewegungsanalyse) für alle Wells durchführen. Durch einfaches Anklicken des Messobjekts zum Festlegen des Analysebereichs können Zellmigrationsfähigkeiten wie Chemotaxis und Haptotaxis analysiert werden, während durch die automatische Verfolgung des Messobjekts Änderungen der Ortskoordinaten aufgezeichnet werden. Zeitraffer- und Videoaufnahmen ermöglichen es den Fortschritt der Zellmigration und -infiltration in bestimmten Zeitintervallen auch während der Bildgebung zu sehen.
Die Funktion hybride Zellzählung misst die Fläche der Signale in jedem Well genau. Die Funktion Zellzähl-Makros bietet eine automatische Messung, bei der der Benutzer nur ein einziges Bild messen muss, um die gleichen Bedingungen auf die restlichen Bilder anzuwenden, was schnelle quantitative Messungen ermöglicht.
Das BZ-X800 bietet eine breite Palette von Funktionen, die nicht nur den bisherigen Zeitaufwand für analytische Aufgaben zur Bewertung der Zellmigration und -infiltration in Multi-Well-Platten drastisch verkürzen und rationalisieren, sondern dank der präzisen quantitativen Messungen auch die Zuverlässigkeit der Analysedaten verbessern.
Verwendung des kompakten Fluoreszenzmikroskops BZ-X800
- Das BZ-X800 kann automatische und kontinuierliche Zeitrafferaufnahmen und Videoaufnahmen von jedem Well durchführen.
- Die Autofokus- und Vollfokus-Funktionen helfen ein deutliches, scharfes Bild und Video von jedem Well einer Multi-Well-Platte aufzunehmen.
- Mit Zeitrafferaufnahmen und Videoaufnahmen können Sie den Fortschritt der Zellmigration und -infiltration in bestimmten Zeitabständen untersuchen.
- Die hybride Zellzählung kann die angegebenen Flächen der Signalanteile in jedem Well genau messen.
- Mit Zellzähl-Makros können die gleichen Messeinstellungen, die für einen Well verwendet wurden auf die Bilder anderer Wells angewendet werden, was eine Batch-Messung einer großen Anzahl von Wells unter den gleichen Einstellungen ermöglicht.
- Dank seiner Fähigkeit, quantitative Messungen mit einheitlichen Messbedingungen durchzuführen, liefert das BZ-X800 höchst zuverlässige Analyseergebnisse ohne Zufälligkeiten.
- Weitere Beispiele für den Einsatz des kompakten Fluoreszenzmikroskops BZ-X800 in der Forschung:
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