Natural killer (NK) cells are lymphocytes of the innate immune system responsible for lysing tumor and virally-infected cells. Investigating NK cell heterogeneity can inform the development of more efficacious immunotherapeutic treatments. Cell motility is an essential aspect of NK cell function. Moreover, the cell migration behavior within cell populations displays a marked heterogeneity. For some time it has been clear that cell-matrix interactions can radically alter the behavior of certain types of cells. (1) However, conventional studies of cell migration have relied on flat (2-D) surfaces, and thus do not take this potentially game-changing third dimension into account. Still, migration studies using ECM-mimicking biomaterials such as collagen and Matrigel may employ volume imaging, but often fail to quantify and analyze the vertical direction of migration. This project used silicon microchip-based technology, extracellular matrixlike type I collagen hydrogel, and fluorescence laser scanning confocal microscopy to study the migration behavior of single cells in 3-D. NK and targetcells were embedded in a collagen gel matrix deposited inside sub-mm scale microwells. The microwell provides natural barriers to cell migration, and so ensures that the cells remain confined within the imaging volume. The entire volume of the microwell was scanned for two hours by time-lapse fluorescence microscopy. A total of N = 14 NK cell migration trajectories were quantified using fluorescence centroid measurements. Results suggest that NK cells retain their cytotoxicity when embedded in the collagen matrix used for the 3-D migration assay. The average migration speed of the studied NK cells in three dimensions was found to be 3.7 ± 0.5μm/min (mean± SEM). Additionally, the NK cells exhibited a directional bias in migration, slightly preferring horizontal migration over vertical migration. In conclusion, this assay readily lends itself to short-term imaging of the migration behavior and cell-cell interactions of NK and target cells embedded in collagen gel in microwells. This microwell-gel system shows promising prospects for future applications at the interface of immunology and engineering. / NK-celler är lymfocyter tillhörande det ospecifika immunförsvaret vars uppgift är att uppsöka och avdöda tumör- och virusinfekterade celler. Genom att undersöka heterogeniteten inom NK-cellspopulationer öppnas en möjlighet att förbättra effektiviteten hos immunoterapeutiska behandlingar. Cellmotilitet är en viktig aspekt av NK-cellers funktion. Därutöver uppvisar cellmigrationsbeteendet inom cellpopulationer en märkbar heterogenitet. Det har under en tid stått klart att cell-matris-interaktioner kan ha en genomgripande effekt på beteendet hos vissa celltyper.(1) Emellertid grundar sig traditionella studier av cellmigration på användandet av tvådimensionella, plana ytor, och frånser på detta vis den potentiellt avgörande effekt som den tredje dimensionen kan ha på resultatet. Likväl kan studier som använder extracellulär matrix-liknande biomaterial, såsom kollagen och Matrigel, och som därutöver drar nytta av volymsavbildning för cellmigration ändå ofta bortse från att kvantifiera och analysera cellmigrationen i vertikalled. Detta projekt använde kiselbaserad mikrochipteknologi, extracellulär matrixliknande hydrogel typ I kollagen, samt fluorescensmikroskopi för att undersöka cellmigrationbeteendet hos enskilda NK-celler i 3-D. NK- och målceller bäddades in i en kollagenmatris vilken i sin tur gjöts in i en mindre än millimeterstor mikrobrunn. Mikrobrunnen utgör en naturlig barriär för cellmigration och kan således försäkra att cellerna stannar inuti avbildningsvolymen. Hela mikrobrunnens volym avbildades under två timmar med hjälp av tidsfördröjd fluorescensmikroskop. En tidsserie av mätningarna sammanställdes sedan. Totalt sammanställdes och kvantifierades N = 14 NK-cellers cellmigrationsbanor genom att uppskatta cellernas fluorescenta mittpunkter i den återskapade 3-D-volymen. Resultaten ger vid handen att NK-celler behåller sin cytotoxiska förmåga när de är inbäddade i 3-D-matrisen som används i mikrobrunnsuppsättningen. Den tredimensionella medelhastigheten för cellmigrationen hos de undersökta cellerna var 3.7±0.5 μm/min (medelvärde±standardfelet). Därutöver uppvisade NK-cellerna en bias i den genomsnittliga riktningen hos cellmigrationen, där horisontell cellmigration föredrogs framför vertikal cellmigration. Avslutningsvis kan sägas att denna experimentella uppsättning utan större problem kan användas för korttidsavbildning av cellmigrationsbeteende och cell-cell-interaktioner hos NK- och målceller inbäddade i en mikrobrunnsingjuten kollagenmatris. Detta mikrobrunn-gel-baserade system uppvisar lovande möjligheter för framtida tillämpningar i gränsytan mellan immunologi och ingenjörskonst.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-43456 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Olofsson, Per |
| Publisher | KTH, Cellens fysik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Trita-FYS, 0280-316X ; 53 |
Page generated in 0.0014 seconds