Integrated computational and experimental pipeline for quantifying local cell-matrix interactions

doi:10.1038/s41598-021-95935-2

.2021年8月12日；11(1):16465.

doi:10.1038/s41598-021-95935-2。

用于量化局部细胞-矩阵相互作用的集成计算和实验管道

休·肖^#¹, 瑞安·Y·阮^#¹, 瑞安·拉兰格¹, 埃里卡·埃尔佐格², 麦当杰³

附属公司

¹耶鲁大学生物医学工程系，美国康涅狄格州纽黑文。
²美国康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学医学院医学系（肺、危重症护理和睡眠）。
³耶鲁大学生物医学工程系，美国康涅狄格州纽黑文。michael.mak@yale.edu。

^#贡献均等。

PMID： 34385554
预防性维修识别码： PMC8361134号
内政部： 10.1038/s41598-021-95935-2

用于量化局部细胞-矩阵相互作用的集成计算和实验管道

休·肖等。科学代表. 2021.

.2021年8月12日；11（1）：16465。

doi:10.1038/s41598-021-95935-2。

作者

休·肖^#¹, Ryan Y Nguyen（瑞安·Y·阮）^#¹, 瑞安·拉兰格¹, 埃里卡·埃尔佐格², 麦当杰³

附属公司

¹耶鲁大学生物医学工程系，美国康涅狄格州纽黑文。
²美国康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学医学院医学系（肺、危重症护理和睡眠）。
³美国康涅狄格州纽黑文耶鲁大学生物医学工程系。michael.mak@yale.edu。

^#贡献均等。

PMID： 34385554
预防性维修识别码： PMC8361134号
内政部： 10.1038/s41598-021-95935-2

摘要

细胞与细胞外基质（ECM）的相互作用在调节生物过程中起着关键作用。虽然研究已经确定了这些相互作用的关键分子因素，但与这些相互作用相关的机械调节并没有很好地描述。为了解决这个问题，我们提出了一个图像分析平台，用于分析嵌入三维胶原基质中的肺成纤维细胞中观察到的时间依赖性动力学。结合药物研究和细胞-基质相互作用的定量分析，我们的结果能够为与细胞-细胞间相互作用相关的机械和生物物理现象提供细胞水平的定量见解。该系统总体上代表了理解3D胶原蛋白凝胶中细胞力学及其在生理相关背景下的含义的初始管道。

PubMed免责声明

利益冲突声明

作者声明没有相互竞争的利益。

数字

图1
IPF球体与胶原蛋白凝胶相互作用。(一个)在胶原蛋白凝胶中培养后0、4和8小时，用TGF-β拉动胶原蛋白（绿色）处理的IPF球体（品红色）的时间序列显示球体周围的胶原蛋白致密化。（从左到右）图像显示了用CellTracker染料标记的球体、混合在胶原凝胶中的荧光微球、融合以及共焦反射显微镜拍摄的反射图像。(B类)在第5天和第7天用TGF-β处理的IPF球体的代表性荧光图像。胶原蛋白基质的降解和断裂导致孔洞的形成。(C类)用TGF-β处理过的IPF球体的代表性荧光图像显示，在第5天的洞中没有胺基（不能用荧光琥珀酰酯染色的暗区）或可见结构（反射图像中的暗区。比例尺，100μm。

图2
分析指标：珠粒速度和胶原蛋白密度。(一个)使用Blair和Dufresne程序对带有颜色指示时间的IPF球体进行珠子轨迹跟踪的示例图像。切口环（底部）是平均强度或珠速度的位置。比例尺：100μm。(B类)珠子的平均速度随着时间的推移而降低（左），胶原蛋白密度随着时间的推移而增加（右）。(C类)如热图（左）和剖面图（右）所示，胶原蛋白密度随着离球体距离的增加而降低。分析的图像是在胶原蛋白中培养6小时的球体。(D类)通过TrackPy跟踪胶原蛋白珠的示例图像。中间的暗区是一个球体。其剖面图位于右侧。

图3
TGF-β和Nintedanib处理的球体分析。(一个)第5天NHLF29800和IPF29548球体经任天堂尼、TGF-β、TGF--β治疗 + Nintedanib。比例尺，100μm。(B类)NHLF29800和IPF29548球体（每个数据点都是一个球体）在第6小时的2D胶原密度折叠变化通过TGF-β唯一条件标准化。(C类)NHLF29800和IPF29548球体（每个数据点都是一个球体）在第6小时的三维胶原密度折叠变化通过TGF-β唯一条件标准化。(D类)第7天，NHLF29800和IPF29548球体在不同条件下（每个数据点都是一个球体）通过TGF-β条件归一化的孔径。T代表TGF-β。N代表任天堂。

图4
TGF-β，GM6001的分析 + TGF-β和SMIFH2 + TGF-β处理的球体。(一个)第5天用TGF-β，GM6001处理IPF球体 + TGF-β和SMIFH2 + 转化生长因子-β。比例尺，500μm。(B类)接种后第6小时，2D胶原密度折叠变化归一化为每个球体的0小时胶原密度，IPF和NHLF球体的每个细胞系仅受TGF-β条件影响。显著性基于单样本双尾Wilcoxon等级符号检验和Benjamini–Hochberg修正进行赋值。(C类)接种后第6小时，3D胶原密度折叠变化标准化为每个球体的0小时胶原密度，IPF和NHLF球体的每个细胞系仅受TGF-β条件影响。显著性基于单样本双尾Wilcoxon等级符号检验和Benjamini–Hochberg修正进行赋值。(D类)在不同条件下，NHLF和IPF球体的每个细胞系的第5天孔大小仅通过TGF-β条件归一化。根据单向Kruskal-Wallis试验和Dunn事后比较试验，确定孔尺寸差异的显著性。T代表TGF-β。G代表GM6001。S代表SMIFH2。

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[9] Gimenez A等。通过基质硬化和TGF-β1在特发性肺纤维化患者成纤维细胞中调节胶原稳态失调：FAK/Akt的作用。国际分子科学杂志。2017;18:2431. doi:10.3390/ijms18112431。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[10] Gimenez A等。通过基质硬化和TGF-β1在特发性肺纤维化患者成纤维细胞中调节胶原稳态失调：FAK/Akt的作用。国际分子科学杂志。2017;18:2431. doi:10.3390/ijms18112431。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

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